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http://ciqa.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1025/768| Manufactura de elastómeros a partir de terpenos diénicos vía polimerización radicálica regulada por el mecanismo de transferencia degenerativa y su proceso de vulcanización | |
| Javier Alejandro Cabello Carranza | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Maestría en tecnología de polímeros | |
| Los elastomeros son materiales conocidos por sus propiedades de alta deformacion
a la ruptura, excelente resistencia a la abrasion y por su capacidad de soportar
el esfuerzo sin tener una deformacion permanente (1). La produccion de elastomeros
a gran volumen se da principalmente a partir de recursos fosiles, lo cual representa
un alto impacto en la huella de carbono. Por consiguiente, su produccion sostenible
se ha vuelto un tema de interes debido a que se consumen en grandes cantidades,
particularmente el caucho sintetico que se utiliza en una amplia gama de aplicaciones
automotrices (2). Los materiales de base biologica han ganado atencion en los
ultimos a~nos debido a la preocupacion sobre el equilibrio ecologico y economico en
el mundo (3). Los elastomeros de base biologica se denominan bioelastomeros (4); en
esta clasicacion, el monomero precursor o cualquier otro componente debe ser de
origen biologico. Dependiendo del precursor los bioelastomeros tienen, en casi todos
los casos, propiedades cercanas a las de los elastomeros convencionales, pero ofrecen
ventajas adicionales, como una huella de carbono reducida u opciones de gestion de
residuos como el compostaje industrial. Por ejemplo, el consumo anual mundial de
elastomeros vulcanizados es de 17.2 millones de toneladas, de las cuales aproximadamente
el 39 % es caucho natural y el 61 % restante consiste en otros cauchos sinteticos
(5). Por lo tanto, hasta los cambios mas peque~nos pueden tener un impacto ambiental
positivo.
La busqueda de monomeros biobasados alternativos para la sntesis de elastomeros
sinteticos es altamente deseable para reducir el consumo de recursos fosiles. Entre
todos los compuestos derivados de la biomasa, los terpenos son una gran familia de
hidrocarburos, presentes principalmente en plantas e insectos, con grupos insaturados
en sus estructuras, tanto lineales como cclicas (6). Algunos terpenos estan disponibles
en grandes cantidades y cuentan con una amplia variedad de estructuras, lo que
permite su uso para sintetizar elastomeros (7). El componente basico de los terpenos
se deriva del isopreno y pueden contener varias unidades estructurales de este. Los
monoterpenos acclicos comunes que son similares a los monomeros petroqumicos
clasicos son el mirceno, ocimeno, aloocimeno y el farneseno (8).
Los politerpenos se pueden sintetizar a traves de distintas vas, siendo estas i) polimerizacion por radicales libres (convencional y controlada), ii) anionica, iii) cationica iv) coordinacion (9). La presencia de dobles enlaces conjugados, de las unidades isopreno, les permite polimerizarse y reticularse mediante sistemas de reaccion ya conocidos para monomeros de tipo dieno conjugado de origen fosil; como butadieno, isopreno y cloropreno. Sin embargo, los metodos de polimerizacion que permiten un alto nivel de control estructural estan limitados por las condiciones de reaccion requeridas. Por ejemplo, la polimerizacion anionica, el metodo que proporciona uno de los mayores niveles de control, suelen requerir condiciones de alta pureza, las cuavienen acompa~nadas de la eliminacion absoluta de oxgeno y agua del medio de reaccion (10). Por otra parte, la polimerizacion de terpenos puede realizarse mediante olimerizacion por radicales libres en emulsion, la cual destaca por su versatilidad a nivel laboratorio, piloto e industrial. Se preere el uso de esta tecnica en comparacion con sistemas homogeneos (en masa o solucion) debido a que presenta ventajas como: obtener altas velocidades de polimerizacion, no utilizar solventes organicos, por lo que es una tecnica mas ecologica; obtener productos de alto peso molecular; y es un proceso industrial muy conocido e importante, ya que se utiliza en la produccion de diferentes polmeros. Por su parte, se ha realizado una ardua investigacion para tratar de combinar las ventajas de la polimerizacion por radicales libres y la polimerizacion viviente, como resultado se obtuvo la polimerizacion radicalica controlada (CRP) o tambien conocida como polimerizacion radicalica con desactivacion reversible (RDRP) por sus siglas en ingles de reversible deactivation radical polymerization (11). En CRP, la polimerizacion procede de manera controlada con cadenas activas que crecen a lo largo de la polimerizacion junto con la supresion de reacciones secundarias, por lo tanto, se obtienen cadenas de polmero con distribuciones de pesos moleculares estrechas cuyos valores son comparables incluso con aquellas producidas por una polimerizacion de caracter viviente. Ademas, debido a que la vida util de las cadenas propagantes se extiende de segundos a horas, esto permite dise~nar y controlar las propiedades microestructurales detalladas de la cadena mediante diversos medios de ingeniera. La ingeniera de reactores de CRP puede ayudar a unir la investigacion a escala laboratorio con aplicaciones industriales mediante el uso de varias conguraciones de reactores que dependen de las diferentes CRP y los productos especcos. Por ejemplo, los reactores continuos presentan como ventaja para su aplicacion en CRP, el uso completo de su capacidad de transferencia de calor. Ahora bien, considerando lo anteriormente mencionado, en este proyecto se pretende demostrar la factibilidad de sintetizar polimirceno, un politerpeno de alta importancia, a partir de polimerizaciones controladas o RDRP con la nalidad de obtener polmeros con control de peso molecular. Especcamente, se trabajara con las tecnicas de polimerizacion por adicion, fragmentacion y transferencia reversible (RAFT) y polimerizacion por transferencia de yodo reversible (RITP) en emulsion mediante el uso de reactores continuos (CSTR) y el posterior proceso de vulcanizacion de los hules resultantes para identicar su ventana de desempe~no. | |
| 2024 | |
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| QUÍMICA | |
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