Diagrama de flujo del proceso de preparación de alcohol polivinílico

El proceso implica la polimerización del acetato de vinilo para producir acetato de polivinilo, seguida de la alcohólisis del acetato de polivinilo para obtener alcohol polivinílico (PVA), con la posterior recuperación de ácido acético y metanol.

Polimerización de acetato de vinilo

Según el método de ejecución, la reacción de polimerización del acetato de vinilo se puede clasificar en polimerización en masa, polimerización en solución, polimerización en emulsión y polimerización en suspensión. El proceso de polimerización empleado generalmente para la producción de alcohol polivinílico es la polimerización en solución; el disolvente utilizado es metanol, que constituye entre el 16 % y el 22 % de la masa total de la mezcla de acetato de vinilo y metanol. Se utiliza azobisisobutironitrilo (AIBN) como iniciador y la reacción se lleva a cabo a una temperatura de 65 °C.

Numerosos factores influyen en la reacción de polimerización del acetato de vinilo y en la calidad del producto final de PVA. Además de la dosis del iniciador y la proporción del disolvente metanol, entre los factores clave se incluyen la temperatura de polimerización, la duración de la reacción, el grado de conversión de la polimerización y la presencia de impurezas en el acetato de vinilo, como acetaldehído, crotonaldehído, benceno, acetona y agua. Estos factores tienen un impacto significativo tanto en la reacción de polimerización como en la calidad del producto final.

Alcoholismo de Acetato de polivinilo

El acetato de polivinilo reacciona con metanol en presencia de una base para producir alcohol polivinílico. El proceso de alcohólisis se puede clasificar en dos métodos principales: el método de alta concentración alcalina y el método de baja concentración alcalina. En el método de alta concentración alcalina, la relación molar de la base con respecto a las unidades monoméricas dentro de la cadena de acetato de polivinilo es relativamente alta. Por el contrario, en el método de baja concentración alcalina, la mezcla de reacción es prácticamente anhidra; se emplea una relación molar de base muy baja, específicamente, solo una séptima parte de la relación utilizada en el método de alta concentración alcalina.

Tanto la reacción de saponificación como diversas reacciones secundarias ocurren en presencia de agua y consumen la base para generar acetato de sodio. En el proceso de alcohólisis con baja concentración de álcalis, el sistema de reacción es esencialmente anhidro, la cantidad de base consumida es mínima y, por consiguiente, se genera muy poco acetato de sodio; por lo tanto, no se requiere una etapa de recuperación para el acetato de sodio. En cambio, el proceso de alcohólisis con alta concentración de álcalis genera una cantidad considerable de acetato de sodio como subproducto; por lo tanto, se incorpora una etapa de proceso específica para descomponer el acetato de sodio y recuperar el ácido acético.

Los parámetros principales del proceso para ambos métodos de alcohólisis se presentan en la Tabla 5-2. Tras la etapa de alcohólisis, el material se somete a pasos posteriores, que incluyen trituración, extrusión y secado, para obtener el producto final de PVA.

Antes de la década de 1960, el estándar mundial para la alcohólisis implicaba principalmente la alcohólisis continua con alta concentración de álcalis utilizando reactores de tipo tornillo; sin embargo, actualmente, la mayoría de los principales fabricantes a nivel mundial han adoptado el proceso de alcohólisis con baja concentración de álcalis utilizando reactores de tipo cinta.

Además de los dos métodos mencionados anteriormente, la tecnología de alcohólisis también incluye un método de granulación en fase oleosa de baja álcali. Esta técnica produce PVA granular directamente durante el proceso de alcohólisis de baja álcali, eliminando así la necesidad de una etapa posterior de pulverización. El método consiste en introducir un hidrocarburo parafínico líquido —inmiscible con metanol— en la solución de alcohólisis para facilitar la dispersión del PVA. El producto final se obtiene mediante filtración, lavado y secado posteriores.

Recuperación de metanol y Ácido acético

El líquido residual generado durante la alcohólisis del acetato de polivinilo se compone principalmente de metanol y acetato de metilo, junto con pequeñas cantidades de agua, acetato de sodio, acetaldehído y acetona. Entre estos componentes, la recuperación del metanol es fundamental. Además, el acetato de metilo puede reconvertirse en ácido acético y metanol; tras su purificación, estas sustancias recuperadas pueden reutilizarse. Este proceso de reciclaje es un factor crítico para reducir el consumo específico de materias primas en la producción de PVA.

Comparación de los procesos de producción de alcohol polivinílico

Generalmente, existen dos rutas principales de materia prima para la producción de PVA: La primera utiliza etileno como materia prima para sintetizar acetato de vinilo, que luego se convierte en PVA. La segunda emplea acetileno (derivado del carburo de calcio o del gas natural) como materia prima para sintetizar acetato de vinilo, que posteriormente se convierte en alcohol polivinílico. Actualmente, los fabricantes en países como Japón y Estados Unidos utilizan predominantemente la ruta basada en etileno, específicamente el método del etileno derivado del petróleo. Cada uno de estos tres métodos de producción posee ventajas y desventajas propias; en la Tabla 5-3 se presenta un análisis comparativo de sus respectivos procesos y características.

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