ELABORADO POR:
AZUCENA CASTRO GARCIA 2006320303
Y
DANIEL SANCHEZ GUZMAN 2006320139
DEL GRUPO 5IV2
ORGANICA III
PROFESOR: MIGUEL PEREZ LUNA
lunes, 15 de junio de 2009
CONCLUCIONES
Gracias al trabajo realizado, no solo entendimos más la química orgánica de las resinas, si no también, la ingeniería de los procesos que conlleva la producción y usos de las resinas en la industria, también del manejo de los residuos de las mismas.
Descubrimos la gran importancia y la variedad de usos que tiene las resinas y sus aplicaciones.
Creemos que es una gran industria y sobretodo inteligente ya que gracias a su fácil proceso de reciclado, su impacto ambiental no es tan agresivo.
IMPACTO AMBIENTAL
Se han llevado a la práctica experiencias para recuperar el policarbonato de CD's y botellas de leche y agua, transformándolos a través de su bajociclaje en productos de baja calidad, como cajas o aplicaciones en la construcción; o bien mezclarlo en cantidades determinadas con material virgen y obtener productos de más calidad como botellas. Bayer AG realiza el reciclado de discos ópticos y de bidones de agua en policarbonato siguiendo una serie de pasos, para la separación de los materiales metálicos y los distintos tipos de plásticos que puedan llevar como tapones, pegatinas,... Esos residuos de policarbonato se mezclan con nueva granza y se le añaden los aditivos que hagan falta para la obtención de nuevos productos de calidad controlada. La principal limitación de este proceso son los colorantes que llevara añadido el residuo y que lo pueden hacer no válido para algunas aplicaciones en las que se utiliza como productos de electrónica, etc. De momento este proceso no resulta muy ventajoso económicamente, pero su implantación es un compromiso que hay tratar de extender, para evitar la acumulación de residuos que aún pueden tener un uso industrial.
POLICARBONATO
El policarbonato es un grupo de termoplásticos fácil de trabajar, moldear y termoformar, y son utilizados ampliamente en la manufactura moderna. El nombre "policarbonato" se basa en que se trata de polímeros que presentan grupos funcionales unidos por grupos carbonato en una larga cadena molecular.
También elmonóxido de carbono fue usado para sintetizar C1 en escala industrial y producir difenil carbonato, que luego se esterifica con un derivado difenólico para obtener carbonatos poliaromáticos.
Teniendo en cuenta la síntesis de C1, se puede dividir a los policarbonatos en carbonatos poliaromáticos y carbonatos polialifáticos. Estos últimos son producto de la reacción del dióxido de carbono con epóxidos , teniendo en cuenta que la estabilidad termodinámica del dióxido de carbono requiere usar catalizadores.
El policarbonato tiene una estructura química repetitiva de moléculas de Bisfenol A, ligados junto a otros grupos carbonatos en una molécula larga. Se obtiene a partir del Bisfenol A y fosgeno, el mecanismo comienza con la reaccion del Bisfenol A con un hidroxido de sodio para dar la sal sodica del Bisfenol A.
También elmonóxido de carbono fue usado para sintetizar C1 en escala industrial y producir difenil carbonato, que luego se esterifica con un derivado difenólico para obtener carbonatos poliaromáticos.
Teniendo en cuenta la síntesis de C1, se puede dividir a los policarbonatos en carbonatos poliaromáticos y carbonatos polialifáticos. Estos últimos son producto de la reacción del dióxido de carbono con epóxidos , teniendo en cuenta que la estabilidad termodinámica del dióxido de carbono requiere usar catalizadores.
El policarbonato tiene una estructura química repetitiva de moléculas de Bisfenol A, ligados junto a otros grupos carbonatos en una molécula larga. Se obtiene a partir del Bisfenol A y fosgeno, el mecanismo comienza con la reaccion del Bisfenol A con un hidroxido de sodio para dar la sal sodica del Bisfenol A.
La cadena de policarbonato toma su nombre por los grupos carbonatos en se cadena principal y su formula condensada es la siguiente:
Como ya se ha mencionado, el policarbonato se obtiene a partir del Bisfenol A y Fosgeno. El mecanismo comienza con la reaccion del Bisfenol A con hidroxido de sodio para dar la sal sódica del Bisfenol A. 
La sal sódica de Bisfenol A reacciona con el fosgeno (un compuesto bastante desagradable que fue usada como arma química en la Primera Guerra Mundial), para producir el policarbonato.
HOJA DE SEGURIDAD poliester
RESINA DE POLIÉSTER
Identificación de Peligros.
En caso de sobre exposición, puede ser dañino por inhalación, ingestión o por contacto directo con la piel. Puede causar irritación en los ojos y en la piel.
Primeros Auxilios.
Por inhalación: Respire aire fresco.
Por contacto con la piel: Lave con abundante agua.
Por contacto con los ojos: En caso de contacto, inmediatamente enjuague los ojos con abundante agua al menos durante 15 minutos. Consulte con un médico.
Por ingestión: No es tóxico. Lave boca con agua y consulte con un médico.
Por contacto con polímero fundido: Si hay quemaduras, enfríe el material fundido adherido a la piel tan rápido como sea posible con agua fría y acuda a un doctor para remover el polímero adherido
Manipulación y Almacenamiento.
Los gránulos son suministrados en supersacos con bolsa interna de polietileno y bolsa externa de polipropileno. Cada supersaco posee 4 orejas en la parte superior. Adicionalmente, para su descarga posee dos bocas con sello de seguridad en la parte superior y en la inferior.
Manipulación:
Los supersacos deben ser manipulados con camiones adecuados o contenedores.
Adicionalmente, para su adecuada manipulación se requiere de montacargas. Para su traslado, deben ser manipuladas de las orejas o con la estiba. No trate de descargar el material por la parte inferior de los supersacos, abriéndolos cuando estos estén izados; en el caso que procedimientos similares sean requeridos, se deben adecuar medidas de protección necesarias.
Almacenamiento:
Se debe almacenar en un lugar seco, fresco y protegido del sol. Requiere sistema de ventilación.
El piso debe ser nivelado y firme.
El arrume debe hacerse colocando los supersacos de los dos primeros niveles uno sobre otro, y el supersaco del tercer nivel apoyado sobre los dos supersacos del segundo nivel.
Deje pasillos libres (de al menos 2.8 m) entre grupos de supersacos para el paso del montacargas o equipo contra incendios y un espacio libre de al menos 0.5 m entre sacos y cualquier rociador.
Las personas no deben escalar los arrumes.
Controles de Exposición - Protección Personal.Es recomendable usar respirador para vapores orgánicos, gafas tipo goggles, botas de caucho y guantes de caucho para trabajo pesado
Identificación de Peligros.
En caso de sobre exposición, puede ser dañino por inhalación, ingestión o por contacto directo con la piel. Puede causar irritación en los ojos y en la piel.
Primeros Auxilios.
Por inhalación: Respire aire fresco.
Por contacto con la piel: Lave con abundante agua.
Por contacto con los ojos: En caso de contacto, inmediatamente enjuague los ojos con abundante agua al menos durante 15 minutos. Consulte con un médico.
Por ingestión: No es tóxico. Lave boca con agua y consulte con un médico.
Por contacto con polímero fundido: Si hay quemaduras, enfríe el material fundido adherido a la piel tan rápido como sea posible con agua fría y acuda a un doctor para remover el polímero adherido
Manipulación y Almacenamiento.
Los gránulos son suministrados en supersacos con bolsa interna de polietileno y bolsa externa de polipropileno. Cada supersaco posee 4 orejas en la parte superior. Adicionalmente, para su descarga posee dos bocas con sello de seguridad en la parte superior y en la inferior.
Manipulación:
Los supersacos deben ser manipulados con camiones adecuados o contenedores.
Adicionalmente, para su adecuada manipulación se requiere de montacargas. Para su traslado, deben ser manipuladas de las orejas o con la estiba. No trate de descargar el material por la parte inferior de los supersacos, abriéndolos cuando estos estén izados; en el caso que procedimientos similares sean requeridos, se deben adecuar medidas de protección necesarias.
Almacenamiento:
Se debe almacenar en un lugar seco, fresco y protegido del sol. Requiere sistema de ventilación.
El piso debe ser nivelado y firme.
El arrume debe hacerse colocando los supersacos de los dos primeros niveles uno sobre otro, y el supersaco del tercer nivel apoyado sobre los dos supersacos del segundo nivel.
Deje pasillos libres (de al menos 2.8 m) entre grupos de supersacos para el paso del montacargas o equipo contra incendios y un espacio libre de al menos 0.5 m entre sacos y cualquier rociador.
Las personas no deben escalar los arrumes.
Controles de Exposición - Protección Personal.Es recomendable usar respirador para vapores orgánicos, gafas tipo goggles, botas de caucho y guantes de caucho para trabajo pesado
IMPACTO AMBIENTAL
Los recipientes son 100% reciclables. Sin embargo, no sólo es su calidad de reciclabilidad que lo hace amistoso medioambientalmente. Siendo el envase sumamente ligero, también ayuda a disminuir la formación de desechos de empaque al mismo tiempo que reduce la emisión de contaminantes durante su transporte. Además, dado que se requiere menos combustible durante su transporte, también ayuda a la conservación de la energía.
Para dar nacimiento a un nuevo producto, deben coleccionarse los recipientes usados por encima de todo.
El segundo paso en recuperar es enviar el material a una planta dónde los materiales son separados según su naturaleza. Las botellas recuperadas entonces son perforadas y embaladas y enviadas a un reclamador. El reclamador, es una fábrica que trasforma las botellas en hojuelas de PET, el material crudo es la base de los productos reciclados. La primera cosa que el reclamador tiene que hacer es desembalar los bultos. Para asegurarse que el producto final será tan puro como sea posible, las botellas desembaladas se ordenan una vez más después se pre-lavan y las convierten en hojuelas. Las hojuelas se lavan, secan, se almacenan y se venden. Cuando las hojuelas se venden entra en acción el verdadero proceso de reciclado: se funden las hojuelas, se obtiene el material, y entonces es fabricado un nuevo producto.
APLICACIONES PET
**Se utiliza para envases de:
Bebidas refrescantes
Aceites
Vinos y bebidas alcohólicas
Productos cosméticos
Productos químicos y lubricantes
**películas:
Contenedores alimentarios
Cintas de audio y video
Aplicaciones electricas
De rayos X
**otros:
Marcos
Paredes
Construcción
Fibras textiles
Bebidas refrescantes
Aceites
Vinos y bebidas alcohólicas
Productos cosméticos
Productos químicos y lubricantes
**películas:
Contenedores alimentarios
Cintas de audio y video
Aplicaciones electricas
De rayos X
**otros:
Marcos
Paredes
Construcción
Fibras textiles
PROCESO DE PRODUCCION
El proceso para la producción de envases es descrito a continuación:
La resina se presenta en forma de pequeños cilindros o chips, los cuales, secos, se funden e inyectan a presión en maquinas de cavidades múltiples; de las que se producen las preformas (recipientes aún no inflados y que solo presentan la boca del envase en forma definitiva). Después, las preformas son sometidas a un proceso de calentamiento preciso y gradual, posteriormente se colocan dentro de un molde y se les estira por medio de una varilla o pistón hasta alcanzar su tamaño definitivo, entonces se les infla con aire a presión hasta que toma la forma del molde y se forma el envase típico.
En el siguiente diagrama de flujo se describe el proceso completo de producción de un envase de PET, considerando desde la materia prima hasta el producto terminado.
La resina se presenta en forma de pequeños cilindros o chips, los cuales, secos, se funden e inyectan a presión en maquinas de cavidades múltiples; de las que se producen las preformas (recipientes aún no inflados y que solo presentan la boca del envase en forma definitiva). Después, las preformas son sometidas a un proceso de calentamiento preciso y gradual, posteriormente se colocan dentro de un molde y se les estira por medio de una varilla o pistón hasta alcanzar su tamaño definitivo, entonces se les infla con aire a presión hasta que toma la forma del molde y se forma el envase típico.
En el siguiente diagrama de flujo se describe el proceso completo de producción de un envase de PET, considerando desde la materia prima hasta el producto terminado.
POLIÉSTER
El poliéster (C10H8O4) es una categoría de polimeros que contiene el grupo funcional éster en su cadena principal. Los poliésteres que existen en la naturaleza son conocidos desde 1830, pero el término poliéster generalmente se refiere a los poliésteres sintéticos (plásticos), provenientes de fracciones pesadas del petróleo. El poliéster termoplastico más conocido es el PET. El PET está formado sintéticamente con Etilenglicol más tereftalato de dimetilo, produciendo el polímero o poltericoletano. Como resultado del proceso de polimerización, se obtiene la fibra, que en sus inicios fue la base para la elaboración de los hilos para coser, y actualmente tiene múltiples aplicaciones como la fabricación de botellas de plástico que anteriormente se elaboraban con PVC. Se obtiene a través de la condensación de dioles (grupo funcional dihidroxilo).
Las resinas de poliéster (termoestables) son usadas también como matriz para la construcción de equipos, tuberías anticorrosivas, fabricación de pinturas. Para dar mayor resistencia mecánica suelen ir reforzados con cortante , o también llamado endurecedor o catalizador.
El poliéster, es una resina termoplástica obtenida por polimerización del estireno y otros productos químicos. Se endurece a la temperatura ordinaria y es muy resistente a la humedad, a los productos químicos y a las fuerzas mecánicas. Se usa en la fabricación de fibras, recubrimientos de láminas, etc.
Dimetil tereftalato Etilenglicol
Las resinas de poliéster (termoestables) son usadas también como matriz para la construcción de equipos, tuberías anticorrosivas, fabricación de pinturas. Para dar mayor resistencia mecánica suelen ir reforzados con cortante , o también llamado endurecedor o catalizador.
El poliéster, es una resina termoplástica obtenida por polimerización del estireno y otros productos químicos. Se endurece a la temperatura ordinaria y es muy resistente a la humedad, a los productos químicos y a las fuerzas mecánicas. Se usa en la fabricación de fibras, recubrimientos de láminas, etc.
Dimetil tereftalato Etilenglicol
El dimetil tereftalato es un éster y el etilenglicol es un alcohol. Cuando alcoholes y ésteres se unen, ejecutan una reacción que se llama transesterificacion.
Cuando hay un alcohol cerca, como el etilenglicol, los pares electrónicos no compartidos del oxígeno del alcohol, atacaran tal como se ve en la figura de abajo.
Ese metanol es un subproducto. Si efectuamos dicha reacción a temperatura lo suficientemente alta, el metanol entrará en ebullición. Esto es conveniente. No sólo nos liberamos del metanol, sino que el hecho de eliminarlo del medio de reacción, conduce la reacción de transesterificación a altas conversiones.
La misma reacción ocurrirá en el otro extremo del tereftalato, de modo que obtendremos el bis-(2-hidroxietil) tereftalato.
Una vez que obtuvimos el bis-(2-hidroxietil) tereftalato, éste sigue reaccionando. Sin embargo estas reacciones son fáciles de seguir, porque son todas transesterificaciones
Esta forma un intermediario, parecido al que vimos antes, se realiza un reordenamiento similar de electrones, para obtener el producto que vemos en la figura de abajo.
Este producto puede reaccionar nuevamente, tal como hizo el bis-(2-hidroxietil) tereftalato. A medida que esto sucede, las moléculas formadas se hacen más y más grandes, hasta que obtenemos un PET de alto peso molecular.
domingo, 14 de junio de 2009
IMPACTO AMBIENTAL
Los plásticos son el sector de envase y embalaje de más rápido crecimiento.
Prácticamente cualquier producto puede ser envasado en plástico. Hay envases rígidos y flexibles, que pueden ser hechos de una sola capa o de varias capas, a partir de una sola resina polimérica o de múltiples resinas. También es posible producir laminados de diversas resinas con papel, cartón y/o aluminio. Estos últimos envases, tipo multimaterial o complejos, se analizan al final de esta Nota. Los reglamentos sanitarios prohiben el uso de plásticos reciclados en contacto directo con alimentos y bebidas, por lo que la resina reciclada sólo se usa como capa de en medio entre dos capas de resina virgen.
1.-
Adquisición de las materias primas. Las resinas poliméricas que dan origen a los plásticos, provienen de productos derivados del petróleo o el gas natural, los cuales son también fuentes de energía. La extracción del petróleo y el gas es una industria muy contaminante de la naturaleza. El transporte de estas materias hacia las refinerías está plagado de accidentes que han contaminado selvas, playas, cursos de agua, la atmósfera, etc.
2.-
Procesamiento de las materias primas. Los plásticos son fáciles de procesar y conducen a productos ligeros. Esas dos características resultan en bajos costos tanto de manufactura como de transporte, los cuales generalmente se compensan por el valor del contenido energético de los plásticos mismos (petróleo y gas natural). En la manufactura de los plásticos se utilizan estabilizadores, pigmentos y otros aditivos. En las plantas petroquímicas se lleva a cabo la conversión de los constituyentes del petróleo y/o gas natural en resinas resinas poliméricas. Casi todas las resinas se componen sólo de carbono, hidrógeno y oxígeno, excepto las resinas cloradas, como el poli cloruro de vinilo o el poli cloruro de vinilideno. Estas resinas poliméricas se producen mediante procesos de alto riesgo para los trabajadores, pues se ha demostrado los monómeros son cancerígenos.
3.-
Producción o conversión de los envases. Los recipientes de plástico, como por ejemplo las botellas y frascos de PET, tienen la ventaja de ser duraderos, ligeros y fáciles de reciclar. Los envases de plástico protegen bien a los productos contra efectos del medio ambiente, sin alterar sus cualidades. Los envases de plástico, por su versatilidad, se producen mediante gran variedad de procesos, extrusión, moldeo por inyección, moldeo por soplado, etc. En general, estos procesos no son contaminantes del ambiente, ni afectan la salud de los trabajadores. Las cabezas y colas de las corridas de producción (residuos sólidos generados al principio y al final de un lote de manufactura) se reciclan internamente en la planta o se transfieren a otras empresas que lo usan como materia prima en procesos diferentes.
4.-
Proceso de envasado o llenado. La velocidad de llenado y el consumo de energía varían grandemente dependiendo de la forma, tamaño y peso de los envases. Por ejemplo, las botellas para refresco de 375 ml pueden ser procesadas a velocidades de aproximadamente
1000 por minuto.
5.-
Distribución y venta. La ligereza de los envases de plástico reduce la cantidad de energía usada para la transportación, así como la resultante contaminación del aire.
6.-
Manejo del residuo:
a) Reducción de origen. La energía requerida para producir envases de plástico es menor que para la mayoría de los otros tipos de envase. La cantidad de plástico usada en la manufactura de productos como bolsas, puede reducirse usando otros tipos de plástico más resistentes. Los envases flexibles en forma de bolsas esterilizables usan 70% menos plástico que los contenedores usuales de plástico rígido. Independientemente de lo anterior, la industria de botellas de PET ha logrado, en los últimos 15 años, reducir el peso de las botellas de 1.5 l de capacidad, en 28%.
b) Reutilización.
Actualmente las empresas refresqueras multinacionales están experimentando con botellas retornables de PET, con capacidad de 1.5 litros en diversos mercados mundiales. Este tipo de aplicación representa la primera vez que se reutilizan los envases de plástico. Obviamente que el retorno a la planta embotelladora, el lavado y la esterilización de las botellas, son procesos contaminantes del ambiente.
c) Reciclaje. Los plásticos son difíciles de reciclar, debido a los problemas que existen en separarlos por resinas. Una vez separados, algunos tipos de plástico están mejor adaptados al reciclaje que otros. En EUA y Canadá el reciclaje del PET y del polietileno de alta densidad alcanza cantidades significativas, superiores al 50%. Los plásticos reciclados no se utilizan en la producción de nuevos envases de alimentos o bebidas, debido a requisitos sanitarios de garantizar que ningún contaminante pueda migrar del envase al producto. Así, los plásticos reciclados se utilizan en gran cantidad de aplicaciones no alimentarias.
d) Incineración con recuperación de energía. La energía contenida en los plásticos puede ser recuperada a través de la incineración. Los plásticos, siendo materiales basados en materias primas combustibles fósiles, tienen el más elevado contenido de energía por unidad de masa que cualquier otro material de envase. Cuando se queman, generan muy pocas cenizas. Para minimizar la producción y emisión de dioxinas y furanos (de los plásticos clorados), los plásticos deben ser incinerados a altas temperaturas. El PET tiene un valor calorífico semejante al del carbón y el polietileno de alta densidad semejante al del aceite combustible. Cuando se incinera basura con alto contenido de humedad y con residuos de jardinería, el añadir botellas de PET reduce la necesidad de combustibles extra para operar el incinerador.
e) Disposición en relleno sanitario. Los plásticos son materiales inertes que no se descomponen, ni producen gas metano en los tiraderos. Son ligeros y, si las botellas están prensadas, ocupan poco espacio en un relleno sanitario. Con el paso del tiempo, los aditivos y estabilizadores que contienen pueden pasar a formar parte de los lixiviados, creando un peligro potencial para los acuíferos subterráneos.
f) Degradabilidad. Normalmente, los plásticos son estables en el medio ambiente. Sin embargo, pueden volverse un poco más degradables incrementando su sensibilidad a diferentes elementos del medio, tales como temperatura, tierra, oxígeno, agua, microorganismos y luz ultravioleta. Existen muchas dudas respecto de la conveniencia de estos procesos de degradación, que por otra parte pueden conducir a elevar los costos del reciclaje. Actualmente están llevándose a cabo una gran cantidad de investigaciones para precisar las ventajas y desventajas de volver degradables a los plásticos
APLICACIONES
Las resinas fenólicas según su campo de aplicación pueden ser clasificadas en tres grandes grupos:
Resinas fenólicas técnicas (RFT) se utilizan para: abrasivos, materiales de fricción, textil, fundición, filtros, lacas y adhesivos.
Resinas fenólicas para madera y aislantes (RFMA) tienen su campo de aplicación en: lanas minerales, impregnaciones, materiales de madera, espumas.
Resinas fenólicas para polvos de moldeo (PM), que son suministradores de las industrias eléctrica, automovilística y electrodoméstica.
A continuación se exponen algunas de las aplicaciones más importantes de las resinas fenólicas :
Composites de madera
Este tipo de aplicación incluye: paneles multilaminares, madera aglomerada, paneles de madera conglomerada con fibra y composites de madera macroscópicos tales como vigas, etc.
Cuando se requiere resistencia a la humedad se eligen resinas fenólicas y/o base resorcinol. Cuando dicha resistencia no es requerida se utilizan otros productos tales como resinas urea-formaldehido, melanina-formaldehido, poliuretanos y emulsiones tipo polivinil acetato.
La fabricación de paneles multilaminares requiere adherir tres o más capas de madera con una resina fenólica bajo unas determinadas condiciones de calor y presión. La formulación de la resina depende de si se utiliza un proceso de fabricación húmedo o seco. Se suelen usar resoles solubles en agua. En general, la resina se combina con rellenos y disolventes que controlan la humedad y evitan la penetración del substrato.
Por ejemplo, para el caso de resoles, el tiempo de curado del panel es 5 min. a 140-150 ºC para paneles delgados y 1-1.5 min/mm para paneles con grosores mayores de 10 mm.
En investigaciones referentes a la producción de paneles multilaminares con pasta Kraft, la adición de ésta, produce la sustitución parcial del fenol disminuyendo el formaldehido y alcali (NaOH, KOH) necesario para la producción de dichos paneles. Esta adición no empeora las propiedades de la resina (viscosidad, estabilidad,...).
La fabricación de maderas aglomeradas requieren resoles líquidos. Las temperaturas y presiones dependen de la densidad del composite final.
Para la obtención de determinados composites ("wafer board") se utilizan maderas de árboles de poco diámetro. Pueden ser unidos con resinas sólidas mediante pulverización.
Uniones de fibra.
Son uniones de vidrio y lanas de vidrio minerales con resoles solubles en agua de bajo peso molecular que se utilizan como aislantes. También se usan dispersiones fenólicas con bajas concentraciones de volátiles.
La resinas elegidas para este tipo de operaciones son de tipo orto o combinaciones de resoles y novolacas. Son muy utilizadas en la industria de la construcción y automoción.
Laminados.
Existen una gran variedad de aplicaciones para laminados con base papel, algodón o sustrato de vidrio.
Los laminados pueden ser decorativos o industriales (circuitos electrónicos, tubos, barras, ...)
La producción de laminados requiere la impregnación de láminas con soluciones de resina fenólica, donde la penetración de la fibra es función de la viscosidad y estructura molecular de la resina. Más tarde la lámina impregnada se seca en un horno donde los disolventes se evaporan. El contenido de resina dependiendo del uso varía entre 30 y 70 % en peso de la lámina curada. Las temperaturas de curado oscilan entre 150 y 175 ºC, y las presiones entre 3.4 y 14 MPa.
Entre sus propiedades más importantes destacan la resistencia al uso y a la humedad, las buenas propiedades mecánicas y sus excelentes propiedades aislantes.
Resina para fundición
Las resinas fenólicas son importantes en la industria de la fundición aunque la cantidad de agente ligador para la consolidación de las arenas de moldeo es aproximadamente entre 2 y 3 % en peso.
Abrasivos
Existen dos tipos de abrasivos con base resina fenólica:
a) Uniones abrasivas (ruedas de molienda, ...): poseen una gran resistencia a la tensión y a la temperatura. Su principal aplicación es la molienda de metales
b) Baños abrasivos (papel de lija, discos,...): resisten altas temperaturas. En este caso los papeles se bañan con resoles de viscosidad media y se deposita electrostáticamente el material abrasivo.
Materiales de fricción
La industria de la automoción posee componentes sometidos a fricción tales como frenos, embragues, transmisiones, que están fabricados con resinas fenólicas.
Sus procesos de fabricación más comunes incluyen: impregnación, extrusión, moldeo y secado.
Se utilizan novolacas o resoles (sólidos o líquidos) en un 10-20 % en peso de la mezcla de composite. Otros ingredientes incluyen rellenos, fibras semimetálicas, ...
La combinación de los diferentes aditivos, el tipo de resina fenólica y el proceso empleado determinan las propiedades de fricción, niveles de ruido y resistencia térmica del composite final.
Materiales de moldeo
Los materiales de moldeo fenólicos son composites que contienen rellenos (fibras o partículas), aditivos y una elevada concentración de resina ligadora.
La carga más utilizada es la harina de madera (pino,...). Si se exigen características de resistencia a la humedad y estabilidad dimensional se usan talcos, carbonato de calcio, amianto, mica (aplicaciones eléctricas) y fibras de vidrio cortas. En caso de necesitar buenas propiedades mecánicas se introduce algodón. Algunos materiales de moldeo contienen cargas de grafito, bisulfuro de molibdeno, para mejorar el coeficiente de frotamiento.
Propiedades importantes del producto curado incluyen:
- Resistencia a la temperatura (aplicaciones en automoción).
- Buenas propiedades eléctricas
- Resistencia a disolventes.
Las propiedades finales dependen del tipo de resina, relleno y de sus concentraciones.
La resina fenólica utilizada en materiales de moldeo es novolaca curada con HMTA aunque también se usan combinaciones de novolacas y resoles para aplicaciones en electricidad.
La utilización de los materiales de moldeo es dirigida a la fabricación de accesorios eléctricos, utensilios domésticos, cajas de fusibles, reles, soportes, bobinas, partes de teléfonos,...
Baños y adhesivos
La mayoría de las aplicaciones para baños y adhesivos poseen resinas fenólicas y otros polímeros de tipo termoplástico o termoestable.
En el caso de baños se utilizan en la fabricación de pinturas anticorrosión, barnices, lacas aislantes (industrias eléctricas), pulimentos,...
La formulación con epóxidos, acrílicos, ... proporcionan diferentes propiedades a los sistemas de curado. Las composiciones de resinas fenólicas (generalmente novolacas) varía dependiendo del polímero con el que se combine.
En general poseen las siguientes propiedades:
- Buena resistencia a los disolventes.
- Resistencia a la abrasión.
- Estabilidad térmica.
- Propiedades anticorrosivas y aislantes.
Las combinaciones más comunes para la obtención de adhesivos son:
- Nitrilo-fenólica
- Butadieno-fenólica
- Etilenpropilendien - goma
- Resinas con base neopreno y terpeno.
Nuevos desarrollos
Sus buenas propiedades tales como la buena resistencia mecánica y a la llama, su reducida densidad de humos y toxicidad, y su resistencia al uso entre otras muchas, son responsables del desarrollo de nuevas aplicaciones tales como:
a) Revestimientos, que pueden ser de dos tipos:
Revestimientos cocidos
Revestimientos para cubos y tambores
Revestimientos para contenedores de comida
Revestimientos para coches, intercambiadores de calor y equipos industriales.
Revestimientos secados al aire
Varnices
Apresto (pintura) con base alcali
Apresto (pintura) para labado
b) Las resinas reforzadas con fibra (FRP) son utilizadas en la industria de la automoción.
Estas poseen una baja densidad, elevada resistencia a la tensión y al impacto, resistencia a la corrosión, baja transmisión de calor, buen aislante eléctrico, baja transmisión del sonido y buena resistencia al uso.
c) Espumas fenólicas:
Poseen una serie de ventajas frente a otro tipo de aislantes tales como una gran resistencia a la llama, reducida emisión de humos, toxicidad nula y poco peso.Son utilizadas generalmente en la industria de la construcción, recubrimientos de recipientes y tubos en industrias de proceso, circuitos de refrigeración y ventilación
Resinas fenólicas técnicas (RFT) se utilizan para: abrasivos, materiales de fricción, textil, fundición, filtros, lacas y adhesivos.
Resinas fenólicas para madera y aislantes (RFMA) tienen su campo de aplicación en: lanas minerales, impregnaciones, materiales de madera, espumas.
Resinas fenólicas para polvos de moldeo (PM), que son suministradores de las industrias eléctrica, automovilística y electrodoméstica.
A continuación se exponen algunas de las aplicaciones más importantes de las resinas fenólicas :
Composites de madera
Este tipo de aplicación incluye: paneles multilaminares, madera aglomerada, paneles de madera conglomerada con fibra y composites de madera macroscópicos tales como vigas, etc.
Cuando se requiere resistencia a la humedad se eligen resinas fenólicas y/o base resorcinol. Cuando dicha resistencia no es requerida se utilizan otros productos tales como resinas urea-formaldehido, melanina-formaldehido, poliuretanos y emulsiones tipo polivinil acetato.
La fabricación de paneles multilaminares requiere adherir tres o más capas de madera con una resina fenólica bajo unas determinadas condiciones de calor y presión. La formulación de la resina depende de si se utiliza un proceso de fabricación húmedo o seco. Se suelen usar resoles solubles en agua. En general, la resina se combina con rellenos y disolventes que controlan la humedad y evitan la penetración del substrato.
Por ejemplo, para el caso de resoles, el tiempo de curado del panel es 5 min. a 140-150 ºC para paneles delgados y 1-1.5 min/mm para paneles con grosores mayores de 10 mm.
En investigaciones referentes a la producción de paneles multilaminares con pasta Kraft, la adición de ésta, produce la sustitución parcial del fenol disminuyendo el formaldehido y alcali (NaOH, KOH) necesario para la producción de dichos paneles. Esta adición no empeora las propiedades de la resina (viscosidad, estabilidad,...).
La fabricación de maderas aglomeradas requieren resoles líquidos. Las temperaturas y presiones dependen de la densidad del composite final.
Para la obtención de determinados composites ("wafer board") se utilizan maderas de árboles de poco diámetro. Pueden ser unidos con resinas sólidas mediante pulverización.
Uniones de fibra.
Son uniones de vidrio y lanas de vidrio minerales con resoles solubles en agua de bajo peso molecular que se utilizan como aislantes. También se usan dispersiones fenólicas con bajas concentraciones de volátiles.
La resinas elegidas para este tipo de operaciones son de tipo orto o combinaciones de resoles y novolacas. Son muy utilizadas en la industria de la construcción y automoción.
Laminados.
Existen una gran variedad de aplicaciones para laminados con base papel, algodón o sustrato de vidrio.
Los laminados pueden ser decorativos o industriales (circuitos electrónicos, tubos, barras, ...)
La producción de laminados requiere la impregnación de láminas con soluciones de resina fenólica, donde la penetración de la fibra es función de la viscosidad y estructura molecular de la resina. Más tarde la lámina impregnada se seca en un horno donde los disolventes se evaporan. El contenido de resina dependiendo del uso varía entre 30 y 70 % en peso de la lámina curada. Las temperaturas de curado oscilan entre 150 y 175 ºC, y las presiones entre 3.4 y 14 MPa.
Entre sus propiedades más importantes destacan la resistencia al uso y a la humedad, las buenas propiedades mecánicas y sus excelentes propiedades aislantes.
Resina para fundición
Las resinas fenólicas son importantes en la industria de la fundición aunque la cantidad de agente ligador para la consolidación de las arenas de moldeo es aproximadamente entre 2 y 3 % en peso.
Abrasivos
Existen dos tipos de abrasivos con base resina fenólica:
a) Uniones abrasivas (ruedas de molienda, ...): poseen una gran resistencia a la tensión y a la temperatura. Su principal aplicación es la molienda de metales
b) Baños abrasivos (papel de lija, discos,...): resisten altas temperaturas. En este caso los papeles se bañan con resoles de viscosidad media y se deposita electrostáticamente el material abrasivo.
Materiales de fricción
La industria de la automoción posee componentes sometidos a fricción tales como frenos, embragues, transmisiones, que están fabricados con resinas fenólicas.
Sus procesos de fabricación más comunes incluyen: impregnación, extrusión, moldeo y secado.
Se utilizan novolacas o resoles (sólidos o líquidos) en un 10-20 % en peso de la mezcla de composite. Otros ingredientes incluyen rellenos, fibras semimetálicas, ...
La combinación de los diferentes aditivos, el tipo de resina fenólica y el proceso empleado determinan las propiedades de fricción, niveles de ruido y resistencia térmica del composite final.
Materiales de moldeo
Los materiales de moldeo fenólicos son composites que contienen rellenos (fibras o partículas), aditivos y una elevada concentración de resina ligadora.
La carga más utilizada es la harina de madera (pino,...). Si se exigen características de resistencia a la humedad y estabilidad dimensional se usan talcos, carbonato de calcio, amianto, mica (aplicaciones eléctricas) y fibras de vidrio cortas. En caso de necesitar buenas propiedades mecánicas se introduce algodón. Algunos materiales de moldeo contienen cargas de grafito, bisulfuro de molibdeno, para mejorar el coeficiente de frotamiento.
Propiedades importantes del producto curado incluyen:
- Resistencia a la temperatura (aplicaciones en automoción).
- Buenas propiedades eléctricas
- Resistencia a disolventes.
Las propiedades finales dependen del tipo de resina, relleno y de sus concentraciones.
La resina fenólica utilizada en materiales de moldeo es novolaca curada con HMTA aunque también se usan combinaciones de novolacas y resoles para aplicaciones en electricidad.
La utilización de los materiales de moldeo es dirigida a la fabricación de accesorios eléctricos, utensilios domésticos, cajas de fusibles, reles, soportes, bobinas, partes de teléfonos,...
Baños y adhesivos
La mayoría de las aplicaciones para baños y adhesivos poseen resinas fenólicas y otros polímeros de tipo termoplástico o termoestable.
En el caso de baños se utilizan en la fabricación de pinturas anticorrosión, barnices, lacas aislantes (industrias eléctricas), pulimentos,...
La formulación con epóxidos, acrílicos, ... proporcionan diferentes propiedades a los sistemas de curado. Las composiciones de resinas fenólicas (generalmente novolacas) varía dependiendo del polímero con el que se combine.
En general poseen las siguientes propiedades:
- Buena resistencia a los disolventes.
- Resistencia a la abrasión.
- Estabilidad térmica.
- Propiedades anticorrosivas y aislantes.
Las combinaciones más comunes para la obtención de adhesivos son:
- Nitrilo-fenólica
- Butadieno-fenólica
- Etilenpropilendien - goma
- Resinas con base neopreno y terpeno.
Nuevos desarrollos
Sus buenas propiedades tales como la buena resistencia mecánica y a la llama, su reducida densidad de humos y toxicidad, y su resistencia al uso entre otras muchas, son responsables del desarrollo de nuevas aplicaciones tales como:
a) Revestimientos, que pueden ser de dos tipos:
Revestimientos cocidos
Revestimientos para cubos y tambores
Revestimientos para contenedores de comida
Revestimientos para coches, intercambiadores de calor y equipos industriales.
Revestimientos secados al aire
Varnices
Apresto (pintura) con base alcali
Apresto (pintura) para labado
b) Las resinas reforzadas con fibra (FRP) son utilizadas en la industria de la automoción.
Estas poseen una baja densidad, elevada resistencia a la tensión y al impacto, resistencia a la corrosión, baja transmisión de calor, buen aislante eléctrico, baja transmisión del sonido y buena resistencia al uso.
c) Espumas fenólicas:
Poseen una serie de ventajas frente a otro tipo de aislantes tales como una gran resistencia a la llama, reducida emisión de humos, toxicidad nula y poco peso.Son utilizadas generalmente en la industria de la construcción, recubrimientos de recipientes y tubos en industrias de proceso, circuitos de refrigeración y ventilación
PROPIEDADES
PROPIEDADES FISICAS
Densidad:
- 0.9 - 1.25 g/cm3 para resinas líquidas
- 1.2 - 1.3 " para resinas sólidas
- 1.3 - 1.8 " para los materiales de moldeo
Las posibilidades de coloración son limitadas (tonos oscuros)
La absorción de agua depende, en los materiales de moldeo, de la carga. Por ejemplo, a temperatura ambiente, después de 24 h. de inmersión, se tendrá un 0.1 % en caso de tener una carga mineral y un 0.6 % para una carga textil.
PROPIEDADES MECANICAS (Para objetos moldeados)
Las resistencias a tracción, compresión, flexión dependen de la carga. La tensión a ruptura varía:
- en tracción de 25 a 50 MPa
- en compresión de 140 a 250 MPa
- en flexión de 55 a 91 MPa
Debido a su red tridimensional las piezas moldeadas no presentan prácticamente alargamiento a ruptura.
Resistencia al choque: la resistencia Charpy con probeta entallada es característica de la naturaleza de la carga utilizada. Esta determinación sirve de base para la clasificación de los materiales de moldeo.
PROPIEDADES TERMICAS
Estas resinas tienen una conducta térmica muy buena. Por ejemplo, los materiales de moldeo pueden soportar, sin daño, durante 24 h una temperatura de 200 ºC , si la carga es harina de madera y entre 220 y 230 ºC si las cargas son de tipo mineral.
COMPORTAMIENTO AL FUEGO
Los fenoplastos son infusibles. Por encima de 250 ºC se descomponen liberando principalmente vapor de agua, gas carbónico y monóxido de carbono.
CONDUCTA QUIMICA
Resisten a los disolventes, ácido y bases débiles.
Son atacados por ácidos y bases fuertes (sobre todo).
CONDUCTA EN EL TIEMPO
Presentan un comportamiento muy bueno al envejecimiento natural. Sin embargo, amarillean por la acción de la luz solar. Para paliar este inconveniente, se utilizan pinturas por las que tienen buena afinidad.
Otras propiedades interesantes son:
- Excelentes características dieléctricas.
- Poco peso.
- Resistencia a la corrosión.
- Bajo coste.
- Superficie dura y lisa.
- Resistencia a la abrasión
- Baja emisión de humos tóxicos
MECANISMOS DE REACCION.
Determinadas condiciones de operación, principalmente el pH y la temperatura, tienen un gran efecto sobre el carácter de los productos obtenidos en las reacciones entre el fenol y el formaldehido. Estas tienen tres etapas diferentes:
La adición inicial del formaldehido al fenol para dar "metilolfenoles".
Crecimiento de la cadena mediante condensaciones y adiciones alternativas a temperaturas por debajo de 100 ºC, y
Reticulación y endurecimiento de las resinas a temperaturas por encima de 100 ºC.
Diferencias entre estas etapas, dan como resultado la obtención de dos tipos de resinas formofenólicas, las novolacas y los resoles.
Novolacas
Se obtienen mediante la reacción de fenol y formaldehido bajo condiciones ácidas con exceso molar en fenol. La relación molar fenol-formaldehido es 1:(0.75-0.85) y el catalizador empleado es el ácido oxálico.
En la formación de la novolaca se produce mediante los siguientes pasos:
1.- El formaldehido en solución acuosa y medio ácido se encuentra en forma de metilenglicol.
H+
HO-CH2-OH + CH2OH + H2O
Metilenglicol ion hidroximetilencarbono
En los procesos industriales, el formaldehido se encuentra en disolución acuosa con metanol como estabilizador. Se han realizado diversos estudios sobre la cinética de reacción de la polimerización del formaldehido en agua.
2.- La adición se produce en las posiciones orto y para del fenol, que está en equilibrio con los correspondientes alcoholes bencílicos que bajo condiciones ácidas se presentan como iones carbono bencílicos
La adición inicial del formaldehido al fenol para dar "metilolfenoles".
Crecimiento de la cadena mediante condensaciones y adiciones alternativas a temperaturas por debajo de 100 ºC, y
Reticulación y endurecimiento de las resinas a temperaturas por encima de 100 ºC.
Diferencias entre estas etapas, dan como resultado la obtención de dos tipos de resinas formofenólicas, las novolacas y los resoles.
Novolacas
Se obtienen mediante la reacción de fenol y formaldehido bajo condiciones ácidas con exceso molar en fenol. La relación molar fenol-formaldehido es 1:(0.75-0.85) y el catalizador empleado es el ácido oxálico.
En la formación de la novolaca se produce mediante los siguientes pasos:
1.- El formaldehido en solución acuosa y medio ácido se encuentra en forma de metilenglicol.
H+
HO-CH2-OH + CH2OH + H2O
Metilenglicol ion hidroximetilencarbono
En los procesos industriales, el formaldehido se encuentra en disolución acuosa con metanol como estabilizador. Se han realizado diversos estudios sobre la cinética de reacción de la polimerización del formaldehido en agua.
2.- La adición se produce en las posiciones orto y para del fenol, que está en equilibrio con los correspondientes alcoholes bencílicos que bajo condiciones ácidas se presentan como iones carbono bencílicos
3.- Estos productos reaccionan con el fenol dando dihidroxifenilmetanos.
4.- Continuando la reacción se llega a la formación de novolacas con un peso menor de 5000.
5.- Estas relaciones son termoplásticas, solubles, fusibles y permanecen estables almacenadas.
6.- Para realizar la reacción de entrecruzamiento, es necesario añadir endurecedores. Generalmente se añade Hexametilentetramina (HMTA, hexa) en una proporción que va desde 5 - 15 %.
7.- Con ésto, se forman estructuras reticuladas, con puentes metileno, amina secundaria, amina terciaria,... que dan lugar a materiales termoestables
Resoles
Se obtienen mediante la reacción de fenol y formaldehido bajo condiciones básicas con exceso molar en formaldehido. La relación molar fenol-formaldehido es 1:(1.2-3) y el catalizador empleado es el NaOH,...
La formación del resol se produce mediante los siguientes pasos:
1.- En una primera etapa, se forma el anión fenolato con deslocalización de la carga negativa en las posiciones orto y para.
2.- A continuación tiene lugar la metilolación 
Sustitución orto favorecida por iones Ba+2, Ca+2, Mg+2, ... (pH bajos)
Sustitución para favorecida por iones K+, Na+, ... (pH altos)
3.- Polimetilolación.
Estos productos son los monómeros de la siguiente etapa de la reacción.
4.- El peso molecular se incremena por condensación de los grupos metilol formando puentes metileno o puentes éter. En este último caso puede producirse una pérdida subsiguiente de formaldehido con formación de puentes metileno
5.- Si estas reacciones continúan (catalizadas por calor o por adición de ácidos a temperatura ambiente) pueden condensar gran cantidad de núcleos fenólicos para dar lugar a la formación del retículo.4.- El peso molecular se incremena por condensación de los grupos metilol formando puentes metileno o puentes éter. En este último caso puede producirse una pérdida subsiguiente de formaldehido con formación de puentes metileno
6.- Durante el entrecruzamiento pasa por tres estados:
Líquido, fusible y soluble
Intermedio (resitol), prácticamente infusible, pero moldeable por efecto del calor, se hincha con algunos disolventes y posee baja resistencia mecánica.
Estado final, infusible, insoluble y con alta resistencia mecánica.
CATALIZADORES
El catalizador más usual para la obtención de novolacas es el ácido oxálico. Anteriormente se utilizó el ácido clorhídrico, desechado más tarde por formar en el proceso compuesto clorados. Otro catalizador empleado es el ácido sulfúrico.
Para la obtención de resoles se utiliza el NaOH, HMTA, BaOH y la Trietilamina. La utilización de NaOH promueve la adición de formaldehido en las posiciones para de los anillos fenólicos, mientras que en el caso de la Trietilamina se favorece la adición en posiciones orto.
El HMTA también se utiliza como endurecedor en el proceso de obtención de novolacas. Se prepara con formaldehido y amoniaco. Es soluble en agua y tiene una ligera acción alcalina en disolución acuosa (pH: 7-10). Sus principales ventajas sobre el formaldehido es que es fácilmente manejable, reacciona solo en presencia de catalizadores y aceptores de formaldehido o bajo la influencia de calor, y es barato. Además de estas aplicaciones, se utiliza en industrias de explosivos, farmaceuticas,...
Otras materias primas descritas anteriormente, existen otros tipos de fenoles (cresoles,...) y aldehidos (paraformaldehido, Trioxano,...) para la producción de resinas fenólicas.
FORMALDEHÍDO
La producción en continuo de formaldehido y urea/formaldehido concentrado, se realiza a partir del metanol
El formaldehido se produce mediante la deshidrogenación catalítica del metanol. Se produce la siguiente reacción:
CH3OH + ½ O2 ® HCHO + H2O D H = -159 Kj / mol
El metanol vaporizado es mezclado con aire y gas recirculado, y se hace reaccionar sobre un catalizador hierro-óxido de molibdeno en un reactor de lecho fijo. Este contiene unos tubos rellenos de catalizador. La conversión del metanol es cercana al 99 %, con una selectividad del 94 % para el formaldehido. Los gases de la reacción son enfriados mediante transferencia de calor sensible como único proceso de intercambio de calor y se extinguen con agua o urea-agua en el absorbedor mediante una combinación de platos de válvula y empaques, produciéndose formaldehido acuoso o urea/formaldehido concentrado.
Un absorbedor especial se utiliza para recuperar el metanol perdido, dimetileter y formaldehido por debajo de 10 ppm.El conversor catalítico reduce las emisiones de formaldehido por debajo de 1 ppm
CH3OH + ½ O2 ® HCHO + H2O D H = -159 Kj / mol
El metanol vaporizado es mezclado con aire y gas recirculado, y se hace reaccionar sobre un catalizador hierro-óxido de molibdeno en un reactor de lecho fijo. Este contiene unos tubos rellenos de catalizador. La conversión del metanol es cercana al 99 %, con una selectividad del 94 % para el formaldehido. Los gases de la reacción son enfriados mediante transferencia de calor sensible como único proceso de intercambio de calor y se extinguen con agua o urea-agua en el absorbedor mediante una combinación de platos de válvula y empaques, produciéndose formaldehido acuoso o urea/formaldehido concentrado.
Un absorbedor especial se utiliza para recuperar el metanol perdido, dimetileter y formaldehido por debajo de 10 ppm.El conversor catalítico reduce las emisiones de formaldehido por debajo de 1 ppm
REACCIONES DEL PROCESO
Este nuevo proceso evita la producción de cumeno y acetona, y recicla NO2, eliminando corrientes de aguas residuales y emisiones de NOx
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
La acetona y el fenol son obtenidos "vía cumeno", mediante una oxidación en fase líquida del cumeno hacia hidroperóxido de cumeno (CHP), seguida por una descomposición catalítica del CHP hacia fenol y acetona. Estos últimos, el cumeno sin convertir y coproductos son destilados mediante una serie de torres de destilación, para recuperar fenol y acetona de gran pureza y reciclar cumeno.
Planta de proceso
En al siguiente figura se puede observar una planta típica de producción de fenol "vía cumeno".
En al siguiente figura se puede observar una planta típica de producción de fenol "vía cumeno".
MATERIAS PRIMAS.
A continuación se exponen los procesos más representativos para la obtención de las materias primas básicas necesarias para la producción de resinas formofenólicas, así como los tipos de catalizadores y endurecedores más usados.
**fenol
La producción de fenol "vía cumeno", fue descubierta por H.Hock en Alemania. Este moderno proceso, produce un fenol de alta calidad, apropiado para la obtención de policarbonatos y/o resinas. Alrededor de 4 billones de libras de fenol al año (1997) se producen en Estados Unidos mediante este proceso. De igual forma, la acetona obtenida posee una gran calidad.
Un proceso de oxidación mejorado se combina con avanzada tecnología lo que minimiza la producción de otros productos pesados y maximiza la conversión en la oxidación, obteniendo a su vez material reciclable y siendo éste un proceso limpio y seguro.
Las ventajas del proceso se observan en la tabla siguiente.
**fenol
La producción de fenol "vía cumeno", fue descubierta por H.Hock en Alemania. Este moderno proceso, produce un fenol de alta calidad, apropiado para la obtención de policarbonatos y/o resinas. Alrededor de 4 billones de libras de fenol al año (1997) se producen en Estados Unidos mediante este proceso. De igual forma, la acetona obtenida posee una gran calidad.
Un proceso de oxidación mejorado se combina con avanzada tecnología lo que minimiza la producción de otros productos pesados y maximiza la conversión en la oxidación, obteniendo a su vez material reciclable y siendo éste un proceso limpio y seguro.
Las ventajas del proceso se observan en la tabla siguiente.
En al siguiente tabla, se exponen algunas de las especificaciones de los productos obtenidos durante este proceso.
RESINAS FORMOFENOLICAS
Las resinas fenólicas, también llamadas " fenoplastos ", son de las primeras resinas que se sintetizaron. Han sido realizados numerosos estudios sobre sus mecanismos de reacción en la síntesis y su reacción con otras sustancias. Se obtienen mediante la reacción de fenoles y aldehidos, siendo el fenol y el formaldehido las materias primas más importantes en la producción de resinas fenólicas.
Hacia el 1872, A.V. Baeyer observó que la reacción de condensación entre fenoles y aldehidos daba lugar a sustancias resinosas. En 1893, G. T. Morgan produjo la primera resina fenol-formaldehido. Sin embargo, fue el trabajo de Fleming L. H. Baekeland y otros colaboradores quienes pusieron impetu en la producción de resinas fenólicas a nivel industrial. Baekeland con sus aplicaciones y patentes (presión y calor de curado en 1908,...) fue reconocido como el pionero de la industria de los plásticos.
Hoy en día, juegan un importante papel en la tecnología moderna (automoción, aeroespacial), en aplicaciones para fibras sintéticas, ordenadores, construcción,... Como datos orientativos, los usos más comunes de las resinas fenólicas se distribuyeron según se expone en la siguiente tabla.
Hacia el 1872, A.V. Baeyer observó que la reacción de condensación entre fenoles y aldehidos daba lugar a sustancias resinosas. En 1893, G. T. Morgan produjo la primera resina fenol-formaldehido. Sin embargo, fue el trabajo de Fleming L. H. Baekeland y otros colaboradores quienes pusieron impetu en la producción de resinas fenólicas a nivel industrial. Baekeland con sus aplicaciones y patentes (presión y calor de curado en 1908,...) fue reconocido como el pionero de la industria de los plásticos.
Hoy en día, juegan un importante papel en la tecnología moderna (automoción, aeroespacial), en aplicaciones para fibras sintéticas, ordenadores, construcción,... Como datos orientativos, los usos más comunes de las resinas fenólicas se distribuyeron según se expone en la siguiente tabla.
RESINAS Y LA POLIMERIZACIÓN
Hablar de resinas, es hablar de polimerización, La polimerización abarca complejas reacciones, lo que conlleva a la formación de estructuras moleculares complejas. Las condiciones bajo las cuales es llevada a cabo la polimerización tienen un gran efecto sobre la longitud de la cadena, grado de ramificación, distribución en la composición del copolímero, distribucción de la secuencia del copolímero y otras medidas de las estructuras moleculares que afectan directamente a sus propiedades finales. Estas últimas difíciles de alcanzar debido a la variedad y complejidad de la microestructura.
A continuación se muestra un esquema donde se representan las variables de un proceso de polimerización.
El ingeniero de reacciones de polimerización no solo ha de reunir proporciones específicas, producciones y purezas, sino también obtener un producto con ciertas características de procesado y propiedades finales que son, en la práctica, las verdaderas medidas del funcionamiento de los reactores de polimerización
La disponibilidad de un modelo matemático que prediga con precisión las propiedades moleculares del polímero producido en un reactor tiene una gran importancia económica. La llave para realizar un buen modelo es describir matemáticamente los fenómenos químicos y físicos del proceso, obteniendo los balances necesarios de materia, energía y momento. Esta descripción implica ecuaciones no lineales (algebraicas, diferenciales,..).
Los principales problemas que se plantean a la hora de realizar una modelización para la producción de polímeros son:
La comprensión de las reacciones de polimerización. Las cinéticas de polimerización son complejas debido al número de reacciones diferentes que ocurren y a que éstas, son fuertemente influenciadas por cambios físicos en el sistema, tales como el incremento de la viscosidad. La combinación de grandes incrementos en la viscosidad y la implicación de moléculas de cadena larga en las reacciones, conduce al control difusional de algunas reacciones. La difusión puede entonces determinar la velocidad de la reacción y se establece una relación directa entre la física de polímeros y las cinéticas de polimerización.
La habilidad para medir y caracterizar todas las variables que influyen en la calidad del polímero.
El desarrollo de modelos no lineales basados en controladores predictivos.
Los diferentes fenómenos físicos y químicos que se producen en un reactor de polimerización pueden ser clasificados en los siguientes niveles de modelización:
Modelización "cinética-química" ** MICROESCALA
Modelización "física-transporte" ** MESOESCALA
Modelización "dinámica-reactor" ** MACROESCALA
MICROESCALA
Basada en la modelización de los mecanismos cinéticos en reacciones en cadena (crecimiento, ramificación, terminación de la cadena,...)
La modelización matemática de cinéticas de polimerización a nivel micro escala ha estado sujeta numerosas publicaciones.
MESOESCALA
Los fenómenos de la interfase (equilibrios termodinámicos, cinéticas,...), intrafase (transferencia de masa y calor entre diferentes fases), así como el "micromezclado", juegan un importante papel y pueden influir sobre propiedades moleculares y morfológicas. La modelización de este tipo depende del diseño específico de la operación del proceso.
MACROESCALA
Tiene que ver con el desarrollo de modelos que describan: fenómenos de "macromezcla" en el reactor, balances globales de masa y energía, transferencia de masa y calor, dinámica y control del reactor.
En definitiva, para la óptima modelización de un reactor de polimerización deben incluirse modelos apropiados que representen todos los fenómenos físicos y químicos que ocurren a las tres escalas anteriormente expuestas.
En procesos químicos industriales tipo batch o continuo, la utilización de computadoras se está implementando desde hace ya algún tiempo, debido a que ayudan a operar con más estabilidad, seguridad, mejoran la productividad, calidad, reducen el impacto ambiental y mejoran la conservación de la energía.
Aunque el control por ordenador se ha estado aplicando a la industria de polímeros desde hace 25 años, la aplicación de extrategias avanzadas de control en reactores de polimerización se ha limitado al control de la temperatura y presión.
Como causas más importantes de la falta de progreso en el control de calidad de polímeros se pueden enumerar las siguientes:
1.- Las reacciones de polimerización son procesos altamente no lineales (variación de parámetros con el tiempo).
2.- Las propiedades moleculares (nº medio, peso molecular y composición del copolímero,...) a menudo evolucionan en direcciones opuestas a las variables de control manipuladas (temperatura, concentración adimensional de iniciador,...).
3.- La falta de medidas "on-line" de propiedades moleculares retrasan la caracterización de la calidad del polímero.
Entonces, una producción inteligente de polímeros engloba: modelos matemáticos del proceso, sensores avanzados, aproximaciones estadísticas y control avanzado de procesos.
Como se ha comentado con anterioridad, la elección de un tipo de reactor u otro, además del tipo de agitación, influirá sobre la estructura del polímero y como consecuencia de esto, sobre sus propiedades finales. El dimensionamiento del reactor se basa en la velocidad de polimerización de la planta piloto. La elección del tipo de reactor depende de la cinética y de consideraciones económicas.
Las configuraciones de reactor tipo Batch son comúnmente usadas. Sin embargo, los procesos continuos son más económicos que los anteriores sin restar importancia a los procesos semibatch.
Se consideran cuatro tipos de reactores de polimerización:
Batch
Semibatch
Flujo pistón (tubular)
Tanque agitado (continuo)
Batch
Este tipo de reactor es el más versatil y ha sido ampliamente usado, especialmente para polímeros de baja producción. Posee agitador, camisa de refrigeración y condensador a reflujo (para el caso de las polimerizaciones "step growth")
Su tamaño va desde los 5 galones (plantas piloto) hasta los 30000 galones. Se construyen en acero al carbono, vidrio y pueden estar recubiertos de polímero. El intercambio de calor de polimerización se realiza mediante una camisa de refrigeración.
Tiene la ventaja de acomodar varios productos. Los reactivos se añaden al comienzo de la polimerización. Así, la velocidad de polimerización cambia con el tiempo mientras la concentración adimensional de los reactivos decrece. Se obtienen elevadas conversiones
El diseño de reactores Batch se basará en estimaciones de tiempos de polimerización provenientes de datos de planta piloto y/ o estudios de simulación. A la hora del "scale-up", se pondrá especial cuidado en la agitación y transferencia de calor.
Se utilizan para la obtención de Nylon 6, resinas fenólicas, urea-formaldehido, melanina-formaldehido,...
Han sido reemplazados por los reactores continuos debido a su mayor capacidad de producción.
Semibatch
Aquí, los reactivos (formaldehido en el caso de las resinas formofenólicas) o iniciadores (polimerizaciones de radical libre) se añaden durante el curso de la polimerización.
En el caso de las polimerizaciones de condensación el producto de condensación es continuamente eliminado (agua) para dirigir la polimerización reversible hacia el polímero más que hacia el monómero.
El uso de una estrategia de este tipo, da al diseñador de procesos grados extra de libertad: desarrollo de procedimiento de operación normal y toma de acciones de control para corregir desviaciones provenientes de la operación normal.
La copolimerización semibatch se realiza para mantener constante la composición de copolímero cuando los comonómeros tienen reactividades que varían poco. La adición del iniciador en forma semibatch, se realiza para mantener el control de temperatura y la adición de iniciador o agente de transferencia de cadena se utiliza también para mantener al distribución de pesos moleculares deseada.
Flujo pistón
En este tipo de reactor, la masa de reactivos se bombea a lo largo del tubo a una velocidad tal que la reacción se produzca de forma deseada.
Cada elemento de la mezcla de reacción se identifica como un reactor batch individual.
Se obtienen altas conversiones y elevados pesos moleculares. Poseen bajos costes económicos.
Los reactores tubulares son aplicables en polimerizaciones de grandes volúmenes y tienen excelentes cualidades en la transferencia de calor. Por otro lado, son vulnerables pues pueden ser obstruidos por pequeñas cantidades de polímero. Se tendrá que tener en cuenta para este caso: la agitación, la difusión, distribución de pesos moleculares y el factor de ensuciamiento de las paredes del reactor.
La temperatura a lo largo del reactor se controla mediante camisa de refrigeración.
Para soluciones viscosas se producirán bajas velocidades en la pared.
Estudios sobre la desviación existente entre flujo pistón y polimerización tubular han sido realizada por Hamer y Ray (10).
Se utilizan en la producción de Nylon 6 y 66.
Tanque agitado (continuo)
En este tipo de reactores los reactivos son alimentados continuamente y los productos continuamente obtenidos para asegurar que el sistema mantiene estado estacionario.
Su utilización es justificada para altos volúmenes de productos. Se obtienen altos rendimientos con bajo coste de proceso.
La velocidad de polimerización es constante y contribuye a la homogeneidad del producto, pero puede ser eclipsado por la no homogeneización producida por la amplia distribución de tiempos de residencia.
Como la velocidad de polimerización varía con las condiciones de operación, este tipo de sistemas puede ser dimensionado para la velocidad de polimerización en las condiciones de diseño. En la práctica se utiliza un tren de reactores de igual tamaño para minimizar la complejidad en el diseño seguido de un reactor tubular
A continuación se muestra un esquema donde se representan las variables de un proceso de polimerización.
El ingeniero de reacciones de polimerización no solo ha de reunir proporciones específicas, producciones y purezas, sino también obtener un producto con ciertas características de procesado y propiedades finales que son, en la práctica, las verdaderas medidas del funcionamiento de los reactores de polimerizaciónLa disponibilidad de un modelo matemático que prediga con precisión las propiedades moleculares del polímero producido en un reactor tiene una gran importancia económica. La llave para realizar un buen modelo es describir matemáticamente los fenómenos químicos y físicos del proceso, obteniendo los balances necesarios de materia, energía y momento. Esta descripción implica ecuaciones no lineales (algebraicas, diferenciales,..).
Los principales problemas que se plantean a la hora de realizar una modelización para la producción de polímeros son:
La comprensión de las reacciones de polimerización. Las cinéticas de polimerización son complejas debido al número de reacciones diferentes que ocurren y a que éstas, son fuertemente influenciadas por cambios físicos en el sistema, tales como el incremento de la viscosidad. La combinación de grandes incrementos en la viscosidad y la implicación de moléculas de cadena larga en las reacciones, conduce al control difusional de algunas reacciones. La difusión puede entonces determinar la velocidad de la reacción y se establece una relación directa entre la física de polímeros y las cinéticas de polimerización.
La habilidad para medir y caracterizar todas las variables que influyen en la calidad del polímero.
El desarrollo de modelos no lineales basados en controladores predictivos.
Los diferentes fenómenos físicos y químicos que se producen en un reactor de polimerización pueden ser clasificados en los siguientes niveles de modelización:
Modelización "cinética-química" ** MICROESCALA
Modelización "física-transporte" ** MESOESCALA
Modelización "dinámica-reactor" ** MACROESCALA
MICROESCALA
Basada en la modelización de los mecanismos cinéticos en reacciones en cadena (crecimiento, ramificación, terminación de la cadena,...)
La modelización matemática de cinéticas de polimerización a nivel micro escala ha estado sujeta numerosas publicaciones.
MESOESCALA
Los fenómenos de la interfase (equilibrios termodinámicos, cinéticas,...), intrafase (transferencia de masa y calor entre diferentes fases), así como el "micromezclado", juegan un importante papel y pueden influir sobre propiedades moleculares y morfológicas. La modelización de este tipo depende del diseño específico de la operación del proceso.
MACROESCALA
Tiene que ver con el desarrollo de modelos que describan: fenómenos de "macromezcla" en el reactor, balances globales de masa y energía, transferencia de masa y calor, dinámica y control del reactor.
En definitiva, para la óptima modelización de un reactor de polimerización deben incluirse modelos apropiados que representen todos los fenómenos físicos y químicos que ocurren a las tres escalas anteriormente expuestas.
En procesos químicos industriales tipo batch o continuo, la utilización de computadoras se está implementando desde hace ya algún tiempo, debido a que ayudan a operar con más estabilidad, seguridad, mejoran la productividad, calidad, reducen el impacto ambiental y mejoran la conservación de la energía.
Aunque el control por ordenador se ha estado aplicando a la industria de polímeros desde hace 25 años, la aplicación de extrategias avanzadas de control en reactores de polimerización se ha limitado al control de la temperatura y presión.
Como causas más importantes de la falta de progreso en el control de calidad de polímeros se pueden enumerar las siguientes:
1.- Las reacciones de polimerización son procesos altamente no lineales (variación de parámetros con el tiempo).
2.- Las propiedades moleculares (nº medio, peso molecular y composición del copolímero,...) a menudo evolucionan en direcciones opuestas a las variables de control manipuladas (temperatura, concentración adimensional de iniciador,...).
3.- La falta de medidas "on-line" de propiedades moleculares retrasan la caracterización de la calidad del polímero.
Entonces, una producción inteligente de polímeros engloba: modelos matemáticos del proceso, sensores avanzados, aproximaciones estadísticas y control avanzado de procesos.
Como se ha comentado con anterioridad, la elección de un tipo de reactor u otro, además del tipo de agitación, influirá sobre la estructura del polímero y como consecuencia de esto, sobre sus propiedades finales. El dimensionamiento del reactor se basa en la velocidad de polimerización de la planta piloto. La elección del tipo de reactor depende de la cinética y de consideraciones económicas.
Las configuraciones de reactor tipo Batch son comúnmente usadas. Sin embargo, los procesos continuos son más económicos que los anteriores sin restar importancia a los procesos semibatch.
Se consideran cuatro tipos de reactores de polimerización:
Batch
Semibatch
Flujo pistón (tubular)
Tanque agitado (continuo)
Batch
Este tipo de reactor es el más versatil y ha sido ampliamente usado, especialmente para polímeros de baja producción. Posee agitador, camisa de refrigeración y condensador a reflujo (para el caso de las polimerizaciones "step growth")
Su tamaño va desde los 5 galones (plantas piloto) hasta los 30000 galones. Se construyen en acero al carbono, vidrio y pueden estar recubiertos de polímero. El intercambio de calor de polimerización se realiza mediante una camisa de refrigeración.
Tiene la ventaja de acomodar varios productos. Los reactivos se añaden al comienzo de la polimerización. Así, la velocidad de polimerización cambia con el tiempo mientras la concentración adimensional de los reactivos decrece. Se obtienen elevadas conversiones
El diseño de reactores Batch se basará en estimaciones de tiempos de polimerización provenientes de datos de planta piloto y/ o estudios de simulación. A la hora del "scale-up", se pondrá especial cuidado en la agitación y transferencia de calor.
Se utilizan para la obtención de Nylon 6, resinas fenólicas, urea-formaldehido, melanina-formaldehido,...
Han sido reemplazados por los reactores continuos debido a su mayor capacidad de producción.
Semibatch
Aquí, los reactivos (formaldehido en el caso de las resinas formofenólicas) o iniciadores (polimerizaciones de radical libre) se añaden durante el curso de la polimerización.
En el caso de las polimerizaciones de condensación el producto de condensación es continuamente eliminado (agua) para dirigir la polimerización reversible hacia el polímero más que hacia el monómero.
El uso de una estrategia de este tipo, da al diseñador de procesos grados extra de libertad: desarrollo de procedimiento de operación normal y toma de acciones de control para corregir desviaciones provenientes de la operación normal.
La copolimerización semibatch se realiza para mantener constante la composición de copolímero cuando los comonómeros tienen reactividades que varían poco. La adición del iniciador en forma semibatch, se realiza para mantener el control de temperatura y la adición de iniciador o agente de transferencia de cadena se utiliza también para mantener al distribución de pesos moleculares deseada.
Flujo pistón
En este tipo de reactor, la masa de reactivos se bombea a lo largo del tubo a una velocidad tal que la reacción se produzca de forma deseada.
Cada elemento de la mezcla de reacción se identifica como un reactor batch individual.
Se obtienen altas conversiones y elevados pesos moleculares. Poseen bajos costes económicos.
Los reactores tubulares son aplicables en polimerizaciones de grandes volúmenes y tienen excelentes cualidades en la transferencia de calor. Por otro lado, son vulnerables pues pueden ser obstruidos por pequeñas cantidades de polímero. Se tendrá que tener en cuenta para este caso: la agitación, la difusión, distribución de pesos moleculares y el factor de ensuciamiento de las paredes del reactor.
La temperatura a lo largo del reactor se controla mediante camisa de refrigeración.
Para soluciones viscosas se producirán bajas velocidades en la pared.
Estudios sobre la desviación existente entre flujo pistón y polimerización tubular han sido realizada por Hamer y Ray (10).
Se utilizan en la producción de Nylon 6 y 66.
Tanque agitado (continuo)
En este tipo de reactores los reactivos son alimentados continuamente y los productos continuamente obtenidos para asegurar que el sistema mantiene estado estacionario.
Su utilización es justificada para altos volúmenes de productos. Se obtienen altos rendimientos con bajo coste de proceso.
La velocidad de polimerización es constante y contribuye a la homogeneidad del producto, pero puede ser eclipsado por la no homogeneización producida por la amplia distribución de tiempos de residencia.
Como la velocidad de polimerización varía con las condiciones de operación, este tipo de sistemas puede ser dimensionado para la velocidad de polimerización en las condiciones de diseño. En la práctica se utiliza un tren de reactores de igual tamaño para minimizar la complejidad en el diseño seguido de un reactor tubular
INTRODUCCION
Se entiende por resina cualquiera de las resinas naturales modificadas químicamente o sintéticos polimerizados físicamente similares, incluyendo los materiales termoplásticos tales como polivinil, poliestireno, y polietileno y materiales termorrigidos tales como poliésteres, epóxidos, y siliconas que son utilizados con los estabilizadores, pigmentos y otros componentes para formar los plásticos.
Los principales tipos de resinas existentes, así como sus principales propiedades y aplicaciones, se resumen a continuación.
*Fenolicas:
Propiedades:
Buena fuerza, estabilidad al calor y resistencia al impacto, alta resistencia a la corrosión por químicos y a la penetración de humedad.
Aplicaciones:
Revestimiento de freno
Resinas de hule
Componentes eléctricos
Laminado
Adhesivos para cemento
Adhesivos aglomerados
Moldes
*Poliéster:
Propiedades:
Flexibilidad extrema en el proceso, excelente resistencia al calor, químicos y llama, bajo costo, excelentes características mecánicas y eléctricas.
Aplicaciones:
Construcción
Auto-reparación de masillas
Esquís
Caña de pescar
Componentes de aviones y barcos
Recubrimientos
Accesorios decorativos
Botellas.
*Aminas:
Propiedades:
Buena resistencia al calor, resistencia a solventes y químicos, dureza superficial extrema, resistencia al descoloramiento.
Aplicaciones:
Compuestos de moldeo
Adhesivos
Resinas de laminado
Recubrimiento de papel
Madera laminada
Estructuras de decoración
*Policarbonatos:
Propiedades:
Índice de refracción alto, excelentes propiedades químicas, eléctricas y térmicas, estabilidad dimensional. Transparente, resistente al manchado, buena resistencia a la filtración.
Aplicaciones:
Reemplazo para los metales
Cascos de seguridad
Lentes
Componentes eléctricos
Película fotográfica
Aisladores
*Poliuretanos
Propiedades:
Versatilidad extrema cuando es combinada con las resinas, buenas propiedades físicas, químicas y eléctricas.
Aplicaciones:
Aislamiento
Elastómeros
Adhesivos
Liners de espuma para ropa
*Poliéter:
Propiedades:
Excelente resistencia a la corrosión con ácidos álcalis y sales, puede estar en soldadura y maquina para rellenar cualquier tipo, forma o tamaño de estructura.
Aplicaciones:
Recubrimientos
Válvulas
Engranes de bombas
Piezas de medidor de agua
Superficie de cojinete
Se puede considerar como resina, las sustancias que sufren un proceso de polimerización o secado dando lugar a productos sólidos siendo en primer lugar liquidas.
*Epoxidos:
Propiedades:
Excelente resistencia química, buenas propiedades de adhesión, excelentes propiedades eléctricas, buena resistencia al calor.
Aplicaciones:
Laminados
Adhesivos
Pisos
Forros
Hélices
Recubrimientos de superficie
*Siliconas:
Propiedades:
Buena estabilidad térmica y oxidativa, flexible, excelentes propiedades eléctricas, inercia general.
Aplicaciones:
Hules
Laminados
Resinas encapsuladas
Agentes antiespumantes
Aplicaciones en resistencia al agua
*Polietileno
Propiedades:
Excelente resistencia química, bajo factor de potencia, pobre fuerza mecánica, excelente resistencia al vapor y humedad, amplio grado de flexibilidad.
Aplicaciones:
Empaque con láminas y películas
Contenedores
Aislamiento de alambre en los cables
Recubrimientos
Juguetes
Moldes
Forros
Tubos
*Fluorocarbonos
Propiedades:
Bajo coeficiente de fricción, baja permeabilidad, baja absorción de humedad, excepcional inercia química, baja fuerza dieléctrica.
Aplicaciones:
Aislamiento eléctrico
Sellos mecánicos
Empaquetadura
Revestimiento para equipos químicos
Aplicaciones criogénicas
*Acrílicos
Propiedades:
Claridad como el cristal, buena resistencia a la tensión y al impacto, resistencia a la exposición ultravioleta.
Aplicaciones:
Tableros estructurales y decoración
Adhesivos
Elastómeros
Recubrimientos
Señales
Azulejos translucidos
*Poliestireno:
Propiedades:
Bajo costo, facil producción, excelente resistencia a los acidos, álcalis, sales, blando con hidrocarburos, excelente claridad y flexibilidad
Aplicaciones:
Aislamiento
Tubos
Espumas
Torres de enfriamiento
Hules
Instrumentos y tableros automotrices
*Furanos:
Propiedades:
Excelente resistencia a los ácidos, buenas propiedades de adhesión.
Aplicaciones:
Laminados
Recubrimientos
Volantes abrasivos
RESINAS
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA
E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
QUIMICA ORGANICA III
CASTRO GARCIA AZUCENA
SANCHEZ GUZMAN DANIEL
Suscribirse a:
Entradas (Atom)
