Catálisis en el proceso de

polimerización

República Bolivariana De VenezuelaMinisterio Del Poder Popular Para La DefensaUniversidad Nacional Experimental Politécnica

De La Fuerza ArmadaNúcleo Carabobo- Extensión Isabelica

Catálisis en el proceso de polimerización

La catálisis

Es el proceso por el cual se aumenta la velocidad de una reacción química, debido a la participación

de una sustancia llamada catalizador y las que desactivan la catálisis son denominados inhibidores.

Un concepto importante es que el catalizador no se modifica durante la reacción química, lo que lo

diferencia de un reactivo.

La polimerización

Es el proceso químico por el cual, mediante el calor, la luz o un catalizador, se unen varias

moléculas de un compuesto para formar una cadena de múltiples eslabones de aquellas y obtener

una macromolécula (polímero).

Hoy en día los polímeros resultan unos de los materiales más importantes en nuestra vida moderna,

ya que ellos han desplazado en la mayoría de los casos al metal, madera, vidrio, concreto.

Dependiendo de la forma de polimerización, los polímeros se dividen fundamentalmente en dos

grandes grupos: Polímeros de condensación, y polímeros de adición, si la reacción procede por

adición a un doble enlace. , Los más empleados son los de adición. Los polímeros de adición se

pueden preparar a través de los siguientes mecanismos:

Vía radical libres

Vía Iónica

Vía Coordinación.

Catalizadores de coordinación

La producción a gran escala de poliolefinas está estrechamente vinculada con el desarrollo de

catalizadores de coordinación, caracterizados por su elevada actividad y bajo costo, aunque se

conocen varios sistemas catalíticos para la obtención de estos polímeros.

A continuación se mencionan los catalizadores de coordinación más importantes, utilizados en las

polimerizaciones de las alfa olefinas:

1.- Catalizadores Indiana, son una mezcla de cobalto y níquel soportado sobre carbón activado.

2.- Catalizadores Phillips, están compuestos por óxidos de metales de transición (Cr, Mo) disperso

en un soporte como alúmina, sílica, óxido de circonio o de titanio.

3.- Catalizadores Ziegler-Natta, son mezclas de sal de un metal de transición (grupo IV a VIII),

generalmente un halogenuro de Ti, V, Cr o Zr, con un componente organometálico (activador o

cocatalizador) que suele ser un alquilmetal de los grupos I a III, por lo general Al o Sn.

Aunque estos tres sistemas han sido ampliamente utilizados en la industria, en la actualidad la de

mayor demanda son los catalizadores Ziegler-Natta .

Ziegler-Natta y metalocenos

Posteriormente se desarrollaron aplicaciones industriales de los catalizadores de Ziegler-Natta, que

continuaron ampliándose mediante varios perfeccionamientos posteriores. Hoy en día, el polietileno

producido con la ayuda de estos catalizadores constituye el material plástico de mayor volumen

junto con el polipropileno. Una forma de obtener un catalizador Z-N activado consiste en mezclar la

sal del halogenuro con un compuesto organometálico en un solvente inerte, lo cual puede conducir a

dos tipos de sistemas: homogéneos si ambos componentes se disuelven en su totalidad en el

solvente utilizado o heterogéneos si tanto la sal como el alquilmetal no se disuelven, formando una

dispersión heterogénea o una pasta, se esta usando o no un soporte.

A pesar de las ventajas que presentaban los catalizadores Ziegler-Natta, se observó que los centros

activos de éstos no eran uniformes, de modo que presentaban distintas reactividades, que impedían

la obtención de polímeros con cadenas de longitudes similares. Se obtenían, por tanto las

distribuciones de pesos moleculares variables y anchas, y un limitado control de la microestructura

y de las propiedades del polímero.

Aunque en la actualidad los catalizadores más empleados siguen siendo los Ziegler-Natta, más

recientemente se estan empezando a emplear los catalizadores metalocenicos. Una de las

principales características de los catalizadores metalocenos es la posibilidad de conseguir polímeros

con propiedades determinadas variando la estructura del catalizador.

Peso molecular

El peso molecular de los polímeros es una propiedad de fundamental importancia para su

aplicación. La utilidad y las propiedades mecánicas, asociadas a los materiales poliméricos, son

consecuencia de su peso molecular, del cual dependen de forma considerable. El control del peso

molecular es esencial para la aplicación práctica de un proceso de polimerización. Debido a las

características propias de los polímeros en cuanto a su formación, y a diferencia de los compuestos

formados por moléculas pequeñas, una muestra de polímero está constituida por una mezcla de

polímeros homogéneos pero con distinta longitud de cadena y en consecuencia, de diferente peso

molecular, por lo que se consideran materiales polidispersos. En virtud de lo anterior, para los

polímeros, solo es posible determinar un peso molecular promedio, de un peso estadístico relativo a

todas las moléculas presentes en la muestra El valor promedio del peso molecular se puede indicar

mediante una expresión del tipo:

M = Σni M i

(1) Donde ni es el número de moléculas con un grado de polimerización dado

(2) Mi es el peso molecular correspondiente a dicha fracción.

Todas las polimerizaciones tienen un detalle en común: comienzan con moléculas pequeñas, que se

van uniendo entre sí para formar moléculas gigantes. así, los procesos de polimerización persiguen

la obtención de estructuras de alto peso molecular partiendo de materiales de bajo peso molecular.

Los monómeros son compuestos de bajo peso molecular que pueden unirse a otras moléculas

pequeñas (ya sea iguales o diferentes) para formar macromoléculas de cadenas largas comúnmente

conocidas como polímeros.

Los polímeros son mezclas de macromoléculas de distintos pesos moleculares; por lo tanto no son

especies químicas puras y tampoco tienen un punto de fusión definido.

Ejemplo de catálisis en el proceso de polimerización empresa Solvay

En el proceso Solvay se utilizan catalizadores Ziegler – Natta, activados con compuestos

organoaluminio.

Proceso Solvay a baja presión para la polimerización de etileno

La polimerización ocurre en un reactor loop al que se introduce sucesivamente monómero (y

comonómeros), aditivos, catalizador y un hidrocarburo como medio de reacción. La reacción ocurre

a presiones entre 25 y 35 atm. y a temperaturas entre 50 y 90 ºC. El etileno que no ha 7 reaccionado

se separa, comprime y recicla. Después de separar y secar el polímero, éste se obtiene en forma de

polvo.