DETERMINACIÓN DEL PESO MOLECULAR DEL PVA USANDO EL MÉTODO DE LA VISCOSIDAD.docx

Laboratorio Materiales Poliméricos Universidad de Antioquia

DETERMINACIÓN DEL PESO MOLECULAR DEL PVA USANDO EL MÉTODO DE LA VISCOSIDAD INTRÍNSECA 1: Estudiante Ingeniería de Materiales, Universidad de Antioquia. Medellín, Colombia. :

1MATERIALES Y MÉTODOLOGIA 1.1 Materiales Soluciones diluidas de PVA Agua Viscosímetro Ubbelohde Cronómetro Termómetro 1.2 Metodología 1.2.1 Descripción del procedimiento En la figura 1, se describe el procedimiento general empleado para determinar el peso molecular del PVA usando el método de la viscosidad intrínseca. Nota: Para el desarrollo experimental se consideró una temperatura de 30°C.

Viscosidad intrínseca

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Figura 1.Determinación del peso molecular del PVA usando el método de la viscosidad A continuación experimental.

se describen las relaciones matemáticas empleadas durante el desarrollo

Las concentraciones estándares de PVA se prepararon a partir de una solución madre y empleando la siguiente relación: C1 V 1=C 2 V 2 (1) Donde: C2: Concentración estándar de PVA V1: Volumen inicial (25 ml) C1: Concentración de la solución madre (1 %) V2: Volumen necesario de agua para obtener la disolución estándar.

Viscosidad intrínseca VISCOSIDAD INTRNSECA

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Para determinar la viscosidad intrínseca se emplearon los parámetros de viscosidad relativa (ηr), viscosidad específica (ηsp), viscosidad reducida (ηred) y viscosidad inherente (ηinh), definidas mediante las expresiones 2, 3, 4 y 5 [1]. t ηr = (2) t0 t ηsp = −1(3) t0 η¿ =

ηsp ( 4) C

η ¿ r ¿¿ ln ¿ ¿ ηinh =¿

Donde: t :tiempo que tarda el disolvente en pasar a través de los enrases (s). to: tiempo que tarda el solvente puro en pasar a través de los enrases (s). C: concentración (g/ml) Así mismo , se emplearon las relaciones de Huggis y Kraemer dadas por las siguientes expresiones [1]: η ¿ ¿ η ¿H ¿ ¿

6)

ηsp =¿ C


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η ¿ ¿ η ¿k ¿ ln ηr =¿ C Donde: KH: Constante de Huggis KK: Constante de Kraemer Finalmente el peso molecular del PVS se calculó a partir de la relación de viscosidad intrínseca dada por la ecuación empírica de Mark-Houwink-Kuhn- Sakurada (MHKS): η=K M W a (8)

Donde: K: 73.4x 10-3 ml/g [2] a: 0.63[2] M W : Peso molecular medio 1.2.2 Datos técnicos En la tabla 1 se describen las concentraciones estándares de PVA preparadas y el tiempo promedio que tardó cada solución en recorrer el espacio entre los dos enrases. Tabla 1.Concentraciones estándares de PVA y tiempo de recorrido entre los enrases. Desviación Tiempo Concentración Ensayo estándar promedio (s) (g/ml) 1 2 3 4 5 6 7 8 9


---0,01 0,04 0,08 0,1 0,4 0,6 0,8 1

70,67 72,00 74,00 78,00 79,00 98,33 116,00 131,00 148,67

0,58 1,00 0,00 0,00 0,00 1,53 0,00 2,65 0,58

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2RESULTADOS Y ANÁLISIS De acuerdo a los resultados registrados en la tabla 1, y empleando las ecuaciones (2), (3), (4) y (5) se obtuvieron los siguientes valores de viscosidad. Tabla 2.Valores de las diferentes viscosidades Viscosidad Viscosidad Viscosidad Viscosidad Ensayo específica reducida inherente relativa (ηr) (ηsp) (ηred) (ηinh) 1 --------2 1,02 0,02 1,89 1,87 3 1,05 0,05 1,18 1,15 4 1,10 0,10 1,30 1,23 5 1,12 0,12 1,18 1,11 6 1,39 0,39 0,98 0,83 7 1,64 0,64 1,07 0,83 8 1,85 0,85 1,07 0,77 9 2,10 1,10 1,10 0,74 A partir de los datos reportados en la tabla 2, y empleando la relación entre la viscosidad y la concentración demostrada empíricamente por Huggins y Kraemer, ecuaciones (6) y (7) se obtuvo la siguiente gráfica.

Figura 2. Relación entre viscosidad y la concentración demostrada por Huggins y Kraemer. Viscosidad intrínseca

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Debido a que aún en soluciones muy diluidas las moléculas del polímero son capaces de tener interacciones intermoleculares, para eliminar estas interacciones fue necesario extrapolar a concentración cero para obtener las viscosidades inherentes y reducidas, conocidas como viscosidad intrínseca. En la tabla 2 se recopilaron los valores de cada una de las viscosidades asociadas a las interacciones entre las moléculas del polímero y la solución. De la figura 2, se obtuvieron las constantes de K H y KK, dadas por 0,22 y -0,18 respectivamente. Así mismo, de la ecuación de la recta, se obtuvo de acuerdo a Kraemer una viscosidad intrínseca de 0,89 y a Huggins un valor de 0,92.Sin embargo, para efectos de cálculo y considerando la proximidad entre ambos valores, se promediaron, obteniendo un valor de viscosidad intrínseca de 0,91ml/g. La viscosidad intrínseca es una medida indirecta del peso molecular, o sea, del tamaño promedio de moléculas que definen al polímero. Conocida la viscosidad intrínseca, y a partir de la ecuación (8), se obtuvo un peso molecular medio de 54,45 g/mol. Teóricamente existe una relación KH-KK =0,5, sin embargo esta relación no se cumple en muchos sistemas. Para el sistema en consideración se obtuvo una relación de 0,41, el cual no se encuentra muy alejado de las tolerancias habituales debido a la similitud que presentaron los valores de viscosidad intrínseca determinados. Respecto a la ecuación de Mark-Houwink-Sakurada (8), en la cual Mv es el peso molecular viscosimétrico promedio y K y a son constantes para un sistema dado polímero/disolvente/temperatura, de acuerdo al valor teórico de a, se evidencia que este no corresponde a condiciones theta, por lo que posiblemente la cadena presente entonces sus dimensiones perturbadas. 3RESPUESTA A LAS PREGUNTAS 3.1 ¿Qué es el volumen hidrodinámico? El volumen hidrodinámico está ligado al producto entre la viscosidad intrínseca y el peso molecular [η] ⋅ M.[3] Normalmente, una molécula de alto peso molecular en un buen disolvente adquiere un gran volumen hidrodinámico y la viscosidad de la solución aumenta. En el caso de los polielectrolitos, el volumen hidrodinámico depende, no sólo del peso molecular, sino también del número y distribución de grupos iónicos en la cadena del polímero. Los grupos iónicos pueden causar repulsión entre las cadenas, lo cual da lugar a una expansión de la molécula y, en consecuencia, un incremento de la viscosidad de la solución[1]. Cuanto mayor es la afinidad del disolvente por el polímero mayor será la esfera y mayor será el volumen hidrodinámico. Cuando disminuyen las interacciones entre polímero y disolvente, aumentan las interacciones intermoleculares, se contrae el volumen hidrodinámico y baja la viscosidad de la solución.


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3.2Las condiciones usadas en el experimento, ¿corresponden a condiciones theta? Existen diferentes formas de medir la solubilidad de un solvente, entre ellos se encuentra la constante a, definida dentro de los parámetros de la ecuación de Mark-Houwink-Sakurada. Experimentalmente se empleó como solvente agua, la cual a una temperatura de 30 ºC presenta un valor de 0,63, y teóricamente a se define entre 0.5 a 0.8 siendo 0.5 el valor de las dimensiones no perturbadas, por lo tanto el valor considerado no corresponde a condiciones theta. 3.3Calcular las dimensiones no perturbadas, asumiendo condiciones theta. A partir de la ecuación (9): 2

r0 M ¿ ¿ K=ф0 ¿ Donde:

ф 0 : 3.67´1024 K : 73. 4X10-3 M: 54.45 Despejando r0, se obtuvo un valor de 4,011x10-16.

4 CONCLUSIONES A partir de las disoluciones diluidas preparadas, experimentalmente pudieron obtenerse dos curvas que se aproximaron a dos líneas rectas que extrapoladas a concentración nula coincidieron con el parámetro [η] igual a 091ml/g. Este parámetro conocido como viscosidad intrínseca está directamente relacionado con el peso molecular del polímero en disolución (PVA). Respecto a los valores hallados por las expresiones empericas de Huggins y Kraemer puede concluirse que ambas constantes dependen del tipo de polímero, del disolvente y de la temperatura. Asimismo, son independientes del peso molecular. Teóricamente la suma de ambas es igual a 0, 5, sin embargo pudo observarse que esta relación no se cumple para todos los casos ya que experimentalmente se determinó una relación de 0,41. Es importante considerar que la viscosidad intrínseca es una medida del tamaño de una molécula en solución .Por tanto la habilidad de una molécula para aumentar la viscosidad de un disolvente


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depende de las interacciones intermoleculares que están asociadas con el tipo de solvente, el cual para el desarrollo experimental no cumplía con las condiciones theta, ya que el valor de la constante a era diferente de 0.5, valor para el cual la cadena no presenta perturbaciones. 5 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1]

I. J. Fernández, “POLÍMEROS EN SOLUCIÓN Y APLICACIÓN DE LOS POLÍMEROS EN LA INDUSTRIA PETROLERA Iraima J. Fernández,” pp. 1–14.

[2]

Metanomski W. V., Physical Constants of Poly(ethylene). 1999.

[3]

D. E. L. P. Molecular, “ANEXO A: Materiales y métodos.”


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