INSTITUTO TECNOLOGICO DE SALTILLO

CIENCIA E INGENIERIA DE MATERIALES

MATERIALES POLIMERICOS

Reporte de Practica

Dra. Rebeca González Hernández Jesús Alvarado Treviño

David Abraham Mendoza Ortiz Abimael Mora

Osvaldo Flor Sánchez

IntroducciónEl poliestireno es uno de los polímeros más utilizados en la industrial y cotidianamente hablando. Ya sea en cualquiera de sus 4 tipos principales (PS cristal, PS alto impacto. PS expandido o PS extruido), el poliestireno es un polímero que debemos conocer muy bien.

En este reporte se dará a conocer como se llevó a cabo la polimerización del poliestireno en el laboratorio de la institución, así como los materiales y reactivos necesarios para llevarla a cabo, también se hablará brevemente sobre las medidas de seguridad que se deben de tomar en cuenta para esta polimerización.

También se hablarán los resultados y conclusiones de esta polimerización, junto con los cálculos del porcentaje de rendimiento al final del experimento.

OBJETIVOEl principal objetivo de esta práctica realizada es obtener poliestireno a base de estireno y AIBN, sin embargo, gracias a esta debemos de conocer el método practico de la producción de poliestireno, basándonos en las investigaciones previas y en las clases impartidas anteriormente.

Un objetivo importante a tomar en cuenta es el lograr comprender bien el proceso de la polimerización, no solo ver que reactivos se agregan al recipiente, si no saber bien que pasos se deben de realizar y las medidas de seguridad que se deben de tomar para en un futuro lograr realizar la polimerización nosotros mismos.

POLIESTIRENO

Desde el descubrimiento del estireno a mediados del siglo XIX, numerosos investigadores describieron su tendencia a convertirse en un sólido plástico. Sin embargo, estas experiencias fueron incorrectamente descritas como "oxidaciones" o "endurecimientos" y se quedaron en meras curiosidades de laboratorio. Fue el alemán Staudinger el primero en sintetizar deliberadamente poliestireno en su laboratorio y en explicar el fenómeno mediante una "teoría de la polimerización" (1920). Su teoría desató una fuerte controversia y fue rechazada por la comunidad científica de la época. No obstante, Staudinger continuó su trabajo, siendo recompensado con el Premio Nobel de Química en 1953.El poliestireno (PS) es un polímero termoplástico que se obtiene de la polimerización del estireno. Los polímeros de estireno son de gran relevancia en el mercado, ocupan el quinto lugar del consumo, después del polietileno, polipropileno, polietilen tereftalato y policloruro de vinilo, esto es gracias a una abundante variedad de aplicaciones por facilidad en moldeo y propiedades.

El número 6 y las siglas PS indican que se trata de poliestireno. El triángulo con flechas indica que se trata de un plástico reciclable.

SINTESISEl poliestireno se prepara calentando el etilbenceno en presencia de un catalizador para dar lugar al estireno. La polimerización del estireno requiere la presencia de una pequeña cantidad de un iniciador, entre los que se encuentran los peróxidos, que opera rompiéndose para generar un radical libre. Este se une a una molécula de monómero, formando así otro radical libre más grande, que a su vez se une a otra molécula de monómero y así sucesivamente. Este proceso en cadena finalizará por combinación de dos radicales, sean ambos radicales polímeros o bien radical polímero y otro radical del iniciador, o por abstracción de un átomo de hidrógeno de otra molécula.

TIPOS DE POLIESTIRENO POLIESTIRENO CRISTAL:

El producto de la polimerización del estireno puro se denomina poliestireno cristal o poliestireno de uso general (GPPS, siglas en inglés). Es un sólido transparente, duro y frágil. Es vítreo por debajo de 100 ºC. Por encima de esta temperatura es fácilmente procesable y puede dársele múltiples formas.

POLIESTIRENO DE ALTO IMPACTO HIPS:Se obtiene por polimerización por radicales libres del monómero estireno, por agregado de caucho polibutadieno a la mezcla. El polibutadieno tiene enlaces dobles en su estructura, capaces de polimerizar. Se obtiene el polibutadieno copolimerizando con el monómero estireno. Copolímero llamado copolímero de injerto. Este es un polímero con cadenas que surgen de él y que son de diferente clase de la cadena principal. En este caso, se trata de una cadena de poliestireno con cadenas de polibutadieno que emergen de ella.

POLIESTIRENO EXPANDIDOEn este poliestireno es necesario utilizar el pentano como agente espumante. El poliestireno expandido, conocido como "corcho blanco", es un plástico bastante frágil y muy sensible a prácticamente todos los disolventes. Está dotado de un excelente comportamiento diélectrico y es de fácil. Se utiliza principalmente en la industria para envases frigoríficos, vasos desechables del tipo térmico o empaques para el uso electrónico, entre otros, también es ampliamente utilizado en la construcción.

PROPIEDADES Color transparente (excepto el expandido, es blancuzco opaco). Baja resistencia al impacto. Muy baja elongación. Buen brillo. Liviano. Puede ser procesado en un amplio rango de temperaturas. Elevada fuerza de tensión. Resistente a químicos inorgánicos y al agua. Soluble en hidrocarburos aromáticos y purificados. Propiedades eléctricas sobresalientes. Densidad 1050 kg/m 3. Conductividad eléctrica (σ ) 10-16 S/m. Conductividad térmica 0.08 W/(m·K).

APLICACIONESLas aplicaciones y usos principales del poliestireno son:

Fabricación de envases mediante extrusión-termoformado. Fabricación de objetos diversos mediante moldeo por inyección. Fabricación de aislantes térmicos en construcción. Cajas apilables de alimentos. Embalaje de mercadería pesada Embalajes de mercadería frágil Envases y embalajes para transporte aéreo Carcasas de televisores. Impresoras. Puertas e interiores de frigoríficos. Maquinillas de afeitar desechables. Juguetes.

METODOLOGÍA EXPERIMENTALEsta práctica consistió en la polimerización de estireno para conseguir poliestireno, esto mediante el uso de 2,2-Azobisisobutironitrilo (AIBN) como catalizador.El tipo de polimerización que se lleva a cabo es una polimerización radical en masa. La reacción es iniciada por radicales libres, generados bien térmicamente, o bien, mediante moléculas específicas denominadas iniciadores, que en este caso se utiliza el AIBN.

A continuación, se mostrarán los pasos que se siguieron para la producción de poliestireno en el laboratorio.

TABLA DE EQUIPOS Y REACTIVOSEquipos y Reactivos Cantidad (mol)

Estireno 8.711*10-3

AIBN 5.566*10-4

MetanolGlicerina

Tubo de ensayoVaso de precipitadoBalanza electrónica

Parrilla eléctrica de calentamiento

PROCEDIMIENTO 1. Precalentar la parrilla eléctrica

La parrilla eléctrica se debe calentar desde el inicio, sobre esta se posa un recipiente que contiene glicerina. Se deben de alcanzar 60°C, para que esté lista al momento de que se deba de poner el tubo de precipitado con el estireno y el AIBN.

2. Pesar los materialesPara una mejor lectura de los datos, primero se pesaron los recipientes en los cuales se pondría el iniciador, en este caso el AIBN. Esto para tener una mejor exactitud y evitar lo más posible el error.

3. Pesar reactivos Con la balanza electrónica fue pesado el AIBN, dando como resultado 0.0914g de AIBN, esto muy cercano a lo que se tenía planeado, que eran 0.09g. El AIBN fue pesado en el tubo de ensayo sobre el tubo de precipitado que sirvió para evitar que el tubo se cayera.

4. Agregar el estirenoPara dar inicio a la polimerización, es necesario agregar el estireno, el cual es el monómero y sin el cual no se podría llevar a cabo este experimento. El estireno es

cancerígeno y peligroso, y es por esta razón que la Dra. Fue quien agrego 1ml a nuestro tubo de ensayo.

5. Calentar los reactivosEn el recipiente con glicerina previamente precalentada a una temperatura de 60°C, se pone el tubo de ensayo con los reactivos, esto será durante 40 min manteniendo la temperatura entre 60-70°C. Lo cual hará que se realice la polimerización. El tubo de ensayo es tapado para evitar que salgan vapores.

6. Extraer el polímeroDespués de que pasaron los 40 minutos la polimerización se ha realizado. El poliestireno debe ser extraído del tubo de ensayo, para esto se utiliza el metanol. El metanol servirá para despegar el poliestireno del tubo.El poliestireno ya separado del tubo de ensayo se vacía en el vaso de precipitado, en donde este se secará. El tiempo de secado fue durante todo el fin de semana.

7. Pesar el polímero Después del tiempo de secado, el polímero fue despegado del vaso de precipitado y fue pesado.El resultado de esta polimerización fue de 0.3419g de poliestireno.

PORCENTAJE DE RENDIMIENTODespués de que el poliestireno fue secado, despegado y pesado. Fue necesario obtener el % de rendimiento. Basándonos en la masa del estireno y del poliestireno. El porcentaje de rendimiento se sacó mediante esta fórmula:

% derendimiento=(masa poliestirenomasa estireno )∗100%Basándonos en esta fórmula y en el peso de nuestro polímero que fue de 0.3149g, los cuales al convertirlos a moles son 3.027*10-3 se pudo sacar el porcentaje de rendimiento.

% derendimiento=(3.027∗10−3

8.711∗10−3 )∗100%=34.759%

Así que el porcentaje de nuestro poliestireno fue de 34.759%.

CONCLUSIONESEn conclusión, nuestro objetivo fue logrado y con buenos resultados.El proceso de la polimerización del estireno pudo ser observada paso a paso mientras los integrantes del equipo revisábamos todo su progreso. Llegamos a un resultado medianamente satisfactorio, ya que, aunque no fue un gran porcentaje de rendimiento, si fue mayor a la media al ser del 34.759%. Este porcentaje de rendimiento pudo llegar a ser un poco mayor, porque, aunque no fue mucho, algo del polímero se quedó pegado en el vaso de precipitado.El polímero obtenido fue un material opaco y medianamente sólido, este ya no presentaba viscosidad, aun así, el material resultante era suave y se deformaba con facilidad. Fue una buena experiencia de práctica, la cual estamos seguros nos servirá para prácticas y aplicaciones futuras.

BIBLIOGRAFÍA. Principios de sistemas de polímeros, Ferdinand Rodríguez, 1984 http://www.eis.uva.es/~macromol/curso13-14/poliestireno/principal.html http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.mx/2011/06/poliestireno.html https://www.formosa.gob.ar/modulos/produccion/templates/files/

polocientifico/dioxitek/anexos/metanol.pdf http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/

FISQ/Ficheros/0a100/nspn0073.pdf

ANEXOS