UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
Ingeniería de Materiales
LABORATORIO Nº08 I.
TÍTULO: Polimerización completa del Alcohol Polivinílico.
II.
OBJETIVOS 2.1. Desarrollar la polimerización completa del alcohol Polivinílico, mediante policondensación.
2.2. Explorar el cambio en las propiedades físicas de un polímero como resultado del enlazamiento transversal.
2.3. Explorar el cambio en las propiedades físicas como resultado del enlazamiento transversal de los polímeros.
2.4. Comprender el concepto de viscoelasticidad. III.
FUNDAMENTO TEÓRICO 3.1. ALCOHOL POLIVINÍLICO: El polímero usado es el alcohol Polivinílico, cuyo monómero tiene la siguiente formula química:
CH2 = CH ˗ OH El Bórax es borato de sodio, Na 3BO3. El Bórax realmente se disuelve para formar ácido bórico, H3BO3. Esta solución borato – ácido ácido bórico es una solución buffer (solución amortiguadora o reguladora) c on un pH de aproximadamente 9 (básica). El ácido bórico aceptará un hidróxido OH - del agua como es indicada a continuación:
B(OH)3 + 2H3O
B()− + H3O+ pH = 9.2
El PVA es único entre los polímeros (compuestos químicos formados por moléculas grandes y de unidades múltiples) en que no se construye en reacciones de polimerización de moléculas precursoras de una sola unidad conocidas como monómeros.
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Fig. Nº01: Molécula del boro hidrolizada. La molécula hidrolizada luego actuará en una reacción de condensación con PVA como se detalla a continuación:
Fig. Nº02: Mecanismo de reacción para el enlazamiento cruzado del PVA. En esta ilustración, dos moléculas de PVA se muestran que están siendo enlazadas transversalmente por una molécula de bórax hidratado. También son producidas cuatro moléculas de agua. El material resultante es aproximadamente 95% de agua. Es el agua que da la flexibilidad al polímero. Puede hacer observaciones en donde verifique conforme el polímero se va secando, éste regresa a su fase sólida, si está aplicando como película, generará una hoja rígida y casi transparente.
3.2. PROPIEDADES: 1. El alcohol polivinílico tiene excelentes propiedades para formar películas, como emulsionante y como adhesivo. 2. También es resistente al aceite, grasas y disolventes. Es inodoro y no tóxico.
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3. Tiene alta resistencia y flexibilidad, así como alta propiedades de barrera para el oxígeno y los aroma. Sin embargo, estas propiedades dependen de la humedad, es decir, con mayor humedad más agua es absorbida. 4. El agua, que actúa como un plastificante, a su vez reducirá su resistencia a la tracción, pero aumentan su elongación y resistencia al desgarro. 5. El PVOH es totalmente degradable y se disuelve rápidamente. 6. El PVOH tiene un punto de fusión de 230°C y 180-190ºC para los grados
totalmente
hidrolizado
y
parcialmente
hidrolizado
respectivamente. 7. Se descompone rápidamente por encima de 200°C. El poli (alcohol de vinilo) no funde como un termoplástico, sino que se descompone por pérdida de agua de dos grupos hidroxilos adyacentes a temperaturas superiores a 150°C. 8. Los enlaces dobles permanecen en la cadena y, a medida que se forman más en posiciones conjugadas, tiene lugar una coloración importante. 9. Aunque el poli (alcohol de vinilo) es amorfo cuando no está estirado, puede estirarse dando una fibra cristalina por ser los grupos hidroxilo lo bastante pequeños para encajar en un retículo cristalino a pesar de la estructura de cadena atáctica. 10. El poli (alcohol de vinilo) es soluble en agua. Se disuelve lentamente en agua fría, pero lo hace más rápidamente a temperaturas elevadas, y puede normalmente disolverse a más de 90°C.
3.3. USOS: El alcohol polivinílico es la materia prima para hacer otros polímeros como: 3.3.1. Nitrato de polivinilo (PVN): Se trata de un éster del ácido nítrico y el alcohol de polivinilo. El nitrato de vinilo se puede utilizar en algunos propulsores y explosivos moldeables. 3.3.2. Polivinil
acetales: los poli (acetales de vinilo) se preparan por
reacción de aldehídos con el alcohol de polivinilo. El Polivinil
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butiral (PVB) y Polivinil formal (PVF) son ejemplos de esta familia de polímeros. Se preparan a partir de alcohol de polivinilo, por reacción con butiraldehído y el formaldehído, respectivamente. 3.3.3. El alcohol polivinílico se utiliza como ayuda en la polimerización en emulsión, como coloide protector, para hacer dispersiones de acetato de polivinilo. Esta es la aplicación más grande del mercado en China. 3.3.4. En Japón, su uso principal es la producción de fibra vinylon o vinalon. 3.3.5. En las fibras de poli (alcohol de vinilo), la forma final del polímero es insoluble en agua como resultado de un tratamiento químico. 3.3.6. El polímero se hila en húmedo a partir de agua caliente pasando por una disolución acuosa concentrada de sulfato de sodio que contiene ácido sulfúrico y formaldehído
Fig. Nº03: El polímero se insolubiliza por la formación de grupos formal. Algunos otros usos de alcohol polivinílico incluyen: 1. Papel adhesivo con ácido bórico en el bobinado de tubo en espiral y la producción de cartón compacto. 2. Espesante, modificador, de colas de acetato de polivinilo 3. Apresto textil 4. Revestimientos de papel. 5. Como una película soluble en agua útil para el embalaje. Un ejemplo es el sobre que contiene detergente para la ropa en "liqui-tabs". Otro ejemplo son las bolsas de cebo que se disuelven en agua para la pesc a deportiva en agua dulce.
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Fig. Nº04: Detergente para la ropa en bolsitas de película soluble en agua (liqui-tabs). 6. Higiene femenina y productos de incontinencia para adultos como lámina de plástico biodegradable. 7. Barrera de dióxido de carbono en botellas de tereftalato de polietileno (PET). 8. Como un agente de liberación del molde para ciertos polímeros 9. Juguete para niños cuando se combina con bórax forma un producto gelatinoso viscoso que escurre (juguete llamado Slime, Flubber u otros nombres comerciales).
Fig. Nº05: Flubber o slime con colorante verde añadido. El polímero normalmente no tiene color. 10. Se utiliza en gotas para los ojos y como una solución lubricante para lentes de contacto rígidos. También como agente de lágrimas artificiales para el tratamiento del ojo seco.
Fig. Nº06: Gotas para el alivio del ardor e irritación debido a sequedad ocular (Alcohol polivinílico al 1.4%).
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11. Fibra de PVOH, como refuerzo en el concreto.
Fig. Nº07: Fibra de PVOH soluble en agua fría. 12. Se utiliza en protección guantes resistentes a químicos.
Fig. Nº08: Guantes de protección contra productos químicos con revestimiento de alcohol de polivinilo. 13. Se utiliza como fijador para la recogida de muestras, en especial las muestras de heces. 14. Como un agente de embolización en procedimientos médicos 15. Excipiente, recubrimiento de pastillas, biofermentación y tópicos para productos farmacéuticos.
