Determinacion de Densidad de Polimeros

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA

NTC 3577 2000-12-15

DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE PLÁSTICOS POR LA TÉCNICA DEL GRADIENTE DE DENSIDAD

E:

TEST METHOD FOR DENSITY OF PLASTICS BY DENSITYDENSITYGRADIENT TECHNIQUE

CORRESPONDENCIA: CORRESPONDENCIA:

esta norma es equivalente (EQV) a la norma ASTM D 1505:1998.

DESCRIPTORES: DESCRIPTORES:

densidad, plásticos

I.C.S.: 13.080.00 Editada por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) Apartado 14237 Bogotá, D.C. - Tel. 6078888 - Fax 2221435 Prohibida su reproducción

Primera actualización

PRÓLOGO

El Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC, es el organismo nacional de normalización, según el Decreto 2269 de 1993.

ICONTEC es una entidad de carácter privado, sin ánimo de lucro, cuya Misión es fundamental para brindar soporte y desarrollo al productor y protección al consumidor. Colabora con el sector gubernamental y apoya al sector privado del país, para lograr ventajas competitivas en los mercados interno y externo. La representación de todos los sectores involucrados en el proceso de Normalización Técnica está garantizada por los Comités Técnicos y el período de Consulta Pública, este último caracterizado por la participación del público en general. La NTC 3577 (Primera actualización) actualización) fue ratificada por el Consejo Directivo del 2000-12-15 Esta norma está sujeta a ser actualizada permanentemente con el objeto de que responda en todo momento a las necesidades y exigencias actuales. A continuación continuación se relacionan las empresas que colaboraron en el estudio de esta norma a través de su participación durante la Consulta Pública y que pertenecen al Comité Técnico 351301 Materias primas para la industria del plástico.. ACOPLÁSTICOS AJOVER S. A. ANDERCOL S. A. ASESORES EN PLÁSTICO PLÁSTICO CARBOQUÍMICA S. A. COLOMBIANA DE EXTRUSIÓN EXTRUSIÓN S. A. COMPAÑÍA GENERAL DE PLÁSTICOS DEXTON S. A. DICOL LTDA. DUPONT S. A. ECSI EEPPM ETB FLOWTITE ANDERCOL TUBERÍAS IMEC S. A. INSTITUTO DE CAPACITACIÓN E INVESTIGACIÓN DEL CAUCHO Y EL PLÁSTICO

METROAGUA MINISTERIO DE DESARROLLO MUNDIPLAST PAVCO S.A. PETCO PLÁSTICOS INDUSTRIALES PLEXIN LTDA. PROPILCO S. A. PROQUINAL S. A. PVC GERFOR S. A. RALCO S. A. SENA-ASTIN TELECOM TEPCO TRIPLE A DE BARRANQUILLA BARRANQUILLA TUBOSA TUBOTEC TUVINIL

ICONTEC cuenta con un Centro de Información que pone a disposición de los interesados normas internacionales, regionales y nacionales. DIRECCIÓN DE NORMALIZACIÓN

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA COLOMBIANA

NTC 3577 (Primera actualización)

DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE PLÁSTICOS POR LA TÉCNICA DEL GRADIENTE DE DENSIDAD

1.

OBJETO

1.1

Esta norma cubre la determinación de la densidad de los plásticos sólidos.

Este método de ensayo se basa en observar el nivel al cual un espécimen de ensayo se 1.2 hunde en una columna de líquido que presenta un gradiente de densidad, en comparación con patrones de densidad conocida. Nota 1. El método ISO comparable es R1183-1987.

1.3

Los valores expresados en unidades del SI se deben considerar normativos.

La presente norma no pretende considerar todos los problemas de seguridad, si los hay, 1.4 asociados con su uso. Es responsabilidad del usuario de esta norma establecer las prácticas adecuadas de salud y seguridad y determinar la aplicación de las limitaciones regulatorias antes de su uso.

2.

REFERENCIAS NORMATIVAS

Las siguientes normas contienen disposiciones que, mediante la referencia dentro de este texto, constituyen la integridad del mismo. En el momento de su publicación eran válidas las ediciones indicadas. Todas las normas están sujetas a actualización; los participantes, mediante acuerdos basados en esta norma, deben investigar la posibilidad de aplicar la última versión de las normas mencionadas a continuación.

2.1

NORMAS ASTM

ASTM D 941 Test Method for Density and Relative Density (Specific Gravity) of Liquids by Lipkin Bicapillary Pycnometer ASTM D 1928 Practice for Preparation of Compression-Molded Compression-Molded Polyethylene Test Sheets and Test Specimens

1



ASTM D 2839 Practice for Use Use of a Melt Index Strand for Determining Determining Density of of Polyethylene ASTM E 691 Practice for Conducting an Interlaboratory Study to Determine the Precision of a Test Method

2.2

NORMA ISO

ISO R 1183-1987 Methods for Determining the Density and Relative Density of Noncellular Plastics

3.

TERMINOLOGÍA

3.1

DEFINICIÓN

3.1.1 Densidad de los plásticos: el peso por unidad de volumen del material a 23 ºC, expresado de la siguiente forma: 23C

D

3

, g/cm

(1)

Nota 2. La densidad se debe distinguir de la gravedad específica, que es la relación entre el peso de un volumen dado del material con la de un volumen igual de agua a una temperatura determinada.

4.

IMPORTANCIA Y USO

La densidad de un sólido es una propiedad mensurable que suele ser útil como medio 4.1 para seguir los cambios físicos en una muestra, como una indicación de uniformidad entre muestras y como medio de identificación. Este método de ensayo está diseñado para dar resultados con una precisión superior a 4.2 0,05 %. Nota 3. Cuando se desea que la precisión sea de 0,05 % o mejor, el tubo de gradiente se debe construir de manera que distancias verticales de 1 mm representen diferencias en la densidad no mayores que 0,0001 g/cm3. Cuando se necesita menos precisión, el tubo de gradiente se debe construir para la sensibilidad requerida.

5.

APARATOS

5.1

TUBO PARA GRADIENTE DE DENSIDAD

Un tubo graduado, provisto de un tapón de vidrio esmerilado 1.

5.2

BAÑO DE TEMPERATURA CONSTANTE

Un medio para controlar la temperatura del líquido en el tubo a 23 ºC ± 0,1 ºC. Un método satisfactorio y conveniente para lograrlo es utilizar una chaqueta con agua a temperatura controlada por un termostato alrededor del tubo. 1

También pueden emplearse tubos similares a los descritos en las referencias (6) y (12)

2

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA COLOMBIANA 5.3


FLOTADORES FLOTADORES DE VIDRIO

Un conjunto de flotadores de vidrio calibrados, que cubran el intervalo de densidad del líquido por estudiar y distribuidos de manera aproximadamente aproximadamente uniforme en dicho intervalo.

5.4

PICNÓMETRO

Se emplea para determinar las densidades de los flotadores patrón.

5.5

LÍQUIDOS

Aptos para la preparación preparación de un gradiente gradiente de densidad (véase (véase la Tabla 1). Nota 4. Es muy importante que ninguno de los líquidos utilizados en el tubo ejerza un efecto solvente o químico sobre los especímenes de ensayo durante el tiempo de inmersión de éstas.

5.6

HIDRÓMETROS

Un conjunto de hidrómetros adecuados, que cubran el intervalo de densidades por medir. Estos hidrómetros deberían tener graduaciones de densidad de 0,001. Tabla 1. Sistemas líquidos para tubos de gradiente de densidad Intervalo de densidad, g/cm 3 0,80 a 0,92

Sistema Metanol-alcohol bencílico Isopropanol-agua

0,79 a 1,00

Isopropanol-dietilenglicol

0,79 a 1,11

Etanol-tetracloruro de carbono

0,79 a 1,59

Tolueno-tetracloruro de carbono

0,87 a 1,59

Agua-bromuro de sodio

1,00 a 1,41

Agua-nitrato de calcio

1,00 a 1,60

Tetracloruro de carbono-dibromuro de trimetileno

1,60 a 1,99

Dibromuro de trimetileno-bromuro de etileno

1,99 a 2,18

Bromuro de etileno-bromoformo

2,18 a 2,89

5.7

BALANZA ANALÍTICA

Con una sensibilidad de 0,001 g.

5.8

DISPOSICIÓN DISPOSIC IÓN DEL SIFÓN O PIPETA PARA LLENADO DEL TUBO DE GRADIENTE

Esta pieza de equipo se debería construir de manera que se pueda regular la tasa de flujo del líquido a 10 ml/min ± 5 ml/min.

3

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA COLOMBIANA 6.


ESPÉCIMEN DE ENSAYO

El espécimen de ensayo debe estar constituido por una pieza del material en ensayo. 6.1 La pieza se puede cortar en cualquier forma conveniente para facilitar la identificación, pero se recomienda que sus dimensiones permitan la medición más exacta de la posición del centro de volumen del espécimen suspendido (véase la Nota 5). Se debería tener cuidado al cortar los especímenes para evitar cambios en la densidad producidos por el esfuerzo de compresión. Nota 5. Las posiciones de equilibrio de los especímenes de película en el intervalo de espesor de 0,025 mm a 0,051 mm (0,001 pulgadas a 0,002 pulgadas) se puede ver afectado por la tensión interfacial. Si se sospecha este efecto, se deberían ensayar especímenes con espesores no menores de 0,127 mm (0,005 pulgadas).

Los especímenes deben estar libres de materia extraña y vacíos y no debe tener 6.2 cavidades o características superficiales que generen burbujas atrapadas.

7.

PREPARACIÓN DE LAS COLUMNAS PARA GRADIENTE DE DENSIDAD

7.1

PREPARACIÓN DE LOS FLOTADORES DE VIDRIO PATRÓN

Los flotadores se preparan por cualquier medio conveniente de manera que estén completamente recocidos, sean aproximadamente esféricos, su diámetro máximo sea menor que un cuarto del diámetro interno de la columna y no interfieran con los especímenes de ensayo. Se prepara una solución (400 ml a 600 ml) de los líquidos por utilizar en el tubo de gradiente, cuya densidad sea aproximadamente igual a la densidad más baja deseada. Cuando los flotadores están a temperatura ambiente, se dejan caer suavemente en la solución. Los que se hundan muy despacio se conservan y los que se hundan muy rápido se descartan o se guardan en otro tubo. Si es necesario obtener un intervalo adecuado de flotadores, se desgastan los seleccionados a la densidad deseada frotando su parte superior sobre una placa de vidrio en la cual se ha esparcido una capa delgada de carburo de silicio (carborundum) de tamaño de malla 400 a 500 u otro abrasivo adecuado. El progreso se puede observar dejando caer los flotadores en la solución de ensayo a intervalos y anotando el cambio en la velocidad de hundimiento.

7.2

CALIBRACIÓN CALIBRACIÓN DE LOS FLOTADORES FLOTADORES DE VIDRIO PATRÓN PATRÓN (Véase el Apéndice X.1)

7.2.1 Se coloca un cilindro largo en el baño de temperatura constante que se mantiene a 23 ºC ± 0,1 ºC. Luego se llena el cilindro hasta aproximadamente dos tercios con una solución de dos líquidos adecuados, cuya densidad puede variar en el intervalo deseado por la adición de cualquiera de ellos a la mezcla. Después que el cilindro y la solución han alcanzado el equilibrio térmico se coloca el flotador en la solución, y si se hunde, se adiciona el líquido más denso por medios adecuados, agitando bien hasta que el flotador se mueva en sentido inverso. 7.2.2 Cuando se ha observado el movimiento en sentido inverso, se reduce la cantidad de adiciones de líquido a un equivalente de densidad de 0,0001-g/m 3. El flotador y el líquido están en equilibrio satisfactorio cuando una adición equivalente a 0,0001 g/m 3 causa una inversión en el sentido del movimiento del flotador o cuando el flotador permanece completamente estático por 15 min como mínimo. El cilindro debe permanecer cubierto mientras alcanza el equilibrio y la superficie del líquido debe estar por debajo de la superficie del líquido en el baño de temperatura constante. Después de agitar vigorosamente es posible que el líquido continúe moviéndose por un tiempo considerable; para asegurar que el movimiento observado del

4



flotador no se debe a movimiento del líquido, se espera al menos 15 min después que se ha detenido la agitación antes de observar el flotador.

7.2.3 Cuando se ha alcanzado el equilibrio se llena con la solución un picnómetro que se haya limpiado y secado recientemente con la solución (7.2.1) y se coloca en el baño a 23 ºC ± 0,1 ºC por suficiente tiempo para alcanzar el equilibrio térmico del vidrio. Se determina la densidad de la solución por métodos normales (véase la norma ASTM D 941) y se hacen correcciones “en vacío” para todos los pesajes. Esto se registra como la densidad del flotador. Se repite el procedimiento para cada flotador. 7.3

PREPARACIÓN DEL TUBO DE GRADIENTE (Véase apéndice para detalles) detalle s)

7.3.1 Método A. Adición escalonada 7.3.2 Método B. Llenado continuo (el líquido que entra al tubo de gradiente se hace progresivamente menos denso). 7.3.3 Método C. Llenado continuo (el líquido que entra al tubo de gradiente se hace progresivamente más denso). 8.

ACONDICIONAMIENTO

Los especímenes de ensayo que con el acondicionamiento puedan presentar un cambio 8.1 en la densidad mayor que la exactitud requerida en la determinación de la densidad, se deben acondicionar antes del ensayo de acuerdo con el método listado en la norma ASTM aplicable al material.

9.

PROCEDIMIENTO

Se mojan tres especímenes representativos con el menos denso de los dos líquidos 9.1 utilizados en el tubo y se colocan cuidadosamente en éste. Se deja que tanto el tubo como los especímenes alcancen el equilibrio, lo cual requiere 10 min como mínimo. Las películas delgadas de 1 mils a 2 mils de espesor, requieren aproximadamente 1,5 h para estabilizarse y se recomienda verificar nuevamente después de varias horas (véase la Nota 4). La altura de cada flotador y cada espécimen se lee mediante una línea a través del 9.2 centro individual de volumen y promediando los tres valores. Cuando se usa un catetómetro, se mide la altura de los flotadores y especímenes desde un nivel arbitrario utilizando una línea a través de su centro de volumen. Si no se obtiene equilibrio, el espécimen se puede estar embebiendo el líquido. Las muestras viejas se pueden retirar sin destruir el gradiente, extrayendo lentamente 9.3 una canasta hecha con malla metálica unida a un alambre largo (véase la Nota 6). Esto puede hacerse mediante un motor de reloj (motor que funciona desde un sistema de potencia de corriente alterna en sincronización con una frecuencia de corriente alterna). La canasta se extrae lentamente del fondo del tubo, a donde se debe regresar después de limpiarla. Es esencial que este procedimiento se lleve a cabo a baja velocidad (aproximadamente 30 min/300 mm longitud de columna), para que no se altere el gradiente de densidad.

5



Nota 6. Cuando se observa que se están acumulando burbujas de aire en los especímenes en la columna, esto se puede corregir aplicando un vacío a la columna.

10.

CÁLCULOS

10.1 Las densidades de las muestras se pueden determinar gráficamente o por cálculo a partir de los niveles a los cuales se sedimentan los especímenes, por cualquiera de los siguientes métodos: 10.1.1 Cálculo gráfico Se grafica la posición del flotador contra su densidad en un papel con escala suficientemente grande para poder leer con una precisión de ± 1 mm y la precisión deseada de la densidad. Se grafican las posiciones de los espécimen desconocidas en el papel y se leen sus densidades correspondientes.

10.1.2 Cálculo numérico La densidad se calcula por interpolación interpolación de la siguiente forma: densidad en x = a + [(x - y)(b - a)(z - y)]

(2)

Donde: ayb

=

densidades de los dos flotadores patrón

y y z

=

distancias de los dos patrones, a y b respectivamente, respectivamente, que comprendan la medida desconocida de un nivel arbitrario, y

x

=

distancia de la medida desconocida por encima del nivel arbitrario.

11.

INFORME

11.1

En el informe se deben incluir los siguientes datos:

11.1.1 Densidad reportada como D23C, en gramos por centímetro cúbico, como el promedio para tres especímenes de ensayo representativas. ensayados, si es diferente de tres. 11.1.2 Número de especímenes ensayados, Sensibilidad del gradiente de densidad en gramos por centímetro cúbico por milímetro. 11.1.3 Sensibilidad

11.1.4 Completa identificación del material ensayado, y 11.1.5 Fecha del ensayo

6



12.

PRECISIÓN Y DESVIACIÓN

12.1

ESPECÍMENES ESPECÍME NES MOLDEADOS MOLDEADOS EN UN LABORATORIO Y ENSAYADOS EN VARIOS LABORATORIOS

En 1981 se realizó un ensayo interlaboratorio en el cual se suministraron láminas de densidad aleatoria a 22 laboratorios. Cuatro muestras de polietileno con densidades nominales de 0,92 g/cm3 a 0,96 g/cm 3 fueron moldeadas en un laboratorio. Los datos se analizaron utilizando utilizando la norma ASTM E 691 y los resultados se encuentran en la Tabla 2. Tabla 2. Resumen de los datos de precisión. Densidad del polietileno

A

Material 1

Densidad promedio, g/cm 3 0,919 6

A

B

0,000 29

2

0,931 9

3 4

S r r

S R

C

D

r

R

0,001 06

0,000 82

0,004 5

0,000 12

0,000 80

0,000 34

0,002 3

0,952 7

0,000 33

0,001 16

0,000 93

0,003 3

0,962 3

0,000 62

0,001 14

0,001 80

0,003 3

=

desviación estándar dentro de un laboratorio para el material indicado. Se obtiene combinando las desviaciones estándar dentro de un laboratorio de los resultados de ensayo de todos los laboratorios participantes.

SR

=

reproducibilidad entre laboratorios, expresada como desviación estándar, para el material indicado.

r C

=

límite de repetibilidad dentro de un laboratorio = 2.8 Sr

R

=

límite de reproducibilidad entre laboratorios = 2.8 SR

12.2

ESPECÍMENES ESPECÍME NES MOLDEADOS Y ENSAYADOS EN VARIOS LABORATORIOS

Sr

B

D

12.2.1 Especímenes preparados preparados utilizando la norma ASTM D 1928 en cada laboratorio La Tabla 3 se basa en un ensayo interlaboratorios realizado en 1994, de acuerdo con lo indicado en la norma ASTM E 691, en el que se utilizaron siete materiales ensayados por un número de laboratorios entre 7 y 11. Cada laboratorio preparó y moldeó todas las muestras de cada material de acuerdo con lo indicado en la norma ASTM D 1928 (Procedimiento C) y se ensayaron según el método de esta norma. Los datos se dan para comparación con los datos de las mismas muestras ensayadas conforme con la norma ASTM D 2839. Cada resultado de ensayo es una determinación individual. Cada laboratorio obtuvo seis resultados de ensayo para cada material.

12.2.2 Muestras preparadas utilizando la norma ASTM ASTM D 2839 en cada laboratorio La Tabla 4 se basa en un ensayo interlaboratorio realizado en 1994, de acuerdo con lo indicado en la norma ASTM E 691, en el que se utilizaron siete materiales ensayados ensayados por un número de laboratorios entre 10 y 15. Cada laboratorio preparó todas las muestras de acuerdo con lo indicado en la norma ASTM D 2839 para cada material. Cada resultado de ensayo es una determinación individual. Cada laboratorio obtuvo seis resultados de ensayo para cada material.

7



Nota 7. ADVERTENCIA. Las siguientes explicaciones de r y R (véanse los numerales 12.3 a 12.3.3) sólo se dan para considerar la precisión aproximada de este método de ensayo. Los datos que se dan en la Tabla 1 no se deberían aplicar rigurosamente a la aceptación o rechazo del material, ya que son específicos del ensayo interlaboratorio y pueden no ser representativos de otros lotes, condiciones, materiales o laboratorios. Los usuarios de esta norma deberían aplicar los principios que se indican en la norma ASTM E 691 para generar datos específicos para sus laboratorios y materiales o entre laboratorios específicos. Los principios que se establecen en los numerales 12.3 12 .3 - 12.3.3 serían entonces válidos válidos para cada dato. Tabla 3. Datos de precisión. Densidad, g/m 3 Material B F G A E C D A

Densidad promedio, g/cm 3 7 8 8 11 11 10 9

Densidad, g/cm3 0,913 9 0,917 7 0,922 0 0,935 6 0,952 8 0,961 9 0,963 3

A

B

S r r

0,000 29 0,000 18 0,000 28 0,000 36 0,000 46 0,001 00 0,000 36

S R

0,000 88 0,000 79 0,000 71 0,001 05 0,001 18 0,001 00 0,001 37

C

D

r

R

0,000 81 0,000 51 0,000 78 0,001 00 0,001 29 0,001 03 0,001 01

0,002 45 0,002 21 0,001 97 0,002 94 0,003 31 0,002 81 0,003 84

=


SR

=


r C

=


=


Sr

B

D

R

Tabla 4. Densidad, g/cm 3, muestras preparadas de acuerdo con lo especificado en la norma ASTM D 2839 Material B F G A E C D A

Densidad promedio, g/cm 3 10 12 13 15 14 11 10

A

B

S r r

0,913 9 0,917 7 0,922 2 0,935 7 0,953 0 0,961 5 0,962 6

0,000 26 0,000 20 0,000 30 0,000 41 0,000 39 0,000 30 0,000 53

S R

0,000 78 0,000 78 0,000 73 0,000 80 0,000 92 0,000 73 0,001 09

C

D

r

R

0,000 72 0,000 55 0,000 85 0,001 15 0,001 09 0,000 85 0,001 48

0,002 19 0,002 20 0,002 06 0,002 25 0,002 58 0,002 06 0,003 05

=


SR

=


r C

=


R

=


12.3

CONCEPTO DE r y R

Sr

B

D

Si Sr u SR se han calculado a partir de un conjunto de datos suficientemente grande y para los resultados de ensayo que eran promedios de ensayos en un espécimen:

8



12.3.1 Límite de repetibilidad, r (comparando dos resultados de ensayo para el mismo material, obtenido por el mismo operador, con el mismo equipo, el mismo día) los dos resultados de ensayo no se deberían considerar equivalentes si difieren en más del valor r para ese material. 12.3.2 Límite de reproducibilidad, R (comparando dos resultados de ensayo para el mismo material, obtenidos por diferentes operadores, con distintos equipos, en diferentes laboratorios) los dos resultados de ensayo no se deben considerar equivalentes si difieren en más del valor R para ese material. 12.3.3 Cualquier juicio de acuerdo con lo indicado en los numerales 12.2.1 o 12.2.2 tendría una probabilidad de aproximadamente aproximadamente 95 % (0,95) de ser correcto. 12.3.4 Desviación. No hay patrones reconocidos con los cuales estimar la desviación de este método. 13.

DESCRIPTORES

13.1

Densidad, película, gradiente, placa, poliolefinas, polietileno, polipropileno, polipropileno, preparación.

9



Apéndices (Informativos) X.1

CALIBRACIÓN DEL FLOTADOR. MÉTODO DE ENSAYO ALTERNO

X.1.1 En un laboratorio se ha encontrado que con este método para calibración del flotador se ahorra tiempo y se obtiene la misma precisión que con el método estándar. Su confiabilidad confiabilidad no se ha demostrado por datos interlaboratorios. X.1.1.1 Se prepara una solución homogénea cuya densidad sea cercana a la del flotador en cuestión. X.1.1.2 Se llena un tubo graduado hasta aproximadamente 3/4 con la solución, se deja caer el flotador, se tapona y se coloca en un baño de agua con temperatura controlada cerca de 23 ºC. Se llena con la solución un picnómetro tarado, de dos brazos (véase el método de ensayo ASTM D 941). Se coloca el picnómetro en el baño. X.1.1.3 Se varía la temperatura hasta que la densidad de la solución esté próxima a la del flotador. (Si el flotador estaba inicialmente en el fondo del recipiente graduado, se reduce la temperatura del baño hasta que el flotador suba; si el flotador estaba inicialmente arriba, se aumenta la temperatura del baño hasta que el flotador se hunda en el fondo). X.1.1.4 Se cambia la temperatura del baño en la dirección apropiada en incrementos correspondientes al incremento en la densidad de la solución, de aproximadamente 0,000 1 g/cm 3 hasta que se invierta la dirección del movimiento del flotador como resultado del último cambio. Esto se debe hacer lentamente (en intervalos de 15 min como mínimo entre cambios incrementales en el controlador de la temperatura). Se toma la lectura del volumen de líquido en el picnómetro. X.1.1.5 Se cambia la temperatura del baño en incrementos en la dirección opuesta, como se indicó anteriormente, hasta que ocurra de nuevo un cambio en la posición del flotador. Se toma la lectura del volumen del líquido en el picnómetro. Nota X.1.1. El flotador se debería levantar del fondo por su propio impulso. A manera de precaución precaución contra contra los efectos de la tensión superficial cuando el flotador está flotando, éste se debería empujar hacia abajo hasta la mitad de la columna de líquido y luego observar para ver si sube o cae. Para este propósito se mantiene dentro del recipiente graduado un tramo de alambre de aleación níquel-cromo con un pequeño anillo en el extremo inferior y una pulgada aproximadamente de longitud sobresaliendo de la superficie del líquido durante todo el curso del ensayo. Para empujar el flotador hacia abajo se retira el tapón del cilindro y se toma el extremo superior del alambre con dos pinzas para manipularlo. Luego se vuelve a tapar rápidamente el cilindro.

X.1.1.6 Se retira el picnómetro del baño, se seca el exterior y se deja aparte hasta que alcance la temperatura ambiente. Se pesa y se calcula la masa de solución “en vacío” con aproximación a 0,000 1 g/cm 3. Utilizando el promedio de los dos volúmenes de solución observados, se calcula la densidad de la solución con aproximación a 0,000 1 g/cm 3. Esta densidad de la solución también es la densidad del flotador. X.1.1.7 Se recomienda calibrar el picnómetro utilizado para un volumen de calibración a 23 ºC, aunque la lectura se tome a temperatura diferente. El método de ensayo alterno se basa en varias suposiciones no sustentadas, pero generalmente da los mismos resultados que el método descrito en el numeral 7.2, dentro de la exactitud requerida. En caso de desacuerdo, el método de arbitramento debe ser el que se describe en el numeral 7.2. 10

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA COLOMBIANA X.2


PREPARACIÓN DEL TUBO DE GRADIENTE

X.2.1 Método A. Adición escalonada X.2.1.1 Utilizando los dos líquidos que den el rango de densidad requerido, y una sensibilidad (S ) en gramos por centímetro cúbico por milímetro, se preparan cuatro o más soluciones de manera que cada una difiera de la siguiente más pesada por 80 S g/cm3. El número de soluciones depende del rango de densidad deseado de la columna y se determina de la siguiente forma: número de soluciones para preparar la columna del gradiente de densidad (véase la Nota X.2.1) = (1 + D2 - D1 )/ 80 S

Donde: D2

=

límite superior del intervalo de densidad deseado

D1

=

límite inferior del intervalo de densidad deseado

S

=

sensibilidad, sensibilidad, en gramos por centímetro cúbico por milímetro

Notas: X.2.1 Se corrige el valor de (1 + D 2 - D 1 ) / 80 S con aproximación al siguiente número entero. Para preparar estas soluciones se procede de la siguiente forma: utilizando los hidrómetros, se mezclan los dos líquidos en las proporciones necesarias para obtener las soluciones deseadas. Se retira el aire disuelto de las soluciones calentando lentamente o aplicando vacío. Luego se verifica la densidad de las soluciones a 23 ºC ± 0,1 ºC por medio de los hidrómetros y, si es necesario, se adiciona el líquido apropiado, libre de aire, hasta obtener la densidad deseada. X.2.2 Cuando se usan mezclas acuosas, se debería emplear una solución al 0,5 % de acetato de sodio en agua para prepararlas. Esto reduce la formación de burbujas causadas por la disolución. X.2.3 Para obtener un gradiente lineal en el tubo es muy importante que las soluciones sean homogéneas y estén a las mismas temperaturas cuando se determinan sus densidades. También es importante que la diferencia de densidad entre las soluciones introducidas consecutivamente en el tubo sea igual.

X.2.1.2 Por medio de un sifón o pipeta se llena el tubo de gradiente con un volumen igual de cada líquido empezando con el más pesado, muy cuidadosa y lentamente y se “deposita” despacio en el fondo del tubo con una pipeta o sifón que apenas toque el fondo del tubo. De esta manera se debe completar la “construcción” del tubo. X.2.1.3 Si el tubo no está en un baño de temperatura constante se transfiere, con la menor agitación posible, posible, a dicho baño, que se debe mantener a una temperatura de 23 ºC ± 0,1 ºC. El nivel del baño debería ser aproximadamente igual al de la solución en el tubo y se deberían tomar disposiciones para eliminar las vibraciones al montar el tubo. X.2.1.4 Por cada 254 mm de longitud del tubo se depositan en el solvente menos denso utilizado en la preparación del tubo de gradiente un mínimo de 5 flotadores limpios calibrados, que cubran el intervalo efectivo de la columna, y se adicionan al tubo. Con un agitador (por ejemplo un alambre pequeño enrollando u otro dispositivo agitador adecuado) se mezclan las diferentes capas del tubo cuidadosamente, agitando en sentido horizontal hasta que el más denso y el menos denso de los flotadores cubran el intervalo requerido del gradiente. Si en este momento se observa que los flotadores se “agrupan” y no se dispersan uniformemente en el 11



tubo, se desecha la solución y se repite el procedimiento. Luego se tapa el tubo y se mantiene en el baño de temperatura constante por un mínimo de 24 h. X.2.1.5 Al final de este tiempo se traza un gráfico de la densidad de los flotadores contra su altura para observar si se obtiene o no una curva regular y casi lineal. Se permiten unas pequeñas irregularidades, pero deben ser leves. Siempre que se obtenga una curva irregular se debe desechar la solución del tubo y preparar un nuevo gradiente. Nota X.2.5. Los sistemas de gradientes pueden permanecer estables por varios meses.

X.2.2 Método B. Llenado continuo cuando el líquido que entra al tubo de gradiente se hace progresivamente menos denso X.2.2.1 Se ensambla el aparato como ilustra la Figura X.2.1, utilizando vasos de precipitados del mismo diámetro. Luego se elige una cantidad apropiada de dos líquidos adecuados, de los cuales previamente se haya extraído el aire por medio de un ligero calentamiento o aplicando vacío. En la Tabla 1 se hace una lista de los sistemas de líquidos típicos para tubos de gradiente de densidad. El volumen del líquido más denso utilizado en el mezclador (vaso de precipitados B, ilustrado en la Figura X.2.1) debe ser igual como mínimo a la mitad del volumen total deseado en el tubo de gradiente. Un cálculo del volumen del líquido menos denso requerido en el vaso A para establecer el flujo de A a B se puede obtener de la siguiente desigualdad: V A > d B V B / d A

(X.2.2)

Donde V A

=

volumen inicial del líquido en el vaso A

V B

=

volumen inicial del líquido en el vaso B

d A

=

densidad del líquido inicial en el vaso A

d B

=

densidad del líquido inicial en el vaso B

Un pequeño exceso (no mayor de 5 %) en la cantidad indicada por la igualdad anterior induce el flujo requerido del vaso A al B y produce una columna de gradiente casi lineal.

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Tubo sifón

Tubo sifón

A

B

Figura X.2.1. Aparato para la preparación del tubo de gradiente

X.2.2.2 Se coloca un volumen apropiado del líquido más denso en el vaso B. Se purga (prime) el sifón entre el vaso B y el tubo de gradiente con líquido del vaso B y luego se cierra la llave de paso. El extremo de descarga de este sifón debería estar equipado con una boquilla capilar para controlar el flujo. Nota X.2.6. Para transferir el líquido al tubo de gradiente se consideran aceptables las técnicas de sifón/gravedad, llenado en vacío, uso de una bomba peristáltica, o cualquier otra técnica útil para transferir líquidos de manera controlada. Es importante controlar el flujo para mantener el gradiente deseado.

X.2.2.3 Se coloca un volumen apropiado del líquido menos denso en el vaso A. Se purga el sifón entre los vasos A y B con el líquido del vaso A y se cierra la llave de paso. Se enciende el agitador de alta velocidad, tipo propulsor en el vaso B y se ajusta la velocidad de agitación de manera que no haya fluctuaciones apreciables en la superficie del líquido. X.2.2.4 Se inicia la descarga del líquido al tubo de gradiente abriendo simultáneamente las llaves necesarias de paso del tubo-sifón. Se ajusta el flujo del líquido en el tubo del gradiente a una velocidad muy baja, permitiendo permitiendo que el líquido fluya hacia el fondo por el lado del tubo. Se llena el tubo al nivel deseado. Nota X.2.7. La preparación de un tubo de gradiente adecuado puede requerir de 1 h a 1 ½ h o más, dependiendo del volumen requerido en el tubo de gradiente.

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X.2.3 Método C. Llenado continuo cuando el líquido que entra al tubo de gradiente se hace progresivamente más denso X.2.3.1 Este método es esencialmente el mismo que el método B, con las siguientes excepciones: X.2.3.2 El más liviano de los dos líquidos se coloca en el vaso B. X.2.3.3 El líquido introducido a la columna de gradiente se introduce en el fondo de la columna. El primer líquido introducido es el más liviano del gradiente y es empujado constantemente hacia arriba del tubo a medida que el líquido que se va introduciendo se hace progresivamente más pesado. X.2.3.4 El líquido del vaso A se debe introducir directamente desde el fondo del vaso A hasta el fondo del vaso B, en lugar de pasar por el sifón como en el método B. El llenado del tubo por este método se puede hacer más rápido que con los métodos A ó B. La llave de paso entre los vasos A y B debería tener igual o mayor diámetro interno que la llave de salida. En la Figura X.2.2 se presenta un esquema del aparato empleado para el método C.

Llave de salida

A

B Llave de paso entre vasos completamente abierta

Figura X.2.2. Aparato para la preparación del tubo de gradiente

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NTC 3577 (Primera actualización) REFERENCIAS

1)

Linderstr ∅m-Lang, K., "Dilatometric Ultra-Micro-Estimation Ultra-Micro-Estimation of Peptidase Activity", Nature, NATRA, Vol 139, 1937, p. 713.

2)

Linderstr ∅m-Lang, K., and Lanz, H., "Enzymic Histochemistry XXIX Dilatometric MicroDetermination of Peptidase Activity," Comptes rendus des gravaus de laboratorie Carlsberg, Serie Chimique, Vol 21, 1938, p.315.

3)

Linderstr ∅m-Lang, K., Jacobsen, O., and Johansen, G., "Measurement of the Deuterium Content in Mixtures of H 2O and D2O," ibid., Vol 23, 1938, p. 17.

4)

Jacobsen, C. F., and Linderstr ∅m-Lang, K., "Method for Rapid Determination of Specific Gravity," Acta Physiologica Scandinavica, Scandinavica, APSCA, Vol 1, 1940, p. 149.

5)

Boyer, R. F., Spencer, R. S., and Wiley, R. M., "Use of Density Gradient Tube in the Study of High Polymers," Journal of Polymer Science, JPSCA, Vol 1, 1946, p.249.

6)

Anfinsen, C., "Preparation and Measurement of Isotopic Tracers: A Symposium Prepared for the Isotope Research Group," Edwards, J. W., Publishers, Ann Arbor, MI, 1946, p.61.

7)

Tessler, S., Woodberry, N. T., and Mark, H., "Application fo the Density-Gradient Tube in Fiber Research," Journal of Polymer Science, JPSCA, Vol, 1946, p. 437.

8)

Low, B. W., and Richards, F.M., "The Use of the Gradient Tube for the Determination of Crystal Densities," Journal of the American Chemical Society , JACSA, Vol 74, 1952, p. 1660.

9)

Sperati C. A., Franta, W. A., and Starkweather, H. W., Jr., "The Molecular Weight on Physical Properties," Journal of the American Chemical Society , JACSA, Vol 75, 1953, p.6127.

10)

Tung, L. H., and Taylor, W.C., "An Improved Method of Preparing Density Gradient Tubes, " Journal of Polymer Science , JPSCA, Vol 21, 1956. p. 144.

11)

Mills, J. M., "A Rapid Method of Construction Linear Density Gradien Columns," Journal of Polymer Science, Vol, 1956, p.585.

12)

Wiley, R. E.., "Setting Up a Density Gradient Laboratory", Plastics Technology, PLTEA, Vol 8, No. 3, 1962, p.31

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DOCUMENTO DE REFERENCIA AMERICAN AMERICAN SOCIETY FOR TESTING TESTING AND MATERIALS. MATERIALS. Standard Standard Test Method Method for Density of Plastics by the Density-Gradient Density-Gradient Technique. ASTM, Philadelphia, 1998. 7 p. (ASTM D 1505),

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Determinacion de Densidad de Polimeros

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