Síntesis en condiciones seguras de ácido poliacrílico mediante polimerización en solución acuosa

MANDELLI, PAOLA; MINARI, ROQUE J.; VEGA, JORGE R.; GUGLIOTTA, LUIS M.

Huerta Grande

Congreso; II Reunión Interdisciplinaria de Tecnología y Procesos Químicos (RITEQ 2010); 2010

PLAPIQUI - IDTQ

Los polímeros de ácido acrílico (AA) son muy útiles en una amplia gama de aplicaciones, según su distribución de masa molar (DMM) y su grado de neutralización. El acido poliacrílico (PAA) es producido principalmente por polimerización radicalaria en solución acuosa, pero la elevada reactividad del AA dificulta el control de la temperatura de reacción (Tr) y de las propiedades moleculares del PAA. En este trabajo, se estudió la polimerización en solución acuosa del AA con el objeto de desarrollar una estrategia de síntesis capaz de controlar simultáneamente las masas molares medias del PAA en valores bajos y la Tr en valores constantes, tal que garantice su aplicación a gran escala en condiciones seguras. A tales efectos, se realizaron polimerizaciones discontinuas y semicontinuas con diferentes tiempos de adición del AA. En todas las reacciones se trabajó con una receta de 20 % de AA y de iniciador persulfato de potasio (KPS) a una concentración [KPS]/[AA] igual a 0.3. Las polimerizaciones se llevaron a cabo en un reactor de vidrio encamisado de 1L, provisto de un serpentín interno y de un baño termostático para el control de la temperatura, un sistema de dosificación automática, agitación mecánica, termómetro digital y un dispositivo para la toma de muestras. En todos los casos las reacciones se realizaron en forma isotérmica (Tr = 60 ºC). Durante las reacciones se extrajeron muestras para el seguimiento de la conversión del AA (x) por gravimetría y de las masas molares medias (Mn y Mw) por cromatografía líquida de exclusión.. Los resultados de la polimerización discontinua mostraron una velocidad de polimerización casi explosiva, alcanzándose una conversión completa (x=100%) en menos de 5 min. Además, el PAA producido fue un gel de muy alta viscosidad, y de masa molar muy elevada (Mw>>1×106 g/mol), que resultó imposible de cuantificar. Con respecto al control de Tr, se observó que la velocidad de polimerización explosiva del AA dio lugar a una generación de calor muy elevada, casi imposible de evacuar debido a la alta viscosidad del medio de reacción. Estos resultados demostraron que mediante una estrategia discontinua de operación resulta muy difícil la producción de PAA de bajo pesos molecular en condiciones seguras. Se implementaron entonces estrategias semicontinuas con el objeto de controlar la velocidad de polimerización mediante la dosificación del AA. Se investigaron 4 tiempos de dosificación del AA diferentes (1, 2, 3 y 4 horas). Luego del período de dosificación, se continuó la reacción por 30 minutos más. Con excepción de la reacción con 1 hr de dosificación, en todas las demás se alcanzaron valores de x cercanos al 100% durante toda la reacción, indicando control total de la velocidad de polimerización a través de la dosificación del AA. Además, dicha estrategia permitió mantener Tr constante. Se observó también que a medida que se extiende el tiempo de dosificación Mn y Mw decrecen, alcanzándose un Mw = 50000 g/mol. Finalmente se puede concluir que la estrategia semicontinnua propuesta fue capaz de producir PAA de bajos pesos moleculares con conversión completa del AA y en condiciones seguras, lo que resulta una operación muy atractiva para su aplicación a gran escala.