Laboratorio de Procesamiento de Plsticos

Prctica de LaboratorioIdentificacin de plsticos: ensayos preliminaresObjetivosAl finalizar la prctica el alumno debe saber:

1.- Cmo disolver y precipitar compuestos polimricos.2.- Cmo realizar una prueba de combustin.3.- Utilizar otros mtodos para complementar la identificacin de polmeros.

Requisitos previos

Para realizar la prctica el alumno debe saber:

1.- Diferentes mtodos que se emplean en el laboratorio para identificar polmeros.2.- Propiedades generales de los sistemas polimricos.Introduccin TericaTodo anlisis de un plstico empieza con ensayos preliminares. Adems de observar caractersticas tales como el comportamiento en solubilidad, densidad, reblandecimiento y fusin, es muy importante el calentamiento de un tubo de combustin (ensayo de pirolisis) y en la llama (ensayo a la llama). Plstico es una palabra con la que todos estamos familiarizados. Decimos que una botella es de plstico, que guardamos objetos en bolsas de este material o utilizamos productos especficos para limpiarlos. Utilizamos plsticos que presentan distintas texturas o colores, que son ms o menos blandos o fci1es de quebrar, que aslan trmicamente o que son totalmente transparentes. El conjunto de aplicaciones y usos diversos para los que pueden ser empleados estos materiales es tan grande que, sin temor, podemos decir que nuestro entorno nos sera completamente desconocido sin la presencia de los objetos hechos de plstico.El trmino plstico engloba al conjunto de materiales basados en compuestos qumicos formados por largas cadenas constituidas por unidades que son molculas ampliamente conocidas por la qumica. Esto es lo que se conoce como polmeros. Como cada molcula pequea presenta unas propiedades fsicas y qumicas distintas, los polmeros formados retienen parte de esas propiedades y adems, debido a su propia estructura, aaden otras nuevas. Incluso podemos combinar distintas molculas pequeas en la cadena y obtener materiales que anen distintas propiedades dependiendo de la cantidad relativa de los compuestos de partida. Las cadenas pueden ser lineales o bien poseer ramificaciones, estar unidas entre si o no, Las posibilidades en la composicin y en la estructura o forma confieren a estos materiales la posibilidad de cubrir casi cualquier aplicacin que se requiera.Debido al gran desarrollo que han experimentado, la variedad de polmeros sintticos que se encuentra actualmente en el mercado es enorme. Averiguar qu tipo de polmero se ha utilizado para fabricar un determinado producto no es pues inmediato, pero existen una serie de pruebas de identificacin que nos pueden permitir dilucidar su naturaleza.El plstico como producto industrial, es una combinacin de polmeros y un nmero variable de otras sustancias, cargas y aditivos, que se aaden para dar al material final las caractersticas o prestaciones concretas que se deseen. En algunos casos es necesario someter al plstico a un tratamiento previo a su anlisis, en el que el polmero se separa de sus aditivos e impurezas de bajo peso molecular. El proceso de identificacin consiste en someter al material a una serie de pruebas preliminares tales como solubilidad, densidad, fusin y olor a la llama. Si estos ensayos no han conducido a una identificacin clara se proceder a ensayos encaminados a la presencia de heterotomos o en general a ensayos especficos.Los plsticos como materiales de partida o materia prima, presentan una amplia variedad de aspectos: polvo, granulado, dispersiones y una vez elaborados se pueden ofertar como pelcula fina, plancha, tubos o productos moldeados entre otros. Aunque existen pruebas que pueden realizarse sobre el producto original, es mejor que la muestra se encuentre finamente dividida o en polvo. Esto puede conseguirse enfrindolos con hielo seco o nitrgeno lquido que los hace quebradizos y posteriormente triturarlos.Los plsticos elaborados presentan en su formulacin numerosos aditivos. Para una determinacin original no suelen interferir, pero si se trata de un anlisis especfico es necesario eliminarlos. El mtodo ms utilizado es la extraccin continua en un Soxhlet, el polmero se disuelve en el disolvente escogido segn pruebas previas y las cargas y agentes de refuerzo quedan en el dedal. El polmero se recupera aadiendo gota a gota su disolucin sobre un volumen 10 veces mayor de no solvente, el polmero precipita y se separa por filtracin de los compuestos de bajo peso molecular que quedan disueltos en la mezcla de disolvente y precipitante. Una vez aislado el polmero del plstico inicial, para identificarlo se aplican los siguientes ensayos.SOLUBILIDADLa solubilidad de un polmero vara en funcin de su estructura qumica y del peso molecular, siendo ms fcilmente solubles las fracciones de bajo peso molecular. Por tanto no es extrao que durante un proceso de disolucin o de extraccin de los aditivos se disuelvan las fracciones ms ligeras de los polmeros, quedando insolubles las de alto peso molecular.Dado el alto peso molecular de los polmeros es necesario trocear la muestra lo ms finamente posible. En caso de que la muestra sea difcil de cortar se puede congelar con nieve carbnica o nitrgeno lquido, con lo que pasar a estado vtreo, siendo ms frgil y fcil de cortar.Una vez triturada la muestra, se introduce en un tubo de ensayo con el disolvente agitndolo continuamente durante un tiempo prolongado (puede llegar a ser das).El polmero puede bien disolverse, bien permanecer inalterado o bien permanecer hinchado formando un gel. En caso de existir duda sobre si se ha disuelto, se deber poner la disolucin filtrada sobre un cristal y evaporar el disolvente par determinar si ha quedado algn residuo. Entre los numerosos disolventes de plsticos, los ms ampliamente utilizados son benceno, tetrahidrofurano, dimetilformamida, dietilter, acetona y cido frmico. En ciertos casos se suele utilizar cloroetileno, acetato de etilo, etanol, metanol, tolueno, hidrocarburos e incluso cidos o bases.PROCEDIMIENTOPara determinar la solubilidad, se aade aproximadamente 0,5 g de plstico finamente dividido a un tubo de ensayo y se observa el posible hinchamiento. Se puede dejar entre 24 y 48 horas y volver a observar si es necesario, se caliente suavemente el tubo de ensayo con agitacin constante. Esta operacin puede hacerse con mechero Bunsen pero es preferible hacerlo en un bao de agua. Debe tenerse mucho cuidado e impedir la ebullicin repentina y la proyeccin del producto fuera del tubo de ensayo, ya que muchos disolventes orgnicos o sus vapores son inflamables.MATERIAL Polmeros Disolventes Tubos de ensayo Vidrio de reloj Varilla de vidrio Vasos de precipitado

COMPARACIN DE DIFERENTES CLASES DE PLSTICOSEstructuraAspecto FsicoDensidad (g/cm3)Comportamiento al calorComportamiento a los disolventes

Termo-plsticosMacromolculas lineales o ramificadasParcialmente cristalino: flexible a tipo varilla rgida, traslcido, lechoso u opaco; slo los filmes delgados son transparentes0,9-1,4 (excepto PTFE: 2-2.3)Materiales blandos: fundes y se hacen transparentes al fundirse; con frecuencia las fibras pueden estirarse a partir del fundido; sellado por calor (existen excepciones)Pueden hincharse, normalmente difciles de disolver en disolventes fros, pero suelen disolverse en disolventes calientes, ej.: polietileno en xyleno.

Amorfos: incoloros, claros y transparentes sin aditivos; duros a elsticos (ej. Por adicin de plastificantes)0,9-1,9Solubles (con algunas excepciones) en ciertos disolventes orgnicos, normalmente despus de un hinchamiento inicial.

Termoestables (despus del procesado)(Normalmente) macromolculas muy entrecruzadasDuros: normalmente contienen cargas y son opacos.Sin cargas son transparentes.1,2-1,4; con cargas: 1,4-2,0Permanecen duros: dimensionalmente estables hasta casi la descomposicin qumicaInsolubles, no se hinchan a lo sumo ligeramente.

Elastmeros(Normalmente) macromolculas entrecruzadas ligeramenteElasticidad tipo caucho y capacidad para ser estiradas0,8-1,3No fluyen hasta temperaturas prximas a la de descomposicin qumica.Insolubles, pero suelen hincharse.

* Una medida aproximada de la dureza de un plstico es su comportamiento al rayado con la ua; los plsticos duros araan la ua; Los plsticos tipo varilla rgida tienen aproximadamente la misma dureza; Los plsticos flexibles o tipo caucho se pueden rayar con la ua.

SOLUBILIDAD DE PLSTICOS EN ALGUNOS DISOLVENTESAguaTetrahidrofurano (THF)Xileno o ebullicinDimetilformamida (DMF)cido frmicoInsolubles en estos disolventes

PoliacrilamidaTodos los polmeros no entrecruzados*PoliolefinasPoliacrilonitriloPoliamidasHidrocarburos polifluorados

Polialcohol vinlicoPolmero de estirenoPoliformaldehido (en DMF a ebullicin)Derivados del polialcohol vinlicoPolietilentereftalato**

PolivinilmetilterPolmeros de cloruro de viniloCondensados de urea y melamina-formaldehido (no curados)Polimeros entre cruzados (curados, vulcanizados)

Polixido de etilenoPoliacrilatos

PolivinilpirrolidonaPolitrifluorcloroetileno

Polianhdridomaleico

SOLUBILIDAD DE PLSTICOSPolmeroDisolventeNo disolvente

Polietileno, polibutenol, polipropileno isotctivop-Xileno*, triclorobenceno*, decano*, decalina*Acetona, dietilter, alcholes de bajo peso molecular.

Polipropileno atcticoHidrocarburos, acetato de isoamiloAcetato de etilo, propanol

PoliisobutilenoHexano, benceno, tetracolruro de carbono, tetrahidrofuranoAcetona, metanol, acetato de metilo.

Polibutadieno, poliisoprenoHidrocarburos alifticos y aromticosAcetona, dietilter, alcoholes de bajo peso molecular.

PoliestirenoBenceno, tolueno, cloroformo, ciclohexanona, acetato de butilo, disulfuro de carbono.Alcoholes de bajo peso molecular, dietil ter (se hincha)

Policloruro de viniloTetrahidrofurano, ciclohexanona, metiletilacetona, dimetilformamida.Metanol, acetona, heptano.

Polifluoruro de viniloCiclohexanona, dimetilformamidaHidrocarburos alifticos, metanol

PolitetrafluoretilenoInsoluble-

Poliacetato de viniloBenceno, cloroformo, metanol, acetona, acetato de butilo.Dietilter, ter de petrleo, butanol.

Polivinilisobutil terIsopropanol, metiletilacetona, cloroformo, hidrocarburos aromticos.Metanol, acetona

Poliacrilatos y polimetracrilatosCloroformo, acetona, acet.ato de etilo, tetrahidrofurano, toluenoMetanol, dietilter, ter de petrleo.

PoliacrilonitriloDimetilformamdia, dimetilsulfxido, ac. Sulfrico concentrado.Alcoholes, dietilter, gua, hidrocarburos.

PoliacrilamidaAguaMetanol, acetona

Policido acrlicogua, lcalis diludos, metanol, dioxano, dimetilformamida.Hidrocarburos, metanol, acetona, dietilter

Polialcoholvinlicogua, dimetilformamida*, dimetil-sulfxido*Hidrocarburos, metanol, acetona, dietilter.

CelulosaHidrxido cprico-amnicoacuoso, cloruro de cincacuoso, tiocianatoclcicoacuoso.Metanol, acetona

COMPORTAMIENTO A LA LLAMA Acercar una muestra e material, preferentemente de pequeo espesor al borde de la llama; se quema directamente o colocndola en una esptula. La muestra deber calentarse lentamente. si la llama es grande, la descomposicin ser demasiado rpida y no se podra observar bien los diversos aspectos e la combustin. Si la muestra no se inflama inmediatamente, se mantendr aproximadamente 10s en la llama. Sern anotados los datos sobre: facilidad de ignicin, autoextincin de la llama, color de la llama, desprendimiento de algn olor, la presencia de humos, etc.

Ser necesario precisar los siguientes aspectos:La probeta no se inflama en absoluto. La probeta se deforma lentamenteLa probeta no se deformanLa probeta arde dentro de la llama La probeta se extingue al separarla de la llamaLa probeta sigue ardiendo despus de alejarla de la llama PIRLISIS: Ensayos de papel tornasol y de pH de vapores*Papel tornasol

RojoSin variacinAzul

Papel pH

0,5-4,05,0-5,58,0-9,5

Polmeros que contienen halgenoPolisteres vinlicossteres de celulosaPolietilentereftalatoNovolacasElastmeros de poliretanosResinas de polisteres insaturadosPolmeros que contienen florPoliolefinasPolialcohol vinlicoPolivinilacetalesPolivinilteresPolmeros de estireno (incluidos copolimeros de estireno-acrilonitrilo)**PolimetacrilatosPolixidos de metilenoPolicarbonatosPoliuretanos linealesPoliamidasPolmeros ABSResinas fenlicas y de cresolAminoresinas (resinas de anilina-melamina y urea-formaldehido)

COMPORTAMIENTO A LA COMBUSTIN DE ALGUNOS POLMEROSComportamiento a la combustinColor de la llamaOlor de los humosTipo de Polmero

La sustancia arde suavemente, se funde y se vuelve transparente en la zona de combustinAzulOlor a parafina (cera)Ligero olor no de parafina PolietilenoPolipropileno

La sustancia arde suavemente y se fundeAzulOlor a pelo y cuerno quemadoPoliamida (nylon)

La sustancia arde suavemente y se fundeBrillante y muy humosaOlor dulce, a azcar quemadaPoliestireno

La sustancia contina ardiendo por s sola, despus de haber sido retirada del mecheroLlama azul y muy pequeaIntenso olor a FormaldehidoPolioximetileno (Resina acetlica)

La sustancia arde suavemente y se fundeBrillante y humosaLigero olor a caucho quemadoABS (Acrilonitrilobutadienoestireno)

La sustancia arde con dificultad, humos y cenizas blancosBlanca amarillenta-----Siliconas

La sustancia arde con llama, pero la combustin cesa inmediatamente que se retira del mecheroVerde claroOlor acre, pero no de goma quemadaPVC (Policloruro de vinilo)

Arde lentamente (chisporrotea)Azul blanquecinoOlor a frutas o floresPKMA (Polimetilmetacrilato)

COMPORTAMIENTO DE PLSTICOS A LA LLAMAInflamabilidadAspecto de la llamaOlor de los vaporesMaterial

No arden--Siliconas

-Picante (cido fluorhidrico, HF)Politetrafluoretileno, politrifluorcloroetileno

--Poliimidas

Difciles de encender, se autoextinguen cuando se retira la llamaLuminosa, humos negrosFenol, formaldehidoResinas fenlicas

Amarilla luminosaAmoniaco, aminas, formaldehidoAmino resinas

Borde verdecido clorhdricoCuacho clorado, policloruro de vinilo, policloruro de vinilideno, (sin plastificantes inflamables)

Brillante, humos negro-Policarbonatos

Amarilla, humo gris-Caucho de siliconas

Amarillo-naranja, humo azulCuerno quemadoPoliamidas

Arden en la llama, no se autoextinguen o lo hacen lentamente fuera de la llamaAmarillaFenol, papel quemadoEstratificados de resinas fenlicas

Brillante, el material se descomponeIrritantes, pica la gargantaPolialcoholvnilio

Amarillo-naranjaGoma quemadaPoliclorpreso

Amarillo-narajan, humos negrosFragante, aromticoPolietilentereftalato

Amarilla, borde azulPicante (isocianato)Poliuretano

Amarilla centro azulParafinaPolietileno, polipropileno

Luminosa, humos negrosAcreResinas de pollister (reforzados con fibra de vidrio)

AmarillaFenolResinas epoxy (reforzadas con fibra de vidrio)

Se contienden fcilmente, continan ardiendo despus de retirar la llamaLuminosa, humos negrosAlgo fragante, gas naturalPoliestireno

Amarilla oscura, algunos humos negroscido acticoPoliacetato de vinilo

Amarilla oscura, algunos humos negrosGoma quemadaCaucho

Luminosa, centro azul, sin chasquidoFragante, afrutadoPolimetacrilato de metilo

AzuladaFormaldehidoPolixido de metileno

Amarilla oscura, tenuecido actico y cido butricoAcetobutirato de celulosa

Gris plida, echa chispascido acticoAcetato de celulosa

Amarillo-naranjaPapel quemadoCelulosa

Brillante, violetaxidos de nitrgenoNitrato de Celulosa

Mantener la muestra en el borde de la llama si la muestra no arde inicialmente Mantener la muestra en el interior de la llama durante 10s.

Informe Final1.- Breve introduccin terica con los objetivos de trabajo.

2.- Reflejar todos los datos experimentales segn el tipo de ensayo al cual pertenecen.

3.- Asignar las seales de los espectros IR y RMN.

4.- Identificar el polmero segn anlisis de todos los datos disponibles.

5.- Elabore las conclusiones del informe analizando el trabajo experimental y los resultados obtenidos.

Conclusiones

Con esta prctica los alumnos tienen la oportunidad de familiarizarse con algunos de los ensayos generales y tcnicas analticas ms complejas, empleados en la identificacin de polmeros.