La investigación en polímeros del Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA)

El Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), del sistema SEP-CONACYT, se ubica en la ciudad de Saltillo, Coahuila. El centro, fundado en 1976, se dedicó en sus inicios al estudio y aprovechamiento de los recursos naturales de las zonas áridas, específicamente, las propiedades del guayule, la candelilla, la palma, la lechuguilla y la gobernadora.

En 1984 la junta directiva del CONACYT requirió al CIQA para trabajar con proyectos de ámbito industrial, por lo que el Centro orientó sus objetivos al área de polímeros. Para entonces, ya existía el departamento de polímeros, así como el de química agrícola, biología vegetal y química analítica.

El CONACYT también le solicitó al CIQA que se dedicara a una sola área de investigación. El departamento de polímeros era el que más había crecido, por lo que se tomo la decisión de dedicarse a ello.
Hoy en día el CIQA realiza investigación, crea tecnología, proporciona asistencia técnica y capacitación, orientando sus proyectos a la creación de nuevas tecnologías basadas en productos ya existentes, con modificaciones ligeras o fuertes, aunque también lleva a cabo sus propios desarrollos. Otra área en que trabaja el CIQA es la creación de metodologías para la optimización de los procesos de producción del plástico caracterizándolo con nuevas propiedades, mejorando sus procesos de producción e incrementando la productividad.

INVESTIGACIÓN EN PLÁSTICOS
El CIQA trabaja con los plásticos del tipo commodities, o sea pláticos de alto consumo que no son de especialidad entre los que destacan; el polietileno, el polipropileno y el PVC. Respecto a los plásticos de ingeniería, en el CIQA se investiga principalmente el nylon y el poliéster.

Departamento de Química de Polímeros
En esta área se investiga el desarrollo de monómeros, o de iniciadores para polimerizaciones, buscando obtener algún producto útil. En este momento, el CIQA investiga el desarrollo de polímeros que tengan una mayor resistencia al impacto. Trabaja también en un nuevo tipo de catalizadores denominados metalocenos, los cuales tienen la propiedades para obtener polímeros altamente regulares en su estructura química, lo cual mejora las propiedades de resistencia a la tensión y de resistencia a la abrasión.

DESARROLLO DE PROCESOS DE PRODUCCIÓN
Mas de tres cuartas partes de los plásticos que se producen en México se procesan a través de las técnicas de extrusión e inyección. El resto corresponde a los plásticos procesados a través de los métodos de calandrado, termoformado, vaciado y moldeo por compresión.

El CIQA trabaja en los siguientes desarrollos:

Síntesis y modificación química de materiales poliméricos
En los laboratorios y en las pequeñas plantas de producción que tiene el CIQA, se realiza la modificación química y la caracterización de materiales. Por ejemplo, el polietileno es una molécula compuesta de carbono e hidrógeno, al agregársele anhídrido maleico en un 3%, queda “injertada”, infiriéndole ciertas características químicas.

Síntesis de aditivos especiales para polímeros
Existen dos tipos de aditivos; uno para reforzar las características del plástico y el otro para protegerlo del ambiente. El primero se utiliza para hacerlo más resistente al impacto, que no se quiebre fácilmente. El otro evita que se degrade, por ejemplo cuando se exponen al Sol continuamente por efecto de la luz ultravioleta. Este tipo de aditivos forman una pantalla contra dicha radiación. El CIQA ha trabajado constantemente en la síntesis de nuevos aditivos ya que la mayor parte de los plásticos que se usan como producto final los requieren.

Polimerización en emulsión y microemulsión
Este proceso se utiliza frecuentemente en la fabricación de pinturas y en la producción de plásticos como el PVC o el acrílico. Utilizando un reactor químico para lograr la emulsión. En el CIQA se investiga, particularmente, con los reactivos que inciden en el tamaño de las partículas del látex o emulsión, la cual suele resultar en una pintura compuesta por partículas de plástico. Cuyo tamaño incidirá en las propiedades de la misma. De tal forma que se busca predecir o dominar el tamaño de estas partículas, lo cual incidirá en las características del producto final.

Mezclas y aleaciones de polímeros
En los plásticos, igual que en los metales, se recurre frecuentemente a la mezcla y la aleación de polímeros. Las mezclas de polietileno y polipropileno, son las más utilizadas en el plástico común y corriente, también existen mezclas de nylon y polietileno, en fin; existen muchos tipos y variedades de mezclas con grados y concentración diferentes. De lo que se trata aquí es que el producto final reúna ciertas características. Requiriéndose de compatibilidad entre los productos plásticos a mezclar. El CIQA ha estado trabajando en el desarrollo de los denominados compatibilizantes o procesos de compatibilización de los polímeros.

Caracterización de materiales
El CIQA cuenta con instrumental y equipo para analizar, caracterizar y determinar con exactitud, la estructura química y la concentración de todos los elementos que conforman los polímeros. En este campo se han desarrollado metodologías para caracterizar y analizar los materiales plásticos, haciendo algunas aportaciones tecnológicas, por ejemplo en la agricultura, donde el CIQA ha realizado algunos proyectos de investigación que se han aplicado exitosamente.
Es en el sistema de riego por goteo, donde el CIQA ha caracterizando plásticos para la fabricación de mangueras, goteros, y acolchado para cubrir surcos. Esta tecnología mejora la calidad de los productos agrícolas, aumenta la productividad y ahorra agua. El CIQA ha diseñado algunos tipos de materiales plásticos que reúnen las propiedades y los efectos requeridos en el cultivo de las hortalizas. También ha incursiónado en el diseño de plásticos para invernadero.
Otra aplicación de los plásticos que el CIQA ha desarrollado para la agricultura, es el uso del sistema de acolchado. Aquí se cubren los surcos con un plástico, sembrando las plantitas en unas perforaciones hechas ex profeso, haciendo que se desarrollen más rápidamente. Así, en vez de hacerlo en dos meses, lo hará en mes y medio, pudiéndose levantar la cosecha antes, y por lo tanto llegando más pronto al mercado. Hay que subrayar que estas tecnologías son altamente rentables cuando se utilizan en las hortalizas. No así en los granos. En México existen varios ranchos en donde se aplica este tipo de tecnología que es cara pero muy rentable.

Procesamiento reactivo
La inyección del plástico consiste en introducir gránulos de polietileno en una máquina inyectora. Ya dentro, se calienta y se bombea a un molde donde se enfría y se solidifica. Se requiere una máquina de mucha fuerza para inyectar este plástico, ya que se encuentra en un alto grado de viscosidad. El procesamiento reactivo consiste en que, a través de una reacción química desencadenada por un catalizador, se efectúa la polimerización dentro del mismo molde. En la actualidad este procedimiento se realiza únicamente con dos tipos de plásticos: los poliuretanos y el nylon, que tienen las propiedades para reaccionar en el molde, con la ventaja de que la máquina es más pequeña porque no se necesita tanta fuerza para inyectarlos.

LABORATORIOS
En el CIQA existen diferentes tipos de laboratorios de química y de física, con el equipo y la tecnología necesarios para efectuar caracterizaciones y reacciones químicas en pequeña escala. A continuación los mencionamos y exponemos el tipo de actividad que desarrollan.

Plantas Piloto
El CIQA cuenta con plantas piloto donde, en pequeños reactores de distintas características, de aproximadamente veinte litros, llevan a una escala un poco mayor que en el laboratorio, las reacciones químicas.

En las plantas piloto se cuenta con equipos de extrucción e inyección, se aplican los hallazgos del laboratorio y se elaboran botellas, bolsas y empaques de plástico. Otra pequeña planta está equipada con moldeadoras de comprensión, donde también se hacen mezclas y aleaciones.

Laboratorio de Análisis Fisicomecánicos
Donde se efectúa el análisis de propiedades y de resistencia mecánica, de resistencia al impacto y a la tracción. Contando con área donde se realizan pruebas de tipo reológico

Departamento de Procesos de Polimerización
Aquí se trabaja en el desarrollo de la denominada micro-emulsión, para la obtención de bases para pinturas de agua.

Departamento de Biopolímeros
En esta área se investiga con seres vivos para producir polímeros, por ejemplo: los biocementos los cuales se desarrollan con el fin de sustituir partes óseas dañadas o para implantes que deben de ser biocompatibles con el organismo. Se buscan también materiales que sean biodegradables como el poliuretano biodegradable. Recientemente han estado desarrollando nuevos métodos para la obtención de polímeros para su aplicación en electrónica o con propiedades de foto o electroluminiscencia, orientándose a la síntesis, a la evaluación y a la caracterización de estos nuevos materiales.

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN
Los logros del CIQA en investigación se basan en la formación académica y experiencia de su personal el cual lo ha llevado a consolidar las siguientes líneas:

Síntesis de polímeros
Procesos de polimerización
Procesos de transformación de plásticos
Materiales avanzados
Plásticos en agricultura

PROGRAMAS ACADÉMICOS
Los programas de posgrado que se ofrecen en el Centro son:

Especialización en Química Aplicada
Maestría en Tecnología de Polímeros
Doctorado en Tecnología de Polímeros

VINCULACIÓN Y SERVICIOS
El CIQA cuenta con moderna infraestructura que le permite ofrecer servicios a la industria nacional, dentro del marco de avanzada tecnología. La vinculación con las empresas del sector químico y de plásticos se establece con el fin de lograr la identificación de necesidades tecnológicas para la prestación de servicios y el desarrollo y transferencia de tecnología. En apoyo a la industria química y del plástico el CIQA ofrece diferentes tipos de servicios tecnológicos:

ASISTENCIA TÉCNICA
La asistencia técnica que presta el CIQA a las empresas del área es del siguiente tipo:

Soporte técnico en procesos y productos para la solución de problemas, mediante estudios realizados en las plantas piloto del CIQA o en las mismas empresas
Respaldo técnico en todas las etapas del proceso productivo desde el desarrollo y fabricación de los productos químicos y materiales plásticos, hasta la obtención del producto terminado y sus aplicaciones.
Apoyo en proyectos empresariales de mejora de la calidad y productividad, así como de factibilidad de nuevos negocios

ANÁLISIS Y PRUEBAS
El CIQA presta servicio de análisis y pruebas en laboratorios que trabajan bajo la norma ISO 9002 y que están acreditados por la Entidad Mexicana de Acreditación (EMA). Se realizan análisis químicos, pruebas físicas, fisicoquímicas, reológicas y biológicas de productos químicos y materiales plásticos, las cuales son demandados por la industria para:

Conocer la calidad de los materiales para el cumplimiento de las exigencias de los procesos internos y de las normas de los clientes
Contar con bases para la modificación y el desarrollo de productos
Identificación y prevención de problemas de proceso

CAPACITACIÓN
Se ofrecen programas de capacitación para el personal técnico de las empresas a través de los cuales se adquieren conocimientos fundamentales y se mejoran las bases técnicas para resolver problemas en un área determinada.

Cursos individuales con opción al Diplomado en Plásticos
Cursos individuales relacionados con diversas áreas de la química
Talleres y cursos teórico-prácticos relacionados con procesado de plásticos

En resumen, si su empresa requiere cualquier tipo de apoyo en el área de Ciencia y Tecnología de Polímeros, el CIQA es su mejor opción.

La Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC)

La Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC, por sus siglas en inglés Differential Scanning Calorimeter) es una técnica que empleamos para estudiar cuando un polímero es calentado. La usamos para analizar lo que llamamos las transiciones térmicas de un polímero, las cuales son cambios que ocurren en un polímero cuando este es calentado.

La Calorimetría Diferencial de Barrido puede ser de flujo de calor o de potencia compensada. En el primer caso, se mide la variación en el flujo de calor entre la muestra y la referencia cuando dicha muestra se somete a un programa de temperatura en una atmósfera controlada. En el segundo caso se mide la potencia que hay que aportar o retirar del sistema para que la muestra y la referencia se mantengan a la misma temperatura cuando dicha muestra se somete a un programa de temperatura en una atmósfera controlada.

La DSC es una técnica cuantitativa que permite obtener información de la temperatura a la cual tiene lugar el cambio energético en estudio y del calor involucrado en el proceso.

Aplicaciones de la DSC

Calorímetro Diferencial de Barrido DSC-60

El DSC, es un instrumento esencial para la caracterización de materiales. Desarrollado de un alto rendimiento y funcionalidad de los materiales requiere siempre tener un alto nivel de sensibilidad y la más alta comodidad.

Características del DSC-60

El nuevo DSC-60 provee una mayor sensibilidad, con excelente resolución y alta relación señal/ruido. El baño de nitrógeno líquido incorporado permite mediciones a bajas temperaturas sin necesidad de accesorios. La limpieza del detector es rápida y sencilla, y es realizada automáticamente usando el programa de limpieza incorporado. El software bajo Windows® permite una operación sencilla, con informes a medida del usuario y fácil comunicación a través de Internet/Intranet

El nuevo DSC-60 ofrece:

Proveedores de Calorímetro Diferencial de Barrido

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Petróleo: origen y características fundamentales

Dentro de las varias teorías que tratan de explicar el origen del petróleo, la más aceptada es la que supone que proviene de la descomposición de restos de animales y algas microscópicas acumuladas en el fondo de las lagunas y en el curso inferior de los ríos.
Esta materia orgánica se cubrió paulatinamente con capas cada vez más gruesas de sedimentos, al abrigo de las cuales, en determinadas condiciones de presión, temperatura y tiempo, se transformó lentamente en hidrocarburos (compuestos formados de carbón e hidrógeno), con pequeñas cantidades de azufre, oxígeno, nitrógeno, y trazas de metales como fierro, cromo, níquel y vanadio, cuya mezcla constituye el petróleo crudo.
Estas conclusiones se fundamentan en la localización de los mantos petroleros, ya que todos se encuentran en terrenos sedimentarios. Además los compuestos que forman los elementos antes mencionados son característicos de los organismos vivientes.
Un problema que presenta esta teoría, sin embargo, es el hecho inexplicable de que de los más de 30,000 campos petroleros en el mundo entero, hasta ahora sólo 33 de ellos constituyen grandes yacimientos, de entre los cuales, 25 se encuentran en el Medio Oriente y contienen más del 60% de las reservas probadas de nuestro planeta.
Por lo tanto es difícil pensar que tantos animales hayan muerto en menos del 1% de la corteza terrestre, que es el porcentaje que le corresponde al Medio Oriente.
Existen por lo tanto otras teorías que se basan en que el petróleo es de origen inorgánico o mineral y otras más que sostienen que tiene su origen en los meteoritos que han caído en nuestro planeta con altos contenidos de metano y otras sustancias precursoras del petróleo.
Sin embargo, y a pesar de las innumerables investigaciones que se han realizado, no existe una teoría infalible que explique sin lugar a dudas el origen del petróleo.

En cuanto a su apariencia, el petróleo puede describirse como un líquido viscoso cuyo color varía entre amarillo y pardo obscuro hasta negro, con reflejos verdes, con un olor característico y densidad menor al agua, por lo que flota en ella.

Se trata de una mezcla de "hidrocarburos" que compuestos que contienen en su estructura molecular carbono e hidrógeno principalmente.

El número de átomos de carbono y la forma en que están colocados dentro de las moléculas de los diferentes compuestos, proporciona al petróleo diferentes propiedades físicas y químicas. Así tenemos que los hidrocarburos compuestos por uno a cuatro átomos de carbono son gaseosos, los que contienen de 5 a 20 son líquidos, y los de más de 20 son sólidos a la temperatura y presión ambientales.

El petróleo crudo varía mucho en su composición, lo cual depende del tipo de yacimiento de donde provenga, pero en promedio podemos considerar que contiene entre 83 y 86% de carbono y entre 11 y 13% de hidrógeno.

Mientras mayor sea el contenido de carbón en relación al de hidrógeno, mayor es la cantidad de productos pesados que tiene el crudo. Esto depende de la antigüedad y de algunas características de los yacimientos. No obstante, se ha comprobado que entre más viejos son, tienen más hidrocarburos gaseosos y sólidos y menos líquidos entran en su composición.

Algunos crudos contienen compuestos hasta de 30 a 40 átomos de carbono.
Además del carbono e hidrógeno, la composición del petróleo crudo incluye derivados de azufre (que tienen un característico olor a huevo podrido).

Además, los crudos tienen pequeñas cantidades (del orden de partes por millón) de compuestos con átomos de nitrógeno, o de metales como el fierro, níquel, cromo, vanadio, y cobalto.

Por lo general, el petróleo tal y como se extrae de los pozos no tiene mucho uso como energético ya que requiere de altas temperaturas para arder, pues está compuesto de hidrocarburos de más de cinco átomos de carbono, que son líquidos.
Por lo tanto, para poder aprovecharlo para este tipo de usos es necesario separarlo en diferentes fracciones que constituyen los diferentes combustibles como el gasavión, gasolina, turbosina, diesel, gasóleo ligero, gasóleo pesado, etc., es decir, refinarlo.