{"id":14639,"date":"2022-10-17T14:57:46","date_gmt":"2022-10-17T12:57:46","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sofraser.com\/?p=14639"},"modified":"2025-07-11T08:43:48","modified_gmt":"2025-07-11T06:43:48","slug":"produccion-de-polimeros-de-poliuretano-por-lotes","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sofraser.com\/es\/actualidad\/produccion-de-polimeros-de-poliuretano-por-lotes\/","title":{"rendered":"Combinaci\u00f3n de mediciones de reolog\u00eda y espectroscopia del proceso para mejorar la producci\u00f3n de pol\u00edmeros de poliuretano por lotes"},"content":{"rendered":"\n<p><strong>En la producci\u00f3n de pol\u00edmeros, el grado de polimerizaci\u00f3n depende estrictamente de la conversi\u00f3n. \u00c9sta es muy sensible a las impurezas y al desequilibrio molar, especialmente cuando la conversi\u00f3n es alta.<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>El desequilibrio de mon\u00f3meros puede impedir la formaci\u00f3n de cadenas largas de pol\u00edmeros (lo que lleva a un estancamiento del peso molecular); y promover la aparici\u00f3n de reacciones secundarias no deseadas (lo que lleva a la ramificaci\u00f3n de la cadena, la gelificaci\u00f3n y\/o la degradaci\u00f3n de la cadena).<\/p>\n\n\n\n<p>El desarrollo y la aplicaci\u00f3n de procedimientos para la supervisi\u00f3n y el control en l\u00ednea de la conversi\u00f3n y del peso molecular medio (Mw) son muy deseables para evitar la formaci\u00f3n de gel; el estancamiento temprano del Mw y la degradaci\u00f3n de la cadena polim\u00e9rica.<\/p>\n\n\n\n<p>Las herramientas de medici\u00f3n de procesos en l\u00ednea, como la espectroscopia de procesos en el infrarrojo cercano (NIRS) y la reolog\u00eda; que incluye la medici\u00f3n de la viscosidad, son candidatas ideales para determinar las propiedades f\u00edsicas de los pol\u00edmeros.<\/p>\n\n\n\n<p>Guided Wave y Sofraser se han asociado para desarrollar un sistema de medici\u00f3n dual que puede instalarse en una sola brida compartida; que puede instalarse directamente en el lateral de un reactor para el control del proceso de producci\u00f3n de pol\u00edmeros en tiempo real.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img fetchpriority=\"high\" decoding=\"async\" width=\"596\" height=\"482\" src=\"https:\/\/www.sofraser.com\/app\/uploads\/2021\/07\/Figure-1.jpg\" alt=\"visocity measurement system\" class=\"wp-image-11379\" srcset=\"https:\/\/www.sofraser.com\/app\/uploads\/2021\/07\/Figure-1.jpg 596w, https:\/\/www.sofraser.com\/app\/uploads\/2021\/07\/Figure-1-300x243.jpg 300w\" sizes=\"(max-width: 596px) 100vw, 596px\" \/><\/figure>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img decoding=\"async\" width=\"850\" height=\"434\" src=\"https:\/\/www.sofraser.com\/app\/uploads\/2021\/07\/Figure-1B.png\" alt=\"viscosity and NIR measurement\" class=\"wp-image-11384\" srcset=\"https:\/\/www.sofraser.com\/app\/uploads\/2021\/07\/Figure-1B.png 850w, https:\/\/www.sofraser.com\/app\/uploads\/2021\/07\/Figure-1B-300x153.png 300w, https:\/\/www.sofraser.com\/app\/uploads\/2021\/07\/Figure-1B-768x392.png 768w\" sizes=\"(max-width: 850px) 100vw, 850px\" \/><figcaption><strong>Figure 1.<\/strong> Brida de doble sonda desarrollada por Guided Wave y Sofraser. Permite realizar mediciones de viscosidad y NIR en tiempo real desde la misma ubicaci\u00f3n en un reactor.<br>Cr\u00e9dito de la imagen: Guided Wave<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>Al disponer tanto de una medici\u00f3n NIRS como de una medici\u00f3n de la viscosidad din\u00e1mica, los ingenieros de proceso pueden tomar decisiones informadas basadas en las tendencias en tiempo real de la construcci\u00f3n de pol\u00edmeros, la reducci\u00f3n de mon\u00f3meros y el peso molecular medio. <\/p>\n\n\n\n<p>Adem\u00e1s, la configuraci\u00f3n de la sonda doble permite que ambas mediciones se realicen en las mismas condiciones de flujo y muestra localizadas.<\/p>\n\n\n\n<p>En otras palabras, si las sondas del viscos\u00edmetro y del NIRS estuvieran instaladas en bridas separadas; en lugares diferentes del reactor, el flujo transitorio dentro del reactor podr\u00eda introducir un sesgo entre las dos t\u00e9cnicas.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Visi\u00f3n general de la producci\u00f3n de poliuretano y el papel de PAT<\/h2>\n\n\n\n<p>Los poliuretanos, al igual que otras polimerizaciones similares por etapas, suelen producirse en procesos de dos etapas.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\"><strong>The first step of polymerization<\/strong><\/h3>\n\n\n\n<p>Los materiales polim\u00e9ricos de bajo peso molecular medio (prepol\u00edmero); se producen mediante la reacci\u00f3n de un poliol y un gran exceso de diisocianato; normalmente utilizando una proporci\u00f3n molar de alimentaci\u00f3n de 2:1. La espectroscopia NIR puede medir el n\u00famero de grupos hidroxilos (OH) reactivos en el poliol.<\/p>\n\n\n\n<p>El n\u00famero de OH influye directamente en el n\u00famero de enlaces de uretano, lo que influye enormemente en las propiedades f\u00edsicas del producto final de poliuretano. El n\u00famero de OH es; por tanto, un par\u00e1metro importante que hay que vigilar y controlar durante la producci\u00f3n de poliol.<\/p>\n\n\n\n<p>Adem\u00e1s, el m\u00e9todo de laboratorio habitual para la determinaci\u00f3n del n\u00famero de hidroxilo requiere mucho tiempo e implica el uso de materiales peligrosos. Una sonda de transmisi\u00f3n NIR in situ tiene un rendimiento m\u00e1s r\u00e1pido y reduce la exposici\u00f3n ocupacional; a los materiales peligrosos necesarios para las pruebas fuera de l\u00ednea.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">El segundo paso de la polimerizaci\u00f3n<\/h3>\n\n\n\n<p>La cadena del pol\u00edmero se alarga; mediante la reacci\u00f3n del prepol\u00edmero con un diol o poliol de bajo peso molecular (extensor de cadena). Normalmente, el objetivo principal es la producci\u00f3n de resinas polim\u00e9ricas de gran peso molecular al final de la segunda reacci\u00f3n stp. Para lograr este objetivo, deben perseguirse algunos objetivos secundarios.<\/p>\n\n\n\n<p>En primer lugar, la conversi\u00f3n y la composici\u00f3n del mon\u00f3mero deben controlarse estrictamente durante la primera etapa de reacci\u00f3n. En segundo lugar, debe controlarse rigurosamente la cantidad de poliol que se introduce en el recipiente de reacci\u00f3n durante la segunda etapa.<\/p>\n\n\n\n<p>Estos objetivos de control secundarios son necesarios para evitar el desequilibrio de mon\u00f3meros; que puede conducir a la producci\u00f3n de pol\u00edmeros de bajo peso molecular y; finalmente, causar la p\u00e9rdida del producto del lote.<\/p>\n\n\n\n<p>Por \u00faltimo, la evoluci\u00f3n de los pesos moleculares medios en peso debe controlarse con precisi\u00f3n mediante la viscometr\u00eda y la espectroscopia del proceso. El resultado de estas herramientas de supervisi\u00f3n del proceso puede utilizarse para controlar los pesos moleculares medios en peso y otros par\u00e1metros durante la etapa de extensi\u00f3n de la cadena de la s\u00edntesis de poliuretano.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Esquema de control de viscometr\u00eda y espectroscopia del proceso propuesto para la s\u00edntesis de poliuretano<\/h2>\n\n\n\n<p>La l\u00f3gica de control que se muestra a continuaci\u00f3n puede adaptarse seg\u00fan sea necesario para satisfacer los requisitos espec\u00edficos del producto. Durante el primer paso; se utiliza la espectroscopia del proceso para controlar la conversi\u00f3n de mon\u00f3meros y el peso molecular medio.<\/p>\n\n\n\n<p>Otros par\u00e1metros, como la concentraci\u00f3n o la proporci\u00f3n de diisocianatos, la concentraci\u00f3n de agua en exceso o la proporci\u00f3n de productos de reacci\u00f3n del glicol; tambi\u00e9n pueden medirse con la espectroscopia del proceso.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img decoding=\"async\" width=\"725\" height=\"831\" src=\"https:\/\/www.sofraser.com\/app\/uploads\/2021\/07\/Figure-2.jpg\" alt=\"Monitoring polyurethane batch process\" class=\"wp-image-11389\" srcset=\"https:\/\/www.sofraser.com\/app\/uploads\/2021\/07\/Figure-2.jpg 725w, https:\/\/www.sofraser.com\/app\/uploads\/2021\/07\/Figure-2-262x300.jpg 262w\" sizes=\"(max-width: 725px) 100vw, 725px\" \/><figcaption><strong>Figure 2.<\/strong> El diagrama de flujo anterior demuestra c\u00f3mo la medici\u00f3n combinada de la viscometr\u00eda y la espectroscopia del proceso puede utilizarse para controlar la copolimerizaci\u00f3n por etapas. Cr\u00e9dito de la imagen: Guided Wave<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>Durante el segundo paso de la reacci\u00f3n, el peso molecular medio del pol\u00edmero se controla tanto por espectroscopia de proceso como por viscometr\u00eda. En funci\u00f3n de la tendencia del peso molecular; la tasa de alimentaci\u00f3n de reactivos se ajusta o se dosifica en funci\u00f3n de los datos NIR y <a href=\"https:\/\/www.sofraser.com\/es\/productos\/mivi-viscosimetro\/\">MIVI <\/a>en tiempo real.<\/p>\n\n\n\n<p>La doble medici\u00f3n es un medio \u00f3ptimo para controlar la tasa de polimerizaci\u00f3n; hacia un punto final dentro de las especificaciones.<\/p>\n\n\n\n<p>Tambi\u00e9n hay que tener en cuenta que la precisi\u00f3n con la que un analizador NIR, como el Analizador de Espectro Completo NIRO; puede medir el peso molecular medio comienza a disminuir a medida que aumenta la conversi\u00f3n de mon\u00f3meros.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Una soluci\u00f3n adaptada<\/h3>\n\n\n\n<p>Por lo tanto, un viscos\u00edmetro de proceso como el MIVI se utiliza para medir con mayor precisi\u00f3n; el peso molecular; medio durante las etapas finales de reticulaci\u00f3n y extensi\u00f3n de la cadena.<\/p>\n\n\n\n<p>El inicio de la gelificaci\u00f3n puede determinarse tanto por espectroscopia de proceso como por viscometr\u00eda. Si el NIR determina que la conversi\u00f3n del mon\u00f3mero se est\u00e1 produciendo sin un cambio; en el peso molecular medio, entonces es probable que se haya producido el inicio de la gelificaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n<p>La viscometr\u00eda puede utilizarse como confirmaci\u00f3n secundaria de la gelificaci\u00f3n. Si se produce la gelificaci\u00f3n, el viscos\u00edmetro medir\u00e1 una perturbaci\u00f3n repentina debida a la aglomeraci\u00f3n o ramificaci\u00f3n de los pol\u00edmeros.<\/p>\n\n\n\n<p>El enfoque de doble sonda permite al ingeniero de procesos reaccionar r\u00e1pidamente ante la gelificaci\u00f3n; y comenzar a a\u00f1adir inhibidores para reducir la velocidad de reticulaci\u00f3n. La concentraci\u00f3n de inhibidores, como el \u00e1cido clorh\u00eddrico, puede medirse mediante espectroscopia de proceso.<\/p>\n\n\n\n<p>Una vez que la tendencia de la reacci\u00f3n ha vuelto a la normalidad, se puede reducir la cantidad de inhibidor; y aumentar la velocidad de alimentaci\u00f3n del reactivo; como los dioles de 1,4 butano. El esquema de control del proceso permite al ingeniero de procesos; dirigir la reacci\u00f3n a las trayectorias de peso molecular deseadas y asegurar que se produce un producto con las especificaciones necesarias.<\/p>\n\n\n\n<p>Una vez alcanzado el peso molecular deseado, el ingeniero de procesos puede transferir el poliuretano; en condiciones para cualquier procesamiento posterior a la formaci\u00f3n, como la extrusi\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Conclusi\u00f3n<\/h2>\n\n\n\n<p>La producci\u00f3n de pol\u00edmeros a granel es, en s\u00ed misma, un proceso qu\u00edmico bastante rutinario. Sin embargo, el af\u00e1n por optimizar la producci\u00f3n y, por tanto, reducir los costes de fabricaci\u00f3n; hace necesario el an\u00e1lisis del proceso en tiempo real.<\/p>\n\n\n\n<p>La espectroscopia de procesos en el infrarrojo cercano y la viscometr\u00eda, que incluye la medici\u00f3n de la viscosidad; son candidatos ideales para determinar las propiedades f\u00edsicas de los pol\u00edmeros.<\/p>\n\n\n\n<p>El desarrollo de modernas herramientas de supervisi\u00f3n de procesos permite realizar mediciones directas; en tiempo real de las reacciones qu\u00edmicas, como la conversi\u00f3n de mon\u00f3meros, el peso molecular, el \u00edndice de acidez o incluso la informaci\u00f3n sobre ramas laterales y geles.<\/p>\n\n\n\n<p>La sonda doble y el posterior esquema de control; del proceso pueden utilizarse para mejorar el rendimiento de la copolimerizaci\u00f3n por lotes.<\/p>\n\n\n\n<p>Dise\u00f1ada por <a href=\"https:\/\/www.elementale-ent.com\/\">Elementale <\/a>(Texas, EE.UU.), esta sonda fue desarrollada en colaboraci\u00f3n con Guided Wave y Sofraser.<\/p>\n\n\n\n<p>Esta informaci\u00f3n se ha obtenido, revisado y adaptado a partir de los materiales proporcionados por Guided Wave.<\/p>\n\n\n\n<p>Para m\u00e1s informaci\u00f3n sobre esta fuente, visite <a href=\"https:\/\/guided-wave.com\/\">Guided Wave<\/a><\/p>\n\n\n\n<p>\u00danase a nosotros en <a href=\"https:\/\/www.linkedin.com\/company\/sofraser\/\">LinkedIn <\/a>y <a href=\"https:\/\/www.youtube.com\/user\/Sofraser\/videos\">YouTube<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>En la producci\u00f3n de pol\u00edmeros, el grado de polimerizaci\u00f3n depende estrictamente de la conversi\u00f3n. \u00c9sta es muy sensible a las impurezas y al desequilibrio molar, especialmente cuando la conversi\u00f3n es alta. 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