manual practicas de polimeros

8/19/2019 Manual Practicas de polimeros

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUÍMICA EINDUSTRIAS EXTRACTIVAS

ACADEMIA DE QUÍMICA ORGÁNICA Y POLÍMEROS

TÉCNICAS DE POLIMERIZACIÓN Y FORMULACIÓN DE LOSPOLÍMEROS

MANUAL DE PRÁCTICAS

DEL LABORATORIO


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PRACTICA No. 1

“POLIMERIZACION EN EMULSION”

OBJETIVO: Obtención del acetato de polivinilo por el método de emulsión.

INTRODUCCION

La polimerización en emulsión fue estudiada con el propósito de eliminar elinconveniente uso de solventes. Difiere de la polimerización en suspensión en dosimportantes aspectos: El indicador se localiza en la fase acuosa y las partículas depolímero producidas son típicamente del orden 0.1 en diámetro, unas diez veces máspequeñas que la más chica encontrada en una polimerización en suspensión. Comoresultado, los sistemas en emulsión permiten la producción de polímero de más alto pesomolecular comparado con los sistemas en masa o suspensión.

La polimerización en emulsión se usa industrialmente en la producción de acetato

de polivinilo, cloruro de polivinilo, poliacrilatos, polimetacrilatos, poliestireno y varioscopolímeros de estos monómeros.

CONSIDERACIONES TEÓRICAS

Una emulsión se define como un sistema en donde existen partículas de un líquidodisperso en otro líquido. Las partículas o glóbulos, del líquido disperso son de un diámetro0.1 a 1.0 o mayores, generalmente visibles al microscopio.

Las partículas de un líquido se mantienen unidas gracias a las fuerzas decohesión, pero aparte ejerce cierta adhesividad sobre las partículas del otro líquidomediante las fuerzas de tracción. La resultan de estas dos fuerzas se llama TENSIÓNINTERFACIAL. Cuando las fuerzas de cohesión son superiores a las de adhesión oatracción, los líquidos pueden emulsionarse.

Los componentes principales de una emulsión son llamados “fases”. El material

suspendido es la fase dispersada y el medio de suspensión es la fase continua odispersante. Cuando se utiliza el agua como medio dispersante, la emulsión se llama“aceite en agua” independientemente de que la fase dispersante sea o no un verdadero

aceite. Cuando el agua es la fase dispersante, la emulsión se llama “agua en aceite”. Parafomentar la emulsificación y mantener estable la emulsión después de su formación, seutiliza una tercera substancia llamada AGENTE EMULSIFICANTE.

El emulsificante juega un importante papel en la polimerización. En el principio dela reacción, se forma agregados de moléculas de jabón denominadas micelas. Parte delmonómero entra en las micelas, pero la mayoría existe como gotas de una micra o másen diámetro. El polímero se forma en las micelas de jabón; esta representan un mediofavorable para la generación de radicales libres en la fase acuosa debido a la abundanciarelativa de monómero. Conforme el polímero se va formando se produce un crecimientomiscelar, por la adición de monómero desde la fase acuosa


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El agente emulsificante tiene dos extremos; uno de los extremos es la porciónpolar o hidrofílica y el otro es la porción no polar o hidrofóbica. En una emulsión tipo aceiteen agua, se considera el aceite dispersado e innumerables gotitas, cada una de ellasforradas con una película viscosa y tenaz del agente emulsificante, en donde el extremono polar hace contacto con el aceite y extremo polar hace contacto con el agua

circundante.

Una emulsión bien hecho y por lo tanto estable, es aquella en la que las partículasde fase dispersa no logra reunirse en conglomerados, gracias a la tenacidad del agenteemulsificante.

Si el agente emulsificante es capaz de reaccionar o ser atacados por ácidos álcaliso sales de metales pesados, la emulsión obtenida es sensible a esos materiales y seráinestable o se romperá en su presencia. La ebullición, el congelamiento o la alta agitaciónmecánica pueden también causar el rompimiento. Haciendo una elección acertada de losagentes emulsificantes, se puede obtener una emulsión muy estable e insensible a la

mayoría de esas influencias.Los agentes emulsificantes se encuentran clasificados en ocho grupos:

1.- AGENTES ANIONICOSa) Jabones alcalinosb) Jabones metálicos

2.- COMPUESTOS AMINICOS ORGANICOS QUE PRODUCEN JABONES CON LOSACIDOS GRASOS

3.- COMPUESTOS SULFATADOS

a) Aceites sulfatadosb) Alcoholes sulfatados

4.- COMPUESTOS SULFONADOSa) Sulfonados alifáticosb) Sulfonados aromáticos (también con cadenas alifáticas laterales).

5.- AGENTES CATIONICOSa) Compuesto de catión activo

6.- AGENTES NO IONICOSa) Esteres y éteresb) Esteres hidrofóbica

7.- AGENTES NATURALES Y NATURALES MODIFICACOS


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8.- SOLIDOS FINAMENTE DISPERSADOS

Existen también otros componentes que se usan normalmente en la preparaciónde una emulsión, tales como:

INICIADORES Y ACELERADORES

En las polimerizaciones en emulsión generalmente se utilizan iniciadores solublesen agua como el peróxido de hidrogeno y los persulfatos de sodios, potasio o amonio. Lospersulfatos dan tamaño de partículas más finos.

Los sistemas altamente activados que utilizan un agente reductor (SistemaRedox), han sido desarrollados para dar reacciones en corto tiempo. Estos sistemasincluyen persulfato de sodio o potasio con bisulfito de sodio, peróxido de hidrogeno consulfoxilato de zinc, terbutil hidroperóxido con formaldehído de zinc. Otros agentesreductores que pueden emplearse son las sales que forman iones Fe +2, Cr +2, V+2, Ti+3,Co+2 y Cu+ en solución acuosa.

AGENTES ACTIVADORES DE SUPERFICIE

Estos componentes se utilizan para reducir el tamaño de las gotitas de monómeroy así producir una emulsión con partículas de tamaño más fino. Pueden ser de naturalezacatiónica, aniónica o no iónica al igual que los emulsificantes. Los más comúnmenteusados son los no iónicos, ejemplo: éter alquil fenil polietilenglicol. Se recomiendautilizarlos en bajas concentraciones para obtener películas resistentes al agua.

COLOIDES PROTECTORES

Los coloides protectores son sustancias que incrementan la viscosidad y sirven

como estabilizadores para prevenir, tanto en el monómero como en el polímero, lacoalescencia de partículas durante y después de la polimerización. El coloide protectormás frecuentemente usado es el alcohol polivinilico, pero también puede utilizarsehidroxietil celulosa, metil celulosa, goma arábiga y goma de tragacanto.

REGULADORES DE PH, MPDIFICADORES E INHIBIDORES

Se utiliza normalmente una solución reguladora de PH para efectuar la reacción enlas condiciones requeridas por el monómero (S) a polimerizar. El bicarbonato de sodio esel más comúnmente usado, pero los fosfatos y acetatos son posibles alternativas.

Cuando se desea controlar el peso molecular del polímero (Particularmentereducirlo), es muy efectiva la adición de algún agente de transferencia de cadena (Tipomercaptano). Asi mismo, la adición de cetonas produce polímeros lineales. Un inhibidores un compuesto que impide la polimerización como las hidroquinonas y los catecoles.


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DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

MATERIAS PRIMAS:

Alcohol polivinílico………………………………………………. 4.5 g

Lauril sulfato de sodio ……………………….………………..1.35 g

Bicarbonato de sodio ………………………………………….. 0.5 g

Persulfato de potasio …………………………………….……. 0.9 g

Acetato de vinilo ……………………………….……………… 100 ml

Hidróxido de amonio ………………………………………… 3 gotas

Montar el equipo de acuerdo a la siguiente figura

Aparato de laboratorio para Polimerización en Emulsión.


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PROCEDIMIENTO

1. Colocar en el matraz de 3 bocas 70 ml de agua destilada y 4.5 g de alcoholpolivinilico. Calentar a 65°C y disolver por 20 minutos.

2. Agregar 1.35 g de lauril sulfato de sodio y 0.5 g de bicarbonato de sodio ycontinuar la disolución por 5 minutos más.

3. Disolver 0.9 g de persulfato de potasio en 30 ml de agua destilada y agregarlos alreactor (Si es necesario, calentar en baño maría para disolución completa).

4. Cuando la temperatura este en 65°C gotear 10 ml de acetato de vinilo a unavelocidad adecuada (VER LA NOTA).

5. Dejar que la temperatura suba a 75°C y gotear 180 ml de acetato de vinilo en untiempo total de 120 minutos.

6. Después de la adición del monómero permitir que la temperatura suba a 85-90°C ymantenerla por 15 minutos para agotar todo e acetato de vinilo, de tal modo que

se tenga menos de 1% de monómero residual.7. Enfriar a 25°C y envasar ajustando el PH del producto entre 6 y 8 para mantenerloestable (Con 3 gotas de hidróxido de amonio queda en este rango de PH).

NOTA: Se debe controlar la alimentación del monómero (Acetato de vinilo) de tal modoque la velocidad de reflujo sea menor o igual a la velocidad de goteo.

CUESTIONARIO

1. Describa brevemente el proceso de polimerización por emulsión. __________________________________________________________________ ________________________________________________________________

2. Mencione las ventajas y desventajas que proporciona el método de emulsión conrespecto al de masa y solución.

__________________________________________________________________ ________________________________________________________________

3. Defina la función que desempeña un emulsificante.


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4. Explique porque se emplean reguladores de PH en el caso específico de lapolimerización del acetato de vinilo.

__________________________________________________________________ ________________________________________________________________

5. Indique de qué manera se puede reducir el tiempo de reacción en unapolimerización por emulsión.

__________________________________________________________________ ________________________________________________________________

6. Defina el término “Coalescencia” y como puede prevenirse esta en polimerizaciónpor emulsión.

__________________________________________________________________ ________________________________________________________________

7. Indique como se puede disminuir el tamaño de partícula de un polímero obtenido

por el proceso de emulsión. __________________________________________________________________ ________________________________________________________________

8. Diga que finalidad tiene el control de la velocidad de reflujo y como se realiza dichocontrol.

__________________________________________________________________ ________________________________________________________________

9. Diga porque al envasar el trabajo terminado se debe ajustar el PH entre 6 y 8.

__________________________________________________________________ ________________________________________________________________

10. Mencione las aplicaciones industriales de ls polímeros obtenidos por el proceso enemulsión.

_____________________________________________________________________ _


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11. Investigar y anotar en el siguiente cuadro algunos ejemplos de productos queintervienen en la polimerización por emulsión.

EMULSIFICANTES INICIADORES Y ACELERADORES

MODIFICADORESDE CADENA

ACTIVADORESDE

SUPERFICIE

COLOIDESPROTECTORES

REGULADORESDE PH

12. Proporcione sus comentarios y observaciones respecto al desarrollo de estapráctica.


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PRACTICA No. 2

“POLIMERIZACION EN SUSPENSION”

OBJETIVO: Obtención del polimetacrilato de metilo por el proceso de polimerización en

suspensión.


Las condiciones bajo las cuales se efectúan las polimerizaciones por radicales

pueden ser homogéneas o heterogéneas en base a la mezcla de reacción inicial. Las

polimerizaciones en masa y en solución son sistemas homogéneos y las polimerizaciones

en suspensión y en emulsión son sistemas heterogéneos.

En la polimerización en suspensión el monómero es dispersado en forma de gotas

en el agua. El tamaño de la gota puede ser del orden de 0.01 – 0.5 cm. De diámetro. La

dispersión se mantiene por agitación mecánica y la adición de estabilizadores o agentes

de suspensión.

Existen varios tipos de estabilizadores para prevenir la aglomeración, estos

incluyen polímeros orgánicos solubles en agua tales como gelatina, metil celulosa y

alcohol polivinilico; electrolitos y compuestos inorgánicos insolubles en agua tales como

caolín, silicatos de magnesio e hidróxido de aluminio.

Los indicadores usados son solubles en las gotas de monómero. Dichos

catalizadores a menudo se les conoce como catalizadores solubles en aceite. Cada gota

de monómero se considera como un pequeño sistema de polimerización en perla o

granular debido a las formas en las cuales pueden obtenerse los productos finales.

La cinética de polimerización es la misma que en la polimerización en masa. El

control de calor de reacción es relativamente fácil. Sin embargo, el producto debe de

lavarse y estar libre de aditivos.

La polimerización en suspensión nació del método en emulsión y son en cierta

forma similares. Una de las desventajas de la polimerización en emulsión es la dificultad

de coagular y separar el polímero del látex. A menudo se obtienen partículas muy finas

que se filtran muy lentamente, haciendo lenta, costosa e incompleta la eliminación de

sales, jabón y residuos de catalizador. La polimerización en suspensión se diseñó para

suprimir algunas de estas desventajas y obtener directamente el producto granulado. E

estireno, metacrilato de metilo, cloruro de vinilo y acetato de vinilo son polimerizados por

el proceso en suspensión.


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Factores que modifican las propiedades del producto obtenido:

Calidad de las materias primas.

Temperatura de reacción.

Cantidad de catalizador.

Cantidad de estabilizador. Relación monómero / agua.

Tiempo de reacción.

Velocidad de agitación.


MATERIAL Y EQUIPO

Matraz de 3 bocas de 1000 ml.

Refrigerante

Termómetro de -10 a 100°C

Par motor-flecha para agitación mecánica.

Sistema adecuado de calentamiento y enfriamiento.

PROCEDIMIENTO

1. Equipar el matraz de tres bocas con agitación mecánica de 200 – 250 rpm,

refrigerante de reflujo, termómetro y medios de calentamiento y enfriamiento.

2. Adicionar al reactor 150 ml. De agua y 0.25 g. de fosfato tricálcico. Agitar y

calentar a 65°C.

3. Disolver 0.5 gr de peróxido de benzoílo en 40 ml. De monómero de metacrilato de

metilo y añadir al reactor.

4. Calentar lentamente hasta 72°C y mantener a esa temperatura. Después de cierto

tiempo (Aproximadamente 2 horas), la temperatura tenderá a subir hasta 80°C o

más, lo cual indica que la reacción a finalizado.

5. Una vez terminada la reacción proceder a enfriar y separar el producto (perlas)del

agua por decantación. Lavarlo varias veces con agua y ponerlo a secar a una

temperatura no mayor de 50°C para evitar la degradación del polímero.


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CUESTIONARIO

1. Defina el concepto de polimerización por suspensión.

________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

2. Indique cuales son los factores principales que intervienen en la polimerización por

suspensión.

________________________________________________________________________

______________________________________________________________________

3. Explique la diferencia que existe entre una suspensión y una emulsión.

________________________________________________________________________

______________________________________________________________________

4. De acuerdo a sus condiciones de operación observadas en esta práctica, indique

que importancia tienen la cantidad de agua empleada.

________________________________________________________________________

______________________________________________________________________

5. La polimerización por suspensión es recomendable para obtener polímeros de

valores de Tg altos. Explique por qué.

________________________________________________________________________

______________________________________________________________________

6. De los reactivos empleados en el experimento, diga cual es la función de cada uno

de ellos.

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

______________________________________________________________________

7. Indique cuales son las ventajas y desventajas que presenta el proceso de

polimerización por suspensión, con respecto al de masa y emulsión.

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

______________________________________________________________________

8. Escriba la reacción de polimerización ( hasta tres unidades monoméricas ),

indicando que tipo de mecanismo se lleva acabo.


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PRACTICA No. 3

“RESINAS TERMOFIJAS”

Objetivo: Obtener una resina fenólica tipo novolaca por condensación de fenol y formaldehído.

INTRODUCCION

Las resinas termofijas son productos de un métodos homogéneo de polimerización y se

obtiene principalmente por policondensación. Además por una reacción química de

entrecruzamiento llamada curado, sufren una transformación física y química irreversible para

transformarse sustancialmente en infusibles e insolubles.

Las resinas termofijas más importantes desde un punto de vista histórico y de aplicación

comercial son las fenólicas, amínicas, las poliéster insaturadas, las espumas de poliuretano entre

otras.

Las resinas termofijas tienen gran volumen de aplicación en: recubrimientos, moldeados,

laminados, abrasivos, adhesivos, textiles, papel y otras de menor volumen.


Las resinas fenólicas son productos de la policondensación de fenoles y aldehídos

empleando iniciadores de carácter ácido o básico según se requiera. Además del fenol como

principal reactante, también pueden utilizarse otros fenoles incluyendo los resoles, xilenoles y el

resorcinol y en lugar de formaldehído se puede emplear acetaldehído o furfuraldehído.

Las resinas fenólicas pueden dividirse en dos grandes grupos: Los resoles y las novolacas.

-

RESOLES: Son resinas producidas en una sola etapa. Se obtienen con relación molar de

formaldehído/fenol mayor de uno por catálisis alcalina y son productos

termoendurecibles.

-

NOVOLACAS: Estas resinas se producen en dos etapas y su relación molar

formaldehído/fenol es menor de uno, el catalizador empleado es de carácter ácido.

Los productos resultantes son termoplásticos y para endurecerlos es necesario aplicar

un exceso de formaldehído o algún agente reticulante como la hexametilentetramina.


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En general, se puede clasificar el tipo de resina obtenido en función del catalizador y la

relación molar formaldehído/fenol aplicada.

TIPO DE CATALISIS FRACCIÓN MOLAR FORMALDEHÍDO/FENOL

Mayor de uno Menor de uno

Ácida Reacción Incontrolable NovolacasAlcalina Resoles Novolaca altamente sustituida

en posición orto del fenol.

También se tiene que para determinados fines prácticos, existen ciertas variables que

pueden ser controlados para producir ligeros cambios en las propiedades finales de la

resina tales como:

-

Tiempo de reacción.

-

Temperatura de reacción.

-

Orden de adición de los reactivos.-

pH de la reacción.

- Calidad del fenol y formaldehído empleados.

- Uso de modificadores durante y después de la reacción.


Material:

1 Matraz de tres bocas de 500 ml.

1 Par motor –

flecha para agitación mecánica. 1 Refrigerante

1 Termómetro de -10 a 150ºC

Sistema adecuado de calentamiento y enfriamiento

Reactivos:

Fenol

Formaldehído (Solución acuosa al 37%)

Ácido oxálico


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PROCEDIMIENTO

1.

Equipar el matraz de 3 bocas (reactor) con refrigerante de reflujo, agitación mecánica

(300rpm), termómetro y medios adecuados de calentamiento y enfriamiento.

2.

Adicionar al reactor 62.5 g. de fenol, 1.25 g. de ácido oxálico y 43 ml. De solución acuosa

de formaldehído al 37%.3.

Calentar lentamente hasta llegar a la temperatura de reflujo (92 – 93ºC).

4.

Mantener la reacción a la temperatura de reflujo por dos horas.

5.

Adaptar el refrigerante para un sistema de destilación simple o a vacío (si se dispone del

equipo necesario) y eliminar el agua de la resina hasta una temperatura no mayor de

135ºC.

6. Verter la resina en caliente en un reactor en un recipiente adecuado para que se enfríe y

solidifique.

CUESTIONARIO

1.- Explique en qué consiste la policondensación.

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________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

2.- Indique de qué depende que se obtenga un resol o una novolaca.

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________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

3.- Diga a qué se debe que un resol tenga mayor tolerancia al agua que una novolaca.

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________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

4.- ¿Por qué se requiere aplicar vacío para eliminar el agua de la resina?

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5.- Mencione algunas aplicaciones industriales de las resinas fenólicas.

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6.- Escriba la ó las reacciones efectuadas con sus respectivos mecanismos.

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________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

7.- De acuerdo a las cantidades de reactivos empleados y la reacción que se lleva a cabo, calcule la

relación molar formaldehído/fenol y la cantidad de agua que debe eliminarse.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

8.- Represente el diagrama correspondiente al proceso industrial para la obtención de resinas

fenólicas, tomando como base el equipo de laboratorio.


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PRACTICA No. 4

“FORMULACION DE UN PLASTISOL”

INTRODUCCION

Un plastisol es una suspensión coloidal de resinas de PVC, cargas, estabilizadores y aditivos

que quedan en forma de compuesto líquido, el cual puede ser curado con calor para sí

solidificación completa. Los plastisoles tienen la particularidad de ser desde líquidos que fluyen

libremente hasta pastas sólidas que pueden modificarse dimensionalmente por efecto de la

presión (tal como ocurre con las pastas de dientes). Los plastisoles pueden procesarse por diversas

técnicas como son: moldeo rotacional, recubrimientos, con cuchillas o rodilla, por inmersión, por

esperado y moldeo, por “slush” y a baja presión. Sin embargo durante el proceso de curado

presentan un ligero incremento en su volumen debido a sus propiedades de flujo, sin embargo en

la práctica estos pequeños cambios no presentan mayor dificultad en los procesos detransformación. Debido a la facilidad y variedad en los procesos de aplicación de los plastisoles, las

aplicaciones son desarrolladas en mercados como:

- Fabricación de pelotas.

- Recubrimientos tipo piel para los mercados de tapicería y confección.

- Telas plásticas con aplicación a la industria del calzado.

- Recubrimientos de metales.

Cabe señalar la importancia que tienen en la producción de un plastisol dos aspectos:

primero las técnicas de formulación en cuanto a las propiedades que le son dadas por el tipo,

cantidad y calidad de los aditivos y segundo las técnicas y equipos adecuados de mezclado que

permitan integrar todos los componentes eficazmente, es decir que sea una mezcla homogénea y

de viscosidad adecuada al proceso al que son destinados.

Como se señaló, la viscosidad en los plastisoles es un factor de suma importancia, el

comportamiento del flujo, que presentan es de conducta diletante y tixotrópica. Si se entiende a la

viscosidad como la resistencia a la deformación continua sujeta a un esfuerzo de corte, el

comportamiento típico de estos es newtoniano, dilatante y tixotrópico.

La transformación del plastisol de líquido a sólido es lograda por medio de calor, a este

proceso se conoce como gelado, y se caracteriza por un incremento en la viscosidad del

compuesto.

Nota: Tómese el término de compuesto a una mezcla polimérica formulada por medio de calor,

por lo tanto tómese la temperatura de gelificación, la cual está entre 65ºC y 70ºC

aproximadamente, esto dependiendo del tipo de formulación; sin embargo el curado es obtenido

posteriormente, entre 170ºC y 190ºC, cuando el compuesto adquiere las propiedades mecánicas

en cuanto a su resistencia a la ruptura, desgarre, abrasión, dureza, etc.


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La viscosidad de los plastisoles es usualmente medida en la industria como viscosidad aparente en

un viscosímetro brookfield a velocidades entre 2.5 a 2.0 RPM con agujas de acuerdo a la viscosidad

que presentan (Las agujas más delgadas serán propias a los plastisoles más viscosos). Es

importante señalar que debido a la dilatancia de algunos plastisoles es necesario formular con

diluyentes y/o agentes que permitan modificar la tensión superficial de los plastisoles y poder

eliminar el aire aduido que queda atrapado durante el mezclado. En casos extremos es necesario

adicionalmente aplicar vacío a las pastas o plastisoles.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

En esta práctica el alumno debe:

- Desarrollar las técnicas de formulación de plastisoles en cuanto a las características

que le imprimen los aditivos.

- Formular un plastisol esponja o espumado y un plastisol por inmersión.

DESARROLLAR DE LA PRÁCTICA

Equipo:

- Horno de circulación forzada (debe alcanzar temperaturas entre 200ºC y 230ºC, con

sensibilidad de ± 1ºC.

-

Durómetro Shore-A.

- Viscosímetro Brookfield LVT.

- Calibrador de espesores tipo “Mitutoyo” de 0-0.210 pulg.

-

Aplicador de película con varilla de vidrio.

- Balanza digital con sensibilidad de 0.01 g.

Material:

- Mortero 15 – 20 cm. De diámetro.

- Vasos de precipitados de polipropileno de 400 ml.

- Espátulas de 15 cm. De largo.

- Papel silicona tipo “Reléase”.

- Resina PVC emulsión estándar y para espumado tipo Geón – 121 o equivalente.

- Plastificantes DOP, DBP, TCP y DOA.

- Kicker (activador de espumado) tipo Mark – 2053.

- Carga, CaCO3 (puede usarse caolín o talco).

- Agente esponjante en pasta Azodiarbonamida al 50%.

- Activador, ZnO, en pasta al 50%.

- Estearato de aluminio (agente tixotrópico).

- Pigmentos.


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PROCEDIMIENTO

Preparación del Plastisol

Como se indicó en los objetivos, se prepararán dos plastisoles; plastisol espumado y

plastisol para inmersión. En ambos casos los ingrediente deberán ser pesados cuidadosamente,

iniciando con los líquidos y permitiendo que la resina solvate perfectamente en el plastificante,

antes de agregar la carga y pigmentos en los casos que lo requieran. Una vez dispersados los

aditivos deben molerse, de preferencia en molino de tres rodillos, o bien en un mortero en forma

manual hasta conseguir una mezcla homogénea. Las formulaciones típicas para estas aplicaciones

se presentan a continuación, pudiendo ser modificadas o ajustadas en la experimentación, como

ocurre en el ajuste de viscosidad el cual es hecho con ayuda de diluyentes o bien con plastificantes

de baja viscosidad, como el DOA. Todas las formulaciones utilizan la proporción, PHR ó PCR, que

significa partes por cien de resina.

PLASTISOL ESPUMADO PHR OBSERVACIONES

Resina PVC emulsión (tipo Geón-124) 100TPC (fosfato de ticresilo) 65 – 120 Dependiendo de la dureza.

DBP azodicarbonamida 20 – 30 Dependiendo del grado de expansión.

Kicker de Zn (M – 2053) 2 – 3

Kicker de ZnO ó TiO2 5 – 10 Agregar sólo en caso que no se alcance el

grado de expansión.

CaCO3 5 – 20 Agregar para modificar dureza y estructura

de la celda.

Nota: El plastificante puede agregarse en combinación con DOP en la proporción que no altere la

estructura regular de las celdas.

Las espumas de PVC se utilizan ampliamente en la fabricación de calzados – tenis, en chalecos

salvavidas, tapicería, etc. La celda es formada por la liberación de gases, principalmente N2, que se

obtienen por la descomposición térmica del agente esponjante (azodicarbonamida).

PLASTISOL PARA INMERSION

Resina PVC emulsión G-121 100

DOP 44

DOA 30

Estabilizador BuCd 3CacO3 10

Diluyente tipo nafta Según viscosidad (12000 cp con Brookfield 20 RPM)

El plastisol por inmersión se utiliza en la fabricación de botas, recubrimientos de metales y

guantes.


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PRUEBAS

Ambos plastisoles se someterán a las siguientes pruebas:

a) Determinación de la densidad y dureza.

b) Determinación de la viscosidad.

c)

Cálculo de los costos, investigando el valor de las materias primas y reportando en N$/Kg

de plastisol.

d) Determinación del grado de expansión en el plastisol espumado de acuerdo con:

Dónde:

Ve = Vol. Expandido de la muestra.

Vp = Vol. Pregelado de la muestra (s/expander)

% = Porciento de expansión.

Con la ayuda del aplicador de varilla de vidrio y papel “reléase” formar una película de

aproximadamente 0.020” y pregelar un minuto a 200ºC, calibrar y colocar de nuevo hasta

expansión total de 3 a 4 minutos. Deberá tenerse cuidado de secar el papel para evitar la

formación de ampollas.

e)

Cálculo del gramage del plastisol para inmersión, pesando un cuadro de 10 x 10 cm. Y

reportando en Kg/m2 para espesores de placa entre 20 – 60 milésimas de pulgada. Las

probetas se obtienen en el aplicador de varilla de vidrio y se curan en el horno a 170ºC.

compare la densidad del producto curado contra la del plastisol.

REPORTE

El reporte está constituido por:

-

Memoria de las experiencias

-

Cálculos

- Cuestionarios

CUESTIONARIO

Explique el efecto que tiene el Kicker, carga y plastificantes en la estructura de la celda de ellos

plastisoles y espumado.

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________________________________________________________________________________


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Como se modifica la viscosidad en un plastisol para inmersión

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Que aditivos modificaría para incrementar el grado de expansión.

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Por qué no es posible obtener plastisoles con resinas de PVC en suspensión únicamente.

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Que diferencia existe en la concentración PHR y el porciento peso %.

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PRACTICA No. 5

“POLIMERIZACIÓN DE UNA ESPUMA RÍGIDA Y FLEXIBLE DE POLIURETANO”

INTRODUCCION

Los poliuretanos son materiales que se pueden clasificar en los grupos de termoplásticos,

termofijos y elastómeros debido a que presentan características de cada uno de ellos. Estos

polímeros se producen por la reacción de un poliisocianato y un poliol.

O O

ǁ ǁ

C = N – RN = C + HO – R – OH Poliuretano

Isocianato Polialcohol

Cuya estructura típica es:

O O H

ǁ ǁ ǀ

OCN[ - R – NH – C – O – R – OC – N – R -]

Desde el punto de vista riguroso, “uretano”, es el nombre común con que se le conoce al Etil –

Carbamato.

O

ǁ

NH2 – C – O – C2H5

La polimerización a base de puentes de uretano daría origen al producto denominado

“poliuretano”; sin embargo el poliuretano comercial adoptó este nombre erróneamente y por

tanto no pertenece a la familia de ellos carbamatos, ya que es el producto de la policondensación

entre un isocianato y un alcohol polifuncional.

Por lo que respecta a sus aplicaciones; el poliuretano es muy versátil debido a que puede tomar

varias estructuras en el proceso de polimerización y modificándolo con aditivos se consigue en

conjunto una amplia variedad de propiedades. Esta es la razón por la que sus aplicaciones forman

parte de las propiedades. Esta es la razón por la que sus aplicaciones forman parte de los gruposde termoplásticos, termofijos y elastómeros. Las aplicaciones más importantes son:

Espumas flexibles y rígidas

Espumas de piel integral

Poliuretano termoplástico para moldeo

Adhesivos

Barnices y pinturas


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Los mercados más importantes se encuentran en las industrias: Mueblera, del embalaje,

automotriz, de adhesivos (principalmente en el calzado) y de pinturas y recubrimientos orgánicos.

POLIURETANOS TERMOPLÁSTICOS

En este grupo la polimerización entre polioles e isocianatos se conduce de tal forma que las

cadenas son lineales con ausencia de ramificaciones. El resultado es un polímero capaz de ser

transformado a temperatura y presión como todos los termoplásticos. Además de la característica

típica de poder reprocesarse en caso necesario. Las ventajas de estos materiales son:

Alta resistencia al desgaste

Alta resistencia a la ruptura

Estabilidad atmosférica o al ambiente

Resistencia química a disolventes y productos químicos

POLIURETANOS TERMOFIJOS

Estos resultan de la polimerización continua del grupo uretano con isocianato que da lugar a losgrupos, alofanato y biureta, los cuales proporcionan rigidez al material. Además al ramificarse

presentan una estructura entrecruzada, conocida como “cross-linked” que le confiere la propiedad

de los materiales termofijos.

O OCN-R”-NH-CO-NR-NCO

ǁ ǀ

-R-O-C-N-R- CO

ǀ ǀ

CO-NHR’-NCO R”-NH

Grupo Alofanato ǀ

NCOGrupo Biureta

POLIURETANOS ELASTOMÉRICOS (Espumas de poliuretano)

Cuando al poliol y al poliisocianato se le agrega agua, se presenta la reacción:

2R-NCO + H2O RNH-C-NHR + CO2 ↑

ǁ

O

Esta reacción, además de lograr un cierto número de ramificaciones, presenta la gasificación del

CO2, el cual formará celdas en el material durante su evolución, lográndose así un Poliuretano

Espumado. Este efecto también se consigue con agentes esponjantes químicos como el Tricloro-

monoflour-metano, que es un líquido volátil, base para la producción de es Espuma Rígida.

Las pinturas, barnices y lacas de Poliuretano se consiguen bloqueando los hidrógenos activos y

parte de los grupos isocianato, para después formularlo con pigmentos, aceites filmógenos y

aditivos.


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Los aditivos que en general son necesarios para formular los poliuretanos son:

Catalizadores

Inhibidores

Reticulantes

Surfactantes

Agentes espumantes

Retardantes a la flama

Cargas

Antioxidantes

Desmoldantes

Pigmentos

ESPUMAS DE POLIURETANO

Pueden clasificarse en:

Espumas flexibles: Para la fabricación de colchones de alta resistencia y curado en frío,

pueden ser semi-flexibles y de curado caliente.

Espumas rígidas: con dureza propia para embalaje y de procesamiento por espreado.

Espumas elastoméricas: de tipo micromolecular para la industria del calzado y artículos de

piel integral.

Cabe señalar que además de estas características, las espumas tienen evidentemente propiedades

aislantes térmicos y acústicos, lo que amplía el rango de aplicaciones.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Identificar los sistemas de polimerización de las espumas rígidas y flexibles de Poliuretano.

Polimerizar estos sistemas, observando el efecto que tiene la agitación y el tiempo de

reacción en la estructura del material.

*Resilencia, es la propiedad que manifiestan los materiales espumados, los que al ejercer una

fuerza sobre ellos, se recuperan, manteniendo su forma y estructura celular.


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Las espumas flexibles se producen a base de MDI (difenilmetil di-isocianato) y mezcla de

polioles con catalizadores y aditivos, conocida ésta última como sistema “A”. El isocianato

puro en combinación con el prepolímero se le denomina sistema “B”. Las espumas rígidas se

formulan como fuñe indicado anteriormente, por esto los reactivos son :

SISTEMA “A” Mezcla de polioles

SISTEMA “B” Isocianatos

Tricloruro de metilo Solvente

Material:

Vasos de parafina o cartón de 480 ml.

Horno o parrilla eléctrica con regulador de temperatura.

Termómetro de bulbo.

Espátula metálica.

Balanza analítica con sensibilidad de 0.1 mg.

Sistema de agitación (taladro con propela ó agitador mecánico)

PROCEDIMIENTO

Ambos componentes deberán estar a una temperatura entre 20 y 25ºC . las constantes estándar

de cada sistema estarán medidas a 25ºC.

a)

Pesar en un vaso e componente “A”.

b)

En el mismo vaso en el que se pesó el componente “A”, agregar la cantidad proporcionaldel componente “B”.

c)

Agitar intensamente, procurando que quede material son mezclarse en las paredes o en el

fondo del vaso.

d)

Retirar el agitador e introducirlo inmediatamente en un recipiente que contenga

Tricloroetileno o Percloroetileno.

e)

Dejar que la polimerización evolucione la espuma libremente, dejando el vaso en reposo

sobre una superficie plana, o vacía inmediatamente a la cavidad del molde según sea el

caso.

Cantidades a pesar de los dos componentes:

a)

Espuma rígida (RM 100:110).

b)

Espuma flexible (RM 100:57)

Espuma rígida.

WT = 40g.

WA = (40g. / 2.1) =19.047g.

WB = (40 – 19.047) = 20.950g.


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Espuma flexible

WT = 200g.

WA = (200g. / 1.57) =127.38g.

WB = (200 – 127.38) = 72.61g.

PRUEBAS

Las espumas deberán someterse a las siguientes pruebas y determinaciones:

1.

Densidad, expresada en g/cm3

2.

Dureza Shore “A”.

3.

Tiempo de reacción para la ascensión final.

4.

Examen de la estructura de la celda categorizando si es cerrada, abierta, regular o

irregular.

5.

Probar la resistencia en la espuma flexible.

REPORTE

El reporte deberá estar constituido por:

1.

Memoria de experiencias.

2.

Cálculo de la dureza y la porción estequiométrica de los sistemas.

3.

Resolver el cuestionario dado por el profesor.

manual practicas de polimeros

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