Desglose del proceso de fabricación del polvo polimérico redispersable (RDP)

El polvo de polímero redispersable (también conocido como RDP) es una resina en polvo que se puede redispersar en agua. Generalmente se produce mediante el secado por pulverización de una emulsión de resina sintética. Por lo tanto, también se le denomina polvo de emulsión o polvo de látex .

Una de las características del polvo de polímero redispersable es que puede redispersarse añadiendo agua, y el rendimiento de la solución redispersada es básicamente el mismo que el de la emulsión inicial.

En la actualidad, los principales proveedores mundiales de polvo de polímero redispersable son: Wacker y BASF de Alemania, Celanese y Dow de Estados Unidos, y WOTAIchem de China.

El proceso de fabricación de polvo de polímero redispersable generalmente consta de tres etapas:

① Polimerización en emulsión

② Modificación de la emulsión

③ Secado por pulverización

Entre ellas, la modificación de la emulsión puede realizarse durante el proceso de polimerización en emulsión o después del mismo. Puede consultar el proceso completo en la siguiente figura.

1. Polimerización en emulsión

1.1 Sistemas para polvo de polímero redispersable

Los principales usos del polvo de polímero redispersable son los adhesivos para la construcción y los morteros de mezcla seca . Entre los diversos sistemas de polímeros, los polímeros a base de acetato de vinilo siempre han ocupado una posición dominante y han sido el sistema de formulación más clásico.

Esto se debe principalmente a sus múltiples ventajas: bajo costo, alta resistencia de adhesión y respeto al medio ambiente (no tóxico e inocuo). Tanto en el procesamiento de producción como en la construcción en obra, combina seguridad y conveniencia.

1.2 Monómeros para la polimerización

Los monómeros utilizados en la polimerización en emulsión determinan el tipo de polvo de polímero redispersable. Los monómeros poliméricos utilizados para el polvo de polímero redispersable incluyen principalmente alquenos insaturados , como diversos ésteres vinílicos y ésteres de acrilato .

Los monómeros específicos incluyen principalmente: varios monómeros de acrilato, como el acrilato de metilo (MA), el metacrilato de metilo (MMA), el acrilato de n-butilo (n-BA), el acrilato de etilo (EA); maleatos, fumaratos; y monómeros aromáticos de vinilo como el estireno.

1) Al seleccionar el monómero, se deben tener en cuenta dos factores importantes: la temperatura de transición vítrea (Tg) y la temperatura mínima de formación de película (MFT).

2) Dado que el contenido de humedad del polvo de polímero redispersable preparado por secado por pulverización debe ser inferior al 5%, la temperatura del polvo debe ajustarse por encima de 45 ℃.

3) Cuando la Tg es demasiado baja (por ejemplo, < 30 ℃), el polvo seco tiende a ablandarse y apelmazarse. Generalmente, si la temperatura de salida es más de 30 ℃ superior a la Tg, el polvo de polímero se pegará entre sí, y si es más de 40 ℃ superior a la Tg, el polvo de polímero se apelmazará.

4) Por lo tanto, se debe seleccionar una Tg adecuada para evitar que el polímero se ablande y se apelmace, y para asegurar su pulverización. Sin embargo, en general, los polímeros con una Tg alta también presentan una MFT alta.

5) Por lo tanto, también es necesario considerar un MFT adecuado para asegurar que la dispersión pueda formar una película a una temperatura más baja. Idealmente, se debería sintetizar una emulsión de polímero con un núcleo blando y una capa externa dura. La siguiente tabla muestra la fórmula de polimerización de la emulsión base de EVA.

* Fórmula para la polimerización de la emulsión base de EVA

5) Además, al elegir monómeros, también es necesario considerar el costo del producto. Actualmente, los productos que se venden en el mercado son principalmente de la serie acetato de vinilo-etileno, debido en gran medida a su menor costo.

1.3 Método de polimerización

En términos generales, el proceso de fabricación de polvos de polímero redispersables no presenta restricciones específicas en cuanto al método de polimerización en emulsión. Se puede emplear cualquier proceso de polimerización en emulsión que utilice agua como medio de dispersión.

WOTAIchem recomienda utilizar métodos de polimerización en emulsión continuos o semicontinuos, o métodos de polimerización en emulsión con semillas.

La empresa china WOTAIchem ha desarrollado con éxito un polvo de resina sintética redispersable de alto rendimiento. Este producto mejora su desempeño mediante la adsorción de una resina especial de alcohol polivinílico en la superficie de las partículas de polímero. Este alcohol polivinílico contiene grupos funcionales acetilamino o mercapto, y su valor característico de bloque oscila entre 0,3 y 0,6. Esta tecnología mejora significativamente la redispersabilidad, la capacidad de formación de película, la resistencia al agua y las propiedades antiadherentes del polvo.

WOTAIchem ha logrado la producción industrial a gran escala de polvo de polímero redispersable. El equipo de ingeniería liderado por Gao Guoli de WOTAIchem diseñó un núcleo blando y una capa exterior dura. El núcleo utiliza éster acrílico butílico, que ofrece buena flexibilidad y resistencia a bajas temperaturas. La capa exterior, por su parte, utiliza metacrilato de metilo, que proporciona alta dureza y gran estabilidad.

Esta estructura especial permite que la emulsión se seque por pulverización a temperaturas más elevadas. El resultado es un polvo de látex dispersable con mejor dispersión y mayor resistencia al agua. Esto mejora notablemente la calidad de nuestro producto y la eficiencia de la producción.

El polvo de polímero redispersable producido mediante este método posee una excelente dispersibilidad y resistencia al agua.

2. Modificación de la emulsión

El proceso de deshidratación y secado de la emulsión polimérica para formar una película es irreversible. Esta es la base para mejorar el rendimiento del mortero de cemento. Por lo tanto, al preparar polvo polimérico dispersable después del secado de la emulsión polimérica, la clave es mantener la reversibilidad del secado por pulverización del polímero y la posterior dispersión. La solución es:

Añada coloides protectores hidrófilos a la emulsión antes del secado por pulverización;

O

Añada el agente antiaglomerante durante o después del proceso de secado para evitar la aglomeración irreversible de las partículas de polímero.

2.1 Coloides protectores

Los coloides protectores son generalmente sustancias macromoleculares solubles en agua, como el alcohol polivinílico (PVA) y los derivados de la celulosa. Algunos componentes se adsorben o se unen a la superficie de las partículas de la emulsión, formando una capa protectora (capa de hidratación) con un efecto de impedimento estérico. Esta capa desempeña un papel fundamental en la estabilización del sistema, mientras que otros permanecen en la fase acuosa.

Actualmente, el coloide protector más utilizado es el alcohol polivinílico (PVA). El PVA puede mejorar el efecto antiaglomerante y se disuelve rápidamente.

Sin embargo, la cantidad de PVA añadida está limitada por la viscosidad del sistema. Si la dosis es demasiado alta, la emulsión debe diluirse hasta obtener un bajo contenido de sólidos. Esto conlleva un aumento en la cantidad de agua que debe evaporarse directamente, reduciendo así la producción de polvo seco.

Para solucionar este problema, WOTAIchem™ probó a mezclar en seco parte del PVA con el polvo de polímero seco obtenido. Este método no solo garantizó la eficiencia de la producción, sino también el rendimiento del producto.

2.2 Agentes antibloqueo

La emulsión tiende a aglomerarse durante el secado por pulverización o tras la formación del polvo. Para reducir la aglomeración entre los polvos poliméricos, WOTAIchem™ recomienda añadir agentes antiaglomerantes minerales inertes como caolín, diatomita y talco. Sin embargo, si el agente antiaglomerante se añade antes del secado, puede encapsularse en microcápsulas y perder su eficacia.

En la mayoría de los casos, se rocían por separado con la emulsión en la parte superior del secador. Sin embargo, esto también puede provocar pérdidas en el flujo de aire o la formación de costras en el secador y la tubería de transporte.

Un método de adición más eficaz consiste en añadirlo en dos partes: una se rocía con aire comprimido en la parte superior del secador y la otra se mezcla con aire frío en la parte inferior. Para evitar la aglomeración, también es posible realizar la saponificación de la parte restante cuando la polimerización del polímero alcance entre el 80 % y el 90 %. Otra opción es añadir condensado de melamina-formaldehído durante la polimerización en emulsión.

3. Secado por pulverización

El método de secado más común para preparar polvo de polímero redispersable es el secado por pulverización. También se pueden utilizar otros métodos, como el secado al vacío y la liofilización.

El secado por pulverización es un proceso en el que un líquido se dispersa en finas gotas mediante una boquilla de pulverización, y el disolvente se evapora rápidamente en un medio de secado caliente para formar un producto en polvo seco. Generalmente, el secado por pulverización consta de cuatro etapas:

① Atomización del líquido;
② Contacto y mezcla de las gotas con el medio de secado caliente;
③ Evaporación y secado de las gotas;
④ Separación del producto seco del medio de secado.

El proceso de secado por pulverización y redispersión del polvo se muestra en la siguiente figura:

Existen dos tipos de métodos de secado por pulverización: flujo paralelo y flujo a contracorriente. En la mayoría de los casos, se utiliza el secado por pulverización de flujo paralelo. Al emplear este método, es necesario controlar factores como la temperatura de transición vítrea de la emulsión, el contenido de sólidos (WOTAIchem recomienda diluir la dispersión de pulverización al 40 % de sólidos antes del secado), la presión de pulverización, el tamaño de las gotas, la temperatura del aire caliente de entrada y salida, y la velocidad del viento, entre otros.

La selección de la temperatura de secado es crucial.

▪️Si la temperatura de entrada es demasiado alta, el material en la boquilla se acumulará debido a la rápida pérdida de agua, lo que dará como resultado una alimentación deficiente del material.

▪️Si la temperatura de entrada es demasiado baja, la temperatura de salida disminuirá, lo que provocará un contenido excesivo de humedad en el polvo.

Generalmente, la temperatura del aire caliente de entrada es preferiblemente de 120-170 ℃, y la de salida es de 80-120 ℃. El polvo seco de polímero se separa mediante un separador ciclónico o un filtro de mangas.

Resumen

WOTAIchem ha llevado a cabo casi 20 años de investigación en el diseño del proceso de fabricación de polvos de polímeros redispersables, incluyendo nuevas estructuras moleculares, modificación de la resistencia al agua, tecnología de secado por pulverización, mecanismo de acción y reducción de costes.

Hemos desarrollado un nuevo concepto para la polimerización en emulsión utilizando polímeros hidrosolubles como principal estabilizador. Esto mejora las deficiencias de las emulsiones tradicionales y amplía el ámbito de aplicación de los polímeros en emulsión.

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