Comportamiento de Polímeros en los medios agresivos

Objetivos:

Reconocer los principales materiales poliméricos (termoplastos) resistentes a los medios agresivos.

Materiales:

Disolventes orgánicos: acetona, xileno, etanol, ciclohexano, nitrobenceno, cresol, gasolina, aceite (parafínico, nafténico), ácidos orgánicos (ácido acético, ácido fórmico), glicoles (fluidos para los frenos), amoniaco, ácidos inorgánicos (sulfúrico, nítrico, clorhídrico), hidróxido de sodio.

Pinza Tubos de ensayo Muestras de polímeros (termoplastos) Lunas de reloj

Fundamento:

Solubilidad:

La solubilidad de un polímero varía en función de su estructura química y del peso molecular, siendo más fácilmente solubles las fracciones de bajo peso molecular. Por tanto no es extraño que durante un proceso de disolución o de extracción de los aditivos se disuelvan las fracciones más ligeras de los polímeros, quedando insolubles las de alto peso molecular.Dado el alto peso molecular de los polímeros es necesario trocear la muestra lo más finamente posible. En caso de que la muestra sea difícil de cortar se puede congelar con nieve carbónica o nitrógeno líquido, con lo que pasará a estado vítreo, siendo más frágil y fácil de cortar.Una vez triturada la muestra, se introduce en un tubo de ensayo con el disolvente agitándolo continuamente durante un tiempo prolongado (puede llegar a ser días).El polímero puede bien disolverse, bien permanecer inalterado o bien permanecer hinchado formando un gel. En caso de existir duda sobre si se ha disuelto, se deberá poner la disolución filtrada sobre un cristal y evaporar el disolvente par determinar si ha quedado algún residuo. Entre los numerosos disolventes de plásticos, los más ampliamente utilizados son benceno, tetrahidrofurano, dimetilformamida, dietiléter, acetona y ácido fórmico. En ciertos casos se suele utilizar cloroetileno, acetato de etilo, etanol, metanol, tolueno, hidrocarburos e incluso ácidos o bases.

Procedimiento:

Para determinar la solubilidad, se añade aproximadamente 0,5 g de plástico 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 agitación constante. Esta operación puede hacerse con mechero Bunsen pero es preferible hacerlo en un baño maría. Debe tenerse mucho cuidado e impedir la ebullición repentina y la proyección del producto fuera del tubo de ensayo, ya que muchos disolventes orgánicos o sus vapores son inflamables.

POLÍMERO SOLUBLE INSOLUBLE (RESISTENTE A...)

PE,PP Estable a la T amb , pero soluble a 80ºC en xileno, triclorbenceno tetracloruro de carbono.

Acetona.

PS Acetona, benceno, cloroformo, tetracloruro de carbono.

Metanol, etanol.

PVC Ciclohexanona, tetracloruro de carbono,cloroformo, dicloretano.

Metanol, etanol.

PET Creso, nitrobenceno Metanol

PA Ácidos orgánicos e inorgánicos (sulfúrico, fórmico, acético,etc),creso, ácido

Metanol

PC Álcalis (hidróxido de sodio,etc) Ácidos, dicloretano.

Cuestionario:

a) ¿Qué duración en el tiempo se debe tener la prueba con los disolventes?

Lo suficiente hasta encontrar algún cambio en el polímero puesto en la muestra.donde se evidencie una reacción del polímero ante estos medios.

b) ¿Cómo influye la masa molecular en las propiedades de los polímeros?

La masa molecular, es una característica importante que influye fuertemente sobre las propiedades de los polímeros.

Con el incremento de la media molecular de la masa se elevan la resistencia mecánica, la dureza, la elasticidad, la inercia, tiempo de vida y resistencia a la solubilidad frente a diferentes agentes.

Por ejemplo: con el aumento de la masa molecular del poliestireno desde 3120 hasta 624 000, la temperatura de ablandamiento aumenta de 105 a 180°C.

c) ¿Cuál es el campo de aplicación en la ingeniería de polietileno y Poliestireno?

Aplicaciones del Polietileno :

El polietileno ha encontrado amplia aceptación en virtud de su buena resistencia química, falta de olor, no toxicidad, poca permeabilidad para el vapor de agua, excelentes propiedades dieléctricas y ligereza de peso.

Se emplea en tuberías, fibras, películas, aislamiento eléctrico, envases, utensilios caseros, aparatos quirúrgicos, juguetes y artículos de fantasía.

Aislantes en cables submarinos y cables de alta frecuencia en instalaciones de radar. El PE se usa muchos en forma de botellas, vasos y otros recipientes, tanto en la

industria para la manipulación de materias corrosivas como en el hogar para diversos líquidos.

También sirve como revestimiento para la protección de objetos metálicos, equipo eléctrico, piezas grandes de maquinaria y vehículos, para evitar su deterioro a consecuencia de la humedad.

Para la construcción de instalaciones químicas en las cuales se necesita cierta resistencia a los productos químicos. La película de PE se ha usado para construir pisos resistentes a los ácidos.

Aplicaciones del Poliestireno :

Las ventajas principales del poliestireno son su facilidad de uso y su costo relativamente bajo, frente a su baja resistencia a la alta temperatura y su resistencia mecánica modesta. Estas ventajas y desventajas determinan las aplicaciones de los distintos tipos de poliestireno.

El poliestireno choque se utiliza principalmente en la fabricación de objetos mediante moldeo por inyección. Algunos ejemplos: carcasas de televisores, impresoras, puertas e interiores de frigoríficos, maquinillas de afeitar desechables, juguetes. Según las aplicaciones se le pueden añadir aditivos como por ejemplo sustancias ignífugas o colorantes.

El poliestireno cristal se utiliza también en moldeo por inyección allí donde la transparencia y el bajo coste son importantes. Ejemplos: cajas de CD, perchas, etc.

La forma expandida (poliestireno expandido) se utiliza como aislante térmico y acústico.

La forma extruida (poliestireno extruido) se emplea como aislamiento térmico en suelos, debido a su mayor resistencia mecánica

d) ¿Por qué la caja de la batería de automóvil no puede estar elaborada de PA?

Las baterías contienen una solución electrolítica compuesta con 2/3 de agua y 1/3 de acido sulfúrico (H2SO4); solución que funciona como un disolvente de la Poliamida, ocasionando la descomposición progresiva y prematura de la carcasa, con fugas de acido electrolítico que también pueden dañar otras piezas y corroer metales presentes en la estructura del chasis.

e) Indique el uso de los polímeros (5 ejemplos) en la Ing. Aeroespacial.

Los ingenieros aeroespaciales quieren materiales capaces de soportar ambientes severos, reducir costes de producción y ofrecer flexibilidad en el procesamiento. Como una solución de poco peso, los polímeros tienen éxito en sustituir metales y compuestos tradicionales debido a su fuerza mecánica, resistencia a la corrosión y a la deformación interna bajo carga continua (creep), propiedades anti-llamas y propiedades de liberación de humo realzadas y facilidad en la fabricación de piezas de tolerancia apretadas.

El Kevlar 49de baja densidad y alta resistencia se usa para reforzar plásticos de materiales compuestos para aplicaciones aeroespaciales.

El Nomex por sus características ignifugas y dieléctricas se emplea en circuitos, transformadores y conducciones eléctricas en los controles de mando y también sirve para fabricar ropa antiincendios para la tripulacion.

Fibra de Carbono debido a su gran resistencia y bajo peso se usa como componente de ciertas estructuras, sustituyendo a piezas metalicas.

Como recubrimiento interior de tanques de combustible para evitar la corrosión prematura de los metales y protección autoextinguible.

El caucho reforzado con carbono se emplea en los neumáticos de las naves, soportando presión, altas temperaturas y absorbiendo el impacto de los baches.

Observaciones:

Gracias a esta experiencia hemos podido reconocer y comprobar empíricamente que polímeros son resistentes a sustancias disolventes y cuáles no deben ser expuestos a estos medios para evitar su degradación.

Ahora estamos en la capacidad de dar un mejor uso a los polímeros, aprovechando sus cualidades en nuestro beneficio.