Estudio teórico experimental de la funcionalización de polipropileno con anhídrido maleico

MARÍA F. GONZALEZ FRAGUAS; ADRIANA BRANDOLÍN; MARCELO D. FAILLA

Lima-Perú

Simposio; XI Simposio Latinoamericano y IX congreso Iberoamericano de Polímeros; 2008

Pontificia Universidad Católica del Perú

La funcionalización de polipropileno (PP) con grupos polares por medio de reacciones de injerto de anhídrido maleico (MA) es un proceso de importancia industrial.  El aumento de la polaridad que se produce debido al injerto permite mejorar algunas de las propiedades fisicoquímicas del polímero tal como la adhesión a otros polímeros o a distintos materiales como metales o vidrio. Esta técnica permite también incrementar la compatibilidad de los polímeros funcionalizados con otros polímeros [1]. En este trabajo se estudió el proceso mencionado experimental y teóricamente. Se optimizo la reacción de modificación de PP comercial con MA, usando como iniciador un peróxido orgánico. La reacción se realizó en la cámara de una mezcladora de termoplásticos, en atmósfera inerte de nitrógeno y a temperaturas en las que el PP está en estado fundido. La concentración relativa de reactantes fue variada en un rango amplio. El PP y los polímeros modificados, fueron caracterizados usando FTIR y cromatografía por permeación de geles, para estimar el grado de injerto de MA y cambios en el peso molecular, respectivamente. Se desarrolló también un modelo cinético detallado del proceso. Se consideró que a partir de la mezcla inicial de PP, MA y peróxido aparecen los radicales de iniciación y las siguientes macromoléculas: polímero y radicales de PP, de polianhidridomaleico (PMA), y del polímero injertado (PP-PMA). Se asume que los radicales del peróxido y los macroradicales abstraen hidrógenos de las cadenas de PP y PP-PMA, las que sufren un proceso de escisión  y  además transferencia de cadena en el segundo caso.  Todos los radicales pueden terminar por desproporción. El MA puede activarse con un radical peróxido y luego propagar e injertarse en un radical de PP o de PP-PMA.  En ausencia de MA, las reacciones se reducen a las comúnmente aceptadas de escisión de cadenas [2]. Las reacciones asociadas al injerto son coherentes con otros mecanismos ya reportados [3]. Se utilizaron dos subíndices para detallar la composición de las macromoléculas, uno de ellos representa el número de unidades de propileno y el otro el número de unidades de MA. Se plantearon los balances de masa de todas las especies presentes, resultando en un sistema de ecuaciones diferenciales infinito. Se aplicó el método de los momentos para acotar el sistema. A partir de los momentos obtenidos fue posible calcular los pesos moleculares promedios del PP, PMA, PP-PPMA, de la mezcla y el grado de injerto. Los resultados calculados muestran que el grado de  injerto (Inj) aumenta con el tiempo de reacción, a una velocidad similar a la de disminución de la concentración de MA (Fig. 1). El valor final del Inj estuvo en concordancia con los resultados experimentales, donde se llegó a un máximo de 2.3%w/w en un rango operativo que incluye las condiciones de la Fig. 1. El modelo predice que existe una concentración de MA inicial para el cual el Inj es óptimo, en coincidencia con la tendencia experimental. También predice la disminución del peso molecular del PP, observándose que el peso molecular del PP-PMA es elevado. Sin embargo el peso molecular de la mezcla PP- PMA  tiene el mismo orden de magnitud que el de PP, dado que es el componente mayoritario. Actualmente se está terminando la caracterización molecular y se está realizando una estimación de parámetros del modelo.