POLIMERIZACION EN MASA

Conde A**Escuela Politcnica Nacional, Facultad de Ingeniera Qumica y Agroindustria, Quito, Ecuadore-mail: andrebeth055@hotmail.com

Resumen

En esta prctica se determin las condiciones ptimas de concentracin y temperatura para la reaccin de polimerizacin del metacrilato de metilo con el iniciador perxido de benzoilo, se obtuvo una lmina de PMMA a partir de un prepolimero. Para la primera parte de la experimentacin se prepar soluciones de monmero- iniciador a distinta concentraciones, las cuales se colocaron en frascos hermticos y se dej reposar en una estufa a 55C durante doce horas. Al culminar este procedimiento se observ que en los frascos presentaban una especie de espuma blanca, la cual aumentaba a medida que incrementaba la concentracin del iniciador, mientras que al fondo del frasco existi una sustancia transparente. Se entendi que con pequeas cantidades de iniciador, la reaccin de polimerizacin tuvo un mejor resultado. Para la obtencin de la lmina de PMMA se realiz un molde con placas de vidrio, aqu se introdujo el jarabe, se dej en un bao trmico por tres horas a una temperatura de 60C, se puso en reposo y luego se desmold. La lmina present notables caractersticas como transparencia, dureza y rigidez, sin embargo en los bordes exista partculas de PVC provenientes del agitador (clip) y pequeas burbujas de aire. Estos inconvenientes se pueden eliminar al mmomento de realizar un buen sellado en las lminas de vidrio con la silicona.

Palabras clave: Polimerizacin en masa, poli metil metacrilato, perxido de benzoilo

Abstract

In this practice was determined the optimum conditions of concentration and temperature for the polymerization reaction of methyl methacrylate with benzoyl peroxide initiator, PMMA sheet was obtained from a prepolymer. For the first part of the experimental solutions at different concentrations monmer- initiator is prepared, they were placed in hermetic flasks and left to stand in an oven at 55 C for twelve hours. Finally this process was observed that in the flasks had a white foam; it was increased as much the initiator concentration increases, while at the bottom of the flask there was a transparent substance. It was understood small amounts of initiator the polymerization reaction has had a better result. To obtain PMMA sheet was performed a mold with glass plates, the syrup was introduced. It was left in a thermostatic bath for three hours at a temperature of 60 C, it got to stand and then demolded. This sheet showed notable characteristics transparency, hardness and stiffness, however at the edges there PVC particles from the shaker (clip) and small air bubbles. These problems can be eliminated at the moment making a good seal on the glass sheets with silicone.

Keywords: mass polymerization, poly methyl methacrylate, benzoyl peroxide

1. INTRODUCCINDentro de los plsticos de ingeniera podemos encontrar al Poli(metacrilato de metilo) o por sus siglas PMMA.Este compuesto acrlico se obtiene de la reaccin de polimerizacin del metacrilato de metilo.Las tcnicas de polimerizacin empleadas son por va radicales libres, con perxidos o con azodilsobutironitrilo, a temperaturas de alrededor de 100 C. Un agente que retarda la polimerizacin por via radical, es el oxgeno. Las impurezas neutralizan a los catalizadores por lo que impiden, retardan o terminan la reaccin. Por esta razn se acostumbra a polimerizar siempre en ausencia de oxgeno. Se puede realizar en una cmara cerrada o recubriendo el monmero con una capa de gas inerte. (Billmeyer, 1975)

Figura No.1 Polimerizacin del MMA (Universidad del Sur de Mississippi, 1996).

El PMMA se destaca en cuanto a la transparencia, resistencia a la intemperie y al rayado. Puede reemplazar al vidrio debido a que es claro e irrompible y al Poli(carbonato) en su costo. Dada su naturaleza polar no presenta propiedades de aislante elctrico.La luz que absorbe este material es muy poca y cuando la luz incide se tiene un 4 % de reflexin.La Polimerizacin va radical es un mecanismo de reaccin rpida, en el cual un iniciador se coloca en pequeas cantidades y produce grandes cambios. Este tipo de reacciones en cadena consta de tres pasos: Iniciacin, Propagacin y Terminacin. La iniciacin implica la transferencia de un ion o de un electrn a o desde un monmero con la formacin de un par inico, esto ocurre por ruptura de la molcula de monmero. La propagacin consiste en la reaccin del nuevo radical libre que se forma con una molcula de monmero, a esta se van aadiendo msmolculas monomricas de esta manera se incrementa el tamao de la cadena. La Terminacin lleva a un final de cadena inactivo debido a la desaparicin total del monmero.2. MATERIALES YMTODOS

2.1 Materiales

Se utiliz como monmero metacrilato de metilo (analtico 99% pureza), como iniciador perxido de benzoilo (50% pureza).Para el equipo de reflujo se utiliz una plancha de calentamiento, un baln de 500 mL, un refrigerante de bolas, nueces, agitador (clip).Se emple dos placas de vidrio de 10x10 cm, un cordn de PVC, frascos hermticos de cristal, silicona lquida, hilo, jeringa de 20 cm3, estufa.

2.2 Preparacin de soluciones de Metacrilato de metilo y perxido de benzoilo a distintas concentraciones.

Se prepar soluciones de metacrilato de metilo con perxido de benzoilo a las concentraciones de 0,3; 0,5; 0,7; 0,9 % (p/p).

Se tom un volumen de 15 mL de metacrilato de metilo y se coloc en un frasco. Se pes el recipiente antes y despus de colocar el monmero. Se determin la cantidad de MMA presente en el frasco y se calcul el valor de iniciador, tomando en cuenta que su pureza es del 50%.Se pes la cantidad de perxido de benzoilo necesaria para obtener una determinada concentracin. Se aadi el iniciador al monmero, se sell el frasco con un trozo de TEFLON y se tap. Se realiz este procedimiento para cada solucin en la Sorbona. Finalmente se llev todas las soluciones a una estufa, las cuales permanecieron a una temperatura de 55C durante 12 horas.

2.3 Obtencin de una lmina de metacrilato de metilo a partir de un pre polmero.

Se prepar un molde con dos placas de vidrio, las cuales se adhirieron con silicona lquida en todo el contorno de estas piezas. Se cort dos trozos de cordn de PVC de aproximadamente 3 cm, se los coloc entre las dos placas de vidrio de uno de los extremos del molde y se peg con silicona. Se carg en un baln la cantidad aproximada de 100 g de monmero destilado de MMA el cual contena 0,7% (p/p) de perxido de benzoilo; esto se realiz por el extremo superior del equipo de reflujo, previamente se introdujo en el baln el agitador (clip). Se calent a 80 C aproximadamente. Se control la viscosidad de la solucin por simple inspeccin hasta obtener un prepolmero de viscosidad fluida (jarabe).Se retir el baln del equipo de reflujo, se tap y se llev a la Sorbona. Se verti la solucin en un recipiente de PP, con ayuda de una jeringa de 20 cm3 se tom la solucin monmero - iniciadory se introdujo en uno de los conductos del cordn de PVC, esto hasta alcanzar la mxima capacidad del molde de vidrio. Se dobl los extremos de los cordones de PVC y se at con hijo. Se utiliz dos moldes de vidrio de diferentes dimensiones para los cuales se efectu el mismo procedimiento. Se llev los moldes a un bao trmico, estos permanecieron a una temperatura de 60 C durante tres horas. Finalmente se retiraron los moldes de vidrio del bao trmico y se dejaron en reposo hasta el da siguiente. Se desmold cuidadosamente la lmina de MMA obtenida.

3. RESULTADOS Y DISCUSION

Tabla No. 1 Cantidad de iniciador y monmero para cada concentracin de la solucin.

Perxido de benzoilo [%]Perxido de benzoilo [g]Metacrilato de metilo [g]

0,300,0549,07

0,500,0898,76

0,700,1309,32

0,900,1609,22

Los datos de las cantidades de monmero reportadas se encuentran en relacin al porcentaje de pureza del iniciador (50%).

Luego de la experimentacin realizada se observ que en las soluciones de MMA con perxido de benzoilo a distintas concentraciones presentaban en la parte superior una especie de espuma de coloracin blanca, la cual estaba junto a una sustancia transparente que se hallaba al fondo del frasco. Al destapar los recipientes se percibi un olor fuerte, caracterstico del monmero. La consistencia de la solucin en los frascos luego de sacarla de la estufa era prcticamente dura. Se observ que a medida que aumentaba la concentracin del perxido de benzoilo se incrementaba la cantidad de espuma. Es as que a menor cantidad de perxido de benzoilo mayor es la polimerizacin. Cabe destacar que el frasco de concentracin 0,5% se retir de la estufa a las tres horas y media de iniciado el proceso en el equipo y se dej esta solucin a condiciones ambientales. Se pudo observar que en esta solucin se tard mucho tiempo en polimerizar (dos das), sin embargo no presentaba ningn rastro de espuma. Se puede evidenciar que el efecto de la temperatura es muy importante ya que permite aumentar la cintica de la reaccin, adems que incide directamente en la cantidad de iniciador. En las lminas de MMA obtenidas se pudo observar que presentaba pequeas partculas de PVC pertenecientes al recubrimiento del agitador (clip), las cuales se desprendieron debido a la constante agitacin y efecto de la temperatura, adems presenta unas pocas burbujas en el contorno de la pieza, esto se produjo debido a la existencia de pequeas fugas cuando se sell las placas con silicona.La presencia de oxgeno en el sistema de reaccin afecta a la velocidad de reaccin y a la naturaleza de los productos, debido a una reaccin secundaria que produce perxidos de metacrilato (Brydson, J., 1986).Sin embargo se obtuvo unas lminastransparentes, duras, rgidas ycon un olor tenue propio del monmero. Lo cual indica que la reaccin de polimerizacin no se dio en su totalidad.

4. CONCLUSIONES

1. Se observ que a pequeas cantidades de iniciador la reaccin de polimerizacin se da de mejor manera.

2. Se observ que a condiciones ambientales la polimerizacin tarda mucho tiempo pero se da casi por completo.

3. Se analiz que el efecto de la temperatura influye en el iniciador y en la velocidad de reaccin.

4. Se entendi que la presencia del oxgeno perturba a la reaccin de polimerizacin.

REFERENCIAS

1. Billmeyer, F. (1975). Ciencia de los Polimeros, editorial Reverte, Barcelona, Espaa, p., 318

2. Brydson, J. (1986). Materiales Plsticos. 1era.edicion, editorial Reverte, Barcelona, Espaa, pp. 402, 403

3. Universidad del Sur de Mississippi, (1996). Acrlicos. Recuperado de: http://pslc.ws/spanish/pva.htm (Octubre, 2014)

ANEXOS

CALCULOS: Determinacin de la cantidad de monmero

Tabla No.2 Peso de MMA

Peso del Frasco (g)Peso del frasco con MMA (g)Peso de MMA(g)

15,2124,289,07

15,2123,978,76

15,2124,539,32

14,7123,939,22

Ejemplo de clculo

PesoMMA=24,28-15,21=9,07 g

Determinacin de la cantidad de iniciador.

Para la solucin de concentracin 0,3 % de perxido de benzoilo, recordar que este reactivo esta al 50% de pureza.

GRAFICOS

Figura No.2 Soluciones de MMA con perxido de benzoilo a distintas concentraciones

a) b)Figura No.3 Lminas de PMMA a) con placas de vidrio b) sin placas de vidrio