desvolatilización de polímeros

La actividad termodinámica de los volátiles debe ser mayor en el polímero que en la otra fase para que abandonen el polímero. ^{[ 7 ]} Para diseñar dicho proceso, es necesario calcular la actividad. Esto se suele hacer mediante la teoría de soluciones de Flory-Huggins . ^{[ 1 ] : 14–34} Este efecto puede potenciarse mediante temperaturas más altas o una presión parcial más baja del componente volátil mediante la aplicación de un gas inerte o una presión más baja.

Para ser eliminados del polímero, los componentes volátiles necesitan viajar a un límite de fase por difusión . Debido a los bajos coeficientes de difusión de los volátiles en los polímeros, este puede ser el paso determinante de la velocidad. ^{[ 1 ] : 35–65 [ 8 ]} Este efecto puede ser mejorado por temperaturas más altas o por longitudes de difusión pequeñas debido a su mayor número de Fourier .

Debido a que los polímeros y las soluciones poliméricas suelen tener una viscosidad muy alta, el flujo en los desvolatilizadores es laminar , lo que da lugar a bajos coeficientes de transferencia de calor , que también pueden ser un factor limitante. ^{[ 8 ]}

Las temperaturas elevadas también pueden afectar la estabilidad química del polímero y, por lo tanto, sus propiedades de uso. Si se supera la temperatura límite de un polímero, este se descompondrá parcialmente en sus monómeros, lo que anulará su utilidad. ^{[ 1 ]} En términos más generales, la degradación del polímero también ocurre durante la desvolatilización, lo que limita la temperatura y el tiempo de residencia disponibles para el proceso.

Existen dos formas básicas de desvolatilización al vacío. En la desvolatilización por espuma, las burbujas dentro de la solución polimérica se nuclean y crecen, hasta que finalmente estallan y liberan su contenido volátil al entorno. Esto requiere una presión de vapor suficiente. ^{[ 1 ] : 67–190 [ 9 ]} Si es posible, este es un método muy eficiente porque los volátiles solo necesitan difundirse una corta distancia. ^{[ 8 ]}

La desvolatilización de la película ocurre cuando ya no hay suficiente presión de vapor para generar burbujas, ^{[ 9 ]} y requiere una superficie suficiente y una buena mezcla. En este caso, se puede agregar un agente desmoldante como nitrógeno al polímero para inducir una mejor transferencia de masa a través de burbujas. ^{[ 8 ] [ 10 ]}

Los desvolatilizadores estáticos incluyen:

• Desvolatilizadores de filamentos descendentes: El polímero se divide en numerosos filamentos individuales que caen en una cámara de vacío. La difusión transporta los volátiles a la fase gaseosa, que luego se recogen mediante un sistema de vacío. Esta suele ser la última etapa de un proceso de desvolatilización, cuando la presión de vapor es baja. ^{[ 6 ] [ 1 ] : 261–290}
• Evaporador de película descendente : El polímero cae por las paredes verticales y los compuestos volátiles se difunden por el lado que no está en contacto con las paredes.
• Evaporadores tubulares: Una solución polimérica en ebullición fluye hacia abajo en un intercambiador de calor vertical de carcasa y tubos hacia un separador. El polímero se recoge en la parte inferior, mientras que el vapor se recoge mediante un sistema de vacío y condensadores. ^{[ 11 ]}
• Evaporadores instantáneos : Una solución polimérica se precalienta y se introduce en un separador, donde una presión inferior a la presión de vapor de la solución provoca la evaporación de parte de los volátiles. ^{[ 1 ] : 209–212}

• Extrusoras de doble husillo corrotantes: La solución polimérica se introduce en una extrusora de doble husillo corrotante, donde se somete a cizallamiento y aporte de energía mecánica, y donde se extraen los vapores. Este tipo de máquina permite diferentes presiones en diferentes zonas. Una ventaja es la acción de autolimpieza de estas extrusoras. ^{[ 1 ] : 345–384 [ 12 ] : 263–289 [ 10 ]}
• Extrusoras de un solo husillo : En principio, similares a las extrusoras de doble husillo co-rotatorias, pero sin la acción de autolimpieza. ^{[ 1 ] : 325–344 [ 13 ]}
• Evaporadores de película delgada : La solución polimérica se introduce en un único recipiente grande, donde un rotor agita el producto y genera una renovación superficial. En estas máquinas solo es posible un nivel de presión. ^{[ 1 ] : 469–494}
• Amasadoras de gran volumen: Una solución polimérica se introduce en una amasadora de gran volumen y se somete a cizallamiento durante tiempos de residencia más prolongados que en una extrusora . ^{[ 14 ] [ 15 ]}