INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL “La técnica al servicio de la patria” ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
INGENIERÍA EN SISTEMAS AUTOMOTRICES.
QUIMICA BÁSICA (LABORATORIO)
PRÁCTICA No. 5 “OBTENCIÓN DE UNA RESINA FENÓLICA”
OBJETIVO: El alumno conocerá un proceso de polimerización. MARCO TEÓRICO POLÍMEROS Los polímeros son sustancias cuyas moléculas son, por lo menos aproximadamente, múltiplos de unidades de peso molecular bajo. La unidad de bajo peso molecular es el monómero. Si el polímero es rigurosamente uniforme en peso molecular y estructura molecular, su grado de polimerización es indicado por un numeral griego, según el número de unidades de monómero que contiene; así, hablamos de dímeros, trímeros, tetrámero, pentámero y sucesivos. El término polímero designa una combinación de un número no especificado de unidades. Hay polímeros naturales como ciertas proteínas globulares y policarbohidratos, cuyas moléculas individuales tienen todas el mismo peso molecular y la misma estructura molecular; pero la gran mayoría de los polímeros sintéticos y naturales importantes son mezclas de componentes poliméricos homólogos. La pequeña variabilidad en la composición química y en la estructura molecular es el resultado de la presencia de grupos finales, ramas ocasionales, variaciones en la orientación de unidades monómeros y la irregularidad en el orden en el que se suceden los diferentes tipos de esas unidades en los copolímeros. Estas variedades en general no suelen afectar a las propiedades del producto final, sin embargo, se ha descubierto que en ciertos casos hubo variaciones en copolímeros y ciertos polímeros cristalinos. Lo que distingue a los polímeros de los materiales constituidos por moléculas de tamaño normal son sus propiedades mecánicas. En general, los polímeros tienen una muy buena resistencia mecánica debido a que las grandes cadenas poliméricas se atraen. Las fuerzas de atracción intermoleculares dependen de la composición química del polímero y pueden ser de varias clases. -
Polímeros termoplásticos:
El nombre proviene de que son deformables a temperaturas lo suficientemente altas. A temperaturas normales de operación son rígidos. Un ejemplo de este tipo de plásticos es el PVC. Nos podemos representar un polímero de este tipo como formado por una serie de cadenas poliméricas más o menos entrelazadas entre sí. Este entrecruzamiento proporciona rigidez al polímero dificultando el movimiento de las cadenas. Los termoplásticos son polímeros de cadenas largas que cuando se calientan se reblandecen y pueden moldearse a presión. Representan el 78-80% de consumo total. Los principales son: * Polietileno
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Éste es el termoplástico más usado en nuestra sociedad. Los productos hechos de polietileno van desde materiales de construcción y aislantes eléctricos hasta material de empaque. Es barato y puede moldearse a casi cualquier forma, extruírse para hacer fibras o soplarse para formar películas delgadas. Según la tecnología que se emplee se pueden obtener dos tipos de polietileno Polietileno de Baja Densidad: Dependiendo del catalizador, este polímero se fabrica de dos maneras: a alta presión o a baja presión. En el primer caso se emplean los llamados iniciadores de radicales libres como catalizadores de polimerización del etileno. El producto obtenido es el polietileno de baja densidad ramificado. Polietileno de alta densidad (HDPE). Cuando se polimeriza el etileno a baja presión y en presencia de catalizadores ZieglerNatta, se obtiene el polietileno de alta densidad (HDPE). La principal diferencia es la flexibilidad, debido a las numerosas ramificaciones de la cadena polimérica a diferencia de la rigidez del HDPE. Se emplea para hacer recipientes moldeados por soplado, como las botellas y los caños plásticos. -
Elastómeros.
La estructura de un elastómero son cadenas están unidas entre sí mediante enlaces químicos. Un elastómero debe poseer, una temperatura de transición vítrea inferior a la ambiente. Es decir, la interacción estérica de las cadenas no debe estar presente y el único vínculo de unión entre estas cadenas debe ser suministrado por los puentes. Esta estructura peculiar es la que proporciona elasticidad al material. Las cadenas pueden ser deformadas ante un esfuerzo externo pero tenderán a volver a su estado inicial por acción de los cross-linkers. Los polímeros elastómeros son aquellos polímeros que muestran un comportamiento elástico, es decir, se deforman al someterlos a una fuerza pero recuperan su forma inicial al suprimir la fuerza. Clasificación según su comportamiento a alta temperatura:
Elastómeros termoestables:
Al calentarlos no cambian de forma y siguen siendo sólidos hasta que, por encima de una cierta temperatura, se degradan. La mayoría de los elastómeros pertenecen a este grupo.
Elastómeros termoplásticos:
Al elevar la temperatura se vuelven blandos y moldeables. Sus propiedades no cambian si se funden y se moldean varias veces. Este tipo de materiales es relativamente reciente, el primero fue sintetizado en 1959. Familias principales:
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* Estirénicos (SBCs): Estireno-butadieno-estireno (SBS) de alto y bajo contenido en estireno, Estireno-etileno-butadieno (SEBS), Estireno-isopreno (SIS) * Olefínicos (TPOs) * Vulcanizados termoplásticos (TPVs) * De poliuretano (TPUs) * Copoliésteres (COPEs) * Copoliamidas (COPAs)
Polímeros termoestables:
Los polímeros termoestables, termofraguantes o termorígidos son aquellos que solamente son blandos o "plásticos" al calentarlos por primera vez. Después de enfriados no pueden recuperarse para transformaciones posteriores. Esto se debe a su estructura molecular, de forma reticular tridimensional. En otras palabras, constituyen una red con enlaces transversales. La formación de estos enlaces es activada por el grado de calor, el tipo y cantidad de catalizadores y la proporción de formaldehído en el preparado base. Algunas de sus propiedades físicas más importantes son: es un material compacto y duro, fusión dificultosa (la temperatura los afecta muy poco), es insoluble para la mayoría de los solventes, su crecimiento molecular es en proporción geométrica frente a la reacción de polimerización (generalmente es una Policondensación). OBJETIVO: El alumno conocerá un proceso de polimerización. Material:
1 Vaso de precipitados de 600cc. 2 Vasos de precipitados de 100cc. 1 Termómetro. 1 Agitador. 1 Pipeta de 5cc. 1 Pinza universal. 2 Asas de alambre de Cobre. 1 Mechero, anillo y tela de alambre con asbesto.
Reactivos:
Resorcinol Ácido Clorhídrico. Hidróxido de sodio. Formaldehído.
PROCEDIMIENTO PROCEDIMIENTO 1.
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Pese 2 gramos de Resorcinol y colóquelos en un vaso de 100cc. Agregue 3cc. De formaldehído. Coloque el vaso en baño maría (Vaso de precipitados de 600cc.), caliente manteniendo la temperatura del baño a 50°C hasta que se hayan disuelto todos los cristales de Resorcinol . Agite la solución mientras se están disolviendo los cristales. Retire el agitador y en su lugar utilice un asa de Cobre. Caliente a baño maría hasta 70°C (no sobrecaliente). Mantenga esta temperatura durante 10 minutos. Retire el vaso del baño maría y déjelo enfriar. Cuando la mezcla se haya enfriado, agregue gota a gota Hidróxido de Sodio (6 M) lentamente hasta que se efectúe la reacción (use el alambre para extraer el plástico del vaso). Examine el producto. PROCEDIMIENTO 1. Pese 2 gramos de Resorcinol y colóquelos en un vaso de 10cc. Agregue 3cc. De formaldehido. Coloque el vaso en baño maría (vaso de precipitados de 600cc.), caliente manteniendo la temperatura del baño a 50°C hasta que se hayan disuelto todos los cristales, como en el procedimiento “A”. Retire el vaso de 100cc. Del baño maría y coloque un asa de alambre de cobre. Con precaución agregue ácido clorhídrico concentrado gota a gota (con un gotero) hasta que se realice la reacción. Examine el producto (use el asa de alambre para extraer el plástico del vaso). CUESTIONARIO 1. ¿Qué es un polímero? Es el producto de la unión de miles de monómeros mediante una síntesis conocida como polimerización, dando así como producto una enorme cadena, polímeros. La polimerización por la cual se obtienen polímeros es conocida como polimerización en cadena, el tamaño de dicha cadena dependerá de diversos factores (tales como la temperatura, velocidad de reacción, masa, etc.) 2. Explique qué es una reacción de policondensación En esta reacción se forman macromoléculas a partir de los componentes básicos del mismo tipo o diferentes, poseen por lo menos 2 grupos de reactivos; durante el proceso se desprenden productos secundarios simples y de bajo peso molecular como el agua, el ácido clorhídrico y otras sustancias similares. 3. ¿Qué características presenta el producto obtenido en el procedimiento 1? Al realizar el procedimiento 1, se obtuvo un plástico por medio de polimerización en cadena del resorcinol y formaldehido, así obtuvimos nuestra primera muestra, después de mantenerlo a temperatura alta y constante posteriormente le fue agregado hidróxido de sodio y después de un tiempo de reposado se realizó la extracción y observación del
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producto, un capa plástica de color rosa transparente, era un poco maleable debido a la inconsistencia o los diversos factores de reacción del resorcinol. 4. ¿Qué características presenta el producto obtenido en el procedimiento 2? Al realizar el procedimiento 2, al igual que en el procedimiento anterior, obtuvimos un plástico por medio de polimerización en cadena del resorcinol y formaldehido, posterior a obtener la primer muestra, para aumentar la velocidad de reacción aumentamos la temperatura, posteriormente le fue agregado ácido clorhídrico, el cual al hacer contacto con la muestra, reaccionó al instante, posteriormente de dejo en reposo y se realizó la extracción y observación del producto, una capa plástica de color rosa opaco, era totalmente sólida y rugosa. 5. ¿Qué tipo de plástico se formó en cada uno de los procedimientos? Por las propiedades físicas que presentó posterior a la polimerización, se formó un polímero termoestable. ANEXOS
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Imagen 1. Adición del hidróxido de sodio en la primer muestra. Imagen 2. Primer muestra lista para calentar. Imagen 3. Primer muestra sometida a un incremento de temperatura. Imagen 4. Adición del ácido clorhídrico en la segunda muestra. Imagen 5. Ambas muestras después del reposo. Imagen 6. Primer muestra extraída.
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