Ing. Iván de Jesús Zapata González
Resumen
La simulación cinética de los procesos de polimerización ha llamado fuertemente la atención del área académica e industrial, debido a la necesidad de desarrollar nuevas procesos y hacer más eficiente los métodos de producción actuales. Aun cuando existen metodologías muy sencillas para predecir algunas propiedades moleculares del producto, continúa siendo un reto el predecir la distribución de pesos moleculares (DPM) completa, la cual contiene la descripción total del tamaño (peso) de cadenas poliméricas, mediante una técnica numérica sencilla. En los pasados 20 años se han desarrollado una gran cantidad de técnicas numéricas que tienen como objetivo primordial predecir la distribución de las cadenas. Sin embargo, esos métodos han sido incorporados en paquetes comerciales económicamente inaccesibles o que emplean complejidades matemáticas poco comprensibles para la mayoría de los practicantes de las ciencias de polímeros.
A fin de incrementar el interés de los practicantes sobre la simulación cinética como herramientas de diseño, es necesario regresar a las bases del modelado y predecir las DPM por la integración directa de las ecuaciones de balance de masa. Esta tesis presenta un extenso estudio cinético computacional de la polimerización en cadena, principalmente polimerizaciones de control molecular como la polimerización por transferencia de cadena reversible de activación desactivación (RAFT), la polimerización radicálica por transferencia de átomo (ATRP) y la polimerización mediada por nitróxidos (NMP). Además, se estudia brevemente, y a manera de ejemplo de la metodología RSQSSA, la polimerización catalítica por coordinación y la hopolimerización NMP. En cada una de estos procesos se expone detalladamente la aplicación de la metodología Rigidez Reducida par la Aplicación del Estado Cuasi Estacionario (RSQSSA), obteniendo resultados muy interesantes.
En la polimerización RAFT se analiza y discute cada una de las teorías que tratan de explicar el efecto retardante observado cuando se emplean ciertos agentes de transferencia de cadena, obteniéndose comportamientos en las DPM que pudieran ayudar a discriminar las hipótesis. En ATRP se estudian los efectos cinéticos de cada una de las técnicas propuestas y en algunos casas se proponen procesos químicos alternos que ayudan a controlar la relación dispersidad- tiempo de reacción. Con respecto a NMP, se estudia la validez de la aplicabilidad de Mayo-Lewis para las copolimerizaciones NMP y se proponen, por media de un análisis de sensibilidad, que las condiciones para minimizar las discrepancias en las composiciones del copolímeros entre la predicción de la composición por modelos matemáticos y la predicha por la ecuación de Mayo-Lewis, son aquellas sistemas de copolimerización con tendencia a alternar. La presencia de una fuente continua de radicales, pueden reducir significantemente las desviaciones del comportamiento de MLE, debido al flujo de radicales los cuales favorecen un obtención más rápida del QEC.
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