INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS “NUEVO PROCESO DE DESHIDRATADO DE PETROLEO EMPLEANDO COPOLIMEROS ACRILICOS ALEATORIOS”. T E S I S QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO QUIMICO INDUSTRIAL P R E S E N T A: ALBA ANALI MARTINEZ GALLEGOS DIRECTOR DE TESIS: DR. FLAVIO SALVADOR VAZQUEZ MORENO ASESORA: DRA. PATRICIA FLORES SANCHEZ CIUDAD DE MEXICO, OCTUBRE 2016
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA
E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
“NUEVO PROCESO DE DESHIDRATADO DE PETROLEO
EMPLEANDO COPOLIMEROS ACRILICOS ALEATORIOS”.
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO QUIMICO INDUSTRIAL
P R E S E N T A:
ALBA ANALI MARTINEZ GALLEGOS
DIRECTOR DE TESIS:
DR. FLAVIO SALVADOR VAZQUEZ MORENO
ASESORA:
DRA. PATRICIA FLORES SANCHEZ
CIUDAD DE MEXICO, OCTUBRE 2016
Los ingenieros químicos no son gente tranquila;
gustan de altas presiones y altas temperaturas
Steve LeBlanc
Dedicatoria
Dedico este trabajo especialmente a mis padres, quienes
han dado razón a mi vida, y me brindaron la gran oportunidad de
forjarme como Ingeniero, gracias por creer en mí, por ustedes he
logrado concluir este ciclo. Gracias por darme la dicha de tener una
familia tan hermosa. Los amo infinitamente.
A mis hermanos Arlen e Inti que más que hermanos son
mis verdaderos amigos, agradezco los grandes lotes de felicidad y
de diversas emociones que siempre me han causado.
Agradecimientos
A MI MADRE:
Agradezco la confianza y el apoyo ilimitado e
incondicional, gracias por el amor demostrado durante
el trayecto de mi vida, corrigiendo mis faltas y
celebrando mis triunfos. Nunca encontrare forma de
pagar todos tus sacrificios mamá.
A MI PADRE:
Gracias por ser un gran ejemplo a seguir,
desde que tengo memoria siempre luchaste por tu
familia, gracias por esa chispa de alegría que te
caracteriza y nos ilumina cada día. Agradeceré por
siempre tus esfuerzos por hacerme una mejor persona.
ARLEN:
Agradezco a la vida tener una hermana mayor,
una amiga confidente, gracias porque siempre me has
transmitido fuerza y apoyo. Tu eres la que me
convence para hacer las cosas por más difíciles que
parezcan, gracias por ayudarme a derribar barreras.
INTI:
A pesar de ser el menor de los hermanos
gozas de una gran madurez, eres el de los sabios
consejos y eso lo admiro mucho, gracias por
impulsarme cuando más lo necesito. Agradezco
infinitamente tu existencia y la de ese torbellino de
alegría que robo mi corazón.
AL INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL:
Mi Alma Mater, gracias por darme la
oportunidad de pertenecer a esta gran institución. Me
alegra poder decir que soy Orgullosamente Politécnico.
A LA ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS:
Por haber sido durante estos años mi recinto y
darme las bases para formarme en el área de la
Ingeniería Química Industrial.
A LOS DIRECTORES DE TESIS:
Dr. Flavio Salvador Vázquez Moreno y Dra.
Patricia Flores Sánchez, por compartirme sus
conocimientos e instruirme en todo lo necesario para la
realización de éste trabajo de tesis.
M. EN C. EDGAR IVÁN HERNÁNDEZ CARBAJAL
Agradezco de todo corazón el apoyo brindado
para este proyecto, asesorías y conocimientos que
adquirí gracias a ti. Sin duda alguna eres un gran ser
humano.
A MIS SINODALES:
Mi más sincero agradecimiento al M. en C.
Rafael Xala, M. en C. Rosario Dávalos y al Dr. Enrique
Cevada, por su tiempo, dedicación, aportaciones y
observaciones realizadas para la mejora de este
trabajo.
Resumen.
En el trabajo de tesis se presenta el desarrollo de nuevos agentes deshidratantes con el
objetivo de dar solución al problema de la formación de emulsiones tipo agua-en-aceite (w/o) en la
industria petrolera.
La formación de emulsiones es debido principalmente a dos causas: a) la primera involucra
los mecanismos de recuperación del aceite crudo y b) las propiedades y contenido de agentes
emulsificantes propios del aceite crudo. La eliminación del agua se lleva a cabo por razones técnicas
y químicas: para reducir daños de corrosión, evitar costos de transporte y para disminuir el contenido
de sal. Con fines de exportación el aceite crudo debe contener 0.5 %vol de agua como máximo
permisible.
En esta investigación se sintetizaron una serie de copolímeros acrílicos aleatorios con
actividad deshidratante mediante polimerización en emulsión vía radicales libres; se hizo uso de
monómeros acrílicos que tuvieran en su estructura grupos amino y carboxilo, la importancia de tener
dichos grupos funcionales radica en obtener productos que presenten una estructura similar a una
proteína, además que presente actividad deshidratante.
La segunda etapa del proyecto consistió en la caracterización de los copolímeros acrílicos
mediante técnicas analíticas instrumentales tales como: la espectroscopia de infrarrojo por
transformada de Fourier (FTIR) la cual permitió conocer los principales grupos funcionales presentes
en los copolímeros; por otro lado, se determinó la masa molar de los copolímeros acrílicos mediante
la técnica de viscosimetria de Ubbelohde. El aceite crudo empleado para la evaluación fue
caracterizado con base a la normatividad ASTM, determinando una gravedad API de 24.37.
Finalmente mediante la evaluación de pruebas de botellas se comprobó que los copolímeros
acrílicos son capaces de hacer coalescer el agua, observando que se tiene un mejor efecto cuando
se presenta estimulación acida. El producto P(F/E) : 70/30 3% AgT logró remover el 100 % vol. de
agua en un tiempo de 20 minutos de la emulsión de aceite crudo estudiada, en comparación con el
desemulsificante comercial conocido como IMP-LI-21 que lo hace en el doble de tiempo.
Otro aspecto importante es que para realizar la separación de las fases agua-aceite se
requiere de una temperatura de 60°C, siendo esta temperatura menor a la utilizada generalmente en
este tipo de evaluaciones, logrando con ello reducir costos en cuanto a energía utilizada, además de
que los desemulsificantes sintetizados son amigables con el medio ambiente desde sus síntesis hasta
su aplicación.
Contenido
Introducción .......................................................................................................................................... I
Justificación ........................................................................................................................................ III
Objetivo general .................................................................................................................................. IV
Objetivos particulares ......................................................................................................................... IV
Hipótesis .............................................................................................................................................. V
seguida de alúmina. La elución de los hidrocarburos saturados se realiza con n-heptano, la de los
hidrocarburos aromáticos con una mezcla 2:1 en volumen de n-heptano/tolueno, y finalmente las
resinas con una mezcla 1:1:1 de diclorometano, tolueno y metanol. [9]
El análisis SARA confirma el aumento esperado del contenido de resinas y asfáltenos con la
disminución de la densidad API.
Los aceites pesados y extra-pesados tienden a tener un mayor contenido de resinas y asfáltenos,
mientras que los aceites ligeros cuentan con una alta concentración de saturados y aromáticos. [13]
1.1.5 Clasificación del aceite crudo
Clasificación por su contenido en azufre
El valor del petróleo crudo se determina por su rendimiento en productos refinados y dicho rendimiento
depende de sus características físico-químicas, siendo sus principales el contenido de azufre y su
gravedad API.
De acuerdo con su contenido de azufre, se clasifica como “amargo”, “semi –amargo o “dulce”, como
lo indica la Tabla 1.2.
Figura 1.9 En la foto el matraz contiene la muestra de aceite pesado calentada. El frasco vertical (vial) contiene la resina, el plato Petri contiene el asfaltenos y los otros viales contienen saturados y aromáticos. [45]
Fundamentos Teóricos
16
Tabla 1.2 Contenido en azufre según el tipo de crudo
Clasificación según su gravedad API
La industria mundial de hidrocarburos clasifica el petróleo de acuerdo con su gravedad API (parámetro
internacional del Instituto Americano del Petróleo, que diferencia las calidades del crudo). [14]
Tabla 1.3 Gravedad API según el tipo de crudo
ACEITE CRUDO DENSIDAD
( g/ cm3)
GRAVEDAD
API
Extrapesado >1.00 10.00
Pesado 1.00 - 0.92 10.00 - 22.30
Mediano 0.92 - 0.87 22.30 - 31.10
Ligero 0.87 - 0.83 31.10 – 39.00
Superligero < 0.83 > 39.00
Es fácil determinar la gravedad API mediante la ecuación 1 que mencionada anteriormente. Cuando
la gravedad especifica del hidrocarburo sea 1, los grados API del hidrocarburo serán igual a 10.
Valores superiores a la gravedad especifica del agua @60 °F reportaran API menores de 10 y
viceversa valores inferiores a la gravedad especifica del agua reportaran API mayores que 10.
Según el anuario estadístico de PEMEX las reservas probadas de crudo se sitúan en 9,711 millones
de barriles (MMb), de los que 62 % equivalen a crudo pesado, 29 % a crudo ligero y 9 % a crudo súper
ligero. [15] (Véase Figura 1.11)
TIPO DE CRUDO CONTENIDO EN
AZUFRE
Amargo Mayor de 1.5%
Semi-amargo Entre 0.5% a 1.5%
Dulce Menor de 0.5%
C A P I T U L O I
17
Clasificación para la exportación (crudos mexicanos)
Para exportación, en México se preparan tres variedades de petróleo crudo:
Tabla 1.4 Clasificación del petróleo crudo Mexicano
El petróleo mexicano es materia prima de calidad que se encuentra presente en toda la industria
nacional e internacional como lo es en transporte, alimentos, fármacos, pinturas y textiles. [14]
México ostenta una importante cantidad de hidrocarburos no convencionales. Las reservas de crudo
pesado, concentradas en tres regiones principales (región marina noroeste, región sur y región norte),
representan cerca del 50 % de las reservas petroleras totales del territorio mexicano. [16]
La producción de agua durante la extracción del aceite crudo es inevitable, ya que ésta proviene del
depósito donde se encuentra el aceite crudo y otra gran porción se genera a partir del agua inyectada
para la recuperación del mismo.
Una vez que la producción comienza, tanto el aceite crudo como el agua son transportados a través
de tuberías y tanques de almacenamiento. La energía utilizada durante la extracción y el transporte
CRUDO DENSIDAD
GRADOS API
%AZUFRE EN PESO
Itsmo 33.6 1.3%
Maya 22 3.3%
Olmeca 39.3 0.8%
Figura 1.10 Reservas probadas de aceite crudo al 1 de enero del 2015 [15]
Fundamentos Teóricos
18
genera turbulencia, la cual promueve la mezcla de la fase aceite y agua, lo que resulta en emulsiones
de tipo binarias y ternarias. [17]
Al generarse una emulsión del tipo agua-en-aceite (w/o) se tienen efectos negativos en el tratamiento
eficiente del petróleo, por esta razón se busca una solución a este problema en el presente trabajo,
para ello es importante adentrarse en el tema de las emulsiones.
1.2 Emulsiones
Una emulsión es una mezcla de dos líquidos inmiscibles, o sea, dos líquidos que no se mezclan bajo
condiciones normales, uno de los cuales está disperso como gotas en otro, y su estabilizador es un
agente surfactante. Las gotas dispersas son conocidas como la fase interna; el líquido que rodea a
estas gotas es la fase continua o externa. El agente surfactante, generalmente se presenta en forma
de una membrana envolvente y su función es separar la fase interna de la fase continua en la mezcla.
[18]
Una emulsión es una mezcla estable de aceite y agua que no se separa por gravedad. En el caso del
aceite crudo emulsionado, se observa una dispersión de “gotitas” de agua en el aceite crudo (Véase
Figura 1.11). El crudo es la fase continua mientras que el agua es la fase dispersa. [19]
En el resto del presente trabajo se utilizará la nomenclatura anglosajona para definir las emulsiones.
Los dos líquidos se denominan agua (w=water) y aceite (o=oil). El uso de la simbología inglesa es
para evitar confusiones ya que en castellano ambas palabras empiezan con la misma letra.
Las principales propiedades de una emulsión son el tipo de emulsión, el tamaño de gota (distribución
estadística), la estabilidad, es decir, la forma en que evoluciona cuando está sometida a condiciones
particulares de almacenamiento, transporte o manipulación, además de la viscosidad, bien, su
comportamiento reológico, así como también la edad de la emulsión, la salinidad del agua y la
presencia y concentración de agentes surfactantes. [20]
C A P I T U L O I
19
Es importante destacar que existen múltiples factores (Véase Figura 1.12) que determinan la cantidad
y que tan estable es la emulsión de agua/aceite en el crudo producido. Ellos son:
1. La cantidad de energía transferida a la mezcla agua-en-aceite.
2. La presencia de agentes surfactantes en el aceite crudo, como asfaltenos y resinas.
3. El potencial de hidrogeno (pH).
4. El tamaño de las gotas, así como también su distribución.
Figura 1.11 Fotomicrografía de una emulsión agua-en-aceite (w/o) [19]
Figura 1.12 Parámetros extrínsecos que pueden afectar negativamente a la estabilidad de las emulsiones [50]
Fundamentos Teóricos
20
En cuanto al primero, una gran cantidad de energía es transferida a la mezcla agua/aceite a su paso
a través de válvulas, bombas, codos, desgasificadores y demás instalaciones de superficie donde sea
sometida a una agitación intensa.
Con respecto al segundo punto, el aceite crudo contiene ciertos compuestos tales como: asfáltenos,
resinas, ácidos nafténicos e impurezas como las arenas, arcillas, etc., que tienen actividad interfacial
y que son los encargados de estabilizar las emulsiones de agua-en-aceite (w/o), en la Figura 1.13 se
observa cómo actúan los asfaltenos para estabilizar una emulsión. Una vez formada y estabilizada la
emulsión, ésta puede ser rota mediante la acción de un agente químico desemulsificante que pueda
contrarrestar la acción interfacial de los compuestos antes mencionados. [18]
En cuanto al pH podemos decir que tiene gran influencia en la estabilidad de la emulsión, debido a
que cuando se tiene un pH acido las películas interfaciales formadas por asfaltenos son más fuertes;
a medida que aumenta el pH, es decir, cuando el medio se torna alcalino, las películas llegan a ser
muy débiles o se convierten en películas móviles. Por el contrario las películas formadas por resinas
son más fuertes en un medio alcalino y al disminuir el pH (medio acido) se debilita la película interfacial.
El pH también influye en el tipo de emulsión formada. Cuando existe un pH acido generalmente se
produce una emulsión del tipo agua-en-aceite (w/o) y cuando se tiene un pH alcalino se favorece la
emulsión de tipo aceite-en-agua (o/w). [21]
Figura 1.13 Mecanismo de estabilización de una emulsión a causa de asfaltenos [21]
C A P I T U L O I
21
El tamaño de gota en una emulsión puede variar desde menos de un micrón a más de 50 micras. Las
emulsiones que tienen gotitas de menor tamaño, serán generalmente más estables. Para la
separación del agua, las gotas deben coalescer y entre más pequeñas sean las gotas, mayor será el
tiempo de separación.
1.2.1 Tipos de emulsiones en aceite crudo
La mezcla de la fase agua y aceite produce dos tipos de emulsiones: binarias y ternarias las cuales
podemos encontrar de la siguiente forma: (Véase Figura 1.14)
AGUA-EN-ACEITE (w/o). Consiste en que la fase continua (aceite crudo) existen gotas de
agua (fase dispersa) inmersas en ella. Este tipo de emulsión comprende el mayor porcentaje
de las emulsiones presentes en la industria petrolera. Por esta razón también se le conoce
como emulsión natural.
ACEITE-EN-AGUA (o/w). Este tipo de emulsión consiste en gotas de aceite crudo dispersas
en una fase continua de agua. También es conocida como emulsión inversa por estar
constituida de manera opuesta a la emulsión natural.
[AGUA-EN-ACEITE]-EN-AGUA ([w/o]/w). Este tipo de emulsión no ha sido encontrada en la
producción de aceite crudo, aunque experimentalmente puede prepararse.
[ACEITE-EN-AGUA]-EN-ACEITE ([o/w]/o). Este tipo de emulsión raramente es encontrada en
la producción de petróleo. En las áreas donde se encuentra, el aceite crudo es de alta
viscosidad y gravedad. Las gotas de aceite crudo están dispersas en gotas más grandes de
agua, las cuales a su vez están dispersas en una fase continua de aceite crudo. [18]
Estas emulsiones pueden ser muy estables y su formación se ve favorecida por compuestos presentes
de forma natural en el aceite crudo y, que a su vez funcionan como surfactantes; naturales, entre
estos compuestos se encuentran los asfaltenos, ácidos nafténicos, compuestos heterocíclicos,
hidrocarburos oxidados, resinas y arcillas. [17] Estos compuestos tienen la capacidad para orientarse
en una interfase agua-aceite, debido a su naturaleza anfifílica. [22]
Fundamentos Teóricos
22
Figura 1.14 Tipos de emulsiones
1.2.2 Agentes surfactantes
Son compuestos que son capaces de ser solubles tanto en agua como en aceite. Tienen una parte
hidrófoba que tiene afinidad al aceite y una parte hidrófila que tiene afinidad al agua. Debido a su
estructura molecular tienden a concentrarse en la interfase aceite/agua, donde forman películas
interfaciales, promoviendo la dispersión y emulsificación de “gotitas”. [21]
La propiedad principal que da estabilidad a las emulsiones son los agentes surfactantes, para la
industria petrolera son numerosos y pueden ser clasificados de la siguiente manera:
Compuestos naturales de superficie activa: tales como asfáltenos y resinas conteniendo
ácidos orgánicos y bases, ácidos nafténicos, ácidos carboxílicos, compuestos de sulfuro,
fenoles, cresoles y otros surfactantes naturales de alta masa molecular.
Sólidos finamente divididos: se encuentran como arena, arcilla, finos de formación, esquistos,
lodos de perforación. Fluidos para estimulación, incrustaciones minerales, compuestos de
corrosión (por ejemplo sulfuro de fierro, óxidos), parafinas, asfáltenos precipitados. Los fluidos
para estimulación de pozos son notablemente afectivos para formar emulsiones muy estables.
Químicos añadidos: tales como inhibidores de corrosión, biocidas, limpiadores, surfactantes y
agentes humectantes. [22]
o/w
[w/o]/w
w/o [o/w]/o
C A P I T U L O I
23
1.2.3 Desemulsificantes.
Se considera un buen agente desemulsificante, aquél que utilizado en bajas concentraciones es capaz
de: contrarrestar la acción del agente surfactante (romper la emulsión), promover la coalescencia
(aglomeración) de las pequeñas gotas de agua dispersas en el crudo y acelerar el proceso de
separación del crudo y el agua de acuerdo al principio de gravedad diferencial, es decir, la diferencia
de peso entre el crudo y el agua, a consecuencia de esto las gotas de agua tienden a sedimentarse.
La ley de Stokes (Véase Ecuación 1.2) se aproxima a la velocidad de sedimentación del agua.
Ecuación 1.2 Ley de Stokes [21]
𝜐 =2𝑔𝑟2(𝜌𝑤 − 𝜌𝑜)
9𝜇
En donde 𝜐 es la velocidad de sedimentación de las gotitas de agua, 𝑔 es la aceleración causada por
la gravedad, 𝑟 es el radio de las gotitas, (𝜌𝑤 − 𝜌𝑜) es la diferencia de densidad entre el agua y el
aceite y 𝜇 es la viscosidad del aceite. La ley de Stokes sugiere que la velocidad de sedimentación se
incrementa al aumentar la diferencia de densidad entre agua y aceite, la reducción de la viscosidad y
el aumento del tamaño de gota. [21]
La desemulsificación es un proceso que consta de cuatro pasos principales, el primero es la atracción
a la interfase agua-aceite, seguido de la floculación (agregación, aglomeración o coagulación), la
coalescencia y finalmente la sedimentación.
Atracción fuerte a la interfase agua-petróleo. El proceso de desemulsificación toma lugar en la
interfase aceite-agua así que el desemulsificante tiene que migrar rápidamente a la interfase para
realizar su función, que es desplazar y/o neutralizar a los surfactantes presentes en la película de
la interfase, en otras palabras, romper las emulsiones w/o, generalmente los desemulsificantes
hacen que la película que rodea a la gota de agua se vuelva muy rígida o se contraiga para
finalmente romperse. [23]
Floculación. Durante este paso las gotas se agrupan, formando agregados. Las gotas de agua
están cerca una de la otra, incluso pueden tocarse en ciertos puntos, pero no pierden su identidad,
es decir, no pueden unirse (Véase Figura 1.15). La coalescencia en esta etapa solo se produce si
Fundamentos Teóricos
24
la película emulsionante que rodea a las gotitas de agua es muy débil. La velocidad de la floculación
depende de los siguientes factores:
o El contenido del agua en la emulsión. A mayor corte de agua la velocidad de
floculación es mayor.
o Temperatura de emulsión alta. La temperatura aumenta la energía térmica de las
gotitas, aumentando la probabilidad de colisión, lo que conduce a la floculación.
o Viscosidad. Si la viscosidad del aceite es baja, reduce el tiempo de asentamiento y
aumenta la velocidad de floculación.
Coalescencia. La coalescencia es el segundo paso de la desemulsificación, en este paso las
gotitas de agua se fusionan o se unen entre sí para formar una gota más grande (Véase Figura
1.15). Finalmente este proceso irreversible conduce a una disminución en el número de gotitas
de agua, para completar la desemulsificación. La coalescencia se ve reforzada por los
siguientes factores:
o La alta velocidad de floculación aumenta la frecuencia de colisión entre las gotas.
o La ausencia de películas mecánicamente fuertes que estabilizan las emulsiones.
o Al tener una alta cantidad de agua se aumenta la frecuencia de las colisiones entre
las gotitas.
o Los desemulsificantes químicos convierten las películas solidas a películas móviles
que son débiles y de esta forma pueden ser rotas fácilmente, lo que promueve la
coalescencia.
Figura 1.15 Efectos durante la desemulsificación: floculación y coalescencia
C A P I T U L O I
25
Sedimentación. Es el proceso en el que las gotitas de agua se establecen en una emulsión debido
a la diferencia de densidades. Su proceso inverso, es la llamada “formación de crema”, en donde
se observa un levantamiento de gotas de aceite en la fase acuosa. La sedimentación y la formación
de crema son impulsados por la diferencia de densidad entre el aceite y el agua, dando efecto a la
ruptura de una emulsión. Gotas de emulsión sin resolver se acumulan en la interfase aceite/agua
formando una almohadilla de emulsión, provocando que aumente aceite residual en el agua
tratada, además de crear una barrera, impidiendo que las gotas de agua y solidos migren hacia
abajo en la capa de agua a granel (Véase Figura 1.16). [21]
1.2.4 Problemática en un aceite crudo emulsionado.
Si un crudo emulsionado es transferido a través de un oleoducto, el volumen de agua asociada le
restaría una capacidad significativa de transporte al mismo. Si el crudo emulsionado ingresa a una
refinería puede ocasionar ciertos efectos negativos en los equipos industriales, por ejemplo, el crudo
emulsionado no puede ser ingresado a las torres con un porcentaje mayor al 0.5 % de agua debido a
que la expansión de vapor de agua dañaría la torre; y las sales disueltas en el agua asociada
terminarían convirtiéndose en un ácido, como ejemplo el ácido clorhídrico (HCl), el cual atacaría el
tren de condensadores de los sistemas de cabecera de las torres de destilación ocasionando severos
problemas de corrosión. Los hechos mencionados anteriormente se pueden asociar directamente con
pérdidas económicas.
Figura 1.16 Efectos durante la desemulsificación; sedimentación y cremado
Fundamentos Teóricos
26
Desde el punto de vista económico es sumamente importante separar el agua del aceite crudo en el
sitio de producción lo más rápido y completamente posible, a fin de evitar el envejecimiento de la
emulsión, ya que de lo contrario es más difícil su ruptura. [17]
1.3 Polimerización.
Antes de profundizar en el tema de la polimerización es conveniente comprender lo que es un polímero
y como está conformado, a continuación se hablará brevemente de estas moléculas.
La palabra polímero es derivada del griego poly y del latín meros, que significa muchos y partes,
respectivamente. [24] Los polímeros son moléculas formadas por la unión de un gran número de
especies mucho más pequeñas. Las pequeñas moléculas que se combinan entre sí para formar un
polímero son denominadas “monómeros”, y las reacciones mediante las cuales se combinan estas
moléculas son llamadas polimerizaciones. [25] (Véase Figura 1.17, Figura 1.8)
Figura 1.18 De monómero a polímero.
Figura 1.17 Los procesos de polimerización persiguen la obtención de estructuras de alta masa molecular partiendo de materiales de baja masa molecular
Moléculas de baja masa
molecular
(liquido, gas)
Moléculas de alta masa
molecular
POLIMERIZACIÓN
POLIMERIZACIÓN
Monómero Polímero
C A P I T U L O I
27
Puede haber cientos, miles, decenas de miles, o más moléculas de monómero unidas entre sí en una
molécula de polímero, debido a esto poseen una masa molecular muy elevada (Mw ≥ 104 g/mol).
La molécula de monómero que se repite a lo largo de todo el polímero, se conoce con el nombre de
unidad constitucional repetitiva (ucr) o unidad monomérica. La longitud de la cadena del polímero
viene determinada por el número de ucr que se repite en la cadena. Esto se llama grado de
polimerización (Xn), y su masa molecular viene dado por la masa molecular de la unidad constitucional
repetitiva multiplicado por el grado de polimerización.
Existe una clasificación de acuerdo a su origen, esta clasificación puede ser observada a detalle en la
Figura 1.19. Ya que los polímeros no sólo son creados por el hombre, sino también existen de forma
natural, ellos sirven como la base misma de la vida vegetal, animal y humana; entre los polímeros
El proceso de polimerización en donde dos monómeros se polimerizan simultáneamente se denomina
“copolimerización”, y el producto es un “copolímero”. [25] Los copolímeros pueden ser producidos
mediante polimerización por etapas o polimerización en cadena.
Los copolímeros pueden tener distintos arreglos en cuanto a la colocación de las unidades
monoméricas. Un posible arreglo es al azar, generalmente este tipo de arreglo se presenta en
copolimerizaciones iniciadas por radicales libres. Cuando cada grupo activo terminal reacciona
preferentemente con otro monómero que no sea él mismo, propicia la formación de un copolímero
alternado. La preparación de copolímeros en bloque está basada en crear centros reactivos a lo largo
de una cadena macromolecular, forzando a que aparezcan solamente en los extremos de las cadenas.
Estos centros pueden ser radicales libres o grupos funcionales terminales reactivos. Los copolímeros
injertados se obtienen, al igual que los copolímeros en bloque creando lugares reactivos que serán
utilizados para fijar las cadenas laterales del segundo polímero, presentándose éstas como una
ramificación. [26] [24] (Véase Figura 1.20)
Figura 1.20 Clasificación de los polímeros según su composición
COPOLIMERO
1.3.2 Morfología de las cadenas de polímero.
Según la forma de las cadenas de los polímeros pueden ser clasificados como polímeros lineales,
ramificados o entrecruzados (Véase Figura 1.21). Los casos en donde las unidades monomérica se
encuentran unidas una a lado de la otra a lo largo de una sola dirección son denominadas polímeros
Aleatorio Alternado
Bloque
Injerto
C A P I T U L O I
29
lineales. Bajo ciertas condiciones o con ciertos tipos de monómeros, se pueden obtener polímeros con
otro tipo de arquitectura que se caracterizan por tener ramificaciones que se generan a partir de la
cadena principal.
La presencia de ramificaciones tiene efectos significativos en muchas propiedades físicas del
polímero. El cambio más importante en las propiedades es la disminución de la cristalinidad. Los
polímeros ramificados no pueden acomodarse fácilmente en una red cristalina como lo hacen los
polímeros lineales. Por otra parte, los polímeros ramificados son mucho menos solubles que sus
homólogos lineales y los polímeros entrecruzados son materiales insolubles. El entrecruzamiento
puede ocurrir durante el proceso de polimerización o después mediante reacciones químicas diversas.
El entrecruzamiento es usado para impartir buenas propiedades elásticas en algunos elastómeros, así
como también para proporcionar rigidez y estabilidad dimensional a algunos materiales llamados
termoplásticos. Estos últimos poseen altos grados de entrecruzamiento y se emplean en la fabricación
de diversos enseres.
Las ramificaciones de las cadenas son consecuencia de la sustracción generalmente de un hidrogeno
o grupo funcional de la parte intermedia de la cadena por el radical libre de uno de los extremos,
permitiendo el crecimiento de una ramificación a causa del radical allí generado. [27]
Figura 1.21 Estructura esquemática de polímeros lineales, ramificados y entrecruzados [27]
Fundamentos Teóricos
30
1.3.3 Masa molecular de un polímero.
La masa molecular de un polímero es de primordial importancia en la aplicación de los polímeros. En
química usualmente se usa el término “peso molecular” para describir el tamaño de la molécula,
aunque el termino más preciso es “masa molar”, por lo general en unidades de g mol-1. [25]
Existe una gran variedad de métodos usados para determinar la distribución promedio de la masa
molecular a partir de disoluciones poliméricas (Véase Figura 1.22); entre los métodos más úsales se
encuentran los basados en las propiedades coligativas, la dispersión de luz y la viscosimetria. Es
importante señalar que en cada uno de los métodos se obtienen distintos promedios de masa
molecular, debido a que algunos métodos se enfocan hacia las moléculas de mayor tamaño, mientras
que otros están segados hacia moléculas de menor tamaño. [28]
Figura 1.22 Técnicas para determinar masa molecular promedio de los polímeros
TÉCNICAS DE
DETERMINACIÓN DE
LA MASA
MOLECULAR
Titulación Química
(Mn)
Osmometria
(Mn)
Viscosimetría
(Mv)
Dispersión de Luz
(Mw)
Cromatografía de
exclusión por tamaño
(Mn, Mw, Mz, I)
Ultracentrifugación
(Mn, Mw, Mz, I)
C A P I T U L O I
31
Masa molecular promedio en número (Mn).
Es determinada mediante métodos experimentales los cuales permiten contar el número de moléculas
de polímero presentes en una masa de composición macromolecular conocida. Los métodos más
utilizados para la medición del Mn son la osmometría o ebulloscopia. El promedio en número se
expresa de la siguiente manera:
𝑀𝑛 = ∑ 𝑁𝑖 𝑀𝑖𝑖
∑ 𝑁𝑖𝑖= ∑ 𝑀𝑖
𝑖
(𝑁𝑖
∑ 𝑁𝑖𝑖)
Ecuación 1.3 Masa molecular promedio en número [26]
que es igual a la suma de los pesos moleculares de las diferentes especias presentes, estando cada
una afectada por un coeficiente 𝑁𝑖
∑ 𝑁𝑖𝑖. Los valores promedio en número son muy sensibles a la
presencia de pequeñas cantidades de macromoléculas de peso pequeño.
Masa molecular promedio en peso (Mw).
Para conocer el promedio en masa existen diversos métodos como la ultracentrifugación, dispersión
de luz y la cromatografía de exclusión por tamaño, siendo la última el método más utilizado, aunque
también el más caro, su principal aplicación es la separación de las moléculas en función de su
tamaño, basándose en la diferencia de penetración dentro de los poros de un gel de polímero
entrecruzado e hinchado. El tamaño de las macromoléculas es generalmente proporcional a su peso
molecular y así el fraccionamiento de las especies se hace durante el paso por la columna. El promedio
en peso puede ser calculado con la siguiente ecuación:
𝑀𝑤 = ∑ 𝑁𝑖 𝑀𝑖
2𝑖
∑ 𝑁𝑖𝑀𝑖𝑖= ∑ 𝑀𝑖
𝑖
(𝑊𝑖
∑ 𝑀𝑖𝑖)
Ecuación 1.4 Masa molecular promedio en peso [26]
En esta ecuación, las magnitudes moleculares se encuentran al cuadrado, deduciéndose, que por el
contrario a la masa molecular promedio en número ahora las macromoléculas de elevada masa
molecular son las que tienen una influencia predominante.
Fundamentos Teóricos
32
Masa molecular promedio en viscosidad (Mv)
La viscosidad de una solución también es útil para mediciones de masa molecular. El principio es muy
simple, las moléculas poliméricas más grandes forman una solución más viscosa que las moléculas
pequeñas. Obviamente, la masa molecular obtenida por medición de la viscosidad, es distinto de la
masa molecular promedio en número o en peso, pero se acerca más al promedio de masa molecular
en peso. Se expresa como:
𝑀𝑣 = (∑ 𝑁𝑖𝑖 𝑀𝑖
𝛼+1
∑ 𝑁𝑖𝑀𝑖𝑖)
1𝛼⁄
Ecuación 1.5 Masa molecular promedio viscosimétrica [26]
Donde α es una constante. La masa molecular promedio viscosimétrica (Mv) y masa molecular
promedio en peso (Mw) son iguales cuando α=1. Sin embargo, Mv es casi siempre menor que Mw,
puesto que α está por lo general en el intervalo de 0.5 y 0.9. [25]
Relación entre las diferentes masas moleculares.
En general más de una masa molecular es requerida para caracterizar razonablemente una muestra
de polímero. Si se hace un análisis de las ecuaciones que definen las tres masas moleculares
promedio puede notarse que:
𝑀𝑤 > 𝑀𝑣 > 𝑀𝑛
Y con el incremento de la distribución de los pesos moleculares las diferencias entre ellos se hacen
mayores.
C A P I T U L O I
33
Una curva idealizada de una muestra de polímero puede observarse en la Figura 1.23, en donde
puede notarse que Mw está más cercano a Mv que Mn, siendo Mv en general de un 10 a 20% inferior
a Mw, por otra parte puede observarse que Mn está más cercano que los otros al máximo en una
distribución gaussiana. El valor de Mn está influido por la fracción de baja masa molecular, mientras
que Mw por la fracción de alta masa molecular. [25]
Índice de polidispersidad (I)
Debido a que los polímeros poseen una elevada masa molecular presentan una heterogeneidad de
tamaño y peso. Con el objeto de comparar fácilmente las heterogeneidades moleculares de diversos
compuestos se define un índice de polidispersidad I.
𝐼 =𝑀𝑤
𝑀𝑛
Ecuación 1.6 Índice de polidispersidad
El índice de polidispersidad se utiliza para medir la amplitud de la distribución de pesos moleculares.
Valores del índice de polidispersidad próximos a la unidad representan una gran homogeneidad de
pesos moleculares, por lo que la campana de distribución será estrecha. Si los valores son muy o
mayores a la unidad, hay una gran dispersión de pesos moleculares y la campana de distribución será
abierta.
Figura 1.23 Distribución de la masa molecular en una muestra típica de polímero [25]
Fundamentos Teóricos
34
1.3.4 Reacciones de polimerización.
Las reacciones químicas de polimerización se pueden clasificar según la forma en que se lleva a cabo
el proceso de polimerización y la naturaleza de las reacciones que tienen lugar. A continuación se
describen estos mecanismos.
Policondensación.
Las reacciones de policondensación consisten en la unión de moléculas polifuncionales por reacciones
comunes de esterificación o amidación, principalmente. Se efectúan con eliminación de una molécula,
que generalmente es agua, pero que puede ser un hidrácido, amoniaco u otro compuesto.
Las reacciones de policondensación se producen, por simple calentamiento o por la acción de los
mismos catalizadores empleados para reacciones análogas entre moléculas monofuncionales.
Consisten en una serie de reacciones entre una cadena en crecimiento y una molécula pequeña, o
entre dos cadenas en crecimiento.
Hay que señalar que la policondensación de moléculas bifuncionales obtiene polímeros lineales,
mientras que la presencia de moléculas trifuncionales o polifuncionales conduce la formación de una
red polimérica tridimensional. [26]
Poliadición.
El crecimiento en cadena, como también se le conoce, principia con la ruptura del iniciador formando
un centro activo, nombrados catión, anión y radical libre. Ocurre por la propagación del centro por las
adiciones sucesivas de gran número de moléculas de monómero a la cadena de reacción,
generalmente son más rápidas que las reacciones de condensación.
Algunas características de esta reacción son:
Se presenta en tres etapas: iniciación, propagación y terminación.
El grado de polimerización puede ser muy elevado.
El monómero se consume lentamente, pero la masa molecular crece rápidamente.
La velocidad de polimerización aumenta cuando se genera el iniciador activo y se mantiene
relativamente constante hasta que se agota el monómero.
C A P I T U L O I
35
Generalmente requiere de la apertura de un doble enlace del momero para iniciar y propagar
la reacción. [29]
La poliadición puede llevarse a cabo por radicales libres o de forma iónica (Véase Figura 1.24), esto
dependerá del tipo de rotura que se efectúa en el doble enlace. Si se presenta una rotura homolítica
en el enlace cada átomo que se separa retendrá un electrón de los dos que constituyen el enlace,
formando radicales libres. Cuando se presenta una rotura heterolítica uno de los átomos separados
se lleva los dos electrones que constituían el enlace, formándose un anión o catión. La ruptura,
además de por la propia estructura del monómero, está condicionada por los parámetros de la reacción
y, sobre todo por la acción de un iniciador.
1.3.4.2.1 POLIMERIZACIÓN IÓNICA
Cuando el crecimiento de la cadena lleva una carga negativa, se dice que se lleva a cabo una
polimerización aniónica y por el contrario, si la cadena porta una carga positiva, la reacción es un
proceso de polimerización catiónica.
A diferencia de la polimerización por radicales libres (en las cuales las características de los centros
activos dependen sólo de la naturaleza del monómero y generalmente son independientes del medio
de reacción), en las polimerizaciones iónicas la polaridad del disolvente influye fuertemente en el
mecanismo y la velocidad de polimerización. Las polimerizaciones iónicas son más difíciles de llevar
a cabo, ya que requieren condiciones de reacción rigurosas. [30]
Figura 1.24 Clasificación de la Poliadición
POLIADICIÓN
RADICALAR IÓNICA
CATIÓNICA ANIÓNICA
COORDINACIÓN
Fundamentos Teóricos
36
1.3.4.2.2 POLIMERIZACIÓN POR RADICALES LIBRES: INICIACIÓN, PROPAGACIÓN Y
TERMINACIÓN
Este tipo de polimerización tiene lugar, generalmente, por la apertura del doble enlace, lo que origina
la formación de un radical libre, generalmente, por combinación con un radical libre previamente
formado, que proviene de la descomposición de un iniciador.
La iniciación, puede considerarse que transcurre en dos etapas: la primera es la formación de algún
radical libre y la segunda es la adición del radical libre a un monómero para formar una cadena
radicalar, como lo muestra la Figura 1.25. Los iniciadores pueden ser orgánicos o inorgánicos. Entre
los primeros destacan los peróxidos y los diazocompuestos. Todos ellos se caracterizan por generar
radicales libres muy estables.
Posterior a la iniciación, continua la propagación, en donde el proceso se repite y la cadena sigue
creciendo a medida que se añaden sucesivamente un gran número de moléculas de monómero
mediante reacciones radicalarias. (Véase Figura 1.26)
Este proceso de propagación continúa hasta que otro proceso interviene y destruye el centro reactivo,
dando lugar a la terminación del crecimiento del polímero, como puede observarse en la Figura 1.27.
Puede haber varias reacciones de terminación en función del tipo del centro reactivo y las condiciones
de reacción.
4OS-
*+
4OS-
*+
4OS-
*
Figura 1.25 Etapa I: iniciación
Figura 1.26 Etapa II: propagación
C A P I T U L O I
37
1.3.5 Técnicas de polimerización.
Los distintos tipos de sistemas de polimerizaciones son de gran interés, pues ofrecen ventajas
prácticas en las aplicaciones industriales. Se mencionarán brevemente tres de las cuatro técnicas de
polimerización existentes, cada una de estas técnicas tiene condiciones específicas y dan origen a
polímeros con características diferentes. Estas técnicas pueden llevarse a cabo tanto por
policondensación como por poliadición.
Polimerización en masa.
Se trata de una técnica simple, homogénea, en donde los componentes son: monómero e iniciador,
este tipo de polimerización es altamente exotérmica (Véase Figura 1.28). Produce polímeros con un
alto grado de pureza. Esta técnica es económica.
* *+
Figura 1.27 Etapa III: terminación
Figura 1.28 Proceso de polimerización en masa
Fundamentos Teóricos
38
Polimerización en solución.
Los componentes de esta técnica de
polimerización son: monómero, iniciador y un
disolvente orgánico, el cual no es reactivo. La
polimerización en solución tiene como ventaja
la temperatura homogénea debido a la fácil
agitación del sistema. Su mayor desventaja es
el coste del disolvente (Véase Figura 1.29).
Polimerización en suspensión.
La polimerización en suspensión,
también conocida como
polimerización en perlas, debido a
la forma que adquiere el polímero
obtenido. Es una polimerización
heterogénea, en donde los
componentes son: monómero,
iniciador orgánico, agente
surfactante y agua, como se
muestra en la Figura 1.30. La
polimerización tiene lugar dentro de
las partículas en suspensión, las cuales tienen tamaño medio de 2 a 10 nm. La agitación del sistema
es un factor muy importante en esta técnica, pues según la velocidad de agitación empleada, varia el
tamaño de las partículas, además si se interrumpe la agitación se observará la separación de fases.
Monómero
Iniciador
Disolvente
Monómero
Iniciador
Agente surfactante
Agua
Figura 1.29 Componentes para polimerización en solución
Figura 1.30 Componentes para polimerización en suspensión
C A P I T U L O I
39
Polimerización en emulsión.
Los polímeros obtenidos mediante polimerización en emulsión también conocidos como látex, se
componen por un gran número de cadenas poliméricas, en donde cada cadena tiene una masa
molecular en un rango entre 105 a 107. [31]
La polimerización en emulsión es el único proceso que ofrece los medios para aumentar el peso
molecular del polímero sin disminuir la velocidad de polimerización. [25]
Para que se lleve a cabo una polimerización en emulsión es necesario añadir al sistema un agente
emulsificante conocido también como surfactante o agente de tensión superficial, el cual tiene la
función de impedir la coalescencia, logrando la formación de una emulsión, es decir, retrasa la
separación de los dos compuestos inmiscibles que conforman la emulsión. Los agentes surfactantes
son compuestos anfífilos. Las sustancias anfífilas son aquellas que tienen una doble afinidad, que se
define desde el punto de vista fisicoquímico como una dualidad polar-apolar. La parte polar es afín
con disolventes polares como el agua, denominándose hidrofílica. Por el contrario, la parte apolar se
denomina hidrofóbica o lipofílica. [32] La estructura del agente emulsificante se representa en la Figura
1.31.
La polimerización en emulsión tiene una alta velocidad de reacción y conversión, siendo fácil controlar
la agitación y temperatura.
En el proceso de polimerización en emulsión el monómero se dispersa en gotas que se cubren por
una lámina de surfactante y se solubiliza en forma de micelas, las cuales se encuentran en la disolución
acuosa. Estas micelas consisten en una agrupación de moléculas de surfactante en forma esférica o
laminar, orientadas con el grupo polar hidrofílico hacia afuera de la micela mientras que el grupo no
polar hidrofóbico se orienta hacia el interior o al centro de la micela.
Figura 1.31 Representación de la estructura de un compuesto anfífilo
Fundamentos Teóricos
40
En la fase acuosa es donde comienza propiamente la reacción de polimerización ya que el iniciador
se descompone en ella y reacciona con las pequeñas cantidades de monómero disuelto para formar
los primeros centros radicales libres. [33]
Mecanismo de la polimerización en emulsión
Etapa I o Nucleación:
El iniciador, por acción del calor, va a descomponerse e iniciar la reacción sobre las moléculas
aprisionadas dentro de las micelas, sin que haya iniciación dentro de los glóbulos de reserva (gotas
de monómero). Así pues, es en el interior del monómero solubilizado en donde empieza la
polimerización. [26] En la primera etapa de polimerización se alcanza aproximadamente un 20% de
conversión. Durante este periodo, tanto el número de partículas como la velocidad de polimerización
aumentan drásticamente con el tiempo, esta etapa finaliza cuando las micelas desaparecen del
sistema, las cuales son la principal fuente de nucleación de las partículas. [34] (Véase Figura 1.32)
Etapa II o Crecimiento de partículas:
A partir de este momento, la polimerización continúa nada más por crecimiento de las cadenas ya
iniciadas. Durante todo este tiempo la conversión es lineal y mucho más rápida que en la primera
etapa, llegando cerca de 60% de conversión. [26]
Durante este periodo se pueden presentar dos fenómenos, en el primero la velocidad de reacción
aumenta rápidamente conforme la conversión aumenta, debido a que la concentración inicial del
monómero es alta, lo que conlleva a que se generen muchos centros activos. En el momento que las
cadenas son muy largas y flexibles, tienen a enredarse entre ellas, los centros activos pierden
movilidad dentro de la partícula y por ende hay un incremento en la viscosidad interna de estas, esto
ocasiona que el medio pierda estabilidad coloidal; a esto se le conoce como autoaceleración o efecto
Trommsdorf. El segundo fenómeno sucede cuando las cadenas son largas y rígidas, y al igual que
en el efecto Trommsdorf se enredan entre si y pierden la movilidad dentro de la partícula, por lo que
hay un aumento en el número de radicales en ella y en la viscosidad interna, además la difusión de
monómero dentro de la partícula se dificulta, por lo que el sistema pierde la estabilidad coloidal, a este
fenómeno se le conoce como efecto vítreo. [34]
C A P I T U L O I
41
Etapa III o de Agotamiento:
La reserva de monómero sin reaccionar disminuye a un grado tal que la polimerización ya no es lineal
y la curva de conversión cambia de pendiente. Es difícil, en emulsión llevar a cabo la reacción hasta
100% de conversión por lo que el problema de los monómeros residuales es importante. [26]
En este momento se da una reducción de la velocidad de polimerización como resultado de la
disminución de la concentración de monómero dentro de las partículas de polímero y el número de
partículas también permanece constante. [34]
Figura 1.32 Componentes de una polimerización en emulsión
Fundamentos Teóricos
42
1.4 Solubilidad de polímeros.
La movilidad es un aspecto importante para determinar el comportamiento físico y químico de un
polímero, la movilidad se puede lograr mediante la aplicación de calor y/o a través de la disolución del
polímero. Existen tres criterios generales para establecer el comportamiento de la solubilidad:
El tamaño del polímero en estudio.
La viscosidad de las soluciones generadas.
La presencia de alguna fase cristalina.
En primer término la solubilidad es favorecida cuando existe similitud estructural y química entre las
moléculas disolvente – soluto, además de la existencia de interacciones intermoleculares. Si la
interacción entre las moléculas de los dos componentes es igual o superior a la interacción entre las
moléculas en cada componente se producirá una mezcla o disolución, si no es así, las moléculas
iguales tenderán a unirse o aglomerarse formando dos fases. [35]
Cuando un soluto se disuelve existe un proceso lento de hinchamiento, conocido como solvatación,
cabe señalar que entre más alto sea el peso molecular resulta más difícil seleccionar un buen
disolvente, una vez hinchado el polímero y formado un gel, únicamente en el caso de polímeros no
reticulados (termoplásticos), el proceso continua hasta formar una verdadera disolución en la que se
encuentran separadas las macromoléculas. Si el polímero es reticulado (entrecruzado
covalentemente) el proceso se detiene en la fase de hinchamiento, la acción de disolvente no llega a
separar las cadenas y en lugar de una disolución tenemos un gel. [26] [35]
Los polímeros amorfos (transparentes) son generalmente fáciles de disolver, en contraste, los
polímeros cristalinos y semi-cristalinos (opacos) no son fáciles de disolver. Dentro de un cristalito,
existen cadenas de polímero dobladas en una posición regular, termodinámicamente estable, en
muchas ocasiones no es fácil desplegar las cadenas, aunque el calentamiento puede ayudar a la
disolución, facilitando el despliegue de las cadenas. Una vez disuelto, cadenas de polímero tienen una
conformación de espiral al azar a menos que la cadena es rígida. [36]
C A P I T U L O I
43
1.5 Proteínas.
Anteriormente se mencionó que una macromolécula es, concretamente, una molécula grande. Una
macromolécula biológica es una molécula grande y compleja que tiene una función biológica. Las
proteínas son macromoléculas biológicas. Están formadas por miles de átomos.
Las proteínas tienen una estructura tridimensional compleja: están formadas por una o más cadenas
de aminoácidos. Son polímeros de aminoácidos. Los aminoácidos de cada cadena están unidos por
enlaces químicos conocidos como “enlaces peptídico”.
Las proteínas pueden cambiar de conformación, pueden plegarse y desplegarse, pueden
desorganizarse. El número de conformaciones posibles que una proteína, con una secuencia dada,
puede adoptar es increíblemente alto, debido a que muchas de las uniones entre átomos tienen cierta
libertad para rotar. Sin embargo, cada proteína en condiciones adecuadas de temperatura, por
ejemplo 25 °C, y disolvente, el medio en el que esta, por ejemplo agua, adquiere espontáneamente
una única conformación muy bien definida. En esas condiciones esa estructura es, energéticamente,
la más estable y tienen una organización extrema.
A esta estructura la llamamos estructura nativa, porque es la estructura que, en principio, no sólo está
bien plegada, sino que adquiere la proteína tanto en un tubo de ensayo, completamente aislada de
otras moléculas como en el entorno biológico, por ejemplo, en el interior de una célula. [37]
1.5.1 Enlace peptídico.
En las proteínas los aminoácidos están unidos mediante uniones peptídicas. Estas uniones tienen
propiedades que determinan muchas de las características generales de estas macromoléculas.
El grupo carboxilo (-COOH) del primer aminoácido se condensa con el grupo amino (-NH2) del
siguiente aminoácido (eliminando una molécula de agua) formando un enlace amida (Véase Figura
1.33)
Este proceso es repetido muchas veces en la etapa de elongación durante síntesis ribosomal. Así, la
cadena polipeptídica se va alargando. La llamamos cadena polipeptídica porque, como se mencionó
antes, la podemos describir como un polímero de enlaces peptídicos.
Fundamentos Teóricos
44
1.5.2 El pH y las proteínas.
El pH es una medida de acidez (o basicidad) de una disolución. El pH es la concentración de cationes
hidrogeno [H+] presentes en una disolución. Es definido como el logaritmo negativo de base 10 de la
actividad de los iones hidrogeno (de la concentración en soluciones diluidas).
pH= -log [H+]
Son ácidas las soluciones con pH menores a 7 y básicas las que tienen pH mayores a 7.
A pH 7 los grupos amino y carboxilo están cargados, pero en el rango que va desde pH 1 a pH 14
estos grupos químicos presentan una serie de equilibrios en los que está implicada la unión y la
disociación de un protón. Comprender el comportamiento ácido-base de los aminoácidos es
importante porque éste, claramente, tiene efectos determinantes sobre la estructura y en la función de
las proteínas.
Figura 1.33 El enlace peptídico. Para el dipéptido glicilalanina la glicina a través de un grupo carboxílico (-COOH) se condensa en el grupo amino (-NH2) del residuo de alanina y se elimina una molécula de agua formando un enlace amida.
C A P I T U L O I
45
1.5.3 Punto isoeléctrico.
Debido a que los aminoácidos contienen grupos ionizables, la forma iónica predominante de estas
moléculas en solución depende del pH. La titulación de un aminoácido ilustra el efecto del pH sobre
su estructura. La titulación también es una herramienta útil para determinar la reactividad de las
cadenas laterales de los aminoácidos. El punto en el cual el pH logra que el aminoácido o proteína
tenga carga neta igual a cero y se encuentre eléctricamente neutral, es conocido como punto
isoeléctrico. [38]
C A P I T U L O I I I
49
2 Metodología experimental.
En este capítulo se presenta el desarrollo experimental para la obtención de un agente
desemulsificante de petróleo crudo mexicano, el cual fue sintetizado mediante polimerización en
emulsión vía radicales libres.
También se presentan las técnicas que fueron utilizadas para la caracterización; en primer lugar
mediante viscosimetría de Ubbelohde para la determinación de su masa molecular promedio
viscosimétrica (Mv), espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y dispersión
dinámica de luz (DLS). Así como también la caracterización físico-química del aceite crudo empleado,
con el fin de conocer su calidad en cuanto a contenido de agua y otros parámetros relevantes para la
posterior evaluación de los copolímeros sintetizados.
Finalmente se describe la evaluación fisicoquímica mediante pruebas de botella, para observar el
comportamiento de cada muestra sintetizada y así seleccionar el agente químico más eficiente para
separar la emulsión de agua en aceite crudo. La Figura 2.1 muestra el esquema general de la fase
experimental.
Figura 2.1 Esquema general de la fase experimental
Disposición de Reactivos
Químicos y Equipo de
Laboratorio
Síntesis del agente
desemulsificante
Barrido de disolventes y
elaboración de disoluciones
Caracterización de
copolímero
Evaluación fisicoquímica del
copolímero
Metodología Experimental I
50
2.1 Reactivos, materiales y equipos utilizados.
2.1.1 Sustancias químicas.
Para la síntesis del copolímero y las evaluaciones de los agentes desemulsificante se utilizaron las
siguientes sustancias.
Monómeros:
Acrilato de 2-carboxietilo (CEA)
Apariencia: Viscoso, incoloro
Pureza: 99%
Inhibidor: 900-1100 ppm de MEHQ
Masa Molecular: 144.13g/mol
ρ=1.214g/cm3
Proveedor: Aldrich
Peligro para la salud: 3
Peligro de incendio: 1
Peligro de Reactivad: 0
Iniciadores:
Existen dos tipos de iniciadores químicos que se pueden utilizar para promover la polimerización en
emulsión vía radicales libres, los primeros son iniciadores solubles en fase acuosa, utilizando
comúnmente el persulfato de amonio, sodio y potasio; el segundo grupo son iniciadores solubles en
fase orgánica, entre ellos se encuentra el peróxido de benzoilo, compuestos azo, entre otros. [39]
Metacrilato de 2-(dimetilamino)-etilo (DMAEMA)
Apariencia: Viscoso, incoloro
Pureza: 98%
Inhibidor: 2000 ppm de MEHQ
Masa Molecular: 157.21/mol
ρ=0.933g/cm3
Proveedor: Aldrich
Peligro para la salud: 2 Peligro de incendio: 2 Peligro de Reactivad: 0
2
2 0
1
3 0
CH3
O
CH2
O
N
CH3
CH3
CH2O OH
O O
C A P I T U L O I I I
51
El persulfato de amonio fue utilizado para generar radicales libres y por el contrario el peróxido de
benzoilo fue utilizado con el fin de reducir el monómero residual al final de la polimerización.
Persulfato de amonio
Apariencia: Cristales
Pureza: 99%
Grado Reactivo Analítico (ACS)
Masa Molecular: 228.19 g/mol
Proveedor: Fermont
Peligro para la salud: 2 Peligro de incendio: 0 Peligro de Reactivad: 1 Riesgo Esp.: Oxidante
Componentes adicionales de la polimerización
Anteriormente se han descrito los componentes principales de la reacción: monómeros, iniciadores y
surfactantes, además de lo anterior se utiliza un agente de transferencia de cadena con el fin de
controlar el grado de polimerización. Por último, para estabilizar el látex por efectos de pH se utiliza
una solución amortiguadora.
Peróxido de Benzoilo
Apariencia: Solido blanco
Pureza: 97%
Grado Reactivo
Masa Molecular: 242.23 g/mol
Proveedor: Aldrich
Peligro para la salud: 2
Peligro de incendio: 0
Peligro de Reactivad: 1
Riesgo Esp.: Oxidante
0
2 1
0
2 1
S
O
O
O-
O O S
O
O
O-
N+
H
H
H HN+
H
H
H H
OO
O
O
Metodología Experimental I
52
1-dodecanotiol
Apariencia: Liquido incoloro
Pureza: 98%
Grado Reactivo
ρ=0.845 g/cm3
Masa Molecular: 202.4 g/mol
Proveedor: Aldrich
Peligro para la salud: 3
Peligro de incendio: 1
Peligro de Reactivad: 0
Bicarbonato de sodio
Apariencia: Polvo
Pureza: 99.7%
Grado Reactivo Analítico (ACS)
Masa Molecular: 84.01 g/mol
Proveedor: Fermont
Peligro para la salud: 1
Peligro de incendio: 0
Peligro de Reactivad: 0
Nitrógeno
Apariencia: Gas, incoloro
Pureza: Ultra alta
Masa Molecular: 28.013 g/mol
Proveedor: Praxair
Peligro para la salud: 1
Peligro de incendio: 0
Peligro de Reactivad: 0
Agua desionizada
Obtenida de un sistema de purificación
para agua (Automatic Sanitization
Module, Millipore).
Masa Molecular: 18 g/mol
Peligro para la salud: 0
Peligro de incendio: 0
Peligro de Reactivad: 0
1
3 0
0
1 0
0
1 0
0
0 0
CH3
SH
C
OH
O
O-
Na+
N N
OHH
C A P I T U L O I I I
53
Sustancias químicas utilizadas para efectuar la evaluación fisicoquímica.
El hidróxido de sodio fue utilizado como disolvente para la elaboración de disoluciones que
posteriormente fueron utilizadas para la evaluación fisicoquímica del aceite crudo. Por otro lado el
ácido sulfúrico fungió como desestabilizador de pH durante la prueba de botella.
Hidróxido de sodio
Apariencia: Lentejas
Pureza: 98.8%
Grado Reactivo
Masa Molecular: 40 g/mol
Proveedor: Fermont
Peligro para la salud: 3
Peligro de incendio: 0
Peligro de Reactivad: 1
Ácido sulfúrico
Apariencia: Liquido higroscópico incoloro, aceitoso e inodoro. Pureza:
Grado Reactivo
Masa Molecular: 98.08 g/mol
Proveedor:
Peligro para la salud: 3
Peligro de incendio: 0
Peligro de Reactivad: 1
0
3 1
0
3 1
Na OH
S
O
O
OO HH
Metodología Experimental I
54
2.1.2 Equipo y material utilizado en laboratorio.
Durante la síntesis de polimerización se utilizó una gran variedad de material graduado y volumétrico
(vaso de precipitados, probetas, pipetas) principalmente para medir y contener líquidos; también se
hizo uso de termómetros para asegurar una temperatura constante durante el proceso de la síntesis.
Por otro lado se emplearon cajas Petri, charolas de aluminio y pipetas de transferencia para la
determinación de tasa de sólidos. Para la elaboración de disoluciones, se utilizaron matraces
volumétricos de diferentes volúmenes, los cuales sirven para disminuir la incertidumbre en la medición
de las disoluciones.
En la evaluación se emplearon botellas oblongadas graduadas de 160 mL con tapa roscada y
contratapa. Para adicionar las diversas formulaciones de los agentes desemulsificantes se usaron
pipetas de 3 y 5 mL, así como también propipetas.
Además del material mencionado anteriormente, se utilizaron ciertos equipos indispensables para la
síntesis, caracterización y evaluación fisicoquímica del copolímero.
Reactor enchaquetado de vidrio, capacidad de 500 mL.
Bomba peristáltica, marca Cole-Parmer, modelo Masterflex.
Baño térmico, recirculador para chaqueta, con opción de refrigeración y calentamiento,
Nestlab, Modelo RTE-111.
Recirculador de SOXHLET, HAAKE, modelo tina HAAKE C-25 cabezal F6C5.
Parrilla eléctrica con agitación magnética, Thermo Scientific Cimarec.
Dispersor de luz marca Malvern, modelo Zetasizer Nano S.
C A P I T U L O I I I
55
2.2 Síntesis de acrílicos en emulsión vía radicales libres.
Las reacciones se llevaron a cabo en un reactor semi-continuo, teniendo la característica de operar a
condiciones de deficiencia de monómero, lo que significa que no hay acumulación de monómero en
el sistema, lo cual se logra introduciendo el monómero a una velocidad de adición inferior a la velocidad
de polimerización en un reactor por lotes. En la Figura 2.2 se puede observar cómo es que está
conformado un sistema para la síntesis de látex en un reactor semi-continuo.
2.2.1 Procedimiento experimental.
Todas las reacciones se llevaron en un reactor semi-continuo, el cual consiste en un reactor y un
tanque de alimentación (tanque de pre-emulsión). El flujo continuo de la pre-emulsión al reactor se
aseguró con una bomba peristáltica.
Debido a que los monómeros utilizados reaccionan entre sí a temperatura ambiente, fue necesario
utilizar un tanque de pre-emulsión para cada monómero, conectando cada tanque a una bomba
peristáltica para ser alimentados al reactor principal, en la Figura 2.3 se puede observar cómo se
montó el equipo para llevar a cabo la polimerización en emulsión vía radicales libres.
Figura 2.2 Síntesis en reactor semi-continuo.
TANQUE DE EMULSIÓN
Pre-emulsión
-Monómero
-Surfactante
-Iniciador
-Agua
MASTERFLEX
POWER
REACTOR PRINCIPAL
-Monómero (adición por goteo)
-Surfactante
-Iniciador
-Agua
Pie de
cuba
Bomba Peristáltica
Metodología Experimental I
56
Se realizó un balance de materia para determinar la cantidad necesaria de todos los elementos de la
polimerización: monómeros, surfactante, iniciador y agua destilada, todos los cálculos fueron
realizados en función a la tasa de solidos teórica, es decir, a la cantidad de polímero a sintetizar.
El reactor es de vidrio y se encuentra enchaquetado, tiene una capacidad de 500 mL y cuenta con
cuatro bocas en las cuales se pueden conectar dispositivos de entrada para el proceso; en la Figura
2.4 se puede observar detalladamente el uso de cada boca del reactor.
Figura 2.3 Equipo necesario para llevar a cabo una polimerización en emulsión vía radicales libres: reactor principal, condensador mas matraz bola, termómetro, 2 bombas peristálticas, 2 tanques de pre-emulsión, parrillas en modo
agitación.
C A P I T U L O I I I
57
Antes de comenzar la adición de los tanques de alimentación (tanques de pre-emulsión) al reactor
principal, es necesario adicionar un pie de cuba compuesto por una disolución amortiguadora, una
porción de las cantidades totales de la disolución de surfactante, disolución del iniciador y agua según
la formulación.
El pie de cuba cumple la función de generar micelas de surfactante e iniciador en el reactor antes de
iniciar la adición de monómeros.
Se introdujo un flujo de nitrógeno al sistema para desplazar el aire contenido en el reactor y mantener
una atmosfera inerte.
Durante todo el proceso de polimerización, la mezcla de reacción se mantuvo con agitación magnética
para promover homogeneidad, la temperatura de reacción se fijó en 65 °C, controlada por un sistema
de calentamiento.
Además de monómero, cada tanque de pre-emulsión contiene surfactante, iniciador y agua en
proporciones idénticas, contando con agitación magnética para homogenizar las mezclas, para
Figura 2.4 Especificación de uso para cada boca del reactor principal
Entrada de alimentación
proveniente del primer
tanque de pre-emulsión
(1) Entrada de suministro
de nitrógeno.
(2) Entrada de
alimentación proveniente
del segundo tanque de
pre-emulsión
Conexión con un
condensador, el cual
cumple la función de
recircular porciones
vaporizadas de monómero
durante el proceso.
Conexión de un
termómetro para el
monitoreo de la
temperatura durante todo
el proceso.
Metodología Experimental I
58
posteriormente ser incorporadas al reactor principal mediante goteo, usando una velocidad de adición
de 0.76 mL/s y 0.69 mL/s para la bomba 1 y bomba 2 respectivamente, la adición comenzará cuando
el reactor alcance la temperatura de reacción (65 °C) y el tiempo de reacción iniciara cuando la primera
gota haya caído al pie de cuba contenido en el reactor.
La adición total de los monómeros tiene una duración aproximada de dos horas, con el fin de conseguir
la condición de deficiencia de monómero. Esta condición provee al proceso el control de la velocidad
de polimerización mediante la velocidad de adición del monómero. En esta condición las gotas de
monómero han desaparecido y la concentración del monómero en las partículas de polímero es más
baja. De esta manera, conforme cae cada gota de la pre-emulsión, el monómero “nuevo” reacciona
con las partículas del polímero. [40]
Pasadas las dos horas de adición, se realiza un
“curado”, el cual consiste en incrementar la
temperatura a 80 °C y una vez alcanzada esta
temperatura, se adiciona al reactor un segundo
iniciador: peróxido de benzoilo, con el fin de
asegurar que no queden trazas de monómero
residual y éste reaccione en su totalidad. La
agitación deberá permanecer constante durante
una hora más.
Finalmente al terminar el curado se apaga el suministro de calentamiento y el látex puede ser
descargado una vez que haya llegado a la temperatura ambiente. (Véase Figura 2.5)
Todos los látex obtenidos son copolímeros de los monómeros acrilato de 2-carboxietilo (CEA) y
metacrilato de 2-(dimetilamino)-etilo (DMAEMA) teniendo una clave para su identificación F y E
respectivamente. Cada copolímero se identifica de la siguiente forma:
P (F/E):X/Y Z%AgT
Siendo “X” y “Y” la relación con respecto a cada monómero, “Z” el porcentaje de agente de
transferencia y P hace referencia a que se trata de un copolímero.
Por ejemplo para la muestra #1 se tiene: P (F/E):50/50 0%AgT
Figura 2.5 Látex descargado
C A P I T U L O I I I
59
A continuación se muestra una tabla en donde se observa las combinaciones que se hicieron en
cuanto a cantidades de monómero y agente de transferencia, así como también la cantidad de látex
que se obtuvo para cada uno de los copolímeros sintetizados.
Tabla 2.1 Formulaciones empleadas en la síntesis de los agentes desemulsificantes
#Copolímero Identificación Látex (g)
Relación AgT (%)
TSteórica
(%)
01 P(F/E):30/70 0%AgT 100 30/70 0 10
02 P(F/E):30/70 1%AgT 200 30/70 1 5
03 P(F/E):30/70 3%AgT 200 30/70 3 5
04 P(F/E):50/50 0%AgT 100 50/50 0 10
05 P(F/E):50/50 1%AgT 200 50/50 1 5
06 P(F/E):50/50 3%AgT 100 50/50 3 10
07 P(F/E):70/30 0%AgT 100 70/30 0 10
08 P(F/E):70/30 1%AgT 200 70/30 1 5
09 P(F/E):70/30 3%AgT 200 70/30 3 5
Metodología Experimental I
60
2.3 Caracterización fisicoquímica de los copolímeros
2.3.1 Gravimetría.
Mediante esta técnica se determinó la tasa de sólidos (% TS) de la serie de látex sintetizados, con el
fin de conocer la cantidad de monómero que ha reaccionado.
Para ello se hizo uso de charolas de aluminio, posteriormente se adicionaron tres gotas de látex y
finalmente se sometieron a calentamiento en una estufa a una temperatura aproximada de 55°C para
evaporar el agua y los compuestos volátiles contenidos en la muestra, principalmente las trazas de
monómero que posiblemente no reaccionaron. Dicho procedimiento se realiza por triplicado, con el fin
de reforzar la confianza en que la prueba dará resultados confiables.
La diferencia entre el peso de la muestra seca (Wseco) y el peso de la caja vacía (Wvacía) nos
proporciona el peso del polímero obtenido y la diferencia entre el peso de látex (W látex) y el peso de
la caja vacía (Wvacía) nos arroja el resultado del peso total de la emulsión (Wemulsión), una vez obtenidos
estos datos se puede calcular el %Tasa de solidos experimental para posteriormente obtener la
conversión de la reacción.
Ecuación 2.1
𝑊𝑝𝑜𝑙í𝑚𝑒𝑟𝑜 = 𝑊𝑠𝑒𝑐𝑜 − 𝑊𝑣𝑎𝑐í𝑎
Ecuación 2.2
𝑊𝑒𝑚𝑢𝑙𝑠𝑖ó𝑛 = 𝑊𝑙á𝑡𝑒𝑥 − 𝑊𝑣𝑎𝑐í𝑎
Ecuación 2.3
%𝑇. 𝑆. =𝑊𝑝𝑜𝑙í𝑚𝑒𝑟𝑜
𝑊𝑒𝑚𝑢𝑙𝑠𝑖ó𝑛
Ecuación 2.4
%𝐶𝑜𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 =%𝑇. 𝑆.𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎
%𝑇. 𝑆.𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑒𝑡𝑎𝑙∗ 100
C A P I T U L O I I I
61
2.3.2 Determinación de la masa molecular promedio en viscosidad
Uno de los rasgos más característicos de una disolución diluida de polímero es que su viscosidad es
considerablemente mayor que la del disolvente puro, esto es debido a las grandes diferencias de
tamaño entre soluto y las moléculas de disolvente. [41]
Las propiedades de las soluciones de polímeros muy diluidas son determinadas por estados
conformacionales de las moléculas de polímero separadas. El estado conformacional se puede
expresar mediante el número de viscosidad limitante (viscosidad intrínseca).
Si las fuerzas de interacción entre el polímero y las moléculas de disolvente pueden despreciarse se
dice que la molécula del polímero está en un estado conformacional imperturbable, este fenómeno es
conocido como “solución θ”. En esta situación, el número de viscosidad limitante se puede predecir
con bastante precisión.
La viscosidad de una solución diluida de polímero depende de la naturaleza del polímero y el
disolvente, la concentración del polímero, su masa molar media y distribución de la masa molar, la
temperatura. [42]
La viscosimetría es la medición cuantitativa del aumento de la viscosidad, permite la determinación
del número de viscosidad limitante o intrínseca se define como:
Ecuación 2.5
[𝜂] = lim𝑐→0
𝜂 − 𝜂𝑠
𝜂𝑠𝑐= lim
𝑐→0
𝜂𝑠𝑝𝑒𝑐
𝑐
En donde 𝜂 es la viscosidad de la solución, 𝜂𝑠 la viscosidad del solvente puro, 𝑐 la concentración del
polímero y 𝜂𝑠𝑝𝑒𝑐 es la llamada viscosidad especifica. [𝜂] Tiene las dimensiones de una concentración
reciproca o una densidad reciproca ej. cm3/g. [42]
Esta cantidad proporciona información relacionada con el tamaño de los polímeros en disolución, más
comúnmente es utilizada para estimar la masa molecular de un polímero a través de ecuaciones
empíricas establecidas que son mostradas en la Tabla 2.2. [41]
Metodología Experimental I
62
Tabla 2.2 Viscosidades: Simbología y determinación
La ventaja de la viscosimetría es que es un método sencillo, rápido y barato. La desventaja es que
proporciona estimaciones de masa molecular que no son absolutos. [41]
Anteriormente se mencionó la elaboración y uso de las soluciones hechas a partir de los polímeros
sintetizados, dichas soluciones también fueron utilizadas para la determinación de la masa molecular
vicosimetrica de los polímeros, empleando un viscosímetro de Ubbelohde.
Procedimiento experimental
Por cada solución obtenida a partir de los polímeros sintetizados se realizó una serie de cuatro
diluciones a concentraciones: 0.01 %m
𝑣, 0.1 %
m
𝑣, 0.15 %
m
𝑣, 0.25 %
m
𝑣 y 0.5 %
𝑚
𝑣, sumergiéndose en un
baño térmico a 25 °C, con el fin de ser atemperadas.
El viscosímetro se montó en un soporte universal y fue sumergido en un baño térmico a 25°C con el
objetivo de mantener una temperatura estable durante todo el proceso, debido a que la viscosidad es
una propiedad que es altamente dependiente de la temperatura.
Antes de comenzar con las diluciones se corre un blanco, siendo éste el hidróxido de sodio a
concentración 1 M y 0.2 M según fuese el caso de la solución empleada; seleccionada la referencia,
se adicionaron 3 mL de hidróxido de sodio a través del tubo de mayor diámetro, se dejaron transcurrir
5 minutos para lograr que el líquido contenido en el viscosímetro alcanzara la temperatura de medida,
NOMBRE COMÚN SÍMBOLO Y ECUACIÓN
Viscosidad relativa 𝜂𝑟𝑒𝑙 =𝜂
𝜂𝑠
Viscosidad especifica 𝜂𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐 = 𝜂𝑟𝑒𝑙 − 1 =𝜂 − 𝜂𝑠
𝜂𝑠
Viscosidad reducida 𝜂𝑟𝑒𝑑 =𝜂𝑠𝑝𝑒𝑐
𝑐
Viscosidad inherente 𝜂𝑖𝑛ℎ =𝑙𝑛 𝜂𝑟𝑒𝑙
𝑐
Viscosidad intrínseca [𝜂] = lim
𝑐→0
𝜂 − 𝜂𝑠
𝜂𝑠𝑐= = lim
𝑐→0
𝜂𝑠𝑝𝑒𝑐
𝑐
C A P I T U L O I I I
63
se hace ascender la solución por el capilar aplicando una ligera presión con una jeringa hasta que el
nivel se encuentre por encima de la marca A, posteriormente, se deja fluir el líquido libremente, el
cronometro se pone en marcha cuando el menisco pasa por la marca A y se detiene cuando alcanza
la marca B como se observa en la Figura 2.6.
El tiempo transcurrido es el tiempo de caída de dicha solución y será empleado en la fórmula de
viscosidad relativa. El mismo procedimiento se hace cuatro veces consecutivas, al término de la serie
de medidas de cada serie de diluciones el viscosímetro es lavado, primero con agua y luego con
alcohol.
Finalmente se esperó a que secara para continuar con las demás series de diluciones siguiendo el
mismo procedimiento.
Figura 2.6 Medición del tiempo de caída en un viscosímetro de Ubbelohde.
Metodología Experimental I
64
2.3.3 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier (FTIR)
Esta técnica hace uso de la radiación infrarroja (IR), en términos generales se refiere a aquella parte
del espectro electromagnético entre la región visible y las microondas. La región IR a la cual se realizan
los análisis con esta técnica es conocida como IR medio localizada entre 4000 y 400 cm-1.
Por medio de eta técnica se puede hacer una correlación pico por pico del espectro de IR, la cual es
una excelente evidencia para la identificación de grupos funcionales en las muestras. La localización
de bandas características permite obtener información estructural útil por una simple inspección de las
frecuencias características de los grupos funcionales. [40]
Las muestras de látex deben estar secas por completo, los polímeros obtenidos son líquidos muy
viscosos. Aprovechando dicha característica de las muestras se emplearon ventanas de NaCl grado
espectroscópico (ventana rectangular 38.5x19.5x4 mm sin perforaciones, adquirida por International
Crystal Laboratories). Sobre la superficie de la ventana se coloca una película delgada de la muestra
de polímero y colocarla en el espectrofotómetro infrarrojo (FTIR).
Las muestras fueron realizadas en el rango de infrarrojo medio de 4000 a 650cm-1 a una resolución
de 1 cm-1, para ambos casos el software EZ OMNIC fue empleado para el tratamiento de los datos
obtenidos.
2.3.4 Determinación del diámetro de partícula mediante dispersión dinámica de luz.
Las partículas se encuentran en constante movimiento debido al movimiento browniano, el movimiento
browniano es el movimiento de partículas debido a la colisión aleatoria con las moléculas del líquido
que rodea la partícula. Una característica importante del movimiento browniano para la dispersión
dinámica de luz (DLS) es que pequeñas partículas se mueven rápidamente y las partículas grandes
se mueven más lentamente. La dispersión dinámica de luz (DLS) mide dicho movimiento y lo relaciona
con el tamaño de partículas, esto lo hace mediante la iluminación de las partículas con un láser,
además del análisis de las fluctuaciones de intensidad de la luz dispersada. La relación entre el
tamaño de una partícula y su velocidad debido al movimiento browniano se define en la ecuación de
Stokes-Einstein.
C A P I T U L O I I I
65
En la Figura 2.7 se observa los elementos que fueron utilizados para determinar el tamaño de partícula
de cada polímero sintetizado, utilizando agua desionizada como medio dispersante. Las mediciones
fueron realizadas utilizando celdas de poliestireno a 25 °C.
1. Unidad óptica Zetasizer Nano: mide las muestras utilizando longitudes de onda de luz.
2. Celda: la muestra se adiciona en una celda para la medición de manera que el láser del
instrumento pase a través de dicha celda.
3. Porta muestra: es donde se insertan todas las celdas para llevar a cabo una medición.
4. Ordenador que ejecuta el software Zetasizer. Controla la unidad óptica así como el
procesamiento y presentación de los datos medidos para dar el tamaño de partícula (Dz).
Figura 2.7 Conjunto de equipos necesarios para la determinación del tamaño de partícula.
Metodología Experimental I
66
2.4 Evaluación fisicoquímica de los copolímeros acrílicos como agentes deshidratantes en
aceite crudo.
2.4.1 Preparación de disoluciones.
Se realizó una prueba de solubilidad, demostrándose que el disolvente óptimo para los copolímeros
es hidróxido de sodio. Tomando en cuenta los resultados obtenidos en la prueba de solubilidad, se
procedió a realizar las disoluciones poliméricas.
Es importante mencionar que fue necesario aplicar calor y agitación constante para obtener una
disolución completa de los copolímeros.
Las disoluciones fueron preparadas a una concentración de 2.5 % y 5.0 % masa/volumen, se empleó
como disolvente hidróxido de sodio a 1.0 M, con excepción de tres copolímeros que no lograron
disolver a 1.0 M, los cuales fueron disueltos en hidróxido de sodio 0.2 M.
2.4.2 Prueba de estabilidad coloidal.
Para asegurar que el aceite crudo tipo Maya no contenía agua, se realizó una prueba de botella con
un desemulsificante comercial, la prueba tuvo una duración de 120 minutos. Durante el transcurso de
este tiempo no se observó separación de agua-crudo, asegurando con esto que el crudo no contenía
agua. Como consecuencia de esto se procedió a realizar una emulsificación en laboratorio, en donde
se le adiciono un 20 % v/v de agua al aceite crudo y posteriormente emulsificó por 15 minutos.
Para poder evaluar los copolímeros sintetizados, se realizó una serie de pruebas al aceite crudo
estudiado. La primera prueba de estabilidad térmica consistió en sumergir tres botellas en un baño
térmico, cada una con cien mililitros de crudo, teniendo como objetivo determinar si la emulsión agua-
en-aceite rompe por los efectos de temperatura elevada. La primera botella únicamente contenía
aceite crudo, la segunda y tercera botella contenían además del crudo 1500 ppm de solución NaOH
1.0 M y NaOH 0.2 M, la prueba tuvo una duración de 120 minutos a una temperatura de 80 °C.
Posteriormente se realizó una segunda prueba siguiendo el mismo mecanismo anteriormente
mencionado, a la diferencia de que la temperatura fue disminuida a 60 °C.
C A P I T U L O I I I
67
2.4.3 Prueba de botella.
Un método común para determinar la estabilidad relativa de emulsión agua-en-aceite (w/o) es una
prueba de botella, la cual implica agitar una mezcla de crudo y agua para formar una dispersión
uniforme, a continuación, la eliminación de la agitación permite que la dispersión se asiente de forma
natural. Estos lotes de sedimentación y coalescencia son un método atractivo para estudiar el
comportamiento de separación de emulsiones, ya que es sencillo, repetible y de bajo costo. [43]
En algunas ocasiones la separación de las emulsiones no se efectúa de forma natural, es entonces
cuando se hace uso de agentes desemulsificantes. Los desemulsificantes deben ser dosificados en
forma continua en la relación determinada por pruebas de botella. Generalmente los crudos pesados
requieren mayor dosificación que los crudos ligeros. La selección de un buen desemulsificante se basa
en pruebas empíricas conocida como prueba de botella, las cuales se han estandarizado como técnica
de selección de estos productos en los laboratorios de la industria petrolera.
Para el éxito de la prueba de botella se requiere seleccionar una muestra representativa de la corriente
de producción de la emulsión, la cual debe reunir las siguientes características:
1. Ser representativa.
2. Contener cantidades óptimas de los químicos presentes en el sistema, tales como inhibidores
de corrosión y parafina.
3. Debe ser fresca para evitar la estabilización por envejecimiento de la emulsión
4. Simular las mismas condiciones de agitación y calentamiento que la corriente de proceso tanto
como sea posible. [44]
Dentro del medio de evaluación de agentes desemulsificantes existen algunos términos que es
importante definir, dado que al no tener una base físico-química estrictamente fácil generan confusión.
Se considera que un agente de deshidratado puede presentar funciones como “rompedor”,
“coalescedor” y/o “clarificante”. Un “rompedor” de emulsión es aquella molécula capaz de provocar el
inicio de la separación de fases aceite-agua. Un “coalescedor” es aquel polímero que, una vez dada
la separación de fases acelera la coalescencia de las gotas de agua remanente en la fase aceite. En
el medio de la deshidratación del petróleo una buena “coalescencia” es asociada con una clara
interfase agua-aceite. Finalmente, un “clarificante” es aquel polímero capaz de hacer colaescer las
gotas de aceite residual arrastradas por la fase acuosa. Desde el punto de vista ambiental la
Metodología Experimental I
68
“clarificación” es de suma importancia pues permite retornar las aguas del deshidratado a la
naturaleza, eliminando el riesgo de la contaminación con petróleo. [29]
Procedimiento experimental.
Se emulsificó durante 15 minutos a una velocidad de X RPM, teniendo un contenido en agua de 20
%v/v, este volumen es el efectivo máximo a separar mediante el tratamiento químico. Se vierte 100
mL de crudo en botellas oblongas (Véase Figura 2.8) y se identificando cada una de ellas con un
número.
Las botellas se sumergen en un baño térmico a 60 °C durante 20 minutos, con el objetivo de atemperar
la emulsión y simular las condiciones de calentamiento antes de adicionar los desemulsificantes; una
vez atemperadas las botellas, se procede a dosificar los desemulsificantes a diferentes
concentraciones: 500 ppm, 1000 ppm y 1500 ppm, con excepción de tres botellas: la primera fungió
como blanco, la segunda como testigo, dosificando únicamente hidróxido de sodio 1 M y finalmente la
tercer botella también actuó como testigo adicionando hidróxido de sodio 0.2 M.
Una vez dosificadas todas las botellas se procedió a agitar todas las botellas manualmente durante
tres minutos tratando que la agitación fuese a la misma velocidad, esto con el fin de homogenizar las
muestras, después se sumergieron todas las muestras en el baño térmico con temperatura controlada
Figura 2.8 Botella oblonga para la evaluación de copolímeros como agentes desemulsificantes
C A P I T U L O I I I
69
a 60 °C durante todo el desarrollo de la prueba, posterior a sumergir las botellas oblongas en el baño
térmico se iniciará el seguimiento de la evaluación fisicoquímica durante 300 minutos, asegurándose
de reportar los valores correspondientes del agua separada en términos de mililitros, en tiempos
determinados.
Como el polímero sintetizado representa una estructura similar a una proteína, un objetivo es observar
su comportamiento como desemulsificante variando el pH durante la prueba de botella, así que se
realizó una segunda prueba siguiendo el mismo procedimiento anteriormente mencionado, solo que
además de dosificar el desemulsificante también se dosifico ácido sulfúrico a concentración 1 M.
2.5 Diseño de experimentos
Al tratarse de un producto nuevo del cual se desconoce su función, se propuso un diseño de
experimento (DOE), con el que se pretende estudiar los efectos que causa la variación de parámetros
como el agente de transferencia y las proporciones de monómeros (CEA/DMAEMA) utilizadas en la
síntesis. (Véase Tabla 2.3).
Tabla 2.3 Muestras sintetizadas
Copolímero Monómero F
(% m)
Monómero E
(% m)
% AgT
1 30 70 0
2 30 70 1
3 30 70 3
4 50 50 0
5 50 50 1
6 50 50 3
7 70 30 0
8 70 30 1
9 70 30 3
Metodología Experimental I
70
Se propuso dosificar los copolímeros acrílicos en distintas concentraciones, con el objetivo de conocer
las condiciones óptimas que requiere cada uno para mostrar un mejor desempeño como agentes
desemulsificantes. En la Tabla 2.4 se observan los parámetros: concentración y temperatura para las
pruebas de botella.
Tabla 2.4 Evaluaciones que se efectuaron en la prueba de botella.
Copolímero Identificación Dosificación
(ppm)
Temperatura
(°C)
Condiciones
pHnormal
Condiciones
pHestim. ácida
1 P(F/E):30/70 0%
AgT
1500
1000
500
60
-
-
-
7
-
8
2 P(F/E):30/70 1%
AgT
1500
1000
500
60
-
-
-
-
8
6
3 P(F/E):30/70 3%
AgT
1500
1000
500
60
13
13
13
9
8
9
4 P(F/E):50/50 0%
AgT
1500
1000
500
60
-
-
-
8
8
8
5 P(F/E):50/50 1%
AgT
1500
1000
500
60
-
-
-
12
12
12
6 P(F/E):50/50 3%
AgT
1500
1000
500
60
-
-
-
-
-
-
7 P(F/E):70/30 0%
AgT
1500
1000
500
60
13
13
13
5
5
-
8 P(F/E):70/30 1%
AgT
1500
1000
500
60
13
13
13
7
8
7
9 P(F/E):70/30 3%
AgT
1500
1000
500
60
13
13
13
9
9
8
C A P I T U L O I I I
73
3 Análisis de resultados.
Este capítulo se enfocará en los resultados obtenidos en base a la caracterización fisicoquímica y la
evaluación de desempeño de los copolímeros acrílicos sintetizados. La caracterización fisicoquímica
se efectuó tanto para los copolímeros acrílicos, como para el aceite crudo utilizado durante el
desarrollo de este proyecto.
Para los primeros se determinó el grado de conversión en la reacción, así como también el diámetro
de partícula, el cual es de gran importancia ya que con este dato se puede saber más de la estabilidad
de las emulsiones, para lo cual se hizo uso de la técnica de dispersión de luz dinámica (DSL). Con la
finalidad de confirmar estructuralmente la formación del polímero deseado, todas las macromoléculas
obtenidas se caracterizaron mediante la técnica de Espectroscopia de Infrarrojo por Transformada de
Fourier (FTIR). Mediante la técnica de viscosimetria se determinó la masa molecular viscosimetrica
(Mv)
El aceite crudo fue caracterizado mediante métodos de prueba estandarizados, en donde el parámetro
más importante para este proyecto es el % volumen de agua contenido y la gravedad API.
Figura 3.1 Metodología empleada para la obtención y selección de un agente desemulsificante.
Síntesis Caracterización
FisicoquimicaEvaluación
Copolímeros
acrílicosAceite Crudo
Análisis de Resultados I
74
3.1 Síntesis de copolímeros acrílicos.
Anteriormente se mencionó como se efectuó el proceso de síntesis para la obtención de látex con
distintas formulaciones que posteriormente fueron utilizados como agentes desemulsificantes, se
determinó la tasa de solidos experimental para obtener la conversión de cada reacción realizada.
Inicialmente la síntesis se llevó a cabo 10 % con respecto a la tasa de sólidos (TS), pero, debido a que
se incrementó el látex obtenido de 100 g a 200 g, por cuestiones técnicas fue necesario disminuir a 5
% la TS.
3.1.1 Cálculo de la conversión a través de gravimetría
En la Tabla 3.1 se observa las conversiones alcanzadas en cada una de las síntesis realizadas, cabe
mencionar que existen algunas muestras de látex en las cuales se alcanzado hasta 118.57 % de
conversión, posiblemente debido a la presencia de agua no eliminada durante el proceso de secado
de látex.
Tabla 3.1 % de Conversión de cada muestra sintetizada
3.2 Caracterización fisicoquímica de copolímeros acrílicos.
3.2.1 Determinación de Masa Molecular Viscosimetrica (Mv).
Basándonos en el Capítulo 9 y Capitulo 7 del libro “Properties of Polymers” de D. W. van Krevelen
determinamos por medio de correlaciones los parámetros de K y α para cada composición de
monómeros utilizados en la síntesis del copolímero, los cálculos efectuados se pueden consultar en
el anexo que se presenta al final de este libro. En la tabla 3.2 se presentan los resultados obtenidos.
Tabla 3.2 Valores K y α para las composiciones 30/70, 50/50 y 70/30
w1/w2 K α
30/70 0.0534 0.5
50/50 0.0517 0.5
70/30 0,050 0.5
Anteriormente se mencionó la técnica de viscosimetria, la cual fue realizada para cada copolímero
sintetizado. Se recabaron una serie de datos en unidades de tiempo y concentración, mediante los
cuales se realizó el cálculo de las viscosidades mencionadas en la Tabla 2.2. Posteriormente se graficó
la de ηred VS concentración, con ayuda del grafico se identificó la viscosidad intrínseca para finalmente
calcular la masa molecular viscosimetrica. Los cálculos y este procedimiento se encuentran plasmados
en el anexo.
Como puede observarse en la Tabla 3.3 muestra las masas moleculares viscosimétricas obtenidas
son elevadas, normalmente la eficiencia del desemulsificante tiene relación directa con la masa molar,
generalmente los desemulsificantes con alto peso molecular presentan un mejor desempeño.
Análisis de Resultados I
76
Tabla 3.3 Masa molecular viscosimetrica (Mv)
#
Copolímero Identificación Relación
AgT
(%) TSteórica
Mv
(g/mol)
01 P(F/E):30/70 0%AgT
30/70
0 10 2,254,047
02 P(F/E):30/70 1%AgT 1 5 2,464,793
03 P(F/E):30/70 3%AgT 3 5 2,133,569
04 P(F/E):50/50 0%AgT
50/50
0 10 3,775,016
05 P(F/E):50/50 1%AgT 1 5 2,133,568
06 P(F/E):50/50 3%AgT 3 10 7,363,297
07 P(F/E):70/30 0%AgT 70/30
0 10 3,269,889
08 P(F/E):70/30 1%AgT 1 5 3,388,024
09 P(F/E):70/30 3%AgT 3 5 3,861,892
C A P I T U L O I I I
77
3.2.2 Espectroscopia de FTIR.
Utilizando la técnica de espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) se obtuvieron los
espectros de los monómeros utilizados, así como los espectros de las muestras sintetizadas en
laboratorio.
3.2.3 Monómeros
a) Metacrilato de 2-(dimetilamino)-etilo.
En la Figura 3.2 se presenta el espectro infrarrojo del monómero: metacrilato de 2-(dimetilamino)-etilo.
Se puede observar que existe un estiramiento asimétrico del grupo vinilo alrededor de la banda 3102
cm-1, comprobándose un estiramiento carbono – carbono (C – C) en la banda 1638 cm-1 proveniente
del grupo vinilo. En la banda 2949 cm-1 (–CH3) y 2862 cm-1 (–CH2–) se muestra un estiramiento
asimétrico y simétrico respectivamente, debido a los grupos metilo, posteriormente las bandas 1455
cm-1 (–CH3) y 1377 cm-1 (–CH2–) presentan torsión asimétrica y simétrica del grupo metilo. Alrededor
de los 1720 cm-1 se encuentra un estiramiento carbono – oxigeno (C=O) debido al grupo éster.
Figura 3.2 Espectroscopia de Infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR) de monómero metacrilato de 2-(dimetilamino)-etilo
CH3
O
CH2
O
N
CH3
CH3
Análisis de Resultados I
78
Acrilato de 2–carboxietilo
En el espectro del monómero acrilato de 2–carboxietilo se observa un estiramiento del grupo hidroxilo
debido a un grupo carboxilo, específicamente en el número de onda 3400 cm-1, dicho estiramiento se
confirma en la zona de huellas dactilares, en el número de onda 1298 cm-1, en donde se encuentra
una torsión debida a puente de hidrogeno formado entre el grupo carbonilo y los O-H del grupo
carboxílico. Se presenta un estiramiento asimétrico del grupo vinilo, específicamente en el número de
onda 3100 cm-1, confirmándose con un estiramiento carbono - carbono (C – C) del grupo vinilo en las
bandas 1636 cm-1 y 1618 cm-1 respectivamente. Posteriormente, en el número de onda 2970 cm-1 se
encuentra un estiramiento asimétrico carbono – hidrogeno (C – H) debido al grupo metileno, además
se confirma torsión de tijera carbono – hidrogeno de grupo metileno. En el número de onda 1727 cm-
1 se observa un estiramiento carbono oxígeno, el cual posee una mayor amplitud debido al traslape
que existe entre los grupos funcionales éster y acido carboxílico. En el número de onda 1185 cm-1 se
confirma éster con estiramiento simétrico y asimétrico.
Figura 3.3 Espectroscopia de Infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR) de monómero acrilato de 2-carboxietilo
CH2O OH
O O
C A P I T U L O I I I
79
3.2.4 Muestras sintetizadas
Se analizó el espectro de la muestra P(F/E) 30/70 3%AgT, el cual cuenta con una mayor proporción
en %masa del monómero metacrilato de 2-(dimetilamino)-etilo. La banda que se observa en el numero
de onda 3354 cm-1 representa el grupo funcional (-OH) debido al grupo ácido carboxílico,
confirmándose con un estiramiento carbono – oxigeno (-C=O) en el número de onda 1723 cm-1.
Finalmente, en la banda 2957 se encuentran los estiramientos asimétricos debido a grupos metilenos,
los cuales son confirmados mediante una torsión de tijera en la banda 1379 cm-1. Es importante
mencionar que alrededor de las bandas de 1700 cm-1 se tiene traslape del grupo funcional ácido
carboxílico y éster, debido a que este último puede confirmarse mediante un estiramiento simétrico y
asimétrico, con dos bandas comprendidas entre los 1300 y 1050 cm-1. (Véase Figura 3.3)
En la Figura 3.5 se muestra el espectro de infrarrojo de la muestra P(F/E) 50/50 1%AgT, la cual
presenta un porcentaje de masa igual con respecto a los monómeros. Se observa una banda alrededor
de los 3373 cm-1 representando el grupo funcional (–OH) debido al grupo ácido carboxílico,
confirmándose con un estiramiento carbono – oxígeno (–C=O) en la banda cercana a 1720 cm-1.
Posteriormente, en la banda 2927 cm-1 se encuentran los estiramientos asimétricos debido a grupos
metilenos, los cuales son confirmados mediante una torsión de tijera en la banda 1382 cm-1
primordialmente.
Figura 3.4 Espectroscopia de Infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR) muestra que se encuentra en una proporción 30/70 %masa con respecto a los monómeros
Análisis de Resultados I
80
En la Figura 3.6 se presenta el espectro de la muestra P(F/E) 70/30 3%AgT, presentando una mayor
proporción del monómero acrilato de 2-carboxietilo (CEA). Se observa un estiramiento oxigeno –
hidrogeno (–OH) debido al grupo ácido carboxílico, el cual se comprueba en el número de onda 1729
cm-1 con un estiramiento carbono – oxigeno (–C=O). En la banda 2960 cm-1 se observa un
estiramiento asimétrico debido a grupos metilos, los cuales se comprueban con la banda 1458
mediante una torsión asimétrica.
Figura 3.5 Espectroscopia de Infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR) muestra que se encuentra en una proporción 50/50 %masa con respecto a los monómeros.
Figura 3.6 Espectroscopia de Infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR) muestra que se encuentra en una proporción 70/30 %masa con respecto a los monómeros.
C A P I T U L O I I I
81
Además es importante mencionar que en los espectros de las tres muestras se presenta una banda
alrededor de los 1500 cm-1, lo anterior puede ser adjudicado a tres posibles causas, una de ellas son
las impurezas que pudiesen contener las muestras a la hora de realizar el análisis FTIR, la segunda
causa es debida a la posible formación de una amida durante la síntesis y por ultimo a la existencia
de un puente hidrogeno formado entre un ácido carboxílico y una amina terciaria.
3.3 Diámetro de partícula
La estabilidad de una emulsión se relaciona con el tamaño de partícula. Por lo tanto, es necesario
conocer el tamaño de partícula, así como su distribución a fin de asegurar la estabilidad de la emulsión.
Se utilizó la técnica óptica de dispersión de luz dinámica (DLS) para estimar el diámetro de partícula
de los látex sintetizados. En la Tabla 3.4 se resume el diámetro de partícula de algunos de los
copolímeros sintetizados.
Tabla 3.4 Diámetro de partícula, obtenido mediante DLS
Muestra Diámetro de
partícula (nm)
P(F/E):30/70 3%AgT 52.8
P(F/E):50/50 1%AgT 335.2
P(F/E):50/50 3%AgT| 642.3
P(F/E):70/30 1%AgT 193.6
P(F/E):70/30 0%AgT 67.0
P(F/E):70/30 3%AgT 326.9
Los copolímeros que cuentan con un diámetro de partícula arriba de los 300 nm presentan cierto tipo
de inestabilidad, es decir, forman precipitados al dejarse en reposo (aproximadamente después de 24
horas).
Análisis de Resultados I
82
3.4 Caracterización fisicoquímica del aceite crudo utilizado.
Con el objetivo de conocer la calidad del aceite crudo empleado en las evaluaciones de desempeño
de los agentes deshidratantes, se realizó una serie de caracterizaciones, tomando como base la
normatividad ASTM.
Según los resultados obtenidos, el aceite crudo posee 24.37 °API, encontrándose dentro de la
clasificación mundial de aceites crudos como un crudo mediano; otro parámetro importante es el
contenido de agua, ya que de este valor depende la calidad del aceite crudo dentro del mercado
mundial.
En la Tabla No 3.5 se observa que el porcentaje de agua contenida en el aceite crudo es de 0.05 %,
es decir, contiene una mínima cantidad de agua, encontrándose dentro de los parámetros permisibles
de contenido en agua.
Tabla 3.5 Principales propiedades físico químicas de aceite crudo Osiris utilizado en la evaluación de los productos poliméricos
PRUEBA METODO UNIDADES RESULTADO
Gravedad API ASTM-D-287-12B °API 24.37
Contenido de sal ASTM-D-3230-13 lbs/1000bls 14.13
g/cm3 40.31
Contenido de parafina UOP-46-85 % peso 3.16
Agua por destilación ASTM-D-4006-11 % volumen < 0.05
Agua y sedimento ASTM-D-4007-11 % volumen 0.05
Temperatura de escurrimiento ASTM-D-5853-11 °C -27
Viscosidad cinemática a 25°C ASTM-D-445-12 mm2/s 78.57
Insolubles en n-Heptano ASTM-D-3279-12 % peso 10.29
3.5 Evaluación fisicoquímica de copolímeros acrílicos como agentes deshidratantes.
3.5.1 Prueba de solubilidad de copolímeros acrílicos.
Se utilizó polímero seco y disolventes tanto polares como no polares, con el fin de observar el
comportamiento del soluto con cada uno de ellos; los disolventes utilizados fueron: agua destilada,