La nueva tecnología de copolímero mejora la resistencia a la luz UV del policarbonato
El policarbonato basado en bisfenol acetona (BPA) se desarrolló hace más de 50 años. Debido a sus propiedades únicas, actualmente es muy utilizado en distintos sectores comerciales para aplicaciones como CDs y DVDs, sustituto del vidrio en cubiertas de edificios o estadios e iluminación delantera de vehículos. Sin embargo, como cualquier otro plástico, el policarbonato actual presenta ciertas limitaciones. Algunas de estas limitaciones, como por ejemplo, la baja resistencia a la radiación UV ultravioleta, se pueden superar con una nueva tecnología basada en copolímeros de policarbonato.
El policarbonato es un termoplástico amorfo de altas prestaciones. Debido a su estructura molecular amorfa, el material es transparente y presenta una buena estabilidad dimensional. La resistencia al calor de un homopolímero de policarbonato fabricado a partir de BPA es de aproximadamente 150ºC. La combinación de resistencia al calor y estructura molecular amorfa le confiere rigidez a temperaturas más elevadas. Debido a su excelente resistencia al impacto, el policarbonato supera exigentes pruebas mecánicas como el ensayo de impacto (“hail test”) para aplicaciones en cubiertas de estadios.
Tecnología de copolímero de policarbonato
El policarbonato se decolora bajo la luz UV debido a su estructura molecular aromática. Este fenómeno produce degradación además de decoloración y también puede generar un comportamiento quebradizo con el tiempo. Para mejorar la resistencia del policarbonato a la radiación UV, se introduce un nuevo bloque en la cadena polimérica del policarbonato (Figura 1).
Este nuevo bloque mejora significativamente la resistencia del policarbonato a las condiciones ambientales. En un proceso similar a la oxidación del aluminio, en la que la exposición a la luz UV hace que se forme una capa que protege al material base, el copolímero de policarbonato desarrolla una capa superior por el mecanismo de fototransposición de Fries que protege el material subyacente. Esta capa se reordena para formar una estructura que absorbe de forma inherente la luz UV, haciendo que la resina sea autoprotectora. Esta fina capa absorbente de la radiación UV protege al material de copolímero. (Figura 2).

Figura 1: Comparación simplificada de la estructura molecular del homopolímero y el copolímero.
Figura 2. Tras la exposición a la luz UV, el copolímero sufre una reacción de fototransposición de Fries y se reestructura para formar una micropelícula que absorbe de forma inherente la radiación UV.
Esta nueva y exclusiva tecnología basada en copolímeros ha sido desarrollada por GE Plastics y se ha comercializado con el nombre de resina Lexan SLX.
Tras la reacción de fototransposición, la capa protectora de copolímero recién formada es ligeramente amarilla, pero al tratarse de una capa muy fina, la decoloración total es despreciable. Las propiedades mecánicas, como la resistencia al impacto, se mantienen gracias a esta fina capa que protege al material subyacente de la degradación.

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RESINAS Y ADHESIVOS EPÓXICOS

Estan constituidos generalmente por dos componentes, que se mezclan antes de usarse. Uno es un "prepolimero" liquido y el otro un "agente curante" que reacciona con el anterior, que hace que solidifique. Normalmente el "prepolimero" esta hecho de bisfenol_A y epiclorhidrina. Al tratarlos con una base en condiciones cuidadosamente controlada, el bisfenol_A se convierte en su anión, que actúa como un nucleófilo en una reacción SN2 con la epiclorhidrina. Cada molécula de ésta actúa con dos bisfenol_A, una vez para desplazamiento del SN2 del ion cloruro y otra por apertura del anillo epoxido. Al mismo tiempo cada molécula de bisfenol_A puede reaccionar con dos epiclorhidrina y producir una cadena larga de polímero. Cada extremo de una cadena de prepolímero tiene un grupo epoxi que no ha reaccionado y cada cadena posee numerosos grupos alcohol secundarios espaciados regularmente a lo largo de ella.



¿Pero cómo transcurre esta reacción? Lo primero que sucede, es que el NaOH hace un pequeño cambio con el bisfenol A, para dar la sal sódica de bisfenol A:



Ahora con la relación de dos moléculas de epiclorhidrina por cada molécula de bisfenol A. Veamos qué sucede en ese caso:

Estas dos moléculas pueden reaccionar entre sí para dar lugar a esta otra:

PROCEDIMIENTO PARA FABRICAR CUMENO

LA INVENCION SE REFIERE A LA PRODUCCION DE ETILBENCENO A PARTIR DE ETILENO DILUIDO Y BENCENO DILUIDO, EN TRES ETAPAS. PRIMERAMENTE, LA CORRIENTE DE ALIMENTACION DE BENCENO SE ALQUILA CON LA CORRIENTE DE ALIMENTACION DE ETILENO DILUIDO, QUE CONTIENE ETILENO, PARA FORMAR ETILBENCENO JUNTO CON POLIETILBENCENOS (PEB), QUE INCLUYEN UNA MEZCLA DE DI- Y TRIETILBENCENO Y PUEDE CONTENER ASIMISMO TETRA-, PENTA- Y HEXAETILBENCENOS. EN SEGUNDO LUGAR, EL PRODUCTO DE LA PRIMERA FASE SE DESTILA PARA ELIMINAR EL BENCENO QUE NO HA REACCIONADO Y EL RESTO DE MATERIAL QUE NO HA REACCIONADO. PARTE DEL ETILBENCENO SE RECUPERA POR DESTILACION. EN UNA TERCERA FASE, SE TRANSALQUILAN LOS POLIETILBENCENOS CON BENCENO PURO EN EXCESO, PARA FORMAR EL PRODUCTO DE ETILBENCENO, QUE SE PUEDE RECUPERAR POR DESTILACION. DICHO PROCESO QUE EMPLEA UNA CORRIENTE DE ALIMENTACION DE BENCENO DILUIDO SE PUEDE APLICAR ASIMISMO A LA OBTENCION DE CUMENO, MEJOR QUE DE ETILBENCENO, UTILIZANDO UNA CORRIENTE DE ALIMENTACION DE PROPILENO DILUIDO. LOS CATALIZADORES UTILIZADOS PARA LAS FASES DE ALQUILACION Y TRANSALQUILACION SON CATALIZADORES DE HETEROPOLIACIDOS SOPORTADOS, COMO ACIDO FOSFOTUNGSTICO SOBRE UN SOPORTE DE SILICE O CATALIZADOR DE ZEOLITA Y EN FORMA ACIDA.

PRODUCCIÓN DE BISFENOL_A

Se hace reacciónar fenol con acetona, en relación estequiometrica 2:1 (es decir; dos moléculas de fenol y una de acetona). Se hacen reaccionar en presencia de un catalizador ácido, que tras separarlo queda una mezcla líquida, que se tratará con una resina cambiadora de iones, debilmente básica, que tiene grupos piridilos com grupos cambiadores. Pos último se purifica la mezcla (destilación).

Conseguimos así nuestra base para la producción de policarbonatos y resinas epoxi.

SEGUN SU ORIGEN

Polímeros naturales: Existen en la naturaleza muchos polímeros y las biomoleculas que forman los seres vivos son macromoléculas poliméricas. Por ejemplo, las proteínas, los ácidos nucleicos, los polisacáridos (como la celulosa y la quitina), el hule o caucho natural, la lignina, etc.

Polímeros semisintéticos: Se obtienen por transformación de polímeros naturales. Por ejemplo, la nitrocelulosa, el caucho vulcanizado, etc.

Polímeros sintéticos: Muchos polímeros se obtienen industrialmente a partir de los monómeros. Por ejemplo, el nylon, el poliestireno, el cloruro de polivinilo (PVC), el polietileno, etc.

SÍNTESIS DE ACETONA Y FENOL A PARTIR DE CUMENO

El benceno es alquilado a propileno, a partir del cual obtenemos cumeno.Una vez obtengamos el cumeno lo puririficamos.
Posteriormente oxidamos la molécula de cumeno por calentamiento en contacto aire y obtenemos hidroperóxido de cumeno.
La rotura del hidroperóxido de cumeno para dar fenol y acetona es efectuada por un tratamiento con ácido sulfurico diluido, y posterior calentamiento para iniciar la reacción fuertemente exotérmica.
En primer lugar, el protón del ácido actúa separando el grupo hidroxilo del hidroperóxido, el hueco electrónico que se origina en el oxígeno y emigre al grupo fenilo como anión. A partir del ion cabenio resultante, se produce, por adición de agua del disolvente, la sal de oxonio de un amicetal, que se descompone en fenol, acetona y un protón.
Es un proceso en el que se trabaja sin pérdida de materia, puesto que se obtiene acetona, como producto secundario.
Finalmente los productos son separados por destilación.

UN AVANCE HACIA EL INTERIOR

Nuestra investigación comienza con la producción de cumeno, sintetizado a partir del benceno y propileno (materia prima procedente principalmente de CEPSA-Refineria de la Rábida).
El cumeno se produce en la fábrica de Ertisa (Huelva), la única en España, que como producto final obtiene fenol, acetona y ams, siendo los dos primeros las bases para la producción de Bisfenol-A.
Según hagamos reaccionar el Bisfenol-A con epiclorhidrina o fogeno obtendremos resinas epoxis (en el primer caso) o policarbonatos (en el segundo caso), siendo éstos nuestros objetivos finales.
Posteriormente intentaremos analizar reacción a reacción y modo de producción.

nuestra primera entrada

Éste es el glob de zoraida y demás