Derivados del Etileno El eteno o etileno es el miembro más simple de los alquenos. Es un gas incoloro, con un olor agradable y su fórmula es:
Es ligeramente soluble en agua. Arde con una llama brillante. brillante. Tiene un punto de fusión de -169,4 ºC y punto de ebullición de -103,8 ºC. Se produce comercialmente mediante " cracking" de petróleo y a partir del gas natural. En agricultura se utiliza como colorante y agente madurador de muchos frutos.
Productos químicos derivados del etileno - Polietileno - Cloruro de vinilo - Estireno - Óxido de etileno - Acetato de vinilo - Acetaldehído - Etanol - Aldehído propiónico (propanal) - Cloruro de etilo (cloroeta (cloroetano) no) -Polietileno Se denomina polietileno a cada uno de los polímeros del etileno. La fabricación de polímeros consume el 60% del etileno que se produce. El polietileno es probablemente el polímero que más se ve en la vida diaria. Es el plástico más popular del mundo. Existen, básicamente, dos tipos de polietileno, el polietileno de baja densidad (Low Density PolyEthyl PolyEthylene ene LDPE) LDPE) y el polietil polietileno eno de alta densidad densidad (High (High Density Density PolyEthyle PolyEthylene ne HDPE). También También se pued pueden en distinguir el polietileno lineal de baja densidad y el polietileno de peso molecular ultra-alto (Ultra High Molecular Weight PolyEthylene UHMWPE). - El polietileno de alta densidad es un polímero de cadena lineal no ramificada.
Se obtiene por polimerización del etileno a presiones relativamente bajas (1-200 atm), con catalizador alquil alquilmet metáli álico co o un óx óxido ido metálic metálicoo sobre sobre sílic sílicee o alúm alúmina ina . Su resist resistenc encia ia quími química ca y térmi térmica, ca, así como como su impermeabilidad y dureza son superiores a las del polietileno de baja densidad. Se emplea en la construcción y
también para fabricar prótesis, envases, bombonas para gases y contenedores de agua y combustible. Los objetos fabricados con HDPE se identifican, en el sistema de identificación americano SPI (Society of the Plastics Industry - El polietileno lineal de baja densidad se obtiene polimerizando el etileno con un alqueno (especialmente 1-buteno) a baja presión, en disolución, suspensión o fase gaseosa y en presencia de catalizadores. Se trata de un polímero con ramificaciones muy cortas y uniformes que hacen que su temperatura de fusión y su resistencia a la tracción y al agrietamiento sean superiores a las del polietileno de baja densidad. Se utiliza en el recubrimiento de cables y en la fabricación de objetos moldeados por extrusión o soplado.
Polietileno de baja presión Hasta el año 1949 se pensaba, en los medios de la especialidad, que el etileno solamente se podía polimerizar a alta presión. Entonces encontró el profesor Karl Ziegler, en los años 1949-1955, un camino completamente nuevo para la obtención del polietileno a la presión normal. Cuando se inyecta etileno en una suspensión de etilato de aluminio y éster titánico en un aceite, se polimeriza el etileno con desprendimiento de calor y forma un producto macromolecular. De esta manera se pueden unir en una macromolécula más de 100.000 monómeros (frente a los 2.000 monómeros en el método de la alta presión), Este alto grado de polimerización confiere al polietileno de baja presión una solidez y dureza especialmente elevadas. El campo de aplicación del este polietileno, el Z-polietileno como le llamó el descubridor, es el mismo que el del polietileno de alta presión, pero es esencialmente apropiado para objetos que precisan una gran solidez y rigidez, como las tuberías, que con paredes de pequeño espesor resisten altas presiones. La elaboración del producto se hace de manera análoga a la del polietileno de alta presión, es decir, mediante prensas. Sin embargo, la temperatura de elaboración del producto Z es más elevada, a causa del mayor grado de polimerización. Puede llegar a 170 ºC. - El polietileno de baja densidad es un polímero de cadena ramificada.
Se obtiene por polimerización del etileno a altas presiones (aproximadamente 1200 atm y 200º C) con oxígeno o catalizador de peróxido y por mecanismo de radicales libres. Es un sólido más o menos flexible, según el grosor, ligero y buen aislante eléctrico. Se trata de un material plástico que por sus características y bajo coste se utiliza mucho en envasado, revestimiento de cables y en la fabricación de tuberías. Los objetos fabricados con LDPE se identifican, en el sistema de identificación americano SPI (Society of the Plastics Industry)
Polietileno de alta presión
Para la obtención del polietileno de alta presión es preciso un etileno muy puro. No solamente deben eliminarse las impurezas inorgánicas, como los compuestos de azufre, el óxido de carbono, el anhídrido carbónico y otros, sino también el metano, el etano y el hidrógeno que, aunque no tomen parte en la reacción de polimerización, actúan como diluyentes en el método de alta presión e influyen en la marcha de la reacción. Para obtener el etileno puro se utilizan lavadores, que actúan a modo de columnas, en ellas se evaporan sobre todo los componentes de más bajo punto de ebullición, como el metano (punto de ebullición -161,4 ºC) y el hidrógeno (punto de ebullición -252,78 ºC) y salen por la cabeza de la columna. Los componentes de más alto punto de ebullición, como el etano (punto de ebullición -88,6 ºC) y los hidrocarburos inmediatamente superiores, con mucho etileno, se reúnen en el fondo de la columna. Luego se utiliza una columna o lavador de etano, en la que tiene lugar la separación completa del etileno de todos los hidrocarburos con punto de ebullición más alto. Estos salen por el fondo, mientras que por la cabeza lo hace el etileno puro. El etileno puro se mezcla entonces con oxígeno (que actúa como catalizador) en una proporción del 0,1 al 0,2 %. Esta mezcla se comprime, mediante compresores, a presiones de 1000 a 2000 atm y, pasando por un separador de aceite, se hace llegar al reactor, en el que tiene lugar el proceso de polimerización. El polietileno, todavía caliente, se extrae finalmente por un extrusor, donde se refrigera y sale de él ya sólido para ser seguidamente troceado, mediante un dispositivo picador, en pequeños granos, que sirven de materia prima para la fabricación de objetos de todas clases. - El polietileno de alta densidad se produce normalmente con un peso molecular que se encuentra en el rango entre 200.000 y 500.000, pero puede ser mayor. El polietileno con peso molecular entre 3.000.000 y 6.000.000 se denomina UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene ). Con este material se producen fibras, tan fuertes, que pueden utilizarse para fabricar chalecos a prueba de balas.
Fabricación de artículos de polietileno El polietileno se suministra generalmente en forma de gránulos de unos 3mm de diámetro, ya en su estado natural o con un antioxidante o un pigmento. La mayor parte de los artículos terminados hechos con polietileno se fabrican por extrusión. La extrusión se hace sobre alambres para la fabricación de cables, o en forma de tubos de pared gruesa para instalaciones de abastecimiento de agua o fábricas de productos químicos, en monofilamento para tejidos, en película, ya como lámina plana, ya como tubo ancho de pared delgada, ya como lámina plana sobre una hoja de papel. En general, se usan máquinas de extrusión del tipo de husillo y los gránulos se introducen en frío. La temperatura de extrusión varía considerablemente, según la naturaleza del artículo terminado, entre temperaturas próximas al punto de fusión para secciones gruesas y temperaturas próximas a la temperatura de descomposición (300 ºC) cuando el objeto es de acción delgada y puede enfriarse rápidamente sin que se deforme. En el moldeo por inyección, pueden usarse velocidades elevadas de moldeo en virtud del elevado punto de solidificación del polietileno. El moldeo por extrusión del polímero fundido se hace en máquina de husillo y con un molde grande calentado provisto de orificios para la expulsión del aire, que se enfría progresivamente desde el extremo más alejado del extrusor mientras se mantiene la alimentación del molde; así se fabrican artículos que pesan 45 o más kilogramos. Para la fabricación de artículos huecos, como botellas, se usa un procedimiento parecido al de soplado del vidrio. Se usan también el moldeo por compresión y la conformación de láminas previamente formadas.
Moldeo de Polietileno por inyección
El polietileno en forma de láminas o tubos puede soldarse, usando una corriente de nitrógeno a 200 ºC, y una barra de polietileno. Puede usarse metal perforado para reforzar una junta soldada. Si es necesario incorporar un antioxidante o un pigmento antes de la fabricación, puede hacerse sobre rodillos abiertos, en mezcladores internos o en máquinas de extrusión del tipo de husillo. Si el extrusor usado para la fabricación del artículo final es apropiado, puede ser suficiente introducir una mezcla mecánica de gránulos de polietileno natural con gránulos compuestos de un concentrado del antioxidante o el pigmento, pues esto puede conducir a una dispersión adecuada en el artículo final.
- Cloruro de vinilo PROCEDENCIA Y APLICACIONES Aplicaciones: El cloruro de vinilo se emplea en su casi totalidad (96-98%) para la fabricación de cloruro de polivinilo o polivinilcloruro (PVC). El restante 2-4% se emplea en la síntesis de hidrocarburos clorados específicos, como el 1,1,1-tricloroetano; el 1,1,2-tricloroetano, y el cloruro de vinilideno. A nivel industrial, se usa el cloruro de vinilo para la producción de polímeros (ATRI, 1985). Aproximadamente el 25% de la producción mundial de cloro se utiliza para la producción de cloruro de vinilo.
Procedencia / fabricación: Se fabrica a través de la combinación por adición de gas clorhídrico al acetileno, o por la descomposición del 1,2dicloretano, originándose como producto secundario gas clorhídrico. El cloruro de polivinilo (PVC) es polímero del cloruro de vinilo. El cloruro de vinilo se obtiene a partir del etileno mediante el siguiente proceso:
Es un líquido incoloro o gas en ausencia de inhibidores, de olor agradable. Es tóxico por inhalación e ingestión. Es muy inflamable y sus vapores son muy explosivos. Debido a la acción del oxígeno y la luz se polimeriza y constituye el cloruro de polivinilo (PVC) cuya fórmula es la siguiente:
En la unidad de Cloración, el cloro gaseoso reacciona directamente con el Etileno (un gas petroquímico), generando el dicloroetano, un líquido incoloro de alta pureza. Este proceso de cloración directa permite altas tasas de conversión, con baja generación de residuos, evitando el gasto de insumos para su tratamiento. Los gases residuales (básicamente el aire presente en el cloro y una pequeña fracción de etileno no reaccionado) son utilizados como combustible de una caldera que genera calor y produce ácido clorhídrico. Cuando el dicloroetano es calentado hasta temperaturas de alrededor de 500 grados Celsius, sus moléculas se separan en cloruro de vinilo y cloruro de hidrógeno, en un proceso conocido como pirolisis. Esta reacción ocurre en hornos calentados por aceite combustible o gas. Luego de esta reacción, la mezcla debe ser rápidamente enfriada, lo que ocurre en intercambiadores de calor, generando vapor. En seguida, la mezcla pasa por columnas de destilación para separar el cloruro de vinilo del cloruro de hidrógeno y del dicloroetano no reaccionado. Este último es reciclado para la pirolisis tras un proceso de destilación. El cloruro de hidrógeno es enviado para la unidad de oxicloración. El proceso de pirolisis no genera residuos, pues todos sus productos son aprovechados o reciclados. Por ejemplo: el dicloroetano no reaccionado es purificado, consumiendo el vapor generado en el enfriamiento de la mezcla. Al Dicloroetano también es obtenido a partir de la oxicloración del etileno, utilizando como materia prima el cloruro de hidrógeno generado en la pirolisis, en presencia de un catalizador y con consumo del oxígeno del aire. La reacción libera grandes cantidades de energía redistribuida bajo la forma de vapor para otros consumidores en la planta. Ese proceso de oxicloración produce dicloroetano menos puro que el de cloración. Por lo tanto, el dicloroetano debe ser sometido a un proceso de destilación antes de ser enviado a la pirolisis. Destilación del dicloroetano: en este proceso, el Dicloroetano proveniente de la oxicloración y de la pirolisis (igual que el eventual dicloroetano adquirido de otras fuentes) es tratado para alcanzar el nivel de especificación exigido para producir cloruro de vinilo. El proceso incluye la separación de pequeñas cantidades de cloro, hierro, cloruro de hidrógeno, agua, y otros componentes órganoclorados. El producto de esa separación es enviado para la misma unidad que trata los gases de la cloración, que como y se ha dicho, genera vapor y ácido clorhídrico, que puede ser vendido o utilizado internamente. Como se observa, todos los procesos son ambientalmente eficaces, porque todo ha sido diseñado para recuperar calor y vender o reciclar internamente los productos obtenidos. Además de eso, todos los efluentes generados pasan por tratamientos físico-químicos y biológicos. (Figura anexa)
Efectos característicos Seres humanos/mamíferos: Este gas, muy inflamable, tóxico y de efectos narcóticos, irrita los ojos, la piel y las vías respiratorias. La exposición reiterada conduce a lesiones hepáticas, renales y esplénicas, pudiendo desarrollarse en algunos casos tumores malignos. Pueden existir concentraciones tóxicas en el aire sin que se perciba un olor alarmante. El cloruro de vinilo ejerce efectos cancerígenos y teratógenos (su inhalación produce malformaciones y distrofias esqueléticas) tanto en los animales como en el ser humano. Durante su descomposición térmica, se forman gases ácidos que producen irritación ocular, nasal y faríngea.
COMPORTAMIENTO EN EL MEDIO AMBIENTE Agua: El cloruro de vinilo es muy persistente en el agua, si no se evapora. Sin embargo, hasta el momento no se conocen efectos nocivos sobre organismos acuáticos (UBA, 1986). Es poco probable su acumulación en la cadena alimentaria acuática (BUA 1989). Aire: Cuando el gas puesto a presión se expande, se forman nieblas frías más pesadas que el aire. Éstas se evaporan fácilmente y se combinan con el aire originando mezclas tóxicas y explosivas. Debido a las propiedades físicoquímicas del cloruro de vinilo, es probable que se acumule en la atmósfera.
Tiempo de vida media: En condiciones ambientales normales, el cloruro de vinilo es extraordinariamente persistente. Su tiempo de vida media en el suelo en condiciones anaeróbicas asciende a más de 2 años. Su degradación aeróbica en instalaciones de clarificación y en aguas superficiales, así como en cultivos bacterianos aislados de 20-120 mg/l, requiere un período mínimo de 5 semanas (UBA, 1986). Con la participación de radicales oxhidrilos, el tiempo medio de vida media se reduce a 66 horas. En los casos de hidrólisis, el tiempo de vida media es inferior a 10 años (calculado para una temperatura de 25°C) (RIPPEN, 1991). En la troposfera, el tiempo de vida media es de 11 semanas (degradación abiótica) (ATRI, 1985). La BUA (1989) informa sobre un promedio de tiempo de vida media que oscila entre 2,2 y 2,7 días.
El cloruro de polivinilo (PVC) El PVC es un material termoplástico, es decir, se reblandece al calentarlo (140 a 250º C), pudiendo moldearlo fácilmente. Cuando se enfría recupera la consistencia inicial adoptando la nueva forma. En su estado original es un polvo de color blanco. Es ligero, inerte e inocuo. Resiste al fuego (no propaga la llama), aislante (térmico, eléctrico y acústico), impermeable y reciclable. Es el plástico que menos depende del petróleo puesto que en su composición interviene el Cl en gran parte.
Obtención de PVC
El PVC es una resina termoplástico, producida cuando las moléculas de cloruro de vinilo se asocian entre sí, formando cadenas de macromoléculas. Este proceso es llamado de polimerización, y puede ser realizado de varias maneras. Se pueden utilizar dos procesos, llamados polimerización en suspensión y polimerización en emulsión. Ambos usan un proceso semicontínuo, en el que los reactores se alimentan con el monómero cloruro de vinilo, con los aditivos, catalizadores y agua (la reacción de polimerización del PVC ocurre en medio acuoso). Las diferencias entre los procesos suspensión y emulsión se manifiestan en el tamaño y en las características de los granos de PVC obtenido, y por lo tanto, cada proceso es elegido según las aplicaciones y resultados que se quieren obtener con el PVC. Después del final de la reacción, se agotan los reactores y la mezcla de agua y PVC es separada del monómero no reaccionado. El PVC es centrifugado, secado y embalado. El agua es reciclada o tratada en la unidad de tratamiento de efluentes. Como el VCM tiene propiedades tóxicas, es muy importante que no se lo libere para la atmósfera ni permanezca en el producto. Por eso, varias etapas del proceso y las características de los equipamientos donde él ocurre fueron
concebidas para evitar tales pérdidas: esto asegura que nuestras resinas contengan sistemáticamente menos que 1g de VCM por tonelada de PVC. (Figura anexa)
- Estireno El estireno se obtiene a partir de etileno y benceno mediante el siguiente proceso:
El etilbenceno y el reciclado de etilbenceno es combinado con vapor y precalentado por intercambio de calor con el producto a la salida del reactor. Antes de entrar el reactor se mezcla con más vapor que sale de un sobrecalentador que eleva la temperatura del vapor a 800°C. Esta mezcla es alimentada a los reactores donde se produce la reacción. El efluente del reactor pasa por un intercambiador de calor donde es refrigerado. El condensado es separado en gas de venteo (mayormente hidrógeno), agua de proceso y fase orgánica. El gas de venteo es removido por un compresor para se usado como combustible o para recuperación de hidrógeno. El agua de proceso es separada de materiales orgánicos y reutilizada. La fase orgánica es bombeada con inhibidores de polimerización a un tren de destilación.
El estireno se polimeriza lentamente a temperatura ambiente. Su velocidad de polimerización aumenta al aumentar la temperatura. El poliestireno es el producto resultante de la polimerización del estireno. Tiene la siguiente fórmula:
El poliestireno es un plástico económico y resistente. Existen diferentes tipos dependiendo de la disposición espacial de los grupos fenilo (poliestireno atáctico y sindiotáctico). Asimismo existen otros tipos de poliestireno dependiendo de los aditivos utilizados en el proceso de fabricación y del proceso de fabricación en sí(poliestireno de impacto, poliestireno expandido). Además el poliestireno es la base de diversos copolímeros (estireno-acrilonitrilo). Probablemente sea el plástico más popular después del polietileno. Con el se fabrican cajas para computadoras,
maquetas, juguetes, recipientes de uso industrial y doméstico, recubrimientos de paredes, revestimientos internos de refrigeradores y otros muchos objetos y componentes.
Poliestireno de impacto Aplicaciones del poliestireno
. Envase de yogur fabricado mediante extrusión - termoformado de una mezcla de poliestireno choque y cristal.
Caja de CD fabricada mediante moldeo por inyección. La parte transparente es de poliestireno cristal y la opaca de poliestireno choque.
Embalaje de poliestireno expandido.
Recipiente para comidas.
Maquinilla de afeitar de poliestireno choque fabricada mediante moldeo por inyección.
- Óxido de etileno El óxido de etileno se obtiene a partir del etileno mediante una reacción que se lleva a cabo en fase gaseosa, haciendo pasar el etileno y el oxígeno por una columna con un catalizador a base de sales de plata dispersas en un soporte sólido.
Es incoloro y de olor muy agradable, miscible en agua y en muchos disolventes orgánicos. Su punto de fusión es de -113,3ºC, su punto de ebullición de 10,7ºC y su densidad en estado líquido es 0,882. El óxido de etileno, como tal, se usa para madurar fruta, como agente esterilizante, desinfectante, herbicida y fumigante. Sus aplicaciones como materia prima son innumerables, siendo su derivado más importante el etilenglicol .
Procesos de la producción de óxido de etileno Las tecnologías publicadas por las tres compañías líderes en la producción de Oxido de Etileno empleando Oxígeno como oxidante presentan similitudes entre si. El proceso se compone en todos los casos por cuatro etapas constituyentes:
Oxidación. Etileno, Oxígeno y gas de reciclo se comprimen e ingresan a un reactor o tren de reactores multitubulares (1), empleando un catalizador a base de Plata. El Oxido de Etileno corresponde al único producto de la reacción principal. Existe paralelamente una reacción secundaria de combustión de Etileno responsable de la generación de los únicos dos subproductos, Dióxido de Carbono y Agua. La temperatura de oxidación es controlada circulando Agua a temperatura de ebullición en la camisa del reactor.
Absorción de Oxido de Etileno. El Oxido de Etileno contenido en los gases de salida del reactor es absorbido con Agua (2).
Absorción de Dióxido de Carbono. Parte (SD, Shell) o todo (UC) el gas de salida del absorbedor de Oxido de Etileno es alimentado a un sistema de absorción de Dióxido de Carbono (3,4) antes de ser recirculado al reactor.
Purificación de Oxido de Etileno. La solución de Oxido de Etileno proveniente del absorbedor de Oxido de Etileno es tratada en un sistema de fraccionamiento, obteniéndose así el Oxido de Etileno purificado. (5 o 5, 6, 7) La cantidad de equipos presentes en la purificación de Oxido de Etileno dependerán de los requerimientos en cuanto a la pureza del producto.
Los procesos tradicionales de purificación consisten en una columna para eliminar el Agua o material pesado y otras dos columnas para rectificar el producto y eliminar los componentes livianos. Si el interés se centra en la producción de Glicoles, se puede proceder a eliminar los componentes ligeros, pero no el total de Agua, ya que la producción de Glicol se realiza por hidrólisis. La solución de Agua y Oxido de Etileno necesaria para la producción de Glicoles típicamente varía entre 8 y 12 % en peso de Oxido de Etileno. Esta concentración dictará la distribución entre Monoglicol, Diglicol, Triglicol
El etilenglicol se obtiene por adición de agua al óxido de etileno:
El etilenglicol es un líquido incoloro, poco volátil, viscoso y soluble en agua y en muchos componentes orgánicos. Su punto de fusión es de -13º C, su punto de ebullición de 195º C y su densidad es 1.1155. Tiene dos aplicaciones principales. Una es como anticongelante en el circuito de refrigeración de los motores y otra como diol para la obtención de poliésteres, entre éstos el más importante es el tereftalato de polietileno (PET) .
- Acetato de vinilo La mayor parte de la producción de acetato de vinilo se obtiene mediante el llamado proceso Wacker, haciendo reaccionar etileno, oxígeno y ácido acético en presencia de un catalizador de paladio:
Es un líquido incoloro, muy inflamable, soluble en la mayoría de los disolventes orgánicos e insoluble en agua. Se polimeriza espontáneamente dando lugar al poliacetato de vinilo o acetato de polivinilo (PVA) cuya fórmula es la siguiente:
De este polímero se derivan otros como el alcohol polivinílico y el copolímero poli(acetato de vinilo-co-alcohol vinílico). Estos productos constituyen la base de muchos adhesivos y pinturas de emulsión de agua.
- Acetaldehído La forma más habitual de obtener acetaldehído es el proceso Wacker, en el cual se hace burbujear etileno y oxígeno en una solución acidificada de PdCl 2-CuCl2 :
El acetaldehído es un líquido incoloro y volátil, con un penetrante olor a frutas. Es importante como intermedio en la fabricación de numerosos productos químicos, medicamentos y plásticos, incluidos el ácido etanoico (ácido acético), el butanol (alcohol butílico), el tricloroetanal (cloral) y la piridina. Es miscible con agua y con la mayoría de los disolventes orgánicos comunes.
- Etanol El etanol industrial se obtiene en la actualidad por hidratación de etileno en presencia de catalizador de ácido fosfórico en celita.
Tiene modestas aplicaciones como materia prima para ésteres etílicos, disolventes, productos de baño y tocador y diversas aplicaciones de menor importancia. - Aldehído propiónico (propanal) La reacción oxo con etileno produce aldehído propiónico (propanal). El aldehído propiónico puede reducirse al alcohol n-propílico (1-propanol) que se utiliza como disolvente u oxidarse a ácido propiónico (ácido propanoico) cuyas sales de sodio o calcio son inhibidores de la descomposición del pan y se emplean, en general, como inhibidores de moho y fungicidas de alimentos.
- Cloruro de etilo (cloroetano) La mayor parte de la producción de cloruro de etilo (cloroetano) se obtiene mediante la adición en fase líquida de HCl a etileno con catalizador de AlCl 3.
El cloruro de etilo tiene aplicaciones como refrigerante, anestésico y en la producción de etilcelulosa. También se empleaba para la producción de tetraetilo de plomo, un aditivo de la gasolina. Sin embargo esta aplicación está teniendo cada vez menor importancia al desaparecer del mercado las gasolinas con plomo
