1
LABORATORIO N° 4 DEGRADACION QUIMICA DE LOS POLIMEROS
I.
RESUMEN:
2
En esta práctica se trató sobre la degradación química de los polímeros, para este labora laborator torio io los materi materiale aless que utiliz utilizamo amoss fueron fueron cinco cinco tipos tipos de materi materiale aless poliméricos como: Polipropileno, Policloruro de vinilo (PV!, Polietileno de alta densidad (PE"#!, Polietilentereftalato (PE$! % Poliestireno (P&!, evaluando su resistencia % degradación a reactivos químicos, también sus cambios de peso, aspecto % propiedades físico'químicas antes % después de aber sido e)puestos a los reacti reactivos vos químic químicos* os* +os +os eacti eactivos vos -tiliz -tilizad ados os fueron fueron:: .c .ceto etona na,, /cido /cido lorídrico ("l!, /cido 0ítrico ("012! e "idró)ido de sodio (0a1"!* El procedimiento fue de ingresar dos muestras de cada tipo de polímeros para cada reactivo, , se de3aron dentro de cada reactivo durante 4 días*
II.
OBJETIVOS 5*6 Evaluar la degradación degradación química de los polímeros* polímeros* 5*5* 7dentificar los polímeros seg8n seg8n la degradación degradación química* 5*2* onocer el procedimiento procedimiento de reciclado reciclado de polímeros
III.
FUNDAMENTO TE TEORICO +a resistencia química de los plásticos depende en gran medida de los elementos combinados en las moléculas % de los tipos % firmeza de los enlaces químicos* .lguna .lgunass combi combinac nacion iones es son mu% estab estables les,, mientr mientras as que otras otras son bastan bastante te inesta inestable bles* s* +as poliol poliolefi efinas nas son e)cep e)cepcio ciona nalme lmente nte inerte inertes, s, no reacti reactivas vas % resistente resistentess al ataque químico, químico, un eco eco que se debe a los enlaces enlaces 9 del esqu esquel elet etoo de las las molé molécu cula las, s, que que son son mu% esta establ bles es** En cont contra rapo posi sici ción ón,, el polialcool vinílico contiene grupos idro)ilos ('1"! unidos a la cadena de carbonos de la molécula* +os enlaces que llevan los grupos idro)ilos de la cadena principal se descomponen en presencia de agua*
Los plást!os "stá# !l$s%!$&os s"'(# s) *"sst"#!$ +),-!$ "# los s')"#t"s '*)pos: / Muy buena resistencia química química El efecto continuo del medio no provoca ning8n dao al plástico en 2; días* El plástico puede permanecer permanecer resistente resistente durante aos* aos*
o / Resistencia química química buena hasta hasta condicionada
3
El efecto continuo del medio provoca daos pequeos en el período de tiempo comprendido entre 4 % 2; días* +os daos son reversibles en parte (por e3* incamiento, reblandecimiento, disminución de la resistencia, coloración!*
0 / Baja resistencia química 0o adecuados para soportar el efecto continuo del medio* Pueden presentarse daos inmediatamente (disminución de la resistencia mecánica, deformaciones, coloración, fisuras, disolución!*
TABLA 1. R"sst"#!$ &" plást!os $ los '*)pos &" p*o&)!tos +),-!os GRUPOS DE PRODUCTOS PE PSSANPMMAPCPVCPOM $ 23°C LD á!&os7 &89l"s o &l),&os
PTFE PE ECTFE PPPMP FEP F6MEPDMNRSI 5D ETFE PFA
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Dsol>"#t" o*'á#!o esistente .tacado .tacado Poco afectado .fectado esistente esistente .tacado esistente
4
Policloruro de vinilo .fectado Poliéster .fectado Poliestireno .fectado Polietileno .fectado $eflón esistente Poliuretano Poco afectado F)"#t": ;ttp:<<===."s.)>$."s
IV.
MATERIALES E INSTRUMENTOS A#"o 1: F!;$ T8!#!$ •
4.1 EQUIPOS: ?alanza analítica electrónica (precisión: ;*;;;6g!
5
•
4.2 INSTRUMENTOS: secadora 4.@ MATERIALES: Polipropileno (PP!
•
Polietilentereftalato (PE$!
•
Policloruro de Vinilo (PV!
•
Poliestireno (P&!
•
Polietileno de alta densidad
•
(PE"#!
6
•
• •
• •
@ botellas de vidrio de 2A;ml
=ranela epillos
#etergente +i3a 0B55;
4.4 • • • •
.cetona al 5;C /cido nítrico al 5;C ("012! /cido lorídrico al 5;C ("l! "idró)ido de sodio al 5;C (0a1"!
REACTIVOS ESTNDAR:
7
V.
PROCEDIMIENTO EPERIMENTAL
ortar D probetas de cada tipo de polímero
&ecar las muestras, codificarlas
+i3ar las probetas para empare3ar las superficies*
+avar las probetas*
Pesar las muestras (peso inicial!*
olocar las muestras en los distintos reactivos % se los de3a por unos 4 días
pesamos las muestras ( peso final!
etirar las muestras, lavarlas
A*6 orte de probetas: ortamos D muestras (polímeros! de forma cuadrada (5 )5 cm!* A*5 +i3ado: +i3ar las rebabas de3adas por el corte, con li3a n8mero 55;*
A*2 +avado: &umergimos las probetas en agua con detergente % con la a%uda de un cepillo a%udamos a quitar las partículas de polvo o suciedad en la superficie, luego en3uagamos en agua corriente*
8
=7F-. 6A* +avado A*@ secado: secamos con la franela* A*A codificado: &e codifico las probetas para q no se desordenen % poder identificarlas*
=7F-. 64* odificado A*G Peso inicial: &e registró el peso inicial en la balanza electrónica (;*6mg!*
=7F-. 6D* Peso inicial de las probetas A*4 #egradación química: olocamos las muestras en las botellas de virios % en el reactivo fresco (.cetona al G;C, /cido nítrico al 6;C, /cido lorídrico al 5;C e "idró)ido de sodio al 5;C! durante siete días a temperatura ambiente* olocamos varios e3emplares (A diferentes polímeros! inmerso en el mismo recipiente (con el mismo reactivo!* +uego anotar todo lo que se percibe de la degradación de estos polímeros por escrito % en esquemas a mano alzada*
9
=7F-. 6H* #egradación química A*D +impieza de reactivos: etirar las probetas % lavar con detergente, seguidamente en3uagar dos veces en agua A*H &ecado % peso final: después de lavar, secar las probetas con la franela % finalmente registrar la masa final en la balanza electrónica*
VI.
RESULTADOS DISCUSION DE RESULTADOS $abla 0I 6: >asas iniciales % finales de las probetas de los polímeros usados en la práctica
N°
Mas a inici al PVC (g)
Mas a fnal PVC (g)
Mas a inici al PET (g)
Mas a fnal PET (g)
Mas a inici al PP (g)
Mas a fnal PP (g)
Mas a inici al PS (g)
Mas a fnal PS (g)
1
1.00 25 0.91 39 0.86 90 0.88 00 0.93 31
1.00 15 0.91 77 0.86 87 0.87 88 0.93 19
0.16 64 0.16 40 0.15 17 0.18 11 0.17 95
0.15 92 0.16 20 0.15 15 0.18 09 0.17 92
0.21 69 0.21 30 0.20 73 0.20 75 0.20 55
0.21 68 0.21 30 0.20 74 0.20 57 0.20 19
0.03 38 0.03 46 0.03 39 0.03 57 0.03 19
0.03 85 0.03 84 0.03 52 0.03 61 0.03 39
2 3 4 5
Mas a inici al PEA D (g) 0.21 24 0.16 13 0.20 02 0.20 65 0.19 55
Mas a fnal PEA D (g) 0.21 23 0.16 11 0.20 03 0.20 61 0.19 56
10
0.91 58 0.97 18 1.00 18
6 7 8
0.91 50 1.44 90 1.48 25
0.16 19 0.18 31 0.16 48
0.16 17 0.17 76 0.19 79
0.20 19 0.21 08 0.19 60
0.21 12 0.20 02 0.21 21
0.03 32 0.03 09 0.03 50
0.03 96 0.01 62 0.05 42
0.17 03 0.17 16 0.16 38
0.17 02 0.17 30 0.16 53
$abla 0I 5: Variaciones de masa en las probetas de polímeros luego de 4 días de ser e)puestas a algunas soluciones químicas
N°
1 2 3 4 5 6 7 8
Soluci n !u"#ica NaOH al 20% HCl al 20% HNO3 al 20 % Acetona
P$o#%&i os &% #asa PVC (g)
P$o#%&i os &% #asa PET (g)
P$o#%&i os &% #asa PP (g)
P$o#%&i os &% #asa PS (g)
-0.001
-0.0072
-0.0001
0.0047
P$o#%&i os &% #asa PEAD (g) -0.0001
-0.0003
-0.0002
0.0013
0.0001
-0.0012
-0.0003
-0.0036
0.002
0.4772
-0.0055
-0.0106
-0.0147
-0.0018
-0.0001 0.0014
GRAFICA 1: CO!OR"AI#N"O $# !&C FR#N"# A AG'NA( ('("ANCIA( )'IICA(
11
Masa (g)
1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
a*a +n+c+al ,el !&C a*a ,el !&C ,e*e* ,e 7 ,/a*
Solucion%s !ui#icas
#l !&C e*ento na eea ,+,a ,e a*a ante el NaOH HCl HNO3 en tanto ente a la acetona aento la a*a ,e e*te ol/eo ao+a,aente 0.5 e*ta aca no* ,a a conoce e el !&C *e ,ea,a con ac+l+,a, ente a la acetona e*te eent+no aento ,e a*a *e o, aec+a +na* * a,elante en el ca,o ,e coaac+;n ,e la* e*ta* t+l+
GRAFICA2: CO!OR"AI#N"O $# !#" FR#N"# A AG'NA( ('("ANCIA( )'IICA(
0.2 0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 Masa (g) 0.06 0.04 0.02 0
a*a +n+c+al ,el !#" a*a ,el !#" ,e*e* ,e 7 ,/a*
Solucion%s ! u"#icas
12
# !#" (olo *+; >a+ac+one* ,e * a*a en contacto con NaOH ? Acetona
GRAFICA 3: CO!OR"AI#N"O $# !! FR#N"# A AG'NA( ('("ANCIA( )'IICA(
0.22 0.22 0.21 0.21 Masa (g)
0.2
a*a +n+c+al ,el !!
0.2
a*a ,el !! ,e*e* ,e 7 ,/a*
0.19
Solucion%s !u"#icas
# !! e* +nete ente al NaOH ? al HCl o el conta+o +e,e a*a al e*ta en contacto con HNO3 ? acetona.
GRAFICA 4: CO!OR"AI#N"O $# !( FR#N"# A AG'NA( ('("ANCIA( )'IICA(
13
Masa (g)
0.04 0.04 0.03 0.03 0.02 0.02 0.01 0.01 0
a*a +n+c+al ,el !( a*a ,el !( ,e*e* ,e 7 ,/a*
Solucion%s ! u"#icas
#l !( e*enta ala e*ta@+l+,a, /+ca ente a la* 4 **tanc+a* elea,a* en to,a* * a*a *e >e o,+ca,a
GRAFICA 5: CO!OR"AI#N"O $# !#A$ FR#N"# A AG'NA( ('("ANCIA( )'IICA( 0.25 0.2 0.15 0.1 Masa (g)
0.05 0
a*a +n+c+al ,el !#A$ a*a ,e !#A$ leo ,e 7 ,+a*
Solucion%s !u"#icas
El PE.# es un polimero que presenta ma%or estabilidad frente a las sustancias utilizadas %a que la 8nica que causo una li3era variación en su masa fue la acetona*
VII.
CONCLUSIONES
VIII. RECOMENDACIONES
14
VIII. BIBLIOGRAFIA Prácticas estándar para la evaluación de la resistencia de los plásticos a productos químicos reactivos
0orma # A@2 9 HA' aprobado para el uso por agencias del Departamento de Defensaaño 2001 Consulta: 02-06-2014 Hidróxido de sodio
ttp:JJKKK*minambiente*gov*coJdocumentosJFuia64*pdf * onsulta: 02-06-2014 Propiedades de los polímeros
ttp:JJKKK*eis*uva*esJLmacromolJcurso;2';@JPJPropiedades*tm onsulta: 02-062014 Polipropileno
ttp:JJKKK*quiminet*comJarticulosJtodo'acerca'del'polipropileno'@@AA*tm Consulta: 02-06-2014 Tecnoloía de los plásticos
ttp:JJtecnologiadelosplasticos*blogspot*comJ5;66J;GJpoliacrilonitrilo*tml
Consulta:
02-06-2014 !"ecto del reciclado
ttp:JJinvestigadores*ciqa*m)JmaestriaJdocsJdocumentH*pdf* onsulta: 02-06-2014 #eradación de plásticos
ttp:JJes*scribd*comJdocJA5H6;G5AJ;G'ap'A'#egradacion'de'Plasticos onsulta: 0206-2014
7M*
.0EM1&
FIC5A TCNICA DEL PVC
aracterísticas técnicas del PV Para conocer las características técnicas del PV, elasticidad, alargamiento a la rotura, densidades, fricción, resistencia a la rotura al impacto, a la tracción, % temperatura má)ima % mínima de traba3o, así como para consultar las tablas de las medidas de barras % placas de PV que suministra plasticbages, % los pesos de los distintos formatos a su disposición, tanto en barras como en placas, consulte las tablas referentes al PV que aparecen a continuación: onductividad térmica Propiedades Térmicas
15
C$lo* Esp"!,%!o J 6 1 '1 Co"%!"#t" &" Ep$#sH# T8*-!$ 13 6 1 Co#&)!t>&$& T8*-!$ $ 2@C -1 6 1 $emperatura >á)ima de -tilización ( ! $emperatura >ínima de -tilitzación ( ! $emperatura de #eflación en aliente ' ;*@A>Pa ( ! $emperatura de #eflación en aliente ' 6*D>Pa ( !
6;;;'6A;; 4A'6;; ;,65';,5A A;'4A '2; 4;
G4
oeficiente de dilatación
17@K $ 1742 6'<&-. @ ;,;;;*;G; a ;*;;;*;D; mJBJm* N D; B* N 5D*;;; Og*Jcm* 5 N A;; Og*Jcm* 5
#ensidad oeficiene de dilatación lineal $emperatura de ablandamiento >ódulo de elasticidad a 5;B $ensión de rotura a tracción
oeficiente térmico de 5;B a A;B* oeficiente de fricción ($enga en cuenta que e)iste coeficiente de fricción estático % coeficiente dinámico!*
Co"%!"#t" &" %*!!H#
# / 3.33 ! /13
M$###' 5$"# 0 ll$-s )#&$&"s Valor
aracterísticas físicas Peso específico
' 6*2G ' 6*@;
Variación longitudinal m)* oeficiente de dilatación tQrmica 7nflamabilidad oeficiente de fricción
N A segundos 0 6G@H ;*;D
Punto Vicat
.utoe)tingible n R ;*;;H c R6A; 4G ($I de
-nidades ' grJcm2 a 5AB C mmJ(mB! ' >anning "azen ' Silliams B
16
onstante dieléctrica
ablandamiento! @
A;JG; ciclos D;; ciclos N6 >illón de ciclos D;; mil a 6 millón de ciclos OK J mm al T cm J (cm5TsTB!
2,@ 2 =actor de disipación
;,;5';,;@
esistencia dieléctrica onductividad térmica
5; 2AT6;'A
aracterísticas mecánicas $ensión de diseo esistencia a la tracción esistencia a la compresión >ódulo de elasticidad esistencia al aplastamiento
Elongación asta la rotura esistencia Wuímica
6;; @A; a AA; G6;
UgJcm 5 UgJcm 5 UgJcm5
2;*;;; "asta ;,@ veces el sin fisuras ni roturas (seg8n normativa cilena! 6A '
UgJcm 5 '
C '
#ureza de &ore* >ódulo de elasticidad a 5;B $ensión de rotura a tracción
2.333 6'.
esistencia al impacto El PV posee una e)celente resistencia al coque: en efecto, pruebas realizadas en varios perfiles sometidos a diferentes temperaturas, entre los ; I % los 5; I con una energía de impacto de A; X, an dado resultados e)traordinarios* (6X R 6; Ug*Jcm!* esistencia a la tracción* $ensión de rotura a tracción
33 6'.
FIC5A TCNICA DE LA BALANA ANALITICA
17
MECANISMO DE DEGRADACIN QUMICA PARA LOS POLMEROS Este tema es imposible de condensar o resumir debido a la gran variedad de especies químicas % de polímeros e)istentes* >ucos reactivos químicos atacan a los polímeros % las reacciones que ordinariamente ocurren con moléculas pequeas (monómeros! también ocurren en polímeros* +os polímeros comunes, polietileno % polipropileno, son relativa'mente inertes rente a los productos químicos, pero son atacados por reactivos químicos mu% agresivos como lo es, por e3emplo, el gas cloro* #entro de los agentes químicos, el más importante es el o)ígeno* $odos los materiales poliméricos reaccionan con él, especialmente a altas temperaturas, aunque su efecto se ace sentir a8n a temperatura ambiente* . este proceso se lo denomina autoo)idación* . temperaturas entre 5AI % 6A;I, el mecanismo de autoo)idación implica una reacción en cadena, que comienza con la formación de un radical libre del polímero (PY!* Este radical libre, del cual se desconoce con precisión cómo % por qué aparece, pero que está asociado a la presencia de o)ígeno, calor %Jo luz, es un polímero al cual
18
se le a sustraído un electrón, % por lo tanto, a alguno de sus átomos le queda un electrón sin compartir (simbolizado como Y! que lo ace particularmente reactivo* Estos radicales posteriormente reaccionan con el o)ígeno presente (1 5!, generando un nuevo radical (P'1 5Y! el que a su vez, para estabilizarse, ataca a otra cadena polimérica (P"! sustra%éndole un idrógeno, % generando otro nuevo radical (PY!, que continuará reaccionando* .nalizando las ecuaciones de todas las reacciones involucradas, se puede apreciar que por cada radical polimérico inicialmente formado, se atacan varias cadenas poliméricas, que a su vez generan otros tantos radicales nuevos*
FIGURA 21. M"!$#s-o &" &"'*$&$!H# pol-8*!$
&e puede observar que, por cada radical polímero generado (PY!, se atacan 2 cadenas poliméricas (P"!* Esto es lo que se denomina proceso autocatalítico* El proceso de autoo)idación de los polímeros está a menudo acompaado de otras reacciones de rotura de la cadena, con lo que se reduce el peso molecular, % esta disminución se manifiesta negativamente en las propiedades 8tiles de los polímeros* En una primera etapa, no se observan cambios en el material pero, microscópicamente, a medida que transcurre el tiempo, se produce una disminución de las propiedades del polímero asta de3arlo inutilizable, en algunos casos* Para evitar este fenómeno se le agregan a los polímeros materiales antio)idantes, de manera de retrasar este proceso lo más posible* E)iste otro mecanismo de degradación químico que está relacionado con la presencia de ongos o microorganismos que generan una acción depolimerizante % que se denomina biodegradación* En general este tipo de degradación es importante en polímeros de origen natural (lana, seda, celulosa, etc*! puesto que los microorganismos son capaces de idrolizar los enlaces específicos de las moléculas naturales, pero no suelen atacar a las cadenas de la ma%oría de los polímeros sintéticos* Estos son, generalmente, estables a la acción biodegradable % solamente los materiales
19
susceptibles de idrolizarse (reaccionar con el agua! son propensos a la biodegradación*
Ds-#)!H# &" l$ &"'*$&$!H# +),-!$ &" los pol,-"*os Podemos disminuirla usando cada plástico para lo que fue eco* F-P1& #E P1#-$1& . 5;I /7#1&, #Z?7+E& 1 #7+-[#1& /7#1&, =-E$E& 1 10E0$.#1& /7#1& 1M7#.0$E&, >E#71& 1M7#.0$E& ?.&E& .+1"1+E&, .+7=/$71& E$10.& .+#E"[#1& Z&$EE& "7#1.?-1& , .+7=/$71& "7#1.?-1& , .1>/$71& "7#1.?-1& , ".+1FE0.#1& Z$E
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E = $ P > E P E = $ E
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/ >u% buena resistencia química
asta condicionada
0 / ?a3a resistencia química
+os plásticos están clasificados seg8n su resistencia química en los siguientes grupos: < R >u% buena resistencia química El efecto continuo del medio no provoca ning8n dao al plástico en 2; días* El plástico puede permanecer resistente durante aos* o R esistencia química buena asta condicionada El efecto continuo del medio provoca daos pequeos en el período de tiempo comprendido entre 4 % 2; días* +os daos son reversibles en parte (por e3* incamiento, reblandecimiento, disminución de la resistencia, coloración!*
20
9 R ?a3a resistencia química 0o adecuados para soportar el efecto continuo del medio* Pueden presentarse daos inmediatamente (disminución de la resistencia mecánica, deformaciones, coloración, fisuras, disolución!*
M"!$#s-o &" &"'*$&$!H# #!o p*op$'$!H# t"*-#$!H# p$*$ 9ols$s plást!$s )s$&$s "# los s)p"*-"*!$&os %oto&$!H# o 9o&"'*$&$!H# Para que a%a biodegradación se necesita tener un grupo carbonilo en la cadena*
21
