COALESCENCIA Y RUPTURA DE PARTÍCULAS DURANTE LA PREPOLIMERIZACIÓN EN MASA DE ESTIRENO EN PRESENCIA DE POLIBUTADIENO. I. ESTUDIO PRELIMINAR PARA PREDECIR LA INVERSIÓN DE FASES

SPIES, C.; LUCIANI, C. V.; ESTENOZ, D. A.; MEIRA, G. R.

Los Cocos, Córdoba

Simposio; V Argentine-Chilean Polymer Symposium - ARCHIPOL’09; 2009

Grupo de Polímeros

El poliestireno de alto impacto (HIPS) se produce por polimerización en masa del estireno en presencia de una goma como el polibutadieno (PB) o copolímeros en bloques de estireno-butadieno. También, se adiciona un iniciador químico para acelerar la reacción y favorecer las reacciones de injerto, solvente para bajar la viscosidad y agentes de transferencia de cadena (o modificadores) para reducir el peso molecular. Las condiciones de reacción promueven el desarrollo de una morfología donde la matriz continua es de poliestireno libre (PS) y las partículas gomosas dispersas son de goma injertada y entrecruzada con partículas vítreas ocluidas. Los principales factores que afectan las propiedades mecánicas del HIPS son la distribución de tamaños de partículas de goma, los pesos moleculares, la morfología, y la eficiencia de injerto. Por ello, es importante una correcta predicción de dichos factores1-4. En las primeras etapas de la polimerización, se induce la separación de fases a conversiones de monómero entre 0.5 y 2%, por la incompatibilidad termodinámica entre las cadenas de PS y el PB. Inicialmente, la fase continua es rica en PB. A medida que la reacción procede, la fase rica en PS aumenta su volumen a expensas de la fase rica en PB, por la migración de las cadenas de PS en fase gomosa hacia la fase vítrea. Durante el período de Inversión de Fases (IF), la fase rica en PS se transforma en la fase continua, y se desarrolla la morfología del material, que permanece inalterada hasta el producto final. A pesar de la importancia de una buena predicción de la inversión de fases durante la síntesis del HIPS, no existen en la literatura modelos matemáticos que permitan predecir adecuadamente dicho fenómeno. Fischer y Hellman4 sugirieron que la inversión de fases ocurre cuando el volumen de la fase rica en PS iguala el correspondiente a la fase rica en PB. Para mezclas tipo de aceite-agua, algunos autores modelaron el período de IF mediante balances de población que describen la ruptura y coalescencia de las gotas en dispersiones turbulentas. En algunos trabajos,5- 7 la inversión de fases se consideró como un fenómeno espontáneo caracterizado por la disminución de la energía total del sistema. Coulaloglou y Tavlarides8 desarrollaron un modelo que considera la deformación de las gotas en un campo turbulento. Luo y Sevendsen9 modelaron el proceso de ruptura de gotas sobre la base de teorías de probabilidad y turbulencia. Lamentablemente, los modelos mencionados no permiten generalizar los términos de aparición y desaparición de partículas por ruptura y coalescencia en función de las propiedades fluido-dinámicas y físicas del sistema disperso. Recientemente, Hu et al.10 propusieron que la inversión de fases ocurre cuando se eleva la frecuencia de coalescencia comparado con la frecuencia de ruptura. En este trabajo, se aplica el enfoque de Hu et al.10 a la mezcla reaccionante durante el proceso del HIPS en masa discontinuo. En particular, se modelan los procesos de ruptura y coalescencia de partículas en el rango de conversiones donde ocurre la IF.