El modelizado matemático en procesos de polimerización. Aplicación en síntesis controlada vía RDRP

FORTUNATTI, C.

Bogotá

Conferencia; Congreso Internacional G-Tech Fua 2022; 2022

Universidad de Américas

Actualmente, el modelizado avanzado de procesos no puede separarse de la práctica industrial. Las herramientas de simulación y optimización han permitido mejorar la productividad, aumentar la calidad del producto final, reducir tiempos de producción y minimizar los costos. En investigación y desarrollo, el uso de estas herramientas permite disminuir el derroche de recursos en tediosos procedimientos de prueba y error, y posibilita diseñar procedimientos experimentales óptimos. Esto es muy importante para el desarrollo y síntesis de nuevos materiales y es especialmente desafiante para la síntesis de polímeros.El desempeño de un polímero en su aplicación final depende fuertemente de las propiedades moleculares del mismo. La composición del copolímero, la naturaleza química de los monómeros utilizados y su distribución a lo largo de la cadena, las masas molares y la distribución completa de masa molares (MWD), entre otros parámetros, influyen fuertemente en el comportamiento del material ante un uso determinado.[1-3]Las técnicas de Polimerización Radicalaria por Desactivación Reversible (RDRP por sus siglas en inglés) han abierto la posibilidad de manipular estas propiedades para construir polímeros únicos y a medida, y el modelizado riguroso de estos procesos resulta necesario para intensificar y consolidar su desarrollo. Más aún, reportes de implementación industrial de estas técnicas indican que para acortar los tiempos de producción a un mínimo y facilitar la rentabilidad del proceso resulta crítico modelar la reacción para optimizar las condiciones operativas.Sin embargo, el modelizado matemático de síntesis poliméricas reviste un alto nivel de complejidad debido a que los balances de masa de todas las especies presentes en el reactor (con macromoléculas de variado tamaño y composición) dan lugar a un sistemade ecuaciones diferenciales que, en teoría, tiene tamaño infinito. Normalmente, se utiliza el conocido método de los momentos para reducir este sistema de ecuaciones a uno de mucho menor tamaño. Este método permite calcular los pesos moleculares promedio en número y en peso y la composición promedio del copolímero. Sin embargo, para caracterizar completamente los copolímeros también se necesita conocer la MWD, la composición instantánea del copolímero y es muy importante poder predecir la distribución conjunta de composición y masas molares (CC-MWD). El cálculo de la MWD y la CC-MWD requiere de estrategias de resolución más complejas. En el grupo de Tecnología y Ciencia de los Polímeros de PLAPIQUI desarrollamos la técnica de las funciones generadoras de probabilidad (pgf) que hemos empleado de forma exitosa para la predicción de distribuciones univariables (MWD) o bivariables (CC-MWD) de los variados sistemas poliméricos.En esta exposición haremos un repaso general de las síntesis via RDRP más prometedoras indicando sus pros y contras y veremos qué tipos de estrategias existen para modelizar reacciones de polimerización haciendo hincapié en la técnica de las pgf desarrollada por nuestro grupo.