Consideraciones sobre el proceso y el PVC en suspensión

El PVC se fabrica predominantemente a través del proceso de polimerización en suspensión, donde se conoce como PVC en suspensión. En este proceso, los monómeros de cloruro de vinilo (VCM) se dispersan en agua y reaccionan con Iniciadoras de radicales libres para formar pequeñas gotas que contienen las reacciones de polimerización. Estas gotas luego se agregan continuamente para formar aglomerados fusionados que producen un grano de resina de PVC. A continuación se muestra un diagrama del mecanismo que se cree que tiene lugar para la polimerización del PVC en suspensión.

El control sobre el tamaño de las gotas de VCM es crucial para los fabricantes de PVC, ya que tanto la porosidad como la densidad aparente del grano de resina de PVC resultante están directamente relacionadas. La porosidad de los granos de resina de PVC influye en la facilidad de eliminación de VCM sin reaccionar y la absorbancia de aditivos como plastificantes, estabilizadores, pigmentos y modificadores de impacto. Estas propiedades son importantes, por ejemplo, para producir PVC de mayor pureza o determinar si se fabricará PVC flexible o rígido. Por otro lado, la densidad aparente es motivo de preocupación cuando se considera el almacenamiento, el flujo y el manejo de la resina.

Los fabricantes de PVC a menudo deben equilibrar la porosidad y la densidad aparente para crear una resina con las propiedades necesarias adecuadas para aplicaciones de uso final específicas. Los agentes de suspensión tienen la mayor influencia en el tamaño de las gotas de PVC en suspensión, lo que en última instancia afecta la morfología de las partículas de PVC y, por lo tanto, la porosidad y la densidad aparente. Por lo tanto, es fundamental utilizar un agente de suspensión adecuado y comprender cómo la selección de un agente de suspensión influye en el proceso de fabricación de PVC.

Agentes de suspensión METHOCEL^™

Los agentes de suspensión METHOCEL^™ son polímeros de éter de celulosa de origen natural que no son iónicos y son solubles en agua. Hay dos propiedades funcionales de METHOCEL^™ que lo convierten en un agente de suspensión eficaz. En primer lugar, reduce la tensión interfacial (IFT) de las gotas de PVC en suspensión para facilitar una mejor dispersión y crear tamaños de gota más pequeños. Estos tamaños de gota más pequeños darán lugar a resinas con mayor porosidad y menor densidad aparente. En segundo lugar, METHOCEL^™ sirve como un coloide protector alrededor de las gotas de VCM mientras lo mantiene en contacto con la creciente cadena de polímero de PVC. El coloide protector que forma METHOCEL^™ ayuda a prevenir la coalescencia de las gotas mientras mantiene el tamaño de las gotas más uniforme durante las fases de agregación "pegajosa" del proceso de polimerización.

METHOCEL^™ está disponible en una variedad de grados con diferentes niveles de sustitución de grupos metilo e hidroxipropilo unidos a la cadena principal de celulosa. Se utiliza una letra en cada producto para indicar el grado específico de sustitución de los grupos metoxi e hidroxipropilo, como se muestra en el siguiente diagrama:

Cómo seleccionar el agente de suspensión METHOCEL^™ adecuado

A continuación se presentan algunas preguntas para ayudar a orientar la selección del grado de METHOCEL^™:

• ¿Se desea un grano de resina de PVC más o menos poroso?
• ¿Se prefiere una densidad aparente de resina mayor o menor?
• ¿Se necesitan menores residuos de VCM?

Con esto en mente, como se mencionó anteriormente, un IFT más bajo contribuirá a una mejor dispersión y un tamaño de gota de VCM más pequeño, lo que formará resinas de PVC de grano más pequeño y poroso. Por lo tanto, los grados de METHOCEL^™ que proporcionan un IFT más bajo también tendrán una densidad aparente más baja, menores residuos de VCM y una distribución del tamaño de grano de PVC más uniforme. En general, el IFT aumenta a medida que aumenta el grado de sustitución de METHOCEL^™. Por lo tanto, el IFT se puede clasificar en el siguiente orden por la letra que indica el grado de sustitución: J < E < F < A < K.

Otros factores, como la resistencia del gel y la organosolubilidad de los grados individuales de METHOCEL^™, también pueden desempeñar un papel en el control del tamaño de las gotas, pero no tienen un impacto tan significativo como el IFT. Con todo lo anterior en consideración, se pueden seleccionar grados específicos de METHOCEL^™, dependiendo de la porosidad deseada y la densidad aparente necesaria para cada aplicación de uso final.
 

Calificación	IFT (dinas/cm), en 1,2-dicloroetano	Viscosidad (mPa*s)	Aplicación/Resultado
METHOCEL™ K100 LV	8.66	100	PVC rígido, baja porosidad, alta densidad aparente
METHOCEL™ A15 LV	7.36	15	PVC rígido, baja porosidad, alta densidad aparente
METHOCEL™ F50	5.17	50	Agente de suspensión de uso general
METHOCEL™ E15 LV	4.34	15	PVC flexible, alta porosidad, bajos residuos de VCM
METHOCEL™ E50 LV	4.03	50	PVC flexible, alta porosidad, bajos residuos de VCM

Si bien existen docenas de productos dentro del portafolio de METHOCEL^™, los grados de menor viscosidad son los más adecuados para la polimerización de PVC en suspensión. Los grados anteriores brindan a los fabricantes de PVC las opciones de mejor rendimiento.

Cómo utilizar METHOCEL^™ para la polimerización de PVC en suspensión

Por lo general, para operaciones a gran escala de fabricación de PVC en suspensión, METHOCEL^™ se agrega en un rango de 0,05 a 0,30 % del peso de VCM. La mayor parte de la variabilidad dentro de este rango depende del tamaño del reactor que se utilice, donde los reactores más pequeños requieren una mayor concentración de METHOCEL^™ para una mejor eficacia. A continuación, se muestra una tabla que se puede utilizar como guía inicial para el porcentaje de METHOCEL^™ requerido, según el tamaño del reactor.
 

Tamaño del reactor	Velocidad del agitador	% METHOCEL™ (basado en el peso del monómero)
0.5-reactor de un galón	150–170 rpm	0.2–0.3
1-2-reactor de un galón	150–170 rpm	0.2–0.3
20-reactor de un galón	150–170 rpm	0.15–0.18
50-reactor de un galón	150 rpm	0.08
500-reactor de un galón	120 rpm	0.06
3,000-reactor de un galón	120 rpm	0.05

Vale la pena señalar que con cada tamaño de reactor, también se ha demostrado que aumentar la concentración de METHOCEL^™ reduce aún más el tamaño del grano de PVC. Esto se debe a que concentraciones más altas de METHOCEL^™ darán como resultado una mejor formación de película y cobertura de superficie de las gotas de monómero, lo que reduce la tendencia a la agregación de las gotas.

Desde el punto de vista del procedimiento, se recomienda cargar el reactor con agua y una solución de METHOCEL^™ antes de agregar los VCM para evitar la formación de partículas de resina gruesas y la acumulación de resina en las paredes del reactor. METHOCEL^™ también se puede usar con otros agentes de suspensión, como hidroxipropilcelulosa y alcohol polivinílico, para ajustar aún más el control del tamaño de grano en un rango más amplio de perfiles de cizallamiento.

Resumen

Los fabricantes de PVC de suspensión requieren un control estricto sobre las propiedades de la resina, como el tamaño del grano, la porosidad y la densidad aparente, para crear los tipos específicos de resina de PVC necesarios para cada aplicación de uso final. METHOCEL^™ es un agente de suspensión de origen natural disponible en varios grados diferentes para permitir la personalización de estas propiedades de resina. Contáctenos a continuación para solicitar una muestra de METHOCEL^™ para usar en su proceso de fabricación de PVC de suspensión.