Proceso de síntesis de copolímero.

Un proceso para la preparación de un copolímero no iónico que comprende al menos un residuo de monómero hidrolizable y al menos un residuo de macromonómero de poliéter en un modo semicontinuo de operación en un aparato de polimerización que contiene un reactor de polimerización asociado con un dispositivo de dosificación,

comprendiendo el proceso :

la introducción de al menos una porción del macromonómero de poliéter con baja reactividad (con relación al monómero hidrolizable) y agua en el reactor de polimerización, en donde el monómero hidrolizable con mayor reactividad que se añade al mismo forma una mezcla de reacción de polimerización en medio acuoso, opcionalmente en donde el medio acuoso está presente en la forma de una solución acuosa;

la introducción de al menos una porción del monómero hidrolizable en el dispositivo de dosificación;

la adición de al menos una porción del monómero hidrolizable en el reactor de polimerización a partir del dispositivo de dosificación; el paso de un iniciador de polimerización por radicales libres en el reactor de polimerización antes y/o durante la adición del monómero hidrolizable en el reactor de polimerización, en donde el monómero hidrolizable y el macromonómero de poliéter reaccionan en la mezcla de reacción de polimerización en medio acuoso por medio de polimerización por radicales libres con la formación del copolímero no iónico; y,

el sometimiento de la mezcla de reacción a polimerización mientras se varía por etapas o en forma continua la velocidad de adición del monómero hidrolizable y/o al menos un componente del iniciador de polimerización por radicales libres;

en donde no se introduce monómero en el reactor de polimerización para incorporar sitios iónicos de enlazamiento del cemento en el copolímero no iónico antes de mezclar el copolímero en un ambiente acuoso alcalino.

Proceso de síntesis de copolímero.

Los dispersantes convencionales para composiciones de cemento típicamente logran una buena reducción de agua, sin embargo, están limitados en su capacidad para retener la operabilidad durante un largo período de tiempo. Un método alternativo para una retención prolongada de la operabilidad es el uso de mezclas retardantes. En este escenario, el beneficio de retención de la operabilidad se logra a menudo a expensas de los tiempos de fraguado y resistencia temprana. Por tanto, la utilidad de estos dispersantes está restringida por sus limitaciones inherentes en la arquitectura molecular.

Los dispersantes convencionales se tornan estáticos en su estructura química con el tiempo en los sistemas de cemento. Su desempeño está controlado por la relación molar de monómero que se fija dentro de una molécula de polímero. Se observa un efecto de reducción del agua o un efecto dispersante después de la adsorción del dispersantes sobre la superficie de cemento. A medida que se incrementa la demanda de dispersante con el tiempo debido a la formación del producto de hidratación y de abrasión, lo que crea más área superficial, estos dispersantes convencionales son incapaces de responder y se pierde operabilidad.

Típicamente, el problema de una mayor operabilidad se resuelve ya sea por un nuevo templado (la adición de más agua) del hormigón en el punto de colocación para restaurar la operabilidad, o mediante la adición de más reductor de agua de alto rango. La adición de agua conduce a un hormigón de menor resistencia y por lo tanto crea la necesidad de mezclas que sean "sobre-diseñadas" en la forma del contenido de cemento. La adición en el sitio de un reductor de agua de alto rango requiere dispensadores montados en camiones que son costosos, difíciles de mantener, y difíciles de controlar.

Los copolímeros no iónicos en cuestión son inicialmente moléculas no dispersantes, que tiene baja o ninguna afinidad con las partículas de cemento, y por lo tanto no contribuyen al logro de los objetivos iniciales de operabilidad de la composición cementosa. Los copolímeros en cuestión permanecen en solución, sin embargo, actúan como un depósito potencial de polímero dispersante para uso futuro. Con el tiempo, a medida que aumenta la demanda de dispersante, ya sea debido en parte al agotamiento del dispersante convencional como se discutió anteriormente, o parcial o totalmente a factores de diseño de la mezcla, estas moléculas experimentan reacciones de hidrólisis promovida por una base a lo largo de la cadena principal del polímero lo que genera sitios activos de enlazamiento tanto para inicializar como para aumentar la afinidad de enlazamiento del polímero, lo que resulta en la generación in situ de polímero dispersante "activo" con el tiempo, para aumentar el asentamiento y la operabilidad de la composición.

El uso de los copolímeros no iónicos en cuestión como depósito potencial de dispersante en composiciones de cemento proporciona una mayor retención de la operabilidad más allá de lo que se ha logrado previamente con polímeros estáticos. El uso de los copolímeros no iónicos en cuestión evita tener que volver a templar, y permitir a los productores reducir el contenido de cemento (y por lo tanto el coste) en sus diseños de mezcla. El uso de los copolímeros no iónicos en cuestión permite un mejor control a más largo plazo de la operabilidad del hormigón, una mayor uniformidad y un control de calidad más estricto para los productores de hormigón.

Se proporciona un nuevo proceso para la síntesis de copolímeros no iónicos que comprende una fracción hidrolizable y al menos una fracción dispersante, y un proceso para su síntesis.

Breve descripción de los dibujos La Fig. 1 es una representación gráfica del asentamiento del hormigón en función del tiempo logrado por medio del uso de un copolímero obtenido mediante el proceso de acuerdo con la invención en comparación con dispersantes de policarboxilato convencionales y sin mezcla que afecte el asentamiento.

La Fig. 2 es una representación gráfica del asentamiento del hormigón en función del tiempo logrado por medo del uso de un copolímero obtenido mediante el proceso de acuerdo con la invención en comparación con dispersantes de policarboxilato convencionales y sin mezcla que afecte el asentamiento.

La Fig. 3 es una representación gráfica del asentamiento del hormigón en función del tiempo logrado por medio del uso de un copolímero obtenido mediante el proceso de acuerdo con la invención en comparación con dispersantes de policarboxilato convencionales y sin mezcla que afecte el asentamiento.

La Fig. 4 es una representación gráfica de la adsorción de diversas modalidades del copolímero obtenido mediante el proceso de acuerdo con la invención sobre partículas de cemento en función del tiempo en comparación con un dispersante de policarboxilato convencional.

La Fig. 5 es una representación gráfica de la hidrolización de copolímeros obtenidos mediante el proceso de acuerdo con la invención en función del tiempo en comparación con dos modalidades del copolímero objetivo.

La Fig. 6 es una representación gráfica del asentamiento del hormigón en función del tiempo logrado por el uso de diferentes dosis de una modalidad de un copolímero mediante el proceso de acuerdo con la invención en combinación con un dispersante convencional reductor de agua, en comparación con un dispersante reductor de agua convencional.

La Fig. 7 es una representación gráfica del asentamiento del hormigón en función del tiempo logrado por el uso de diferentes modalidades del copolímero obtenido mediante el proceso de acuerdo con la invención en combinación con un dispersante convencional de naftaleno sulfonato en comparación con un dispersante convencional de naftaleno sulfonato.

La Fig. 8 es una representación gráfica del asentamiento del hormigón en función del tiempo logrado por el uso de diferentes modalidades de un copolímero obtenido mediante el proceso de acuerdo con la invención en combinación con un dispersante de policarboxilato convencional frente a un dispersante de policarboxilato convencional.

La Fig. 9 es una representación gráfica del asentamiento del hormigón en función del tiempo logrado por el uso de diferentes dosis de una modalidad de un copolímero obtenido mediante el proceso de acuerdo con la invención en combinación con un dispersante de policarboxilato convencional frente a un dispersante de policarboxilato convencional.

La Fig. 10 es una representación gráfica del asentamiento del hormigón en función del tiempo logrado por el uso de diferentes modalidades de copolímeros obtenidos mediante el proceso de acuerdo con la invención que comprende tanto el Componente B como el Componente C en combinación con un dispersante de policarboxilato convencional frente a un dispersante de policarboxilato convencional.

Descripción detallada Se proporciona un proceso para la preparación de un copolímero no iónico que comprende al menos un residuo monomérico hidrolizable y al menos un residuo de macromonómero de poliéter en forma semicontinua de operación en un aparato de polimerización que contiene un reactor de polimerización asociado con, o conectado a un dispositivo de dosificación, comprendiendo el proceso:

la introducción de al menos una porción del macromonómero de poliéter con baja reactividad (con relación al monómero hidrolizable) y agua en el reactor de polimerización, en donde el monómero hidrolizable con mayor reactividad que se añade al mismo forma una mezcla de reacción de polimerización en medio acuoso, opcionalmente en donde el medio acuoso está presente en la forma de una solución acuosa; la introducción de al menos una porción del monómero hidrolizable en el dispositivo de dosificación; la adición de al menos una porción del monómero hidrolizable en el reactor de polimerización a partir del dispositivo de dosificación; el paso de un iniciador de polimerización por radicales libres en el reactor de polimerización antes y/o durante la adición del monómero hidrolizable en el reactor de polimerización, en donde el monómero hidrolizable y el macromonómero de poliéter reaccionan en la mezcla de reacción de polimerización en medio acuoso por medio de polimerización por radicales libres con la formación del copolímero no iónico; y, el sometimiento de la mezcla de reacción a polimerización mientras se varía por etapas o en forma continua la velocidad de adición del monómero hidrolizable y/o al menos un componente del iniciador de polimerización por radicales libres; en donde no se introduce monómero en el reactor de... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para la preparación de un copolímero no iónico que comprende al menos un residuo de monómero hidrolizable y al menos un residuo de macromonómero de poliéter en un modo semicontinuo de operación en un aparato de polimerización que contiene un reactor de polimerización asociado con un dispositivo de dosificación, comprendiendo el proceso :

la introducción de al menos una porción del macromonómero de poliéter con baja reactividad (con relación al monómero hidrolizable) y agua en el reactor de polimerización, en donde el monómero hidrolizable con mayor reactividad que se añade al mismo forma una mezcla de reacción de polimerización en medio acuoso, opcionalmente en donde el medio acuoso está presente en la forma de una solución acuosa; la introducción de al menos una porción del monómero hidrolizable en el dispositivo de dosificación; la adición de al menos una porción del monómero hidrolizable en el reactor de polimerización a partir del dispositivo de dosificación; el paso de un iniciador de polimerización por radicales libres en el reactor de polimerización antes y/o durante la adición del monómero hidrolizable en el reactor de polimerización, en donde el monómero hidrolizable y el macromonómero de poliéter reaccionan en la mezcla de reacción de polimerización en medio acuoso por medio de polimerización por radicales libres con la formación del copolímero no iónico; y, el sometimiento de la mezcla de reacción a polimerización mientras se varía por etapas o en forma continua la velocidad de adición del monómero hidrolizable y/o al menos un componente del iniciador de polimerización por radicales libres; en donde no se introduce monómero en el reactor de polimerización para incorporar sitios iónicos de enlazamiento del cemento en el copolímero no iónico antes de mezclar el copolímero en un ambiente acuoso alcalino.

2. El proceso de la reivindicación 1 en donde al menos 70 % en moles del macromonómero de poliéter introducido inicialmente en el reactor de polimerización es convertido mediante polimerización por radicales libres.

3. El proceso de la reivindicación 1 o 2 en donde el monómero hidrolizable es al menos un monómero hidrolizable etilénicamente insaturado del Componente A y el macromonómero de poliéter es al menos un monómero a base de éter de polioxialquileno etilénicamente insaturado del Componente B y/o del Componente C.

4. El proceso de la reivindicación 3 en donde la mezcla de reacción de polimerización contiene una porción del monómero de los Componentes B y/o del Componentes C junto con al menos una porción del Componente A antes de que comience la polimerización.

5. El proceso de la reivindicación 3 o 4, en donde al menos una porción del monómero de los Componentes B y/o el Componente C pueden ser co-alimentados con el monómero de Componente A durante la adición que cambia gradualmente o en forma continua del monómero del Componente A.

6. El proceso de la reivindicación 3 que comprende añadir inicialmente el monómero etilénicamente insaturado de los Componentes B y/o C por adelantado en el reactor en toda su cantidad antes de la adición en el reactor de cualquier monómero etilénicamente insaturado del Componente A.

7. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, que comprende además introducir en el reactor de polimerización al menos un monómero insaturado adicional del Componente D.

8. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, en donde se añade al menos un monómero a base de éter de polioxialquileno etilénicamente insaturado del Componente B y/o del Componente C al reactor por anticipado, y se añade al menos un monómero hidrolizable etilénicamente insaturado del Componente A al mismo con una velocidad de adición que cambia al menos una vez.

9. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8 en donde se añade de 50 a 70 por ciento del monómero del Componente A en el reactor durante un primer periodo de reacción después del inicio de la reacción de polimerización, durante un segundo período de reacción la velocidad de adición del monómero del Componente A se reduce y se añade 25 a 35 por ciento del monómero del Componente A al reactor, y durante un tercer periodo de reacción se disminuye aún más la velocidad de adición del monómero del Componentes A y se añade el restante 5 a 15 por ciento del monómero del Componente A al reactor.

10. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde se usa un sistema iniciador redox como el iniciador de la polimerización por radicales libres.

11. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde el sistema iniciador redox es la combinación de H2O2/FeSO4 junto con un agente reductor.

12. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el agente reductor comprende sal disódica del ácido 2-hidroxi-2-sulfinatoacético, la sal disódica del ácido 2-hidroxi-2-sulfonatoacético, hidroximetanosulfinato de sodio, ácido ascórbico, ácido isoascórbico, o mezclas de los mismos.

13. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde un componente del sistema iniciador redox / agente reductor, y opcionalmente un agente de transferencia de cadena, se pasan al reactor de polimerización después de que se ha establecido el pH de polimerización y opcionalmente, mientras se dosifica allí el monómero hidrolizable.

14. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde se establece el pH de polimerización en el medio acuoso de manera que, con base en el iniciador de polimerización por radicales libres usado, la formación de radicales libres por unidad de tiempo está aproximadamente en un máximo.

15. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en donde el reactor de polimerización está presente como un tanque agitado en forma semicontinua.

16. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en donde al menos 80% en moles hasta al menos 90% en moles del macromonómero de poliéter introducido inicialmente en el reactor de polimerización se convierte mediante polimerización por radicales libres.

17. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en donde el pH de polimerización es 4, 5 a 7, 1, y la temperatura del medio acuoso durante la polimerización por radicales libres es de 0 a 90 ºC, opcionalmente de 10 a 35 °C.

18. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, en donde se introduce inicialmente el monómero hidrolizable junto con el agua en la unidad de dosificación y se añade una solución acuosa del monómero hidrolizable desde el dispositivo de dosificación, en el reactor de polimerización.

19. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, en donde se pasa un regulador de cadena, que está opcionalmente en forma disuelta, al reactor de polimerización.

20. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, en donde se introduce inicialmente el macromonómero de poliéter en el reactor de polimerización en una cantidad por mol de monómero hidrolizable añadido y/o dosificado de tal manera que se establece una relación molar media aritmética de residuos de monómero hidrolizable con respecto a los residuos de macromonómero de poliéter de 10:1 a 1:1, opcionalmente de 9:1 a 1:1, en el copolímero no iónico formado.

21. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, que incluye el paso de un agente de transferencia de cadena en el reactor de polimerización antes y/o durante la adición del monómero hidrolizable en el reactor de polimerización.