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POLIMEROS AYUDANTES DE PROCESO 

 Aimée Gálvez Gómez Alonso Ortega Salinas

Francisco Morteo Rodríguez 

Los polímeros ayudantes de proceso, normalmente son utilizados en procesos de ingenieríaambiental, en especial en los procesos de tratamiento de agua. Estos polímeros ayudan a quelas operaciones llevadas a cabo tengan mejor rendimiento y con esto poder.

Los términos Coagulación y Floculación se utilizan ambos indistintamente en colación con laormación de agregados. !in embargo, conviene se"alar las dierencias conceptuales entreestas dos operaciones. La conusión proviene del #ec#o de que recuentemente ambasoperaciones se producen de manera simult$nea. %ara aclarar ideas deiniremos Coagulacióncomo la desestabilización de la suspensión coloidal, mientras que la Floculación se limita a los

enómenos de transporte de las partículas coaguladas para provocar colisiones entre ellaspromoviendo su aglomeración. %or tanto&

Coagulación: 'esestabilización de un coloide producida por la eliminación de las doblescapas eléctricas que rodean a todas las partículas coloidales, con la ormación de n(cleosmicroscópicos.

Floculación: )glomeración de partículas desestabilizadas primero en microlóculos, y m$starde en aglomerados voluminosos llamados lóculos.Los polímeros com(nmente utilizados son *polielectrolitos+ o *poliacrilamidas+. Estospolímeros pueden presentar propiedades aniónicas, catiónicas o no iónicas, seg(n su

abricación y usos para los que se aplique.

Los polielectrolitos son polímeros cuyas unidades de repetición soportan un grupo electrolito.

oy se usan una gran variedad de polielectrolitos sintéticos. %ueden actuar solos o comocoadyuvantes para loculación. Los polielectrolitos pueden clasiicarse en&- Catiónicos& Cargados positivamente.- )niónicos& Cargados negativamente. - o iónicos& o son polielectrolitos en sentido estricto aunque e/#iben en disolución muc#asde las propiedades loculantes de los anteriores.

Los policationes y polianiones son polielectrolitos. Estos grupos se disocian en disolucionesacuosas, por lo que quedan como polímeros cargados. Las propiedades de los polielectrolitosson por lo tanto similares a los dos& electrolitos y como polímeros. Como electrolitos& susdisoluciones son eléctricamente conductoras0 como polímeros& sus soluciones son a menudoviscosas.Las cadenas moleculares cargadas, com(nmente presentes en multitud de sistemasbiológicos, desempe"an un papel undamental en la determinación de la estructura, la

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estabilidad y las interacciones de los diversos conjuntos moleculares. Los enoques teóricospara describir sus propiedades estadísticas diieren proundamente de las de sus #omólogoseléctricamente neutros, mientras que sus propiedades (nicas est$n siendo e/plotadas en unaamplia gama de sectores tecnológicos e industriales. Como son solubles en agua también seinvestigan para aplicaciones bioquímicas y médicas. En la actualidad e/iste muc#a

investigación en el uso de polielectrolitos biocompatibles para recubrimientos de implantes,para la liberación controlada de $rmacos y otras aplicaciones.

Las poliacrilamida es un #omopolímero  de acrilamida. %uede ser sintetizado en orma decadena lineal o entrecruzado, e incluso se emplea junto con otros monómeros como el acrilatode sodio para ormar distintos copolímeros. La poliacrilamida se puede suministrar en polvo oen orma líquida, y como orma líquida se subdivide en disolución y polímero de emulsión. )pesar de que estos productos son a menudo llamados 1poliacrilamida1, muc#os son enrealidad copolímeros de acrilamida y una o m$s de otras especies químicas, tales como un$cido acrílico o una sal del mismo. La principal consecuencia de esto es dar al polímero1modiicado1 un car$cter iónico particular.

2no de los usos industriales m$s importantes para la poliacrilamida es la de locular  sólidos enun líquido. Este proceso se aplica para el tratamiento del agua, y procesos tales como laabricación de papel. 3ambién se #a comercializado como acondicionador del suelo  llamado4rilium por 5onsanto en la década de 6789 y #oy en día se dice que es una 1órmula (nica1de %)5 :poliacrilamida soluble en agua;. ) menudo se utiliza para el uso #ortícola y agrícolabajo diversos nombres comerciales. La orma aniónica de poliacrilamida reticulada se utilizacon recuencia como acondicionador de suelos en terrenos agrícolas y de la construcción parael control de la erosión, con el in de proteger la calidad del agua de los ríos y arroyoscercanos.

'esarrollo&En la actualidad, el uso de polímeros como ayudantes de coagulación y loculación est$bastante e/tendido y es pr$ctica com(n en muc#as plantas de tratamiento de agua,principalmente en países industrializados.

Floculación<coagulación

Coagulación&En primer lugar, la coagulación ayudar$ a eliminar las repulsiones relacionadas con laelectronegatividad de los coloides. Esto se #ace mediante la adición de sales de metaleselectropositivos, que se unir$n a los coloides y neutralizarlos. Floculación&

En segundo lugar, la loculación permitir$ la agregación de partículas coloidales. 'ebido a subajo peso, sólo las partículas no pueden instalarse. Creación de aglomerados :llamadas loc;,signiicativamente el peso de las partículas, que tienen por lo tanto una masa losuicientemente grande como para establecerse aumentar$. Esto se #ace mediante la adiciónde un polímero que actuar$ como un pegamento entre los coloides.

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Es importante recordar que para cada polielectrolito e/iste una dosis óptima, cualquiera sea elmodo de empleo. !i se sobrepasa esta dosis, se puede producir una restabilización decoloides y desmejoramiento de la calidad del agua tratada.

%or otro lado como su nombre lo indica, ayudan al proceso en orma similar a un lubricanteinterno. En general son acrílicos que #acen el procesado m$s suave, dando un mejor acabadoy una usión m$s r$pida y temprana, pero aumentando la viscosidad de la usión.Los polímeros ayudantes de proceso cumplen con = unciones b$sicas.

a Facilitar el lujo del pl$stico undido, evitando su ad#erencia al molde.

b Evitar la degradación térmica y o/idativa del polímero durante el proceso de

transormación durante el cual se somete a altas temperaturas :conocidos como

estabilizantes;

Estabilizantes: Evitan que algunos polímeros se degraden en la condiciones de operación,generalmente por integridad mec$nica, e/posición a la luz :especialmente 2>; y tambiéndebido a la o/idación. !on variados y dependen del polímero a estabilizar y la propiedad quese necesita proteger 

Las propiedades de procesado y la estabilidad a largo plazo de polímeros puros se puedenmejorar mediante aditivos como estabilizadores de calor y luz, antio/idantes y ayudantes deprocesado. 5uc#as veces, estos aditivos uncionales se dispersan molecularmente en lamatriz del polímero.

?ellenos como el carbonato de calcio y arcilla se aditivan en polímeros para abaratar elproducto, pero en algunos casos para intensiicar propiedades como la rigidez.

Las propiedades mec$nicas de polímeros como la rigidez, la uerza, la dureza y la resistenciaa impacto se pueden mejorar claramente con ibras, principalmente de vidrio y carbón.

Aplicaciones en la industria petrolera: Los polímeros solubles en agua, tales comocarbo/imetilcelulosa, goma /antano, poliacrilamidas y poliacrilamidas modiicadas, son

utilizados en muc#as etapas del proceso de peroración, producción, transporte yprocesamiento de crudo. En particular, se usan en la recuperación mejorada de crudos enmezclas para el arrastre de crudo y como geles para control del peril de inyección. Estosmismos geles también se utilizan para el control de la producción de agua y gas durante lasoperaciones de producción de crudo.@tras aplicaciones son como aditivos para lodos de peroración, en sistemas para pérdida decirculación y durante tratamientos de estimulación en geles de racturamiento #idr$ulico.

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 )dicionalmente, también e/isten aditivos poliméricos para el control de la deposición deescamas y de parainas y asaltenos.

 ) continuación, se mencionan los ejemplos de su aplicación en lodos de peroración y comomezclas para el arrastre de crudo en recuperación mejorada.

Fluidos de perforación. 2n luido de peroración se compone de una serie de aditivosquímicos0 su principal unción es acilitar la peroración de un agujero dentro de un reservoriocon el mínimo da"o a los instrumentos de peroración y a la ormación rocosa. El luido seinyecta a través de una tubería desde la supericie y se e/pulsa por el trépano :la mec#a deperoración que va cortando las ormaciones rocosas;0 así, este luido circula desde el ondode la peroración #acia la supericie. Los polímeros cumplen varias unciones en los lodos deperoración.En primer lugar se utilizan como viscosiicantes. Como se mencionó anteriormente, lassoluciones acuosas de los polímeros solubles en agua muestran comportamientopseudopl$stico. Esto signiica que la viscosidad disminuye al aumentar la velocidad decizallamiento. Este comportamiento es deseable en polímeros utilizados en lodos de

peroración, ya que durante la operación de peroración, las soluciones deben ser losuicientemente luidas para acilitar el bombeo de la mezcla, y cuando la operación se detienela viscosidad debe aumentar para que los sólidos se mantengan en suspensión.%or otro lado, los polímeros también son usados como deloculantes o loculantes de arcillas,seg(n se requiera en un momento dado. %ara ambos casos se suelen utilizar polímeros concargas aniónicas, pero en el caso de los deloculantes son polímeros de bajo peso molecular ycomo loculantes se emplean polímeros de elevado peso molecular.@tra aplicación importante de los polímeros en lodos de peroración es como aditivos paracontrolar la pérdida de luido. En este caso, los polímeros ayudan a ormar una pasta en lasparedes de la ormación durante el proceso de peroración. Esta pasta previene la migracióndel luido, con el que se est$ perorando, #acia la ormación0 lo cual evita que dic#o luido

pierda sus propiedades y que la ormación resulte da"ada.

Los polímeros industriales: En general son malos conductores eléctricos, por lo que se

emplean masivamente en la industria eléctrica y electrónica como materiales aislantes. Lasbaquelitas :resinas enólicas; sustituyeron con ventaja a las porcelanas y el vidrio en elaparellaje de baja tensión #ace ya muc#os a"os0 termopl$sticos como el %>C y los %E, entreotros, se utilizan en la abricación de cables eléctricos, llegando en la actualidad a tensionesde aplicación superiores a los =9 4>, y casi todas las carcasas de los equipos electrónicos seconstruyen en termopl$sticos de magníicas propiedades mec$nicas, adem$s de eléctricas yde gran duración y resistencia al medio ambiente, como son, por ejemplo, las resinas )A!.

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POLIMEROS AYUDANTES EN EL PROCESO DE EXTRUSION

!abidos son los problemas con que nos enrentamos en los procesos de e/trusión& deectosen los productos terminados, ractura de undido, acumulación en el dado del e/trusor,paradas recuentes de producción por mantenimiento y producción inconsistente. 3odos estosobst$culos pueden ser minimizados o eliminados con el uso de aditivos denominados

ayudantes de procesos o %%)s :siglas en inglés de 1%rocessing %olymer )ids1;.

Mecanismo de funcionamiento

Los %%)s se usan en concentraciones muy bajas, del orden de 699 a 6.999 ppm, y para lograr un óptimo uncionamiento deben dispersarse muy bien en el polímero que se va a procesar.%or ello es menester que sean incorporados a través de un concentrado o masterbatch conuna presencia de =-B de aditivo, que a su vez ser$ dispersado adecuadamente #asta llegar al nivel recomendado.

2na vez incorporado al proceso de e/trusión, el %%) orma un recubrimiento muy delgado

sobre las paredes del e/trusor, que minimiza el rozamiento del polímero undido variando superil de velocidad desde uno parabólico a uno plano.

Este recubrimiento es una películadin$mica, es decir que a medidaque se deposita sobre las paredesdel e/trusor se va eliminando juntocon el polímero0 por esto serequiere un nivel mínimo o demantenimiento que orme yconserve la película continua sobre

la supericie met$lica del dado.

Procesos en que se aplicanEstos materiales se usan en los procesos de e/trusión :incluyendo procesamiento de películasoplada; y moldeo por soplado. Las aplicaciones incluyen&

• %elícula soplada y película cast& película para envase alimenticio, ilm agrícola y cintas.

•  )islamiento de cables y conectores& para telecomunicaciones y para bajo voltaje.

• 5oldeo por e/trusión-soplado& botellas, tambores, tanques.

• E/trusión de ca"os y tubos& tubería para agua y gas de alta presión, desagDe e

irrigación.

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• E/trusión de ibras& monoilamentos para la conección de redes, sogas y cordeles0

multiilamentos.

Beneficios del uso de PPAs

Aumento de la capacidad de etrusión%ara ciertos compuestos de polímeros, en la línea de e/trusión de películas de nuestrolaboratorio se #an observado aumentos de #asta el 9 de la capacidad de e/trusión a unapresión de dado equivalente.

 )l introducir polietileno con el contenido adecuado de %%) en el e/trusor, los aditivos recubreno acondicionan las paredes del dado0 a medida que eso sucede, se observa una reducción dela contrapresión, del torque y de la viscosidad aparente. !i se aumentan las revoluciones porminuto del tornillo de e/trusión para que la contrapresión vuelva a la lectura original, seobtendr$ como resultado un aumento de capacidad.

El aumento especíico de capacidad variar$ seg(n diversos actores que incluyen el tipo deequipo de procesamiento utilizado, la órmula del aditivo, el índice de usión del polímero y laspropiedades reológicas.

Me!ora la resistencia al impacto   El uso de %%)s puede eliminar la ractura deundido y los deectos de supericie dando comoresultado una mayor resistencia al impacto. Losdatos en la: figura " ; muestran la mejoraobservada al emplear %%)s en polietileno lineal de

baja densidad :comonómero de #e/eno; con uníndice de usión :5; igual a 6.

@tras mejoras pueden observarse cuando seutiliza una apertura estrec#a de los labios deldado :>er arriba, en la tabla 6 ;

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Me!ora la dispersión de los pigmentos

En la figura # se muestra un e/perimento realizado en raia de polipropileno. En el primer

cuadro se observa la alta concentración de pigmento azul depositada en el borde izquierdo de

la muestra. El pigmento est$ pobremente distribuido.

En el segundo cuadro se observa la

dispersión mejorada del pigmento

por el agregado de =89 ppm de un

polímero ayudante de proceso.

E/perimentos posteriores #andemostrado que niveles de G8 a 699

ppm proveen una aceptable

dispersión.

Cambios de color m$s r$pidos

La figura % muestra película de polietileno lineal de alta densidad. El e/perimento consiste en

una e/trusión de este material con H de negro de #umo. La oto de la izquierda muestra

película incolora sin el agregado de %%)0 a(n después de 88 minutos de corrida, el producto

seguía mostrando rastros de negro de #umo.

 La oto de la derec#a muestra el mismo material con el agregado de H99 ppm de %%). El

equipo ue acondicionado y se observó que el ilm dejó de mostrar vestigios de negro después

de sólo =8 minutos. El agregado de una ayuda proceso permitió un cambio de color m$sr$pido, con menos material desperdiciado en la purga y menos tiempo de purga entre

partidas.

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Eliminación de la acumulación en el dado

La figura & muestra la acumulación en el dado dele/trusor con y sin %%)s. Con B99 ppm de %%) sepuede eliminar la acumulación en el oriicio deldado. La oto de la izquierda muestra la e/trusión

de una resina de A@%% conteniendo B de dió/ido de titanio.

 La de la derec#a muestra el resultado de la e/trusión de la misma resina en las mismas

condiciones pero con el agregado de B99 ppm de un ayuda proceso. El uso de este aditivotambién reduce la contra-presión.

Me!ora en las características superficiales

La figura ' muestra la mejora en el aspecto de la supericie de los ca"os de '%E cuandose usan H99 ppm de %%)s.

La presencia de %%) a(n a concentraciones tan elevadas como 6999 ppm no aectanegativamente las propiedades de 1!tress idrost$tico de Largo %lazo1 :L3!;,

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@tros beneicios que orece el uso de estosaditivos son&

I ? educción de gelesI 5 ejor control del espesor  

I ?educción en el consumo de energía

ConclusionesLos aditivos %%)s pueden disminuir el tiempo necesario para cambio de color reduciendo eltiempo de residencia del pigmento en el sistema de e/trusión. )dem$s reducen la necesidadde limpieza periódica del e/trusor porque eliminan la acumulación de material en el dado.

Los %%)s también permiten optimizar los par$metros que controlan el proceso de producción,y mejoran las posibilidades de reciclado porque ayudan a retener las propiedades ísicas delos polímeros después de m(ltiples secuencias de e/trusión-recuperación. )dicionalmente,pueden ayudar a optimizar las propiedades del material sin aectar la productividad, ypermiten procesar polímeros 1duros1 :incluyendo los grados metaloceno; a través de

aberturas m$s estrec#as del dado.

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