Estudio cinético de la síntesis del poliuretano producido a partir de aceite de ricino mediante calorimetría diferencial de barrido

Kinetic study of polyuretane syntesis produced from castor oil using differential scanning calorimetry

En el presente artículo se presenta un estudio de la cinética de formación del poliuretano producido a partir de aceite de ricino e isoforona diisocianato. La velocidad de reacción fue monitoreada por calorimetría diferencial de barrido (DSC). Se evaluaron comparativamente tres modelos de reacción con sus correspondientes ecuaciones de velocidad de reacción para representar el comportamiento de los datos experimentales. El modelo de orden n y el modelo de autocatálisis fueron descartados por inconsistencias con las bases de la ecuación de Arrhenius y por bajo índice de correlación de datos. Se propone un modelo de reacción que considera los efectos químicos y físicos (difusión) presentes en la reacción de un monómero poli funcional como es el caso objeto del presente estudio. Este modelo permite un buen ajuste de los datos experimentales de velocidad de reacción. Se aplicaron métodos de isoconversión y regresión no lineal para el cálculo de los parámetros cinéticos. Se realizó un análisis comparativo de la magnitud de las resistencias y se encontró que la difusión es la mayor resistencia a la reacción en casi todo el intervalo de conversión.

Introducción

La determinación de una ecuación cinética mediante seguimiento de la reacción por calorimetría diferencial de barrido (DSC) es una opción atractiva por la facilidad y reproducibilidad de la prueba. Los termogramas resultantes pueden mostrar características  complejas  tales  como uno o varios picos que difieren por los tamaños relativos, apariencia, temperaturas de inicio y terminación, área específica bajo la curva, efecto de las variables de  operación  sobre  cada  una de esas características, y otras particularidades de cuya interpretación es eventualmente posible deducir un modelo de reacciones del caso en estudio, susceptible de validación con los datos experimentales obtenidos.

El seguimiento de la reacción y la determinación de una ecuación cinética es un insumo necesario para el desarrollo de la ingeniería de procesos de polimerización. Las características estructurales y morfológicas de un polímero dependen en primer lugar de la composición de la masa reaccionante; pero estas características también dependen de las condiciones de síntesis. El manejo de la estructura y propiedades del material desde las condiciones de producción requiere del conocimiento de la cinética de polimerización; en particular, de un modelo de reacción y una ecuación de velocidad de reacción.