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Universidad de Santiago de ChileFacultad de Qumica y Biologa

ELABORACIN Y ANLISIS DE UNA DISPERSIN ACUOSA POLIMRICA A BASE DE ACETATO DE VINILO Y UN STER DEL CIDO ACRLICO LIBRE DE PLASTIFICANTES

Alumno: Mario Escobar B.Profesor Tutor: Dr. Franco Rabagliati C.

1Clariant Colorqumica Chile Ltda.

CLARIANTServicios de aceite y minera (OMS)Emulsiones Pigmentos y AditivosMasterbatchesPlanta de Produccin Laboratorio de control de calidadINTRODUCCIN22 Conceptos bsicos sobre polimerizacin en emulsinMonmeros: Unidades moleculares que reaccionan entre s, para producir los llamados polmeros. Cada monmero tiene una estructura particular con gran impacto en el polmero resultante.

Polmeros: son macromolculas formadas por muchas unidades simples que se repiten, unidas por enlace covalente, llamada unidad repetitiva.

Emulsionantes: son compuestos con doble funcin, generando sitios para formacin de partculas (micelas) y otorgando estabilidad a las partculas en crecimiento.

Coloide protector: similar a un emulsionante, pero no forma micelas y ayuda a la estabilizacin de la partcula de polmero final.

Iniciador : compuesto qumico que genera especie activa (radicales libres) capaz de dar origen al proceso de polimerizacin.

Dispersin: son aquellas sistemas en los cuales las partculas permanecen dispersas como entidades simple por largos periodos de tiempo.3CARACTERSTICAS GENERALES POLMERO EN DISPERSINPolmero en dispersinCaractersticasPolmero en dispersinAparienciaOpaco-lechozoPeso molecular (g/mol) 100000Tamao de partcula (m) 0,1Contenido de slido (%)40- 60Viscosidadmedia4ESQUEMA DE LOS CONSTITUYENTES BSICOS DE UNA DISPERSIN POLIMRICA

5OBJETIVOSObjetivos generales Explicar el proceso de elaboracin de una dispersin acuosa polimrica a base de acetato de vinilo y acrilato de butilo para su aplicacin en la fabricacin de pinturas.

Objetivos especficos Describir las reacciones qumicas involucradas en el proceso de elaboracin de la dispersin polimrica acuosa.

Explicar los anlisis fsicos y qumicos realizados al producto polimerizado y precisar sobre la importancia de cumplir con los parmetros establecidos, en el producto final.

6Materiales y Mtodos

7PROCESO DE ELABORACIN DE DISPERSIN POLIMRICA ACUOSA A BASE DE VINILACETATO/BUTILACRILATO.

PRIMERA PARTE: PREEMULSIN

Agua

Tylose H 15000 YP2(hidroxietilcelulosa)

Genapol PF-10(tensoactivo no inico) Emulsogen 4084(emulsionante no ionico)

Arkopal N-300(alquilfenol poliglicol ter)

8PROCESO DE ELABORACIN DE DISPERSIN POLIMRICA ACUOSA A BASE DE VINILACETATO/BUTILACRILATO.

SEGUNDA PARTE: MEZCLA DE MONMEROS

El acetato de vinilo (CH3-COO-CH = CH2) pertenece a la familia de los monmeros vinlicos, que se caracterizan por su elevada reactividad y su capacidad para formar polmeros, es un lquido incoloro e inflamable.

El acrilato de n-butilo(CH2=CH-COO-CH2-CH2-CH2-CH3) se utiliza principalmente en la fabricacinde fibras sintticas y en dispersiones de polmeros que se emplean para lafabricacin de telas, cueros y adhesivos.

9En reactor pequeo preparar solucin de persulfato de amonio.PROCESO DE ELABORACIN DE DISPERSIN POLIMRICA ACUOSA A BASE DE VINILACETATO/BUTILACRILATO.

TERCERA PARTE: POLIMERIZACIN

Reactor de polimerizacin, transferir pre-emulsin y estabilizar T 76C 1.

Agregar 1/3 de solucin de iniciador, 15 min , luego 1/3 de la mezcla de monmeros.

Homogenizar 1 hora, registrar exortermia y estabilizar T 82C 1.

Dosificar en 4-5 horas resto de monmeros y la mitad de iniciador restante.

Finalizado este tiempo subir T 85C 1 y resto de iniciador y 1 hora de agitacin.

Finalmente enfriar a 23C 1 y ajustar el producto.

Foamater VF. Fongrabag IG.

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ETAPAS DE LA POLIMERIZACIN POR ADICIN RADICALAR

Formacin radical libre

incorporacin primera unidad monomricaPersulfato de amonioInsercin primera unidad monmerica.INICIACIN

11ETAPAS DE LA POLIMERIZACIN POR ADICIN RADICALARPROPAGACIN

Etapa de propagacinPoliacetato de vinilo

12En la etapa de terminacin o cierre se obtiene el polmero, por prdida de actividad de las cadenas activadas que se han ido formando durante la etapa de propagacin. La terminacin se puede producir en cualquier momento, normalmente tiene lugar cuando aumenta la viscosidad, ya que, en ese instante hay un exceso de polmero y deficiencia de monmero.

ETAPAS DE LA POLIMERIZACIN POR ADICIN RADICALARTerminacin Nmero de partculas se mantiene constante.

Disminuye la concentracin de monmero, luego disminuye la reaccin de polimerizacin

Se caracteriza por:13ETAPAS DE FORMACIN DE LA PARTCULA DE POLMEROEtapa I: Formacin de la partcula Formacin continua de nuevas partculas. Velocidad de la reaccin incrementa. a gotas de monmerosd Molcula de emulsionante b Molcula de monmeroe micelas c Partcula (cuando ya no f micelas + molculas de monmeros hay mas micelas)g Radical

1414ETAPAS DE FORMACIN DE LA PARTCULA DE POLMEROEtapa II: Crecimiento de las partculas No hay mas micelas, no hay formacin de nuevas partculas. Concentracin de monmeros en las partculas de polmeros se mantiene relativamente constante. El monmero es abastecido mediante la difusin desde el reservatorio en las gotas de monmero. La velocidad de reaccin permanece constante durante la fase II

1515ETAPAS DE FORMACIN DE LA PARTCULA DE POLMEROEtapa III: Terminacin No hay mas gotas de monmeros. La reaccin de polimerizacin consume el monmeros que a an permanece en la partcula de polmero. Al disminuir la concentracin de monmero, la velocidad de reaccin va disminuyendo durante la fase III

16ANLISIS REALIZADOS A LA DISPERSIN POLIMRICA ACETATO DE VINILO Y ACRILATO DE BUTILO

Tipos de anlisisDescripcin del anlisis realizadoEspecificacin del anlisis realizadoCantidad de muestra (Kg)Cualitativo ColorColores-blanco1CualitativoCondicin del liquido a la luzPureza-lechoso1CualitativoEstado fsicoConsistencia-liquido1Cuantitativo Valor pH t/c4,0 - 5,0 ND1CualitativoAspecto pelculaDecisin-cumple1CuantitativoTMFP *6 - 7C1CuantitativoViscosidad Brookfield 3/20/23C2000 4000cPa.s1CuantitativoSlidos 2H/120C49,0 - 51,0%1CuantitativoTest de filtro 40 micras0,00 - 0,02%1TMFP*: Temperatura mnima de formacin de pelcula.17DETERMINACIN DE ASPECTO DE PELCULA

Aspecto film seco a contraluz . Aspecto sobre placas de vidrio. Las caractersticas que se pueden observar son variadas, por ejemplo, aspecto de pelcula, es decir, que se encuentre exenta de grumos o puntos, presencia de aire o burbujas, elasticidad, dureza, transparencia, entre otros.Para este anlisis cualitativo necesitamos:

Placas de vidrio de dimensiones 2,5 x 6,5.Aplicador ERICHSEN (aplicador de film para placas de vidrio).Esptula.Papel absorbente. Estufa con temperatura de secado de aproximadamente 50C.

18Caractersticas de la pelcula seca de la dispersinProductoEspesor film 120Espesor film 300Caractersticas de pelcula secaDispersin polimrica VAM/BUAXTransparente, brillante, elstica y algo pegajosa.Esta es una calificacin cualitativa, especfica e individual, se trata de un anlisis sin atributos exactos ni precisos.

Aplicador Erichsen19

DETERMINACIN DE VALOR DE pHCasi todas las dispersiones a base de acetato de vinilo son dbilmente cidas, de pH entre 3 y 5, es necesario que el pH no descienda de 3 porque podra tender a coagularse y a pH bsico tiende a cortarse. pH-metro Orion star 3FechaHoraRegistro buffer 7.0Registro buffer 4.0ObservacinAnalista05/11/201208:307.04.0Sin observacinM. EscobarTabla calibracin de pHEl pH deber estar dentro de especificacin segn parmetros de calidad, pH 4-5.20DETERMINACIN DE VISCOSIDAD SEGN VISCOSMETRO BROOKFIELDLa viscosidad es una caracterstica propia de toda materia lquida y corresponde a la resistencia a fluir provocada por la friccin interna de las molculas del mismo lquido. El viscosmetro Brookfield relaciona el esfuerzo de corte a la velocidad del spindle y el movimiento de torsin o torque producido para vencer dicha fuerza.

Viscosmetro Brookfield Spindle 21RPMSpindle 1Spindle 2Spindle 3Spindle 4Spindle 5Spindle 6Spindle 70,5200800200040008000200008000011004001000200040001000040000250200500100020005000200002,5401604008001600400016000425100250500100025001000052080200400800200080001010401002004001000400020520501002005002000502820402020080010014102040100400DETERMINACIN DE VISCOSIDAD SEGN VISCOSMETRO BROOKFIELD RPM: revoluciones por minutos.La viscosidad se determina de acuerdo a la siguiente ecuacin:

LECTURA X FACTOR = VISCOSIDAD (cPa.s)

donde el factor depende de la velocidad empleada y del spindle usado y es obtenido de la superior.Factores viscosmetro Brookfield rvt anlogo22DETERMINACIN DE CONTENIDOS DE SLIDOSEl contenido de material no voltil o contenido de slidos, corresponde a la porcin residual en peso de un producto, que permanece despus de un tratamiento trmico bajo condiciones especificadas de laboratorio. El valor obtenido despus del tratamiento trmico es expresado como porcentaje de slidos.

Estufa Memmert UM 400 Cpsulas con producto23DETERMINACIN DE CONTENIDOS DE SLIDOSEl clculo del contenido de slidos se realiza como se indica en la siguiente ecuacin:

Donde: Cr: masa de la cpsula mas residuo, en gramos. C: masa de cpsula sola, en gramos. M: masa de la muestra, en gramos. 24APLICACIN FINAL DE LA DISPERSIN ACUOSA POLIMRICA VINILACETATO/BUTILACRILATO La dispersin polimrica final que se fabric en este trabajo es el ligante listo para el empleo inmediato en la fabricacin de pinturas interiores y exteriores debido a su fcil formacin de pelculas y su excelente adherencia. Aparte de ello ofrece todava otras ventajas: al no contener disolventes la dispersin es incombustible, fisiolgicamente inocua y virtualmente inodora, pudindose manipular fcilmente, tanto sin pigmentar como en forma de pintura ya preparada.25 Caractersticas que debe cumplir la pelcula formada a base de esta dispersin:

Resistencia a las radiaciones ultravioletas, sin sufrir cambios de color ni producir caleo.Resistencia a la lluvia y su acidez no debiendo presentar saponificacin ni eflorescencias.Resistencias al cambio de temperatura sin quebrar, formar fisuras o grietas y sin desprenderse.

Imagen de eflorescencia26Resistencia mecnica, sin abrasin y prdida de estructura.Resistente a ataques microbiolgicos sin presentar degradaciones.Resistencia a la invasin de algas, hongos y de lquenes.Otras aplicaciones:

Elaboracin de barnices.Elaboracin de adhesivos.Elaboracin de pastas texturadas.DISCUSINLas acciones mecnicas influyen de manera especial en la viscosidad de la dispersin, por ejemplo, la viscosidad tiende a descender si vuelve a ser homogenizada despus de haber estado en reposo. Por otra parte, el producto terminado al estar almacenado por cierto tiempo tiende a subir su viscosidad. 27 En lo que concierne al pH este tiene relacin directa con la reologa del producto, y la reologa tiene que ver con la estabilidad y sedimentacin de la dispersin, es de suma importancia que el pH final se encuentre dentro de especificacin ya que, por debajo de este pH el producto tiende a coagularse y por consiguiente se genera su precipitacin, a un pH bsico la dispersin se podra cortar, y formar grumos de gran tamao, inutilizando la dispersinLa cantidad de materia slida es una propiedad importante de la dispersin, ya que, sta determina su concentracin, el resto es agua. La concentracin de materia slida tiene relacin directa con la viscosidad, si el porcentaje de slidos desciende, la viscosidad tambin lo har. Es necesario que la concentracin de slidos se encuentre dentro de especificacin, ya que, en la aplicacin (fabricacin de pinturas) la cantidad de slido se relaciona directamente con el rendimiento final de la pintura. 28CONCLUSIN Se puede concluir que el producto final es una dispersin en estado lquido, de consistencia fluido de mediana viscosidad, de color blanco lechoso, compuesta por aproximadamente un 50% de material slido y un 50% de agua desmineralizada, con un pH casi neutro. El producto puede sedimentar o cortarse a pH extremos cido o bsico respectivamente, por lo que es importante mantenerse dentro de la especificacin de anlisis del producto. Se debe tener presente que la viscosidad del producto final no es absoluta y puede variar ligeramente por accin mecnica durante su envasado, transporte o almacenamiento. Tambin la viscosidad va de la mano con la concentracin de slidos, por lo cual se debe cumplir con este anlisis tambin, porque se ver reflejado en la fabricacin de pinturas a travs de su rendimiento. Tambin se puede concluir debido a las caractersticas del producto, puede ser utilizado principalmente para la elaboracin de pinturas, no obstante, tambin se pude utilizar en la fabricacin de adhesivos, barnices, pastas texturadas, entre otras aplicaciones2929BIBLIOGRAFAEnrique Schweigger, Manual de pinturas y recubrimientos plsticos Editorial Daz de Santos, 2005, pginas 42-74.

Cintia Vincent Vela, Silvia lvarez Blanco, Jos Luis Zaragoza, Ciencia Y tecnologa de polmeros Editorial Universidad Politcnica de Valencia, 2006, pginas 22-25.

Fred W. Billmeyer Ciencia de los polmeros Editorial Reverte, 1975 pgina 365-420.

Jordi Calvo Carbonell, Pinturas y recubrimientos: Introduccin a su tecnologa Editorial Daz de Santos, 2009, pginas 42-55.30H. Scott Fogler, Principios y clculos bsicos de la ingeniera qumica Tercera Edicin, Editorial Prentice Hall, 2001, pgina 361-401.

Pgina oficial de la empresa Clariant. http://www.latam.clariant.com/reg/latam/internet.nsf/directname/home_es (consultado en agosto 2012)

Qumica Hoechst. Manual de fabricacin de mowilith. rea de produccin Emulsiones. 1993.

Manual Control de Calidad: Metodologas de anlisis para productos terminados. Clariant Colorqumica (Chile), rea de divisin BU Emulsiones, Detergentes e Intermediarios. Laboratorio de control de calidad, 1996.BIBLIOGRAFA3132AgradecimientosMis agradecimientos a la empresa Clariant Colorquimica Chile, por permitirme realizar con xito la prctica profesional en sus dependencias.

FORMACIN DE FILMS EN DISPERSIONES POLIMRICAS33DETERMINACIN DE APARIENCIA FSICA.Este mtodo considera la evaluacin fsica de las muestras, ya sea color, aspecto, textura, estado fsico etc, del producto terminado a travs de la muestra final.ESTADO FSICO, COLOR Y CONDICIN FSICAEstadoCondicin fsica del productoSlidoPolvo, granulado, ceroso, cristalizado, escamas, polvo fino, bloques, pellets, etc.LquidoLechoso, transparente, pastoso, viscoso, emulsin, dispersin, fluido, aceitoso, siliconado, sedimentacin, etc. Color Blanco, incoloro, beige, gris, amarillo, incoloro a amarillo claro, pardo, opalescente, etc.Para que este anlisis cualitativo se encuentre dentro de especificacin deber encontrarse en estado lquido, en condicin fsica emulsin lechosa, de color blanco y exento de grumos.34DETERMINACIN DE RESIDUOS EN DISPERSIN.El concepto de residuo en dispersin se entiende en este caso en el ms amplio sentido, y pueden ser cogulos o grumos, resultantes de una polimerizacin defectuosa, u otros componentes gruesos como son suciedad o restos de piel.

Mallas 40 m. Sistema de filtrado. 3535DETERMINACIN DE RESIDUOS EN DISPERSIN O TEST DE FILTRO.El clculo de residuos en dispersin se realiza como se indica a continuacin:

Donde: Mr: masa de malla con residuo, en gramos. M: masa de malla sin residuo, en gramos. CM: masa de muestra, en gramos. 3637ESTRUCTURA QUMICA DE ALGUNOS COMPUESTOS

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