Polimerización en suspensión

La polimerización en suspensión es también llamada polimerización en perlas. La polimerización es heterogénea y el monómero y el iniciador son insolubles en agua que actúa como medio dispersarte. La polimerización ocurre dentro de las partículas en suspensión de 2-10 mm de tamaño medio, y que contiene el monómero y el iniciador. La velocidad de agitación determina el tamaño de las partículas. Además el sistema cuenta con agentes tensión activos que mantienen separadas y no adheridas entre si las partículas y evitan su precipitación como perlas. También este efecto se mejora con la adición de un polímero hidrosoluble de peso molecular alto, por incremento de la viscosidad del medio. Sin embargo, estas ventajas se contraponen a la dificultad para la purificación del polímero resultante. Por agitación vigorosa, el monómero se dispersa en forma de gotas (1-10-2 mm de diámetro) en un líquido en el que no es miscible (generalmente agua). El iniciador es soluble en el monómero y no en la fase acuosa para la que se encuentra en las gotitas y la polimerización se lleva a cabo dentro de ellas, cada una de las cuales puede considerarse un solo microrreactor, y el polímero se presenta finalmente en forma de Bolas pequeñas. El método tiene una serie de ventajas y desventajas en comparación con la polimerización en masa, y en particular las principales ventajas son:

bajo costo del medio de reacción cuando se puede usar agua
fácil eliminación del calor de reacción
posibilidad de trabajar incluso a bajas temperaturas
baja viscosidad del medio y, por lo tanto, fácil manejo
fácil recuperación del polímero que a veces no requiere una etapa de granulación posterior
el uso de pequeñas cantidades de un disolvente volátil soluble en el monómero e insoluble en el líquido dispersante permite obtener polvos poliméricos adecuados para su posterior expansión

Por otro lado, también hay algunas limitaciones o problemas:

no es aplicable a ningún tipo de monómero
es necesario utilizar aditivos dispersantes que estabilicen la suspensión evitando la coagulación de las gotas
los aditivos utilizados y las impurezas presentes en el líquido dispersante pueden acumularse en el polímero final, que generalmente es menos puro

los polvos demasiado finos o no homogéneos pueden crear problemas en los procesos de fabricación y, por lo tanto, puede ser necesaria una etapa final de granulación que anule parte de las ventajas

Es un tipo de polimerización ampliamente utilizado para polimerizaciones radicales y en particular para producir PVC, pero también poliestireno destinado a una producción posterior de poliestireno expandido.

Procesos en suspensión con reactores de agitación continua

Durante años, se han desarrollado varias modalidades de procesos en suspensión utilizando catalizadores del catalizador en el producto. Pero, gracias a la mayor actividad de los catalizadores, hace algunos años que es posible prescindir de esta fase. Las plantas modernas con procesos en «slurry» de mezcla perfecta suelen utilizar hexano como diluyente. Algunas instalaciones antiguas utilizan hidrocarburos más pesados, que suelen requerir una separación (stripping) con vapor para eliminar el diluyente del polímero. La temperatura de reacción varía entre 80 y 90 °C, y se emplea hexano como diluyente. El suministro principal del reactor es diluyente reciclado. El suministro de flujos de etileno y comonómero se introducen mediante lechos de purificación para eliminar las trazas de venenos para el catalizador. A continuación, se añade al reactor una cantidad controlada de monómero de etileno, un comonómero e hidrógeno, así como una suspensión de una mezcla de catalizador/cocatalizador (alquil aluminio). En el reactor de parada, el etileno disuelto ya se ha consumido casi completamente. El etileno restante se puede recuperar y volver a enviar a un fraccionador cercano o utilizarlo como gas combustible. La concentración de polímero en el «slurry» es un parámetro importante del proceso. Si la concentración es alta, se puede obtener un índice de producción elevado para un volumen de reactor determinado, pero, al mismo tiempo, dificulta la transferencia de calor a la camisa refrigerante del reactor y el funcionamiento del agitador en el reactor. La concentración máxima de «slurry» de polímero depende de muchos factores, como el tipo de disolvente o el tamaño y la forma del granulado, y, básicamente, la densidad del agregado de las partículas de polímero. La concentración de «slurry» de polímero puede variar entre 15 % y 45 % en peso, aunque se suele situar entre un 30 % y un 35 %. Después de abandonar el reactor, el «slurry» de polímero pasa a un proceso de centrifugado que elimina la mayor parte del disolvente. El disolvente separado se vuelve a introducir en el reactor. En un secador de lecho fluidizado, el polímero se seca en un flujo de nitrógeno caliente y se libera del disolvente restante. El disolvente se puede condensar del gas de salida del secador de lecho fluidizado para reciclarlo posteriormente. A continuación, se extrae un pequeño flujo de purga, que contiene principalmente nitrógeno, del flujo de reciclaje del lecho fluidizado para controlar la acumulación de material inerte ligero y venenos para el catalizador. Por último, este gas de purga se suele enviar a un quemador. Los productos más habituales que se producen con procesos de suspensión son: Cloruro de polivinilo, polimetilmetacrilato, poliestireno (HIPS y EPS), politetrafluoretileno, y poliolefinas en forma de «slurry» en fracciones de aceite mineral.