Predicción de la distribución de pesos moleculares en la polimerización por crecimiento de cadena

• Autores: José Ramiro Infante Martínez
• Directores de la Tesis: Enrique Saldívar Guerra (dir. tes.)
• Lectura: En la Centro de Investigación en Química Aplicada ( México ) en 2014
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Ramiro Guerrero Santos (presid.), Luis Francisco Ramos de Valle (secret.), Jorge Herrera Ordoñez (voc.), Antonio Flores-Tlacuahuac (voc.), Virgilio Ángel González González (voc.)
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: ciqa.repositorioinstitucional.mx
• Resumen

  • El presente trabajo documenta el proyecto de investigación sobre la predicción de la distribución de pesos moleculares (DPM) en las polimerizaciones por crecimiento de cadena haciendo uso de herramientas de software y hardware convencionales. La investigación se enfoca a dos métodos de polimerización: La polimerización por radicales libres en el proceso por lotes y continuo en reactores de mezcla completa, con aplicación a la síntesis del polietileno de baja densidad, PEBD; y la polimerización por coordinación vía metalocenos en la operación semicontinua, con aplicación a la síntesis del polietileno de alta densidad, PEAD. Para ambos métodos se presentan los modelos cinéticos a partir de los cuales se obtienen las ecuaciones diferenciales que describen el comportamiento cinético (velocidad de polimerización) así como la evolución de la concentración de las diversas especies químicas, a partir de las cuales podemos obtener la DPM del polímero. En el caso de la polimerización vía metalocenos se presentan resultados de un programa experimental realizado para prueba del modelo y ajuste de parámetros. En este programa experimental de 16 pruebas se estudió el efecto de 3 variables de operación importantes: el tiempo de reacción; la concentración de agente de transferencia de cadena, H2; y la concentración de comonómero. Estas variables de la operación tienen interés, tanto en la práctica industrial, así como para fines de modelamiento.

    Se desarrollan estrategias de programación para la simulación de los modelos de polimerización y se presentan resultados de simulación para el modelo de radicales libres y resultados de experimentación/simulación para el modelo de coordinación.

    Se destacan los siguientes resultados en la modelación por radicales libres convencionales que incluye transferencia al polímero: i) Se comprobó que la transferencia al polímero produce asimetrías considerables (“hombros”) en la forma de la distribución de pesos moleculares del polímero así como una alta polidispersidad; ii) El cálculo de la DPM en el proceso continuo, CSTR, es factible mediante una estrategia de simulación que permite tratar el acoplamiento de las distribuciones de cadenas vivas y muertas.

    En la modelación de la polimerización por coordinación vía metalocenos se encontró que el modelo estándar de polimerización por coordinación18 representa adecuadamente el sistema de polimerización analizado experimentalmente y puede ser empleado para el cálculo directo de la distribución de pesos moleculares. Estos resultados confirman la hipótesis del estudio respecto a la capacidad con que se cuenta actualmente para realizar el cálculo directo de la DPM en la polimerización por adición empleando herramientas de hardware y software convencionales. Consideramos que esto es una contribución original de este trabajo.

    Otro resultado a destacar en esta parte fue la implantación de una técnica de monitoreo cinético por calorimetría de la polimerización por coordinación vía metalocenos que tiene como características que su aplicación por parte del químico practicante es sencilla y no requiere de instrumentación sofisticada. Esta técnica se comparó y validó con la técnica más convencional de medición directa del consumo de etileno.