poliestireno

4.1 Generalidades Generalidades

El patrón de poliestireno pertenece al grupo de los termoplásticos, que también incluye polietileno, polipropileno y cloruro de polivinilo. El poliestireno puede, debido a sus propiedades especiales, ser utilizado en una gama muy amplia de aplicaciones. Resina de estireno fue aislado de la madera de Kauri (Agathis australis) por primera vez en 1831 por Bonastre. En 1839, E. Simon, quien también fue el primero en describir el polímero, dio su nombre a monómero. El desarrollo de un método para la producción industrial del poliestireno (estructura molecular muestra en la Figura 4.1) se inició en torno a 1925. Este trabajo recibió éxito de la investigación 1930 en Alemania. En los Estados Unidos, poliestireno comenzó a ser producido a escala comercial en 1938.

Figura 4.1: Estructura molecular de poliestireno

El consumo mundial de poliestireno ascendió a 16,7 Mt / año, de los cuales 4,2 Mt / año se consumen en Europa. La tasa media de crecimiento del consumo de poliestireno es de 4% a nivel mundial y sólo el 2,4% 2 ,4% en Europa. El uso anual de poliestireno, incluyendo la demanda de exportación regiones del mundo en 2000, aparece en la tabla 4.1.

Tabla 4.1: Desarrollo de la utilización de poliestireno a nivel mundial en Mt / año En la práctica, se pueden distinguir tres tipos diferentes de poliestireno. El polímero transparente poliestireno frágiles se llama general (GPPS) y poliestireno blanco, pero tampoco es una maravilla relativamente flexible, poliestireno modificado con caucho se llama impacto (HIPS) o IPS. La poliestireno expandible o de espuma de poliestireno (EPS) representa el tercer tipo de poliestireno, sin embargo, debe diferenciarse de otros tipos, debido a sus diferentes técnicas de producción.

4.1.1 Poliestireno dePropósito general (GPPS)

GPPS es un material transparente, duro con un alto efecto acabado brillante. Con mayor frecuencia se describe como poliestireno de grado general (GP), pero también se utiliza nombres como el poliestireno estándar, poliestireno normal, poliestireno transparente o homopolímero de estireno. En esta sección, definición de poliestireno (PS) se utiliza para el moldeo de acuerdo con la norma ISO 1622-2. El poliestireno de moldeo (PS) se solidifica a temperaturas inferiores a 100 ° C para crear un material caracterizado por un résistencia mecanica vítreo adecuado, por las propiedades dieléctricas satisfactorias así como la resistencia a muchos productos químicos en muchas áreas de aplicación. Por encima de su punto de reblandecimiento, el poliestireno transparente ablanda y permite que la resina sea transformado por técnicas de fabricación comunes, tales como moldeo por inyección o extrusión. Poliestireno (PS) de moldeo de pequeñas cantidades de lubricante puede contener (dentro o exterior) para ayudar al tratamiento de la resina con el propósito de uso final. Adición de agentes agentes antiestáticos, estabilizadores de UV, fibra por mezcla de colorantes verreou también es una técnica habitual. GPPS tiene una excelente transparencia, moldeabilidad y estabilidad térmica con un baja gravedad específica, que permite el moldeo por inyección o de extrusión altamente especies económica. Hay varios disponibles y una amplia gama de opciones para satisfacer la calidad las necesidades del consumidor. Las principales áreas de aplicación son vasos desechables, pequeños recipientes, utensilios de cocina desechables, kits de aseo, chaquetas para los equipos materiales electrónicos, películas para las bandejas de papel transparente de refrigeración, cajas de CD y joyería, pipetas médicos, placas de Petri y las bandejas de carne. 4.1.2 Poliestireno de alto impacto (HIPS)

Las propiedades medicinales de poliestireno (PS) para el prensado, que es relativamente frágil, puede ser mejorado significativamente mediante la adición de cauchos, es decir polibutadieno. Poliestireno de alto impacto es también conocida como PS o PS como resistentes - modificado con caucho; ISO 2897 - 2 se define como el poliestireno resistente al impacto (IPS). Los procesos de producción de los primeros HIPS se han basado en poliestireno (PS) mezclado con un componente de caucho moldeado. La polimerización de estireno en presencia de polibutadieno es, sin embargo, mucho más eficiente. Esta polimerización genera un sistema de dos fases debido a la inmiscibilidad de poliestireno y polibutadieno. Poliestireno forma la fase continua (matriz) y la dispersión de la polibutadieno (Partículas de goma). Las partículas de caucho contienen pequeñas inclusiones de poliestireno y las contenidas en las caderas generalmente tienen un diámetro de 0,5 a 10 micras. Entonces pusieron una luz visible y poliestireno transparente (PS) moldeo desapareció. La figura 4.2 muestra el Estructura de HIPS que contienen cadenas de poliestireno y polibutadieno. Los aditivos más utilizados a menudo con cualidades de moldeo PS también puede ser mezclado con las caderas. Además, Los antioxidantes se utilizan para estabilizar el caucho, y se añaden retardantes de llama para aplicaciones especiales con el PS.

Figura 4.2: Estructura molecular de HIPS

Poliestireno de alto impacto (HIPS) tiene muchos usos y aplicaciones porque, en primer lugar, puede ser transformado con mucha facilidad y, en segundo lugar, posee un alto rendimiento con bajo coste. Hay convertido en productos por moldeo por inyección, extrusión y termoformado. De uso finalprincipales incluyen el embalaje, contenedores y vasos desechables, productos electrónicos de consumo pública, maquinillas de afeitar, cintas de audio y de video, pieles de televisión, el aislamiento, la refrigeración, carcasas de ordenador y juguetes. HIPS también se utiliza para hacer las mezclas de resina Industrial con óxido de fenileno para la industria automotriz.

Tabla 4.2 muestra la principal producción de poliestireno (GPPS y HIPS) en la UE-15 en 2000. 4.1.3 Poliestireno Expandido (EPS )

Las técnicas utilizadas para la producción de perlas de poliestireno expandido (EPS ) , así como su formación de espuma de poliestireno se desarrollaron a finales de los años 40 por el grupo BASF , la comercialización de la nueva materia prima en la marca Styrofoam . Debido a la venta licencias y patentes expiran , otros productores de mercancías con marcas aparecido diferente . EPS se produce por polimerización en suspensión de estireno y la adición de las perlas de polímero de soplado continuación, se generan en tamizada diferentes tamaños de partículas . Es posible utilizar diferentes recubrimientos basados el uso final. En su forma final , las espumas de PSA contienen alrededor de 95 % de aire por volumen . Las propiedades de la grandes espumas PSA son un excelente aislamiento térmico y resistencia y absorción de impactos incluso a

bajas densidades . Ligero y rígido de espuma EPS tiene aplicaciones principalmente en Europa en el sector de la construcción como aislante para las paredes , por cavidades, para techos, para los pisos de sótanos y fundaciones. Cartón, cortar en forma a partir de bloques de contorneado o moldeo de densidades habituales entre 10 y 50 kg / m³ ,se utilizan ya sea como tal o en combinación con otros materiales de construcción para la fabricación laminados , paneles de tres capas, etc. El éxito de los elementos EPS espuma como material de Packaging se basa tanto en sus propiedades generales sobre su rentabilidad. Escalar las cajas moldeadas también a los instrumentos altamente sensibles para el envasado, los productos de vidrio frágiles piezas de cerámica y de la máquina , así como los alimentos perecederos de alta potencia , como pescado, frutas y verduras. El embalaje de EPS ha contribuido a un ahorro considerable en reducir el daño , el peso del transporte y el costo de la mano de obra . Tabla 4.3 enumera los principales productores de PSE en la UE - 15 en 2000.

4.2 Métodos y técnicas utilizadas en la producción de poliestireno 4.2.1 Descripción general del proceso

El método de producción requiere un reactor de poliestireno o una serie de reactores controlados por un conjunto de parámetros , como la temperatura , la presión y la tasa de conversión . El proceso requiere la adición de muchas materias primas , disolventes, iniciador ( opcional) y agentes de transferencia de cadena en los reactores a ciertas condiciones bien definidas . Calor reacción se elimina por transferencia a la nueva entrada de carga y / o por evaporación del disolvente y / o el medio de transferencia de calor , es decir, por circulación de aceite . Los ingresos brutos de el tren que sale del reactor tiene un contenido de sólidos de 60 a 90 %. Para eliminar el monómero sin reaccionar y disolvente, el producto en bruto , que se calienta a aproximadamente 220-260 ° C y pasado a través de un vacío . Esto se llama etapa de desvolatilización y puede tener uno o dos fases . Finalmente , el polímero altamente purificado y limpiado se granula . monómero y el disolvente se limpia en la sección de desvolatilización y se recicla en el proceso . 4.2.1.1 Producción química de poliestireno .

La polimerización de estireno hace que la formación de poliestireno . La polimerización del estireno es una reacción de crecimiento de cadena que se induce por cualquier técnica conocida de iniciación , tal como calor , radical libre , aniónico o catiónico adición. El poliestireno es un producto polímero blanco con una propiedades físicas y eléctricas de alta y satisfactoria claridad .

Durante la polimerización , el enlace de vinilo de la molécula de estireno y desaparece ~ 710 kJ / kg de calor son descargado (que es equivalente al calor de la hidrogenación del doble enlace ) . La densidad aumenta 0,905 g / cm3 monómero puro a 1,045 g / cm3 del polímero puro y la reacción se considera una función lineal de la conversión . El aumento de peso molecular de 104 g / mol de monómero a valores entre 200 000 y 300 000 g / mol del polímero . Cinco reacciones químicas diferentes son responsables de la conversión de monómero a polímero y de Estos pasos son los siguientes: •

La iniciación por radicales para formar

•

Iniciación de cadenas

•

La propagación o el crecimiento de la cadena

•

La transferencia de cadena

• Rotura de cadena activa

4.2.1.1.1 Iniciación

El estireno puede apoyar polimerización espontánea por el calor. Se puede generar suficientes radicales libres cuando la reacción se lleva a cabo en presencia de un calor significativo. Estos radicales a continuación, los pasos de propagación que intervienen con una cantidad excesiva de monómero de estireno a la formación de polímeros de alto peso molecular a altas velocidades de conversión . Un método alternativo de iniciar la polimerización de estireno depende de añadir generadores de los radicales libres. Varios catalizadores se utilizan a diferentes temperaturas dependiendo de sus velocidad pero sólo peróxidos de descomposición son ampliamente utilizados en los procesos de producción industrial . En general , otras familias de iniciadores son fácilmente asequibles , o insuficientemente estable en las condiciones de la polimerización de estireno . 4.2.1.1.2 Propagación

Figura 4.3 se describe el mecanismo de propagación en una polimerización radical de poliestireno . Cuando la cantidad de monómero es excesiva , la adición de estireno en los extremos de la cadena se repite y estamos asistiendo a la formación de cadenas de polímeros . L a composición de la Cadena polimérica depende más a menudo de temperaturas y la duración .

Figura 4.3: Propagación de la cadena en el proceso de poliestireno

4.2.1.1.3 Cadenas de Transferencia

En la transferencia de cadena , los radicales activos se intercambian entre la cadena en crecimiento y el agente de transferencia de cadena. Esto da como resultado la desactivación de la cadena en crecimiento . El radical es luego transportado por el agente de transferencia de cadena ahora roto y comenzar una nueva cadena polímero. Los agentes de transferencia de cadena se utilizan ampliamente en la producción de poliestireno para el control de la longitud de la cadena del polímero y , por lo tanto , la tasa de flujo de fusión del producto acabado . Los agentes de transferencia de cadena más comúnmente utilizados son los diversos derivados de mercaptano. 4.2.1.1.4 Ruptura

Durante la rotura, los radicales libres activos desaparecen haciendo reaccionar con otro radical , y po r lo tanto , son inactivos o terminal insaturado de las entidades eslabones de la cadena . rotura de radical es una reacción muy rápida y puede requerir o no la energía de activación . 4.2.1.2 Las materias primas 4.2.1.2.1 Estireno

Estireno puro es clara y cualquier formación de color se debe normalmente a la contaminación , tales como óxido de metal . Estireno tiene capacidades excepcionales , que le permiten a polimerizar fácilmente por diversos métodos y puede ser copolimerizado con una amplia var iedad de otra monómeros ( acrilatos , metacrilatos , acrilonitrilo , butadieno y anhídrido maleico ) . Por lo tanto , el problema más importante , que se pueden encontrar durante el almacenamiento de estireno , es la Prevención de la auto- polimerización , que es una reacción química incontrolada . Los Factores más importantes para impartir una larga vida útil de estireno son: bajos niveles de temperatura, inhibidores adecuados , materiales adecuados para la construcción de Almacenamiento y manejo de equipo y un buen mantenimiento básico . Para inhibir la formación de polímero , así como la degradación durante el posterior almacenamiento y transporte , es necesario agregar un TBC ( catecol 4 - terc butil ) inhibidor. Previene TBC reacción de polimerización con los productos de oxidación (peróxidos que forman radicales libres ) en presencia de una pequeña cantidad de oxígeno . El nivel del inhibidor se debe m antener en todo momento una concentración mínima arriba de 4 a 5 ppm. El nivel estándar de la CPC es de 10 a 15 ppm. 4.2.1.2.2 Iniciadores de radicales libres

Los iniciadores de radicales libres se utilizan para mejorar la productividad de la línea mediante la creación radicales a una temperatura más baja que la iniciación térmica y / o para mejorar la calidad de las caderas. En la polimerización de estireno , peróxidos orgánicos se utilizan generalmente en una menos de 1000 ppm de concentración . 4.2.1.2.3 Los agentes de transferencia de cadena

El proceso de transferencia de cadena se define como un proceso en el que se transfiere el centro activo una molécula de polímero a otra molécula , dejando la primera y inactiva molécula que confiere La última vez la capacidad añadida , posteriormente , de los monómeros. La molécula a la que la actividad se transfiere es el agente de transferencia de cadena . La función es para reducir la transferencia desatado ( "Control "), el peso

molecular del polímero . Los agentes de transferencia de la cadena son los más comunes TDM (mercaptano de t - dodecilo ) o el NDM ( n-dodecil mercaptano ) . 4.2.1.2.4 Estabilizadores

Los antioxidantes se utilizan generalmente para proteger los polímeros contra fenómenos de degradación ( escisión de la cadena ) causada por una reacción con el oxígeno atmosférico . En continuación el método en masa de polimerización , no será necesario utilizar estabilizadores en la síntesis de GPPS si no hay goma. Cuando se produce HIPS , la duración la vida de partículas de caucho incorporados se incrementa con la adición de antioxidantes . 4.2.1.2.5 Lubricantes internos y de liberación de molde

Debido a la alto peso molecular de la matriz de poliestireno , fluidez y procesabilidad de PS requiere la adición de lubricantes externos o internos. Los lubricantes mas usados, incluyendo aceites minerales , se añaden , ya sea durante la polimerización o durante la última fase de la sección de acabado de las líneas de producción. La concentración del aceite mineral en el PS entre 0 y 8 % . También es posible añadir hasta un 0,2 % de liberación de molde en el proceso de polimerización. El estearato de zinc es el lubricante del molde mas utilizado. Los lubricantes externos se pueden añadir durante o después del proceso de acabado en la producción de PS. Los lubricantes ultraperiféricos usados son N, N' – bis-estearamida de etileno y el glicol de polietileno 400. 4.2.1.2.6 Colorantes

Para controlar la coloración del polímero, es necesario añadir unas pocas ppm de colorante GPPS azul. Típicamente, los colorantes se disuelven en el estireno durante la preparación de la materia prima y alimentados para el proceso de polimerización. 4.2.1.2.7 Caucho

La principal diferencia entre los GPPS y HIPS método de caucho basado en adición al sistema de suministro. Los cauchos se encuentran en el estado sólido como materiales incoloros o con color blanco / transparente. Más comúnmente, dos calidades diferentes de caucho se utiliza para base de polibutadieno : caucho con alto contenido de cis medio / y los que tienen baja en cis. Se añade el caucho disuelto para iniciar el proceso de polimerización. La concentración final de goma en las caderas producto acabado puede variar hasta un 15 % . 4.2.2 Método general de poliestireno ( GPPS ) 4.2.2.1 Descripción del Proceso

Las materias primas, tales como estireno (potencialmente purificada) y un aditivo para el tratamiento, son alimentada a la ( s ) reactor ( s ) . El tren reactor normalmente consiste en reactores agitados ( CSTR ) y / o reactores continuos de flujo pistón (PWR ). El propio estireno actúa como un disolvente reactivo . Además, es posible añadir hasta 10 % etilbenceno con el fin de mejorar el control de la reacción . Las temperaturas del reactor son controlada entre 110 y 180 ° C. La presión de reacción es de hasta 1 MPa en el caso de un PWR y presión atmosférica o subatmosférica en el caso de un CSTR . Productos químicos adicionales se añaden a la corriente de alimentación o en los reactores. En

Extremo de la cadena del reactor , la conversión del monómero de estireno alcanza 60 a 90% de sólido . entonces la corriente de proceso fluye en una unidad de desvolatilización , donde se somete a una o dos válvulas (uno o dos tanques de desvolatilización ) para separar las especies que no han reaccionado . Los desvolatilizadores funcionan a altas temperaturas ( 220-260 ° C) y a altas vacíos ( < 40 mbar) . Es posible incorporar una etapa de inyección de agua ( stripping) entre las dos etapas de desgasificado para facilitar la extracción de monómeros. Después de la condensación , estireno s in reaccionar y etilbenceno son reciclado a la línea de alimentación , o directamente mediante el uso de un bucle de reciclado o por a través de un tanque de almacenamiento . Los componentes no deseados se purgan fuera de estos flujos . El polímero fundido se transfiere a continuación a una cabeza para el teñido de hebras de polímero de corte (en seco o bajo el agua ) mediante molinos . Después de la desecación , los gránulos se descargan en un transportador neumático y luego se almacena en silos diseñados para el envasado y / o el transporte mayor . Resumen presentado en forma de cuadro el proceso de GPPS se muestra en la Tabla 4.5 . Un diagrama del proceso de GPPS se muestra en la Figura 4.4

4.3 Niveles de emisión y consumo de corriente 4.3.1 Propósito general poliestireno (GPPS)

Los valores de la Tabla 4.10 no son representativos de una sola tecnología, sino una Muchas de las tecnologías utilizadas en la fabricación de GPPS en Europa. Las diferencias existentes entre las plantas se deben a las especies diferencias en las tecnologías, equipos y operaciones industriales a gran escala. Los valores indicados se refieren a las emisiones y el consumo para la producción de un tonelada de producto.

Estimado alumno Luis Pariapaza, si usted está interesado en hacer el polyestireno, tienes que conseguir el diagrama de una planta  algo parecido a lo que conseguimos en el ácido sulfúrico con el pdf de control de emisiones del ácido. Porque lo que hay en el pdf en francés son esquemas de fundamentos. Claro que ese pdf seria tu principal documento porque está muy bien elaborado y tiene muchas cosas más que tienes que tratarlas todas sobre el polyestireno. Trata de buscar un pdf en ingles u otro idioma porque otros alumnos ya han presentado de Colombia 2 plantas. Además te falta hacer por separado balances de masas, balances de energía y valores de estado estacionario. Ya con esa información estaríamos hablando no de un 11 para pasar sino de quizás de un 16 o 17, y a que si quisieras sacar 20 tendrías que simularlo aunque sea por partes en el Aspen plus y comparar con los balances de masa y energía y estado estacionario. Si esta interesado confirme el tema sino se puede cambiar con otro proceso. No se olvide que la voz y el ruido de fondo le malogran toda su exposición, debe corregir primero ese asunto.