Estudio de polímeros ramificados solubles en agua con aplicación en recuperación mejorada de petróleo

• Autores: Meleán Brito, Ramses Segundo
• Año de publicación: 2026
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Mattea, Facundo; Strumia, Miriam Cristina; Milanesio, Juan M.; Paz, Sergio Alexis; Oberti, Tamara Gisela
• Materia: Polímeros; Acrilamida; Petróleo; Hidrocarburos; Dendrímeros; Química orgánica; Compuestos orgánicos; Solubilidad
• Institución: Universidad Nacional de Córdoba

Tesis (Doctor en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2026
Fil.: Meleán Brito, Ramses Segundo. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina
Esta tesis desarrolla, integra y compara estrategias químicas y de proceso para diseñar copolímeros de acrilamida–ácido acrílico (AM-AA) con desempeño reológico superior a los polímeros convencionalmente utilizados en aplicaciones de Recuperación Mejorada de Petróleo (EOR) en agua y soluciones salinas. Entre las alternativas exploradas, se evaluó la síntesis en medios de reacción a presión atmosférica y a alta presión, la incorporación por injerto de comonómeros con capacidad asociativa, y la copolimerización de terpolímeros con capacidad asociativa. En una primera etapa, se copolimerizó Ácido acrílico (AA) con diferentes agentes hidrofóbicos como son Butil metacrilato (BMA), Lauril metacrilato (LMA), Octadecil acrilato (ODA) y 2-Etilhexil acrilato (2EHA), generando copolímeros de AA-BMA, AA-LMA, AA-ODA y AA-2EHA. Estos copolímeros lograron incrementos de hasta seis veces en viscosidad en agua pero con una resistencia a cationes moderada. En una segunda etapa, se estudió la incorporación de ácido 2-acrilamido-2-metilpropano sulfónico (AMPS) en la síntesis, para obtener copolímeros de AA-AMPS, permitiendo establecer los rango operativos en los cuales es posible obtener polímeros con diferentes distribuciones de tamaños y composiciones. El comportamiento reológico de estos materiales demostró que características como la estructura química y la arquitectura iónica en el copolímero poseen una influencia significativa y no es sólo su masa molecular quien determina su reología en soluciones acuosas y salinas. Seguidamente, se añadió un agente hidrofílico a la síntesis de AA en scCO2, como es el acrilato de sodio (NaAc), obteniendo copolímeros de AA-NaAc, con el objetivo de lograr una “pre-neutralización” parcial del copolímero en solución, para generar un incremento en la viscosidad al aumentar el pH y la salinidad. En una tercera etapa, se exploró por primera vez la síntesis de copolímeros de AA y acrilamida (AM) en sistemas presurizados. Para ello, se utilizaron cosolventes como metanol (MeOH), etanol (EtOH), dimetiléter (DME) y acetato de etilo (Ac. Et.) en sistemas con CO2 que permitió, por primera vez, obtener homopolímeros de AM y copolímeros AM-AA, con características de polvos secos y conversiones superiores al 90%. De estos sistemas de solventes se destaca el desempeño del medio scCO2-Ac. Et. en el cual se obtuvieron copolímeros AM-AA con un porcentaje óptimo de 30 % mol de AA. Por último, se añadieron propiedades hidrofóbicas al copolímero de AM-AA sintetizado en medio scCO2 con un cosolvente específico como fue el Ac. Et., obteniendo copolímeros que lograron incrementos de viscosidad en agua hasta tres veces superior al AM-AA sin modificaciones, demostrando la factibilidad de obtener copolímeros de AM-AA modificados en un medio alternativo como es el scCO2. Cabe destacar que las distribuciones de poblaciones en todos los copolímeros sintetizados en medios presurizados con CO2 evidenciaron escenarios multifásicos, con distribuciones bimodales o multimodales, que una vez dializados, permitieron obtener productos de reacción unimodales con masas moleculares acordes al objetivo establecido y valores de índice de dispersidad aceptables. Por otro lado, en esta tesis se exploró la modificación arquitectónica de HPAM por injerto mediante; (i) amidación con el dendrón Amina de Behera (AB), (ii) esterificación con Ácido Tánico (AT) y con Boltorn H30 (G30) y (iii) copolimerización con un macromonómero sintetizado a partir de Boltorn H30 y PEGMA500 (GPV). La incorporación de los monómeros propuestos se confirmó por medio de diferentes técnicas espectroscópicas y los copolímeros presentaron comportamientos reológicos superiores a los copolímeros HPAM iniciales, tanto en la viscosidad lograda en soluciones acuosas, como frente a rampas y cambios de velocidad de corte abruptos, sugiriendo la formación de redes físicas reversibles, y frente a soluciones salinas. De estos materiales, se decidió explorar la síntesis en medios presurizados con el monómero ramificado más novedoso y prometedor (GPV) que permitieron obtener un copolímero con una viscosidad 3 veces superior y una masa molecular 2 veces inferior a la HPAM convencional. Los resultados obtenidos en esta tesis demuestran que la correcta selección del medio de polimerización, el diseño y selección de comonómeros ramificados e híperramificados para la modificación arquitectónica, y las vías de síntesis utilizadas permiten diseñar copolímeros con diferentes microestructuras e interacciones inter/intramoleculares, que gobiernan el comportamiento viscoso en soluciones acuosas más allá de la masa molecular de los copolímeros, estableciendo las bases para rutas más sostenibles y escalables en la generación de polímeros para EOR.
2028-02-28
Fil.: Meleán Brito, Ramses Segundo. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina