PA 6 aniónica
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Poliamida 6 aniónica
El proceso reactivo de polimerización in-situ de poliamida 6 aniónica es conocido desde los años 60, pero hasta ahora únicamente se ha utilizado industrialmente para la obtención de semielaborados. Una de las razones por las que no se ha utilizado para la obtención de componentes finales es el difícil control de los parámetros de polimerización y moldeo. La tecnología cast, es una variante del proceso de RTM clásico. Este proceso, se basa en la capacidad química que tiene la ε- caprolactama (monómero de la poliamida 6) para polimerizar in situ con una reacción reactiva aniónica sin la necesidad de disolventes. Esto quiere decir que, introduciendo el monómero de forma fundida, junto con un sistema catalítico adecuado en la cavidad de un molde, este es capaz de, con las condiciones térmicas adecuadas, transformarse en poliamida 6 de alta calidad y adoptar simultáneamente la forma de la cavidad del molde. En este proceso la PA6 polimeriza y cristaliza durante el proceso de moldeo, siendo estos dos factores los que van a proporcionar las propiedades finales al material. Por lo tanto, el conocimiento, modelización y simulación del efecto de las variables del proceso en estos dos fenómenos y el desarrollo de técnicas de monitorización de estos permitiría optimizar la relación tiempo/propiedades finales de cara a desarrollar un proceso de fabricación robusto y competitivo.Polimerización aniónica
La polimerización aniónica requiere de temperaturas relativamente más bajas que en el caso de la ruta hidrolítica y procede bajo condiciones cuasi-adiabáticas cuando la polimerización e llevada a gran escala. El Nylon 6 puede ser obtenido por diferentes métodos. Entre los cuales se encuentra la polimerización por condensación, catiónica, hidrolítica y aniónica. Los más utilizados comercialmente son la polimerización hidrolítica en proceso continuo y la polimerización aniónica en proceso discontinuo. En la polimerización aniónica, los tiempos de reacción son menores que los utilizados en el proceso catalizado por agua, razón por la cual se utiliza comercialmente para obtener polímeros de alto peso molecular. Sin embargo, es necesario tener un estricto control en las condiciones. En general, las polimerizaciones aniónicas son especialmente sensibles a la presencia de agua, dióxido de carbono y oxígeno, los cuales reaccionan fácilmente con al catalizador, afectando la velocidad de reacción y el grado de polimerización. con respecto a los catalizadores, el caprolactamato de sodio y el bromuro de caprolactamamagnesio son comúnmente utilizados en la síntesis de Nylon 6. Las lactamas (amidas cíclicas) reaccionan en presencia de agua, ácidos y bases para fabricar poliamidas. Cuando la polimerización se realiza en presencia de agua es llamada polimerización hidrolítica, cuando se utiliza un ácido se llama polimerización catiónica y cuando la reacción se realiza con una base fuerte se le llama polimerización aniónica. La iniciación aniónica es practicada especialmente en moldes para producir directamente una pieza moldeada en un solo paso partiendo del monómero. La iniciación catiónica no es usada debido a que la conversión y el peso molecular obtenido en los polímeros son considerablemente bajos. La polimerización hidrolítica es usada industrialmente en un proceso continuo o discontinuo. La polimerización aniónica de lactamas (CL o LL), ocurre por la apertura del anillo de las mismas por el uso de bases fuertes como catalizadores tales como los metales alcalinos, hidruros metálicos y compuestos organometálicos, los cuales inician la polimerización de una lactama mediante la formación del anión lactama. Hay ventajas y desventajas con la elección de un tipo de base. El uso de las bases más débiles, producen una menor concentración del anión lactama. El uso de un metal alcalino o un Hidruro metálico da como resultado una alta concentración del anión lactama, pero existen reacciones colaterales, que pueden contaminar el producto con aminas y con agua que destruyen la reactividad y multiplicación de las especies. El método preferido para acelerar la polimerización aniónica es usar un iniciador (base) y un activador (N-acil lactama). La velocidad de polimerización depende de la concentración de la base y de la N-acil lactama, que determinan las concentraciones del monómero activado y las cadenas en propagación respectivamente. El grado de polimerización aumenta con la conversión y al aumentar la concentración del monómero y al disminuir la concentración de N-acil lactama. Estas características son cualitativamente similares a los de las polimerizaciones vivientes, pero rara vez las polimerizaciones de lactamas están vivas.
Proceso reactivo de polimerización in-situ
Alguno puntos muy imortantes son : la selección de las materias primas (monómero, iniciador y activador) que permitan obtener un material con propiedades óptimas. Las variables que influyen en la reacción de polimerización y cristalización. Las condiciones óptimas de procesado y, entendiendo por óptimas, aquellas que confieren a la poliamida 6 así procesada las mejores prestaciones mecánicas en el menor tiempo de polimerización.La ε-caprolactama tiene que ser almacenada a 25ºC en condiciones de atmósfera seca, para asegurar que el mismo se encuentre en todo momento con un contenido en humedad inferior al 0.04%. De lo contrario podría no llegar a producirse la polimerización. El seguimiento de la evolución de la temperatura durante el proceso de reacción en condiciones no-isotermas sí puede ser un buen método para el cálculo de la evolución del grado de polimerización. Indicativamente mediante una polimerización isoterma a 175ºC se podría obtener un tiempo de polimerización de 2 minutos, obteniéndose tiempos de proceso muy competitivos. Se alcanzan grados de polimerización repetitivos y homogéneos independientemente del tipo de refuerzo utilizado. El proceso de fabricación de poliamida 6 aniónica mediante colada in-situ es industrializable, siempre que se realice con un equipamiento adecuado capaz de controlar de una manera fácil y precisa los parámetros que afectan tanto en la polimerización como en el moldeo de este material.