QUIMICA DE LOS POLIMEROS - fcn.unp.edu.ar · DE LOS POLIMEROS CARPETA DE TRABAJOS PRACTICOS 2019 Dra Adelaida Ávila Sanabria . Química de los Polímeros UNPSJB FCNyCS 2019 2018

QUIMICA

DE LOS POLIMEROS

CARPETA DE

TRABAJOS PRACTICOS

2019

Dra Adelaida Ávila Sanabria

Química de los Polímeros UNPSJB FCNyCS 2019 2018

Dra Adelaida Ávila Página 2

INTRODUCCIÓN

La realización de experiencias, el planteamiento de preguntas abiertas y de situaciones

simuladas favorecen la transición del pensamiento concreto al abstracto, lo cual es importante

para el desarrollo del razonamiento intelectual formal de los estudiantes, al mismo tiempo

que los motiva a conocer y experimentar, a comprender y a integrar diversas disciplinas de

estudio.

La presente propuesta relaciona contenidos de Química con temas medio ambientales,

tecnológicos y sociales. Plantea además, el aprendizaje de las ciencias a partir del estudio

experimental y la discusión de temas de actualidad relacionados con los productos químicos.

Se centra en realizar un estudio sobre los polímeros, sustancias químicas que constituyen la

base de una gran parte de los materiales de nuestro entorno cotidiano. Están presentes en la

naturaleza, en el hogar y en los procesos de reciclaje. El conocer sus técnicas de obtención,

características y aplicaciones, permite realizar un uso adecuado de los mismos.

Recomendaciones generales para el trabajo de laboratorio:

Utilizar guardapolvo y guantes de látex durante el desarrollo de las actividades prácticas. Los guantes deben ser desechados luego de la práctica.

El lugar de trabajo debe estar limpio. Tener una rejilla para limpiar las mesadas.

Antes de asistir al laboratorio leer el desarrollo completo del experimento seleccionado para evitar errores en el trabajo con reactivos de diversa índole o en el

armado de los equipos. Consultar antes para aclarar posibles dudas.

Notificar de inmediato al profesor de laboratorio en caso de accidente

No fumar, comer o beber en el laboratorio, ya que existe un gran número de sustancias tóxicas, corrosivas e inflamables.

Lavar las manos antes y después de realizar la práctica para evitar posibles intoxicaciones.

Leer cuidadosamente las etiquetas de cada frasco de reactivo que utilice para evitar errores que puedan ser lamentables.

Colocar las cantidades de reactivos indicados en el práctico, ya que el agregado en exceso o defecto puede producir resultados no previstos.

No volcar los residuos en los frascos originales, se almacenan en recipientes adecuados.

No colocar sustancias volátiles cerca de las llamas, pues pueden originar explosiones o incendios.

Al calentar una sustancia en un tubo de ensayo nunca dirigir la boca del tubo hacia uno mismo u otra persona.

Salvo indicaciones precisas, no tapar ningún tubo de ensayo con el dedo cuando contenga ácido, base, líquido caliente, líquido volátil o una mezcla de sustancias.

Nunca vierta agua a un ácido concentrado, sino el ácido al agua. Verter con cuidado una solución concentrada de base o ácido a un líquido caliente.

Sólo usar tubos de vidrio cuyos extremos hayan sido pulidos con la llama.



Para introducir un tapón a un tubo de vidrio usar una toalla para sostener el tapón y otra para sostener el tubo.

No oler ni probar ninguna sustancia química, a no ser de que se le indique.

Cuando deba percibir el olor de un reactivo químico, usar la mano abierta para hacer llegar los vapores a la nariz. Proceder con extrema precaución.

Calentar en baño maría una sustancia volátil o inflamable de preferencia en la campana de extracción. No usar llama directa.

Antes de salir revisar que las llaves de gas y agua estén bien cerradas.

Condiciones para la aprobación del cursado de la asignatura

El cursado de la asignatura se obtiene con:

1.- 85% de asistencia a las actividades prácticas (clases de resolución de problemas y trabajos

prácticos de laboratorio) y 75% de aprobación de los trabajos prácticos de laboratorio. Los

alumnos tendrán una oportunidad de recuperación de cada trabajo desaprobado o ausente

justificado para lograr el mínimo requerido.

2.- La aprobación de un parcial con una calificación mínima de 60/100 puntos. El parcial

tendrá su recuperatorio

3.- Presentación de un seminario oral de no más de 20 minutos con temas propuestos por la

cátedra

Condiciones para la aprobación de la asignatura

Para la promoción se debe aprobar el parcial con un mínimo de 70/100 o su correspondiente

recuperatorio. Asistir y aprobar el 100% de los Trabajos Prácticos o su recuperatorio.

Si el alumno obtiene la regularidad puede presentarse a examen final. El examen final será

escrito. Los alumnos que deseen ser evaluados en forma oral deberán solicitarlo con

anticipación de acuerdo a lo previsto en el reglamento académico de la Facultad de Ciencias

Naturales y Ciencias de la Salud.

Se podrá aprobar la asignatura como alumno libre a través de un examen que se desarrollará

en tres instancias sucesivas y eliminatorias que incluyen la evaluación de las actividades que

se realizan en las clases de resolución de problemas, evaluación de los trabajos prácticos de

laboratorio y un examen sobre los contenidos teóricos de la asignatura.



CÁTEDRA: QUÍMICA DE POLÍMEROS TRABAJO PRÁCTICO DE

LABORATORIO Nº 1

TEMA: IDENTIFICACIÓN, PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE

LOS POLIMEROS

Objetivos

1.- Separar diferentes materiales e identificar de que polímero se trata.

2.- Observar y comparar las propiedades físicas y químicas de diferentes polímeros mediante

la realización de algunas pruebas, para relacionar su estructura con sus aplicaciones.

3.- Verificar si algunos materiales, en determinadas condiciones pueden recuperar la forma

que tenían antes de ser transformados (memoria de forma).

Introducción

PROPIEDADES DE LOS POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS

Una característica que define a los polímeros termoplásticos es que pueden calentarse desde

el estado sólido hasta el estado líquido viscoso, y al enfriarse vuelven a adoptar el estado

sólido; además, este ciclo de enfriamiento puede aplicarse muchas veces sin degradar al

polímero. La razón de dicho comportamiento es que los polímeros Termoplásticos consisten

en macromoléculas lineales (ramificadas) que no se encadenan transversalmente cuando se

les calienta. Por el contrario, los polímeros termofijos y los elastómeros sufren un cambio

químico cuando se les calienta, lo cual hace que sus moléculas se unan transversalmente y

fragüen permanentemente. En el moldeo de plásticos se hace una distinción entre el material

nuevo o virgen y los plásticos que han sido moldeados previamente y que han experimentado

ciclos térmicos (por ejemplo desperdicios y partes defectuosas). Para algunas aplicaciones

solamente se acepta el material virgen.

Los polímeros termoplásticos también se degradan progresivamente cuando se les somete a

temperaturas por debajo de Tm este efecto de largo plazo se llama envejecimiento térmico e

involucra un deterioro químico lento. Algunos de los polímeros termoplásticos son más

susceptibles al envejecimiento térmico que otros, y para un mismo material la velocidad de

deterioro depende de la temperatura

PROPIEDADES FÍSICAS

En general, los polímeros termoplásticos poseen: 1) densidades más bajas que los metales y

los materiales cerámicos, las gravedades específicas típicas para los polímeros son alrededor

de 1,2; para los cerámicos alrededor de 2,5, y para los metales alrededor de 7,0; 2)

coeficientes de expansión térmica mucho más altos, aproximadamente cinco veces el valor de

los metales y 10 veces el de los cerámicos; 3) temperaturas de fusión muy bajas; 4) calores

específicos que son de 2 a 4 veces los de los metales y los cerámicos; 5) conductividades

térmicas que son alrededor de tres órdenes de magnitud más bajos que los de los metales, y 6)

propiedades de aislamiento eléctrico.

IMPORTANCIA COMERCIAL DE LOS TERMOPLÁSTICOS



Los productos termoplásticos incluyen artículos moldeados y extruidos, fibras, películas y

láminas, materiales de empaque, pinturas y barnices. Se entregan normalmente al fabricante

en forma de polvos o pellets (grano grueso) en bolsas de 50 libras, en tambores de 200 libras

o en cargas mayores por camión o ferrocarril.

VISCOELASTICIDAD

Un material visco elástico es un material que presenta tanto propiedades viscosas como

elásticas. Esto implica que al someter al polímero a un esfuerzo que le provoque

deslizamiento (lento), las cadenas del material tenderán a deslizarse fácilmente (como un

flujo viscoso) y si dicho esfuerzo es eliminado las propiedades elásticas hacen que las

cadenas del material vuelvan a su posición inicial.

Figura1. Movimiento de las cadenas del polímero

La Sociedad de la Industria de Plásticos (SPI por sus siglas en inglés), en 1988 desarrolló una

serie de códigos con números que identifican el contenido de resina del recipiente en el que

se han colocado los símbolos y siglas que señalan el tipo de polímero, indicando además con

triangulo de flechas (triángulo Möbius) que se pueden reciclar. En el interior del triángulo

figura un número entre 1 y 7. Durante más de 20 años, el sistema del Código de

Identificación de Resinas de la SPI ha facilitado la separación según su composición química

de los diferentes plásticos después de utilizados por el consumidor para poder ser reciclados.

Los propósitos del código original de SPI fueron:

Brindar un sistema coherente para facilitar el reciclado de los plásticos usados;

Concentrarse en los recipientes plásticos;

Ofrecer un medio para identificar el contenido de resina de las botellas y recipientes

que se encuentran normalmente en los residuos residenciales; y

Ofrecer una codificación para los seis tipos de resinas más comunes, y una séptima

categoría para todos los otros tipos que no estén dentro de los códigos 1 al 6

RESINAS DE POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS

A continuación se muestran las características de los polímeros termoplásticos más comunes

en la industria



1. Polietilen tereftalato (PET) comúnmente llamado poliéster (densidad 1,29 a 1,4 g/cm3) Es

un polímero termoplástico lineal de alta calidad. Es un polímero de condensación

producido mediante un proceso de polimerización en fase fundida continua. Es el más

común de los plásticos reciclables. Usado para realizar botellas de dos litros de refrescos

y botellas de licor.

2. Polietileno de alta densidad (PEAD) (densidad 0,952 a 0,965 g/cm3) El polietileno es un

polímero vinílico, obtenido a partir del monómero etileno. Es un polímero de cadena

lineal no ramificada. Es más duro, fuerte y un poco más pesado que el de baja densidad,

pero es menos dúctil. Es sólido, incoloro, translúcido, casi opaco. Excelente resistencia

térmica y química. Muy buena resistencia al impacto. Es flexible, aún a bajas

temperaturas. Presenta dificultades para imprimir, pintar o pegar sobre él. No es atacado

por los ácidos, resistente al agua a 100 ºC y a la mayoría de los disolventes ordinarios.

Comúnmente utilizado para envases de leche y jugo

3. Policloruro de vinilo (PVC) (densidad 1,30 a 1,58 g/cm3 el rígido; el flexible va de 1,16 a

1,35 g/cm3). Es el producto de la polimerización del monómero de cloruro de vinilo a

policloruro de vinilo. Es la resina sintética más compleja y difícil de formular y procesar,

pues requiere de un número importante de ingredientes y un balance adecuado de éstos

para poder transformarlo al producto final deseado. Es un material ligero, dúctil, tenaz y

químicamente inerte e inocuo. Además de ser termoplástica, a partir de ella se pueden

obtener productos rígidos y flexibles. Se obtienen compuestos en forma de polvo o pellet,

plastisoles, soluciones y emulsiones. Es utilizado para hacer pisos, cortinas de baño,

tabiques para edificios, mangueras para jardines.

4. Polietileno de baja densidad (PEBD) (densidad 0,917 a 0,940 g/cm3) Es un polímero de

cadena ramificada termoplástico, semicristalino (un 50% típicamente), transparente y más

bien blanquecino, flexible, liviano, impermeable, inerte (al contenido), no tóxico, tenaz

(incluso a temperaturas bajas), con poca estabilidad dimensional, pero de fácil

procesamiento y de bajo costo. Además posee excelentes propiedades eléctricas (buen

aislante eléctrico) pero resistencia débil a las temperaturas. Su resistencia química

también es muy buena pero es propenso al agrietamiento bajo carga ambiental. Su

resistencia a los rayos UV es mediocre y tiene propiedades de protección débiles, salvo

con el agua. Buena dureza y resistente al impacto en bajas temperaturas. Usado para hacer

papel celofán, cobertura de pañales desechables y algunas botellas.



5. Polipropileno (PP) (densidad 0,980 a 0,910 g/cm3) Polímero termoplástico semicristalino

que se obtiene de la polimerización del propileno (o propeno). Pertenece al grupo de las

poliolefinas y es incoloro, inodoro y traslúcido Tiene gran resistencia contra diversos

solventes químicos, así como a la mayoría de los ácidos y álcalis, ligero, alta resistencia a

la tensión y a la compresión, excelentes propiedades dieléctricas, resistencia térmica y

química, bajo coeficiente de absorción de humedad. Es utilizado en una amplia variedad

de aplicaciones que incluyen empaques para alimentos, tejidos, equipo de laboratorio,

componentes automotrices, películas transparentes, usado para hacer ropa deportiva,

carpas, tubos, embudos de petróleo, pajitas de plástico para beber, etc.

6. Poliestireno (PS) (densidad 1,04 a 1,05 g/cm3) Polímero vinílico termoplástico que se

obtiene de la polimerización del estireno. Es económico y resistente y probablemente sólo

el polietileno sea más común en su vida diaria. Es usado para hacer tazas de café, cajas

para colocar huevos, cobertura de lápices.

7. Otros: Algunos tipos de plástico no se pueden reciclar, ya que comúnmente se hacen con

una combinación de los últimos seis tipos de plástico, o con un tipo de plástico que no

esté dentro de los seis anteriores. Aquí se incluye el plástico reciclable de las botellas

reutilizables de galón de agua.

Parte Experimental

Materiales Reactivos Vasos de precipitado Acetona

Tubos de ensayo, clip Etanol 38% y 52%

Mechero, Tela de amianto H2SO4 Broche de madera CaCl2 32%

Alambre de Cobre Aceite de girasol

Gradilla, pinza NaOH

Cucharitas de combustión NaCl 10%

Papel indicador Glicerina

Materiales de prueba: Bolsa de polietileno, goma de borrar, policarbonato, goma espuma, cubierta de cables,

telgopor, vasos de gaseosas, acrílico, recipientes de quesos o yogur,

Procedimiento

Identificar los polímeros a usar como: a, b, c….

1.- Apariencia

El aspecto físico o visual puede dar una pista para identificar los materiales plásticos. De las

resinas termoplásticas más comunes, el polietilen tereftalato (PET) y polipropileno (PP)

tienen una textura translúcida, cerosa. El polietileno, el poliestireno y los celulósicos se

suelen emplear en la industria de recipientes y envasados. Las sustancias como polietileno,

politetra fluoretileno, poliacetales y poliamidas tienen un tacto ceroso característico.



Examinar las características de las muestras a simple vista (color, textura, consistencia).

Anotar si alguna de las muestras tiene el triángulo de Möbius e indicar el número. Anotar

similitudes y diferencias. Anotar si tiene alguna otra especificación

2.- Flexibilidad y color de pliegue

Tomar una de las muestras y doblarla hacia adelante y hacia atrás para ver que tan flexible es.

Observar el color del pliegue. Registre sus observaciones.

3.- Dureza

Con la punta del clip rayar cada una de las muestras y verificar la dureza analizando que tan

fácil se raya con el metal.

4.- Densidad relativa

Colocar una pequeña cantidad de las siguientes sustancias en diferentes tubos de ensayo:

1.- Aceite de girasol (densidad 0, 89 g/cm3) 2.- Glicerina (densidad 1,261 g/cm

3)

3.-Agua (densidad 1,00 g/cm3)

4.- Solución de NaCl al 10 % (densidad 1,08 g/cm3)

5.- Solución de etanol al 52 % (densidad 0,911 g/cm3)

6.- Solución de etanol al 38 % (densidad 0,9408 g/cm3)

7.- Solución de CaCl2 al 32 % (densidad 1,3059 g/cm

3)

Colocar en cada uno de los tubos, una pequeña muestra de 5 de los materiales plástico.

Observar si se hunde o flota. Repetir la experiencia con cada líquido para cada tipo de

plástico. Anota tus observaciones.

La clasificación por densidad con un sistema de flotación se realiza comparando las

densidades del material plástico con sustancias líquidas de densidad conocida. Si un plástico

flota en una solución con una densidad de 0,94 g/cm³, puede ser un plástico de polietileno de

densidad media o baja. Si la muestra flota en una solución de 0,92 g/cm³, puede tratarse de un

polietileno de baja densidad o polipropileno. Si se hunde en todas las soluciones por debajo

de una densidad de 2,00 g/cm³, la muestra será un plástico de fluoro carbono.

La presencia de cargas u otros aditivos y el grado de polimerización pueden dificultar la

identificación de los plásticos por la densidad relativa, pues pueden hacer

que cambie bastante la densidad de un plástico. Poliolefinas, iónomeros y

poliestirenos de baja densidad flotarán en el agua (que tiene una densidad

de 1,00 g/cm³).

5.- Efecto de la temperatura y vapores desprendidos

Cortar pequeños trozos del mismo tamaño aproximadamente de los

diferentes materiales de plástico. Colocar un trozo de cada objeto en la

cucharita de combustión y calentar directamente en la llama un minuto.

Colocar una tira de papel indicador cerca de los vapores desprendidos.

Observar.

CALENTAR CON CUIDADO Y NO DEJAR FUNDIR EL POLÍMERO PARA NO

QUEMAR LA CUCHARA



6.- Efecto del medio ácido

Colocar un trozo de cada material de prueba en diferentes tubos de ensayo, agregar 1 mL de

H2SO4 a cada uno, tomar cada tubo

con el broche de madera y calentar

con precaución durante 30 segundos

en la llama. Registrar la apariencia

antes y después de calentar.

CALENTAR CON MUCHO

CUIDADO PORQUE EL H2SO4

ES MUY CORROSIVO.

7.- Efecto del medio alcalino

Repetir el paso anterior agregando NaOH. CALENTAR CON MUCHO CUIDADO

PORQUE EL NAOH ES MUY CORROSIVO.

8.- Efecto de solvente

Colocar otros trozos en cada tubo y agrega 1

mL de acetona a cada uno; calentar los tubos

en baño maría durante 5 minutos. Con la ayuda

de una pinza sacar las tiras de los tubos y

colocarlas sobre una servilleta. Dejar secar y

luego describir la apariencia antes y después de

colocar en el solvente.

CALENTAR CON CUIDADO PORQUE

LA ACETONA ES INFLAMABLE.

9.- Prueba de Beilstein. Determinación de la presencia de Cloro

La prueba de Beilstein es un método simple para determinar la presencia de un halógeno.

Para la prueba hay que calentar un alambre de Cu limpio en la llama de un mechero hasta que

se ponga incandescente (de una coloración roja). Luego tocar con el mismo los trozos de

plásticos a ensayar. Volver el alambre al fuego y verificar el color de la llama. Una llama

verde demuestra la presencia de halógeno.

Los plásticos que contienen cloro son policloro trifluoretileno, PVC, policloruro de vinilideno

y otros, que dan positivo en el ensayo de halógeno. Si la prueba es

negativa, es posible que el polímero esté compuesto solamente por

Carbono, Hidrógeno, Oxigeno o Silicio.

10.- Comportamiento a la llama

Encender el mechero con una llama no demasiado grande. Sostener

una muestra de plástico con una pinza y colocarla directamente a la

llama. Mantener aproximadamente 10s en la llama.

Anote sus observaciones, tales como color de la llama,



desprendimiento de humo, percepción de algún olor. Observe si el plástico continúa

quemándose al retirarlo de la llama.

Probar la acidez de los vapores utilizando el papel indicador. Repetir esta prueba para cada

una de las muestras de plástico.

Cuando se calientan muestras de plástico a la llama, se pueden identificar los olores

característicos. La manera particular de quemarse puede dar una pista al respecto. El PET se

quema rápidamente, y expide olores a parafina y cuando se extingue la llama, produce un

humo blanco. El polietileno se consume con una llama azul trasparente y gotea al fundirse. El

Policloruro de vinilo (PVC) puede encenderse pero el mismo se extinguirá en cuanto la

fuente de fuego esté alejada. El PVC tiene un olor muy agrio al quemar porque el cloruro de

hidrógeno es un derivado ardiente. El PP, por otro lado, se consume más lentamente, los

gases alimentan la llama. El Poliestireno (PS) y sus copolímeros desprenden humo negro

(carbono), se quema rápidamente, tiene un olor de gas fuerte, y produce grandes cantidades

de hollín.

11. Determinación de memoria de forma en envases plásticos

Seleccionar varios envases de plásticos (como vasos de gaseosas, recipientes de quesos o

yogur, etc. procurar que no tengan papeles ni etiquetas pegadas) tómelo con una pinza y

acérquelo con cuidado a la fuente de calor del mechero sin tocar la tela de amianto, porque el

plástico se quedaría pegado y desprendería muy mal olor, además de estropear la tela de

amianto.

Girar con cuidado con la pinza. Observar con atención si comienza a "encogerse". Cuanto

más despacio se haga mejor resultará el experimento. Si el proceso es lo suficientemente

lento, al final, obtendrás el trozo de lámina de plástico que se utilizó para fabricar el envase.

El efecto es más espectacular si se utiliza un envase con líneas de colores.

CUESTIONARIO 1.- Estimar la densidad de cada uno de los plásticos analizados (Tomar un valor aproximado).

2.- ¿Cuál de estos materiales podrían ser utilizados para fabricar recipientes para guardar

acetona? Justifique su respuesta

3.- ¿Utilizaría el mismo material para hacer flotadores para agua salada y para agua dulce?

4.- ¿De qué material fabricaría botellas flexibles?

5.- La siguiente tabla contiene información acerca de algunas propiedades físicas del

polietileno según su grado de cristalinidad:

Polietileno Baja densidad (55% de

cristalinidad)

Alta densidad (85% de

cristalinidad)

Densidad (g/cm3) 0,93 0,96

Rango de fusión (ºC) 100-110 133-135

Rigidez relativa 1 6,6



¿Cómo se relaciona el grado de cristalinidad con las demás propiedades de la tabla?

Interprete las distintas propiedades físicas a partir de la estructura y el ordenamiento de las

cadenas en las dos variedades de polietileno.

6.- A cuáles de las características de los polímeros se le adjudica la capacidad de tener

memoria de forma.

7.-Ver envases de uso frecuente en el hogar. Verificar si presentan los códigos que indican de

que polímero se trata. Anote las características físicas de cada uno

QUÍMICA DE POLÍMEROS TRABAJO PRÁCTICO DE LABORATORIO Nº 1

INFORME de: Identificación y propiedades físicas y químicas de los polímeros

APELLIDO Y NOMBRE: .......................................................... RESULTADO:.......................

FECHA ....../....../.....

Registro de observaciones

1, 2, 3

Polímero Apariencia Física Flexibilidad Color del pliegue Dureza

4. Flota o se Hunde

Polímero

Aceite

Glicerina

Agua



5, 6, 7, 8, 9, 10

Polímero

Papel

indicador

Prueba de

Beilstein

Prueba de

inflamabilidad

Acetona

H2SO4

NaOH

11. Determinación de memoria de forma en envases plásticos

Dibuje esquemáticamente el proceso y como queda el polímero

NaCl 10%

Alcohol 38%

Alcohol 52%

CaCl2



Objetivos

1.- Realizar la síntesis de polímeros entrecruzados e investigar sus propiedades.

2.- Observar y comparar el efecto de modificaciones en la síntesis de polímeros.

3.- Estudiar las propiedades de polímeros que gelifican al tomar contacto con el agua.

4.- Estudiar la extraordinaria capacidad de absorción de agua que tiene el poliacrilato de

sodio

Introducción GELES E HIDROGELES

Se denominan geles a los coloides transparentes. Son sistemas de dos componentes, ricos en

líquido, de naturaleza semisólida. En los coloides, las partículas que los forman son mucho

mayores que el tamaño de los átomos o de las moléculas, pero demasiado pequeñas para ser

visibles. Su tamaño está comprendido entre 10-7

cm y 10-3

cm y existen débiles fuerzas de

unión entre ellas.

Muchas sustancias pueden formar geles cuando se añade un agente gelificante. Esto suele ser

utilizado en la manufactura de diversos productos, desde comida a pinturas, pasando por

adhesivos.

El término hidrogel se utiliza para denominar al material de base polimérica (redes

tridimensionales) natural o sintético caracterizado por su extraordinaria capacidad para

absorber agua y diferentes fluidos sin disolverse, formando materiales blandos y elásticos. La

hidrofília de estos geles es debido a grupos como: -OH, -COOH, -CONH2, y -SO3H. Esta

propiedad de absorber agua los convierte en materiales de enorme interés, sobre todo en la

medicina como sistemas de liberación controlada y/o sostenida de principios activos,

dispositivos para diagnóstico, substrato para el cultivo de células, geles para electroforesis,

desintoxicantes sanguíneos, membranas para hemodiálisis, sistemas terapéuticos

biodegradables, lentes de contacto e implantes. Estos hidrogeles se obtienen mediante

polimerización y entrecruzamiento simultáneo de uno o varios monómeros mono o

polifuncionales, siendo el alcohol polivinílico (PVA) uno de los polímeros más ampliamente

utilizados para la obtención de este tipo de materiales hidrófilos. La característica común de

ellos es la presencia de un tipo de estructura continua que les proporciona las propiedades de

los semisólidos.

Algunos de los hidrogeles de PVA pueden considerarse como hidrogeles inteligentes, ya que

ofrecen una respuesta en forma de cambio de volumen frente a estímulos del medio externo

como puede ser una variación del pH o de la fuerza iónica.


LABORATORIO Nº 2

TEMA: SÍNTESIS DE POLÍMEROS ENTRECRUZADOS Parte A: Síntesis del Polímero “SLIME”

Parte B: Síntesis del Polímero similar al Silly Putty

Parte C: Determinación de la capacidad de absorción de agua del poliacrilato de sodio.



POLÍMERO ENTRECRUZADO PVA-TETRABORATO DE SODIO

El alcohol polivinílico (PVA), es un polímero sintético soluble en agua, de

fórmula química general (C2H4O)n.

El monómero, alcohol vinílico (H2C=CHOH), existe casi exclusivamente en la forma

tautomérica, el acetaldehído. Debido a esto, el PVA debe prepararse por métodos indirectos y

no es preparado por la polimerización del correspondiente monómero.

El PVA se prepara por alcohólisis del polivinilacetato (PVAc) para eliminar los grupos

acetato.

La solución de alcohol polivinílico se prepara con

agua caliente, lo que hace que pueda ser disuelto con

mayor facilidad sin embargo la temperatura no debe

ser mayor de 80 °C ya que el alcohol polivinilico se

descompone.

TETRABORATO DE SODIO

El borato de sodio (Na3BO

3) se disuelve para formar ácido bórico (H

3BO

3), ésta solución de

ácido bórico tiene un pH de aproximadamente 9. El ácido bórico, acepta los OH- del agua tal

como se muestra en la reacción

Esta molécula hidrolizada

reacciona con el alcohol

polivinilico mediante una

reacción de condensación

tal como:

El tetraborato de sodio (bórax, Na2B4O7•10H2O) es añadido a la solución de alcohol

polivinílico (PVA) y los iones borato reaccionan en una relación de 10 a 1con los grupos

hidroxilos del alcohol formando enlaces cruzados entre las moléculas del PVA mediante

enlaces de hidrógeno reteniendo moléculas de agua.



El polímero obtenido es un gel viscoso que se denomina comercialmente SLIME que a

medida que transcurre el tiempo se va tornando cada vez más denso y más lento a fluir. La

viscosidad del material obtenido dependerá de la masa molecular del PVA empleado en la

experiencia y de la proporción de bórax usada ya que ésta determinará el grado de

entrecruzamiento de las cadenas.

Tiene algunas características de líquido tales como ser un fluido y tomar la forma del envase

que lo contiene; por otro lado, se rompe cuando se estira rápidamente, como lo hacen los

sólidos. Las características únicas del légamo son resultado de las dos sustancias que lo

componen.

Las moléculas de agua retenidas en el SLIME tienen tendencia a escapar por simple

evaporación, por lo que si queremos conservarlo no debemos dejarlo demasiado tiempo al

aire libre. Si lo dejamos secar obtenemos una masa endurecida.

Esta reacción es reversible ya que en medio ácido el borato puede ser expulsado del polímero

y en medio básico puede regresar a él. Se puede observar cómo cambian las propiedades del

gel agregando unas gotas de HCl 3 M o gotas de NaOH 3M.

POLÍMERO ENTRECRUZADO PVAC-TETRABORATO DE SODIO

Los adhesivos vinílicos que se compran en la ferretería o en la librería para pegar madera,

papel, etc, tienen como componente principal al polivinilacetato (PVAc), de estructura:

-CH2-CHOCOCH3-CH2- CHOCOCH3-CH2-CHOCOCH3-

Al añadir bórax (Na2B4O7•10H2O), sus moléculas forman enlaces que sirven de puente entre

dos cadenas polivinílicas. Se forma un polímero entrecruzado que tiene unas propiedades

diferentes al polímero inicial, lo que hace que las moléculas no puedan fluir con la misma

facilidad. A medida que las cadenas del polímero se entrecruzan, el producto toma una

consistencia de gel. Este gel es más viscoso, rebota más alto y se estira más cuando contiene

menos agua.

El original Silly Putty es un juguete, basado en polímeros de silicona tratado con ácido

bórico, que exhibe propiedades físicas inusuales, en particular tiene un comportamiento visco

elástico notable, dependiendo su viscosidad de la fuerza aplicada de manera no lineal. Fue

creado originalmente de forma accidental, durante la investigación de posibles sustitutos para

el caucho para su uso por los Estados Unidos durante la Segunda Guerra Mundial. El nombre

es una marca registrada de Crayola. Otros fabricantes lo nombran masilla rebotante.

POLÍMEROS SÚPER ABSORBENTES

Los polímeros súper absorbentes (en inglés Super Absorbent Polymers o SAP) también

llamados nieve en polvo, son polímeros que pueden absorber y retener cantidades

extremadamente grandes de un líquido en relación a su propia masa.



Los polímeros absorbentes de agua, los cuales se clasifican como hidrogeles cuando

reticulan, absorben soluciones acuosas a través de enlaces de puente de hidrógeno con las

moléculas de agua. La capacidad de un SAP para absorber el agua es un factor de la

concentración iónica de la solución acuosa. En agua desionizada y destilada, un SAP puede

absorber 500 veces su peso (30 a 60 veces su propio volumen) y puede llegar a ser hasta

99,9% de líquido, pero cuando se colocan en una solución salina al 0,9%, la capacidad de

absorción baja a 50 veces su peso. La presencia de cationes en la solución impide la

capacidad del polímero para el enlace con la molécula de agua.

El mayor uso de SAP se encuentra en los productos de higiene personal desechables, tales

como pañales para bebés, ropa interior protectora para adultos y toallas sanitarias.

Uno de los polímeros súper absorbentes más utilizados es el poliacrilato de sodio; polímero

formado por monómeros —CH2CH(CO2Na)—. Es un polvo blanco y sin olor.

La capacidad de absorber grandes cantidades de agua se debe a que en su estructura

molecular existen grupos de carboxilato de sodio (-COONa) que cuelgan de la cadena de

composición principal del compuesto. Estos grupos, al entrar en contacto con el agua

desprenden iones sodio Na+, dejando libres iones negativos de carboxilo (-COO

-). Los iones

negativos se repelen, estirando la cadena principal y provocando el aumento de volumen.

Para que el compuesto vuelva a ser estable y neutro, los iones captan las moléculas de agua.

Al añadirle agua a este polvo, se puede observar cómo se va absorbiendo por cada uno de los

granitos, y se van reuniendo hasta formar una especie de gel cristalino. Debido a que este

compuesto posee alta masa molecular, en vez de disolverse, se gelifica. Este compuesto

también tiene la singular característica de parecerse a la nieve, mirado a simple vista, por lo

que sirve para la creación de nieve falsa.

Un pañal para bebe está conformado por sustancias químicas, casi todas sintéticas,

distribuidas de diferentes formas. La capa interna está hecha de polipropileno, un polímero de

tacto suave. La parte central está hecha de un polvo "super absorbente" (poliacrilato de sodio,

polímero hidrófilo) combinado con celulosa, además de una capa de fibra que evita que el

fluido se remanse en un punto y lo obliga a distribuirse por toda la superficie. La capa externa



PARTE A: SÍNTESIS DEL POLÍMERO “SLIME”

es de polietileno micro poroso, retiene el fluido y deja pasar el vapor. El conjunto se une con

puños de polipropileno hidrófobo, con una banda elástica en torno a los muslos para impedir

la salida del fluido. El pañal se sujeta al bebé mediante bandas adhesivas.

Parte Experimental

Materiales Reactivos Balanza Alcohol Polivinílico (PVA 4%)

Espátulas Na2B4O7•10H2O (Bórax, 4%)

Pipetas graduadas colorantes (fluoresceína, tartracina)

Vasos de precipitados

Varilla de vidrio

Procedimiento

1. Preparar una solución de alcohol polivinílico (PVA) al 4% m/V. Caliente en un vaso de

precipitados 20 mL de agua destilada. Pese cuidadosamente 2 gramos del polímero seco.

Agregue el polvo sobre la mayor superficie posible del agua caliente y agite suavemente para

que no se formen burbujas o se produzcan espumas. Cuando todo el polímero se ha disuelto,

dejar enfriar la solución y trasvásela cuidadosa y cuantitativamente dentro de un matraz de 50

mL. Agregar la solución por las paredes del matraz para evitar la aparición de espumas.

Complete el enrase con agua y mezcle lentamente

invirtiendo el matraz varias veces. Si la solución

apareciera contaminada con material insoluble,

fíltrela. Evitar en todo momento la aparición de

espumas, sobre todo al trasvasar la solución de un

recipiente al otro. Todo material de vidrio que

ha estado en contacto con la solución del

polímero hay que enjuagarlo rápidamente con

agua y acetona, ya que una vez que el polímero

se ha secado sobre la superficie del vidrio es

muy difícil removerlo. La solución del polímero

no debe prepararse con mucha anticipación

porque puede convertirse en medio de cultivo

para bacterias aeróbicas.

2. Poner 20 mL de la solución anterior en un vaso de precipitados. Observar sus propiedades.

3. Añadir una o dos gotas de colorante a la solución del PVA.

4. Añadir 2 mL de la solución de tetraborato de sodio al 4% a la solución de PVA. Agitar con

varilla hasta que no se produzca ningún cambio.

5.- Retirar el polímero del recipiente y colocarlo sobre una bolsa de plástico. Observar las

propiedades del polímero obtenido, conocido comercialmente como SLIME (baba),

antiguamente denominado légamo.

6.- Realizar un estudio de las propiedades mecánicas del polímero obtenido:



PARTE B: SÍNTESIS DEL POLÍMERO “SILLY PUTTY”

- Estirar suave y después fuertemente.

- Tratar de aplanar un trozo pequeño apretándolo.

- Tomar un trozo pequeño y hacerlo rebotar sobre la mesa.

- Comparar las propiedades del polímero obtenido y las del alcohol polivinílico. ¿En qué se

parecen y en qué se diferencian?

7. Al finalizar las experiencias, guardar el polímero en bolsa de polietileno con cierre

hermético.

Materiales Reactivos

Pipetas graduadas Polivinil acetato (PVAc, 50%)

Vasos de precipitados Na2B4O7•10H2O (Bórax, 4%)

Varilla de vidrio colorantes (fluoresceína, tartracina)

Espátulas CH3COOH 2%

gotero

Procedimiento

1.- Colocar 2 cucharadas de cola vinílica (PVAc) en un vaso de precipitados. Observar sus

propiedades.

2.- Añadir una o dos gotas de colorante a la solución de cola vinílica

3.- Agregar 5 mL de la solución de tetraborato de sodio a la solución de cola vinílica,

removiendo con varilla de vidrio hasta obtener una especie de masilla. (También puede

añadirse gota a gota con el cuentagotas para ver los

cambios que se van produciendo).

4.- Se espera 10 ó 15 segundos y se agita hasta que se

endurezca. Se retira la mezcla del vaso de precipitado y se

tomará entre las manos (será pegajosa y no tendrá una

forma definida). Se amasa la mezcla hasta formar una

pelota, que cuanto más se amase menos pegajosa será.

Una vez formada la bola se podrá rebotar y jugar con ella.

5.- Retirar el polímero del recipiente y colocarlo sobre una

lámina de plástico o sobre papel encerado. Observar las

propiedades del polímero obtenido.

6.- Pruebe de moldear el polímero obtenido.

7.- Realizar un estudio de las propiedades mecánicas del polímero obtenido de forma similar

a las realizadas con el slime:

- Estirar suave y después fuertemente.

- Tratar de aplanar un trozo pequeño apretándolo.

- Tomar un trozo pequeño y hacerlo rebotar sobre la mesa.

8.- Colocar una bolita de 1 cm de diámetro del polímero en un tubo de ensayo, agregar unas

gotas de CH3COOH al 2%. Agitar. Anotar las observaciones.

9.- Neutralizar el ácido con un poco de bicarbonato de sodio en polvo, ¿qué sucede?



PARTE C: Determinación de la capacidad de absorción de agua del

poliacrilato de sodio

10.- Al finalizar las experiencias, guardar el polímero en bolsa de polietileno con cierre

hermético.

11.- Pruebe preparar nuevamente el polímero agregando 10 mL de tetraborato de sodio.

Con algunas marcas de cola vinílica se obtiene una sustancia con aspecto de gel muy suave

que fluye lentamente. Muy parecido a algunas sustancias que se venden como juguetes de

aspecto de “mocos asqueroso."


Bolsa de polietileno NaCl

Pipeta 1 mL colorante de repostería

Papel de filtro

Pañal descartable

Vaso de precipitados 150 mL

Procedimiento

1.- Cortar el pañal con las tijeras y sacar con cuidado, el algodón que contiene. Colocar la

parte acolchada del medio del pañal dentro de la bolsa plástica y dentro de ella trate de

separar el algodón y las capas de plástico que lo conforman. Trate de separar los gránulos

blancos del resto de los componentes, esos gránulos son del polímero que usaremos.

2.- En un vaso de precipitado añada 10 mL de agua y 3 gotas de colorante de cocina, agite la

mezcla.

3.- Coloque 1,0 g de gránulos extraídos del pañal sobre un papel de filtro previamente pesado

y con una pipeta de 1mL agregue lentamente gotas del agua coloreada sobre los mismos. Y

observe. ¿Cuántos mL le puede agregar a los gránulos antes de que el agua se extienda sobre

el papel absorbente?

4.- Pese nuevamente el papel con los gránulos y el agua absorbida. Determine el % de agua

que se absorbe.

Ahora conociendo más o menos la cantidad de agua necesaria para que se saturen los

gránulos, usted podría estar en la capacidad de seleccionar un pañal con mejores propiedades

absorbentes.

5.- Pesar 1,0 g de gránulos extraídos del pañal sobre un papel de filtro previamente pesado.

Agregar unas gotas de solución saturada de NaCl. Realizar el agregado de gotas de agua

coloreada. ¿Cuántos mL le puede agregar ahora a los gránulos antes de que el agua se

extienda sobre el papel absorbente?


que se absorbe.



PARTE A: SÍNTESIS DEL POLÍMERO “SLIME”

Cuestionario

1. En la síntesis de los polímeros del TP ¿Ha ocurrido una reacción química? ¿Qué evidencia

tiene?

2. ¿El polímero que ha obtenido; lo clasificaría como sólido o líquido? ¿Por qué?

3. Compare las propiedades del producto que ha obtenido y las del PVA ¿En qué se parecen

y en qué se diferencian?

4. ¿Qué es un fluido tixotrópico? ¿Es el Slime un fluido de ese tipo?

5. ¿Cuál es el polímero conocido como Silly Putty?

6. ¿Puede hacer rebotar un trozo pequeño del polímero obtenido similar al Silly Putty encima

de la mesa? ¿Qué sucede?

7. ¿Qué ocurre al adicionar ácido acético a una porción de polímero en un tubo de ensayo?

¿Por qué?

8. ¿Qué ocurre al adicionar al tubo anterior una punta de espátula de bicarbonato sódico?

¿Por qué?

9. Escriba la estructura del polimetacrilato de sodio

10. El poliacrilato de sodio se utiliza como agente desincrustante. ¿Qué propiedades crees

que pueden justificar ese uso?


INFORME de: SÍNTESIS DE POLÍMEROS ENTRECRUZADOS

APELLIDO Y NOMBRE: .......................................................... RESULTADO.......................

FECHA ....../....../.....

1.- Propiedades de la solución de alcohol polivinílico ________________________________

2.- Propiedades del polímero obtenido (SLIME)___________________________________

_____________________________________________

3.-Estudio de las propiedades mecánicas del polímero obtenido

Estirar suave y después fuertemente ____________________________________________

- Tratar de aplanar un trozo pequeño apretándolo. ¿qué sucede?________________________

- Tomar un trozo pequeño y hacerlo rebotar sobre la mesa. ___________________________

4.- Comparar las propiedades del polímero obtenido y las del alcohol polivinílico. ¿En qué se

parecen y en qué se diferencian? ________________________________________________

__________________________________________________________________________



PARTE B: SÍNTESIS DEL POLÍMERO “SILLY PUTTY”

PARTE C: Determinación de la capacidad de absorción de agua del

poliacrilato de sodio

5.-. Observar y anotar las propiedades del polímero obtenido. ________________

_______________________________________________________________

6.- ¿Pudo moldear el polímero obtenido? _________________________________________

7.- Realizar un estudio de las propiedades mecánicas del polímero obtenido de forma similar

a las realizadas con el slime:

- Estirar suave y después fuertemente.____________________________________________

- Tratar de aplanar un trozo pequeño apretándolo. ¿Qué sucede? _______________________

- Tomar un trozo pequeño y hacerlo rebotar sobre la mesa. ___________________________

8.- Observaciones al colocar al polímero unas gotas de CH3COOH al 2%. ____________

___________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

9.- Observaciones al agregar el bicarbonato de sodio en polvo _________________________

__________________________________________________________________________

10.- Diferencias en el polímero obtenido al variar la cantidad de tetraborato de

sodio.______________________________________________________________

__________________________________________________________________

11.- ¿Cuántos mL de agua le puede agregar a los gránulos antes de que se extienda sobre el

papel absorbente? ________________________________________________________


que se absorbe _____________________________________________________________

_________________________________________________________________________

13.- ¿Qué sucede al agregarle a los gránulos del gel un poco de solución saturada de NaCl?

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

Por qué? _________________________________________________________________




LABORATORIO Nº 3

TEMA: SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE UN POLÍMERO

BIODEGRADABLE A PARTIR DE ALMIDÓN DE PAPA

Objetivo.

1.- Conocer los métodos de obtención de almidón de un alimento (papa, camote, etc.),

utilizando el método físico y parámetros.

2.- Obtener los rendimientos en el proceso de obtención de almidón de papa y compararlos

entre sí.

3.- Comparar propiedades de almidones de diferentes fuentes

Introducción

En la antigüedad, la madre naturaleza era la única y exclusiva fuente de materiales con que el

hombre contaba para la realización de sus herramientas, útiles y objetos de uso cotidiano. Las

propiedades que ofrecían las piedras, las maderas o los metales no satisfacían todas las

demandas existentes así que, el hombre en su innato afán de investigación y búsqueda

comenzó a buscar sustancias que suplieran estas carencias; se empezaron a utilizar los

polímeros naturales: el asta natural, la goma laca, cuero y la gutapercha son los precursores

de los polímeros actuales.

Los polímeros naturales, como caucho, celulosa y fibrilares como lanas, seda, yute, entre

otros, constituyen el punto de partida de la historia de los materiales plásticos y fueron

exhaustivamente estudiados en la primera mitad del siglo pasado. Posteriormente, con la

aparición de los polímeros sintéticos, producto del desarrollo de la petroquímica, y las

proyecciones tecnológicas que estos ofrecían, se redujo su estudio y aplicación a campos

específicos. En los últimos años, debido a la nueva tendencia conservacionista y ecologista

del medio ambiente, se ha elaborado una legislación que llevó a considerar dichos materiales,

como recursos renovables y de fácil reciclado.

Otros polímeros naturales tales como las proteínas, las enzimas, los almidones tienen

importancia en los procesos bioquímicos y fisiológicos de plantas y animales. También

existen polímeros naturales de gran significación comercial como las fibras de celulosa (se

encuentra en la madera y en los tallos de muchas plantas) usadas para obtener el algodón y

hacer telas y papel.

La seda es otro polímero natural muy apreciado, es una poliamida semejante al nylon. El hule

de los árboles de hevea y de los arbustos de Guayule, son también polímeros naturales

importantes.

Algunos ejemplos de estos compuestos naturales que fueron utilizados mucho por el hombre

son:



ASTA NATURAL

Asta es el cuerno, guampa o aspa de los

animales vacunos. Se tiene conocimiento de

que los egipcios en el año 2000 a. C, en la

época de los faraones, además de usar

resinas naturales para embalsamar a sus

muertos también usaban el asta natural

calentándolo para moldear figuras y

recipientes.

El asta natural del mismo modo tuvo sus aplicaciones en Europa durante el Medioevo. Los

trabajadores del cuerno (asteros) realizaban objetos cotidianos con este material, como

cucharas, peines o faroles. Ablandaban este material sumergiéndolo en baños de agua

hirviendo o en soluciones alcalinas. La extracción de la masa de tejido y la limpieza de la

membrana viscosa del interior del cuerno eran tareas sucias que estaban asociadas con los

fuertes malos olores de los cuernos hervidos. Las principales aplicaciones del asta natural

eran botones y faroles.

Entre los elementos que se pueden realizar con asta se encuentra el chifle que los gauchos

usaban cuando realizaban viajes largos, y que llenaban de ginebra o grapa.

Las propiedades que hacen que este material sea interesante es que no se corroe, es flexible,

no se oxida, se doblaba sin romperse.

GOMA LACA

Sustancia orgánica que se obtiene a partir del

residuo o secreción resinosa de un pequeño insecto

rojo llamado gusano de la laca, Lacciferlacca o

Kerrialacca que habita en lugares del sudeste

asiático como Indonesia o Sri Lanka. El gusano de

laca se alimenta de la savia que extrae de la planta

invadida y exuda un líquido espeso que se seca

lentamente.

A medida que crece el depósito del líquido

endurecido, el insecto queda inmovilizado. Dentro de este depósito pone cientos de huevos y

finalmente muere. Cuando se rompen los huevos, las larvas se abren paso por la cubierta para

salir y repetir el ciclo.

Las dos mejores variedades en el mercado son la goma laca de color

naranja (foto), que viene en forma de escamas finas y traslúcidas y la

goma laca blanca. Ambas, tanto la blanca como la de color naranja son

solubles en alcohol.

Disco de fonógrafo fabricado con goma laca

http://es.wikipedia.org/wiki/Goma_lacahttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Kerria_lacca&action=edit&redlink=1



Además de servir de recubrimiento protector para muebles y suelos, la.Goma laca sólida es

moldeable. Con calor y presión, este material puede fluir por los intersticios de moldes con

complicados detalles.

Desde 1870 hasta 1930 mantuvieron una importante posición en la industria polimérica. Es la

base de la industria del disco de gramófono de 78 rpm. Entre sus usos se incluyen artículos

diversos tales como marcos para fotos, espejos, peines, joyas, placas o prótesis dentales.

GUTAPERCHA

Es un tipo de goma parecida al caucho, translúcida, sólida y flexible, fabricada a base de la

resina que exuda el árbol Isonandra Guta del género Palaquium, originario del archipiélago

malayo. Su nombre deriva de dos palabras

malayas, “getah” que significa goma y

“pertja” que es el nombre del árbol.

Se ablanda con agua caliente y se moldea

por presión manual y posteriormente a

temperatura ambiente se solidifica. Aunque

se abolla, no se rompe fácilmente. Cuando

se calienta, se torna moldeable a una

temperatura aproximada de 50 °C y se puede

estirar en tiras largas que no rebotan como el

caucho.

Es inerte y resistente al vulcanizado. Su

resistencia ante el ataque de productos

químicos la convirtió en un excelente aislante para cables y conductores eléctricos. También

se utiliza para la obturación de los conductos radiculares de los dientes en endodoncia.

La gutapercha es un polímero del isopreno. Pero a diferencia del caucho (isómero Cis), la

gutapercha es un isómero trans, que hace a esta última mucho menos elástica.

CAUCHO NATURAL

En estado natural, el caucho o goma es el

látex desecado de diversas plantas

tropicales que suministran por incisión

en su corteza un líquido elástico, siendo

el de mayor calidad el llamado "caucho".

Por los cortes realizados se obtiene un

líquido lechoso que contiene el caucho

en suspensión y dividido en pequeñas

gotitas de aspecto emulsionado. Como la secreción es relativamente abundante, la misma se

recoge en recipientes especiales en forma de pequeños baldes que se cuelgan al término de



las incisiones. Luego el jugo recolectado es sometido a un tratamiento para solidificarlo por

evaporación o coagulación.

Una de estas plantas es el árbol de la especie Hevea Brasiliensis, de la familia de las

Euforbiáceas, originario del Amazonas.

Otra planta productora de caucho es el árbol del hule, Castilloa elástica, originario de México

(de ahí el nombre de hule), muy utilizado desde la época prehispánica para la fabricación de

pelotas, instrumento primordial del juego de pelota, deporte religioso y simbólico que

practicaban los antiguos mayas. Indonesia, Malaysia, Tailandia, China y la India producen

actualmente alrededor del 90% del caucho natural.

El caucho es el cuerpo sólido que tiene mayor coeficiente de dilatación conocido y que

aumenta considerablemente, con la vulcanización. Un corte reciente de caucho crudo, o sea

sin vulcanizar, se puede volver a unir soldándose entre sí con sólo presionar uno contra otro.

Una vez vulcanizado pierde esta propiedad, pero adquiere una mayor elasticidad, pudiendo

alargarse hasta seis veces su longitud primitiva. El alargamiento del caucho vulcanizado es

acompañado de una elevación de temperatura y en cambio se produce un enfriamiento

cuando retorna a su estado normal.

El caucho natural es un polímero elástico y semisólido, que posee la siguiente estructura:

VULCANIZACIÓN

Es un proceso mediante el cual se calienta el caucho crudo en presencia de azufre, con el fin

de volverlo más duro y resistente al frío. Durante la vulcanización, los polímeros lineales

paralelos cercanos constituyen puentes de entrecruzamiento entre sí. El resultado final es que

las moléculas elásticas de caucho quedan unidas entre sí a una mayor o menor extensión. Esto

forma un caucho más estable, duro, con mayor durabilidad, más resistente al ataque químico

y sin perder la elasticidad natural. También transforma la superficie pegajosa del material en

una superficie suave que no se adhiere al metal o a los sustratos plásticos.

La vulcanización es un proceso de cura irreversible y debe ser fuertemente contrastado con

los procesos termoplásticos que caracterizan el comportamiento de la vasta mayoría de los

polímeros modernos.

Este proceso irreversible define a los cauchos curados como materiales termorrígidos (no se

funden con el calor) y los saca de la categoría de los termoplásticos (como el polietileno y el



polipropileno). Usualmente el entrecruzamiento químico es realizado con azufre, pero existen

otras tecnologías como los sistemas basados en peróxidos. Se suelen usar combinadamente

con agentes aceleradores y retardadores

PROTEÍNAS

Otros polímeros naturales de destacada importancia son las proteínas, cuyo monómero son

los aminoácidos. La lana y la seda son dos de las miles de proteínas que existen en la

naturaleza, éstas son utilizadas como fibras y telas.

CELULOSA

Es un biopolímero compuesto exclusivamente de moléculas de β-glucosa (desde cientos hasta

varios miles de unidades), es pues un homopolisacárido. Es la biomolécula orgánica más

abundante ya que forma la mayor parte de la biomasa terrestre.

Almidón Celulosa

Tiene una estructura lineal o fibrosa, en la que se establecen múltiples puentes de hidrógeno

entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa, haciéndolas

http://es.wikipedia.org/wiki/Polisac%C3%A1rido



impenetrables al agua, lo que hace que sea insoluble en agua, originando fibras compactas

que constituyen la pared celular de las células vegetales.

La celulosa, es altamente cristalina y prácticamente no se disuelve en nada. Es una fibra

vegetal que al ser observada en el microscopio es similar a un cabello humano, cuya longitud

y espesor varía según el tipo de árbol o planta. Las fibras de algodón, por ejemplo, tienen una

longitud de 20 - 25 mm., las de pino 2 - 3 mm. y las de eucalipto 0,6 - 0,8 mm. De igual

manera, el contenido de celulosa varía según el tipo de árbol o planta que se considere.

ALMIDÓN

El almidón es un polisacárido de reserva alimenticia predominante en las plantas, constituido

por amilosa y amilopectina cuyos gránulos consisten en estructuras macromoleculares

ordenadas en capas y cuyas características en cuanto a composición, cantidad y forma varían

de acuerdo con el tipo de fuente de la que provenga. Se disuelve fácilmente en agua, y está

formado por unidades de -glucosa.

Los gránulos de almidón están

compuestos por capas externas de

amilopectina y capas internas de

amilosa, cuya proporción es variable

dependiendo de la fuente del

almidón. Su composición química es

la de un polisacárido formado

únicamente por unidades

glucosídicas (moléculas de glucosa)

que se repiten. Las figuras 1 y 2

ilustran la estructura de la amilosa y

la amilopectina.

La amilosa es un polímero lineal de

unidades de glucosa unidas por

enlaces α (1-4), en el cual algunos

enlaces α (1-6) pueden estar

presentes. Esta molécula no es soluble en agua, pero puede formar micelas hidratadas por su

capacidad para enlazar moléculas vecinas por puentes de hidrógeno y generar una estructura

helicoidal que es capaz de desarrollar un color azul por la formación de un complejo con el

yodo. Mientras que la amilopectina es un polímero ramificado de unidades de glucosa unidas

en un 94-96% por enlaces α (1-4) y en un 4 - 6% con uniones α (1-6). Dichas ramificaciones

se localizan aproximadamente a cada 15-25 unidades de glucosa. La amilopectina es

parcialmente soluble en agua caliente y en presencia de yodo produce un color rojizo violeta

PROPIEDADES DEL ALMIDÓN Existen varias propiedades que posee el almidón y que determinan la forma en que debe

tratarse, según el uso para el que se le requiera.

http://es.wikipedia.org/wiki/Amilosahttp://es.wikipedia.org/wiki/Amilopectina



GELATINIZACIÓN

Se define como la pérdida de la semicristalinidad de los gránulos de almidón en presencia de

calor y altas cantidades de agua, con muy poca o ninguna ocurrencia de despolimerización.

La gelatinización ocurre en un rango estrecho de temperaturas que varía dependiendo de la

fuente del almidón. El almidón de papa gelatiniza en agua a temperaturas entre los 60 y 65

°C, lo que consiste en un hinchamiento de las moléculas de almidón debido a que el agua

penetra en su estructura molecular.

La movilidad térmica de las moléculas y la disolución debida al hinchamiento generan una

disminución de la cristalinidad por el desenrollado de las dobles hélices, hasta que la

estructura granular se fragmenta casi por completo. La viscosidad de esta mezcla depende de

la concentración y de la absorción de agua por parte del almidón. Cuando ocurre la

gelatinización, los gránulos hinchados del almidón ocupan los espacios vacíos. La viscosidad

aumenta con la temperatura hasta la fragmentación de los gránulos, que se desintegran y se

disuelven generando un decrecimiento en la viscosidad.

Pero en condiciones de alta concentración de almidón, como suele suceder cuando se

pretende obtener un almidón termoplástico, el comportamiento es diferente. Mientras más

rigidez haya, se da una mayor resistencia debido al choque entre los gránulos hinchados, lo

que genera una alta viscosidad.

En estas condiciones, cuanto más calor se adiciona, el agua retenida desintegra la estructura

ordenada de los gránulos, y la amilosa comienza a difundirse formando un gel que finalmente

soporta los gránulos compuestos ante todo por amilopectina.

RETROGRADACIÓN

Posterior a la gelatinización, en el momento en que deja de introducirse calor y comienza la

etapa de enfriamiento, la viscosidad crece de nuevo y se presenta el fenómeno denominado

retrogradación.

La retrogradación se define como un incremento espontáneo del estado del orden, es decir,

una reorganización de los puentes de hidrógeno y reorientación de las cadenas moleculares.

Paralelamente se genera un decrecimiento de la solubilidad en el agua fría y un incremento de

la turbiedad.

TRANSICIÓN VÍTREA

La transición vítrea de un material polimérico se refiere al cambio inducido por el calor sobre

las características de un polímero, el cual con el incremento de la temperatura pasa de sólido

frágil y quebradizo a flexible.

La temperatura a la cual ocurre este fenómeno se conoce como temperatura de transición

vítrea, que tiene influencia sobre varias propiedades del polímero, entre las cuales se

encuentran la rigidez en las cadenas, entrecruzamiento de cadenas, presencia de cristales,

incremento de las secciones amorfas, entre otras.



DESESTRUCTURACIÓN

La desestructuración del almidón nativo consiste en la transformación de los gránulos de

almidón cristalino en una matriz homogénea de polímero amorfo, acompañada por un

rompimiento de los puentes de hidrógeno entre las moléculas de almidón, de un lado, y la

despolimerización parcial de las moléculas, del otro.

El proceso de desestructuración puede generarse por la aplicación de energía al almidón. Los

factores químicos y físicos involucrados son temperatura, esfuerzo cortante, como el que

genera una máquina tradicional para trabajar plásticos como las extrusoras e inyectoras, tasa

de esfuerzo, tiempo de residencia, contenido de agua y cantidad de energía aplicada.

OBTENCIÓN DE POLÍMEROS A PARTIR DE PAPAS Para hacer posible la fabricación de un polímero a partir de almidón de papa, es necesario

aportar diferentes reactivos a la mezcla y garantizar ciertas condiciones que permitan su

obtención. Los polímeros biodegradables requieren componentes que aporten características

de humectación, plasticidad, lubricación, extensión y resistencia, entre otros

En general, el agua se recomienda como el mejor plastificante, aunque no debe encontrarse

en proporciones muy altas con relación al almidón, debido a que para extraerla de la mezcla,

una vez ésta se encuentre lista, es necesario elevar la temperatura a la de ebullición del agua,

lo que puede degradar la estructura del almidón.

El almidón puede usarse como base para la

elaboración de polímeros semisintéticos, de

múltiples aplicaciones, por adición de

moléculas como urea o glicerol que se

intercalan en las cadenas de amilosa y/o

amilopectina modificando las propiedades

mecánicas del polímero natural.

Al igual que el agua, la glicerina es un

plastificante y además brinda humectación

al polímero. El alcohol polivinílico (PVA)

es recomendado también como

plastificante. La cantidad de plastificantes

dentro de la mezcla no debe exceder el 20 % del peso total.

En cuanto a los lubricantes, se recomiendan los aceites naturales como el de linaza o el de

soya, los cuales otorgan manejabilidad a la mezcla y evitan que se adhiera a los moldes de los

equipos donde se trabaje. Estas grasas vegetales pueden estar en una proporción entre 0,5 % a

1,5 %.

Ciertas sales inorgánicas como el NaCl y ácidos inorgánicos como el bórico o el metabórico

mejoran propiedades del polímero como la transparencia, el módulo de Young y la resistencia

al esfuerzo cortante.



Parte experimental

Reactivos Materiales

Papas Vaso de precipitado 150 mL

Glicerol, procesador de alimentos

HCl 0,1M, colador de tela metálica

NaOH 0,1M, pipeta pasteur

Colorante pipeta graduada

centrifuga

Rallador de cocina

Procedimiento

A. Obtención del almidón de papa

1.- Pelar una papa de mediana, rallar con un rallador de cocina.

2.- Colocar la papa rallada en un vaso de precipitado. Con ayuda de un procesador de

alimentos moler la ralladura. Añadir 100 mL de agua hasta formar una pasta lo más

homogénea posible. Dejar descansar 20 minutos. Debe quedar toda la papa sumergida en el

agua

3.- Filtrar la mezcla con un colador de alambre sobre un vaso de precipitado. Realizar dos

veces la operación sobre la muestra de papa para aumentar la eficiencia en la obtención del

almidón.

4.- Dejar reposar la mezcla hasta que se forme en el vaso de precipitado un depósito como

una pasta. Se decanta para eliminar la mayor parte del líquido sobrenadante evitando que se

remueva el depósito.

5.- Con la ayuda de una pipeta Pasteur, se elimina el agua que no se pudo quitar por

decantación. De ser necesario se centrifuga la muestra para eliminar restos de agua. Dividir lo

obtenido en tres partes.

B. Obtención de un polímero quebradizo

1.- A una muestra de almidón obtenido

según el procedimiento anterior, se le

añaden 10 mL de agua y 3 mL de HCl

0,1 M. La mezcla se calienta suavemente

durante 15 minutos a 35ºC.

2.- Se añade gota a gota una solución de

NaOH 0,1 M hasta neutralidad,

comprobando el resultado con un trozo

de papel indicador. Se obtiene un líquido

viscoso al que se le añade dos gotas de

colorante. Se mezcla con ayuda de una

varilla de vidrio hasta formar una pasta homogénea.

3.- Se extiende sobre una caja de Petri hasta formar una película y se introduce en una estufa

a 80 ºC durante 1,5 horas aproximadamente.



C. Obtención de un polímero flexible.

Se sigue un procedimiento análogo al caso anterior adicionando 2 mL de glicerol como

agente plastificante. Una vez obtenidos se comparan ambos materiales.

D. Densidad

Los rangos de densidad entre los polímeros son bajos, debido a que los átomos que los

componen son livianos (C, H, O, N por lo general) y a que las distancias medias entre los

átomos del polímero son relativamente grandes.

La densidad de los polímeros se mide pesando las muestras para analizar y utilizando una

probeta llena de agua para determinar el volumen de líquido desplazado por cada muestra.

1.- Colocar 20 mL de agua en una probeta de 25 mL

2.- Pesar 1,0 gramo de almidón comercial. Volcar en la probeta.

3.- Medir el volumen de agua desplazada.

4.- Determinar la densidad del almidón. Comparar el valor obtenido con valores tabulados.

E. Absorción de agua

1.- Preparar 40 mL de una suspensión de almidón al 1% m/v, en agua destilada a 30 °C.

Dividir en dos la solución.

2.- Calentar hasta alcanzar 60 y 80°C. Mantener a esas temperaturas durante 30 minutos con

agitación.

3.- Dejar enfriar a temperatura ambiente y centrifugar cada muestra, durante 15 minutos.

4.- Pesar el gel resultante.

La capacidad de absorción de agua para cada temperatura se calcula como la masa (g) del gel

por gramo de muestra seca.

F. Temperatura de gelificación

1.- Coloque 2 g de almidón comercial en 50 mL de agua en un vaso de precipitado. Mezcle y

observe si se disuelve el almidón. Deje reposar y observe si se producen cambios en la

solución.

2. Calentar a baño María lentamente. Agite continuamente con una cuchara o espátula y

registre la temperatura del agua. Para lograr un calentamiento lento y a la vez reducir el error

en la medición de la temperatura del agua emplee abundante cantidad de agua en el baño.

3. Mida la temperatura de la solución cada 5 min.

4. ¿A qué temperatura comienza la gelificación? ¿Qué cambios observa?

5. Realizar el mismo procedimiento con la tercera parte del almidón de papa

H. Elaboración de las películas

1.- Calentar la mezcla anterior hasta 95°C y mantener por 10 min. con

agitación.

2.- Verter la mitad de la suspensión gelatinizada inmediatamente sobre

caja de Petri de plástico

3.- Secar las películas en una estufa a 65 °C durante 2 horas

transcurrido este tiempo, desprenderlas de las placas.

4.- Dejar enfriar un poco la otra mitad de la suspensión gelatinizada, y

agregar 2 mL de glicerol, agitar. Preparar películas de la mezcla y

proceder como antes

5. Hacer lo anterior con el almidón de papa



I. Solubilidad de las películas en agua

1. Cortar 2 piezas (2×3 cm) de cada película. Pesarlas

2.- Colocaren vasos de precipitados con 80 mL de agua desionizada.

3.- Agitar constantemente durante 1 hora a 25ºC

4.- Sacar y secar las películas en estufa a 60 °C hasta peso constante.

5.- Determinar el porcentaje de la materia total soluble:

Cuando se calienta una suspensión acuosa de almidón, los gránulos se hinchan por una

absorción progresiva e irreversible de agua aumentando su tamaño. La determinación de

estos índices se mide aprovechando la capacidad de absorción del agua del gránulo de

almidón y la exudación de fracciones de almidón a medida que se incrementa la temperatura

de las suspensiones de almidón.

CUESTIONARIO

1.- Calcular el rendimiento porcentual de obtención de almidón de papas para cada método

2.-Comparar los granos de ambos métodos, que diferencian presentan

3.- ¿Qué cambios observa al agregar el glicerol?

4.- ¿Hay diferencias en los valores de densidad calculados comparados con los valores

tabulados?

5.- ¿A qué temperatura es mayor la absorción de agua? ¿Por qué?

6.- ¿Por qué se produce la gelificación a partir de una dada temperatura? ¿Qué valores

obtiene para cada almidón? ¿La gelificación es un proceso reversible?

7.- ¿Qué diferencias presentan las películas con glicerol? ¿Por qué?

8.- Indicar los valores de solubilidad hallados. ¿Cuánto varía el peso de las películas?

9.- Resultados experimentales obtenidos de las variaciones de peso registradas y propiedades

mecánicas observadas.

10.- Investigación sobre aplicaciones del uso de almidón en la industria argentina.




INFORME de: SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE UN POLÍMERO

BIODEGRADABLE A PARTIR DE ALMIDÓN DE PAPA

APELLIDO Y NOMBRE: .......................................................... RESULTADO.......................

FECHA ....../....../.....

1.- Características del almidón obtenido comparado con el comercial ___________________

__________________________________________________________________________

2.- ¿Qué diferencias presentan los films con glicerol? _______________________________

__________________________________________________________________________

3.- Determinar la densidad del almidón __________________________________________

4.- Comparar el valor obtenido con valores tabulados _______________________________

5.- En la experiencia de absorción de agua, masa del gel resultante._____________________

6.- Determinar la capacidad de absorción de agua para cada temperatura

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

7.- ¿A qué temperatura es mayor la absorción de agua? Justifique ______________________

___________________________________________________________________________

8.- ¿A qué temperatura comienza la gelificación? ¿Qué cambios observa? _______________

___________________________________________________________________________

9.- Determinación del porcentaje de solubilidad en los films. Realizar los cálculos

10.- ¿Cuánto varía el peso de las películas? _______________________________________

11.- Encuentra alguna diferencia en los films a los que se les agregó glicerol _____________

___________________________________________________________________________




LABORATORIO Nº 4

TEMA: SÍNTESIS DE RESINAS

Parte A: Síntesis de una resina a partir de la condensación entre la urea y el formaldehído.

Parte B: Síntesis de la resina resorcinol - formaldehído

Objetivo

1.- Practicar la síntesis de resinas.

2.- Investigar sus propiedades.

3.- Observar y comparar las propiedades de diferentes resinas.

Introducción

La baquelita fue la primera sustancia plástica totalmente sintética, nombrada así en honor a

su creador, el belga Leo Baekeland. La baquelita, sintetizada a partir de fenol y formaldehído

entró en la industria en 1907. Se trata de un termoplástico que aún tiene aplicaciones de

interés. Este producto puede moldearse a medida que se forma y resulta duro al solidificar.

No conduce la electricidad, es resistente al agua y los solventes, pero fácilmente mecanizable.

Su permisividad dieléctrica relativa es 0,65. El alto grado de entrecruzamiento de la

estructura molecular de la baquelita le da la propiedad de ser un plástico termoestable. Su

amplio espectro de uso la hizo aplicable para carcasas de teléfonos, radios y estructuras de

carburadores.

En 1910 Baekeland fundó la General Bakelite Company y en 1912 ya se usaban las resinas de

fenol - formaldehído para aislamientos eléctricos. En 1920 43 ramas de la industria se

beneficiaban directamente de la baquelita, era muy apreciada, los más famosos diseñadores

de Estados Unidos la utilizaban y llegó a ser el componente importante del “Art-Decó” con

una gran variedad de formas, no siempre funcionales. En 1927 expiraron las patentes de

Baekeland del proceso de fabricación de la baquelita.

Para el final de los años 30 muchos otros plásticos entraron en competencia con la baquelita;

éstos tenían la gran ventaja de que podían colorearse fácilmente en cualquier color deseado, a

diferencia de la baquelita, que solo podía prepararse en colores oscuros. En 1939 Baekeland

vendió la Bakelite Corporation a la UnionCarbide.

Desde 1950 la glamorosa vida cotidiana de la baquelita se fue desvaneciendo, opacada por

los llamativos colores de otros plásticos, sin embargo, aun hoy la baquelita y otras resinas

relacionadas son importantes como aislantes, asas de cacerolas, etc.

La Baquelita ha sido empleada por mucho tiempo por su gran resistencia al calor, la

estabilidad de sus dimensiones, su resistencia al frío y dureza.

Las resinas fenol - formaldehído se pueden preparar mediante polimerización por pasos, se

emplean dos métodos.



En el primero se usa un catalizador alcalino y exceso de formaldehído, obteniéndose una

estructura con enlaces cruzados en un solo paso (resina de “una etapa”).

Este tipo de resinas son termofijas, o sea que una vez moldeadas no pueden fundirse

nuevamente. Se utilizan para unir astillas de madera en paneles de madera aglomerada.

Estructura Tridimensional de la baquelita

Los metilolfenoles se condensan para dar polímeros de bajo peso molecular lineales que se

llaman resoles. Por calentamiento posterior, los grupos carbinol libres se condensan para dar

un polímero con enlaces cruzados.

En el segundo método se emplea un catalizador ácido y exceso de fenol para dar una resina

termoplástica lineal que puede guardarse o venderse de esta manera. Los polímeros lineales

se llaman novolacs, y a diferencia de los resoles, no tienen grupos carbinol libres, por lo cual

no se forman enlaces cruzados. El tratamiento con más formaldehído y álcali produce la

formación de grupos carbinol libres y en este momento se producen los enlaces cruzados.

RESINA ÚREA - FORMALDEHÍDO

La urea formaldehido es una resina sintética clasificada en el grupo de los termoestables

(también conocidos como termofraguantes, no sufren deformaciones en presencia del calor)

debido a que tiene en sus moléculas una gran cantidad de enlaces cruzados que le brindan

mayor estabilidad. La reacción involucra la condensación entre el nitrógeno nucleofílico de la

urea y el carbonilo electrófilo del formaldehido en presencia de ácido sulfúrico,

produciéndose una reacción fuertemente exotérmica que produce un sólido blanco (polímero



urea - formaldehído). Este proceso produce un polímero ramificado. Los productos obtenidos

de esta reacción son líquidos.

Las resinas urea - formaldehído se usan principalmente como adhesivos para hacer madera

aglomerada que se utiliza en estanterías y muebles. También se usan para la fabricación de

colas, productos para el tratamiento de la madera, papel de revestimiento, tableros prensados,

puertas, etc.

RESINA RESOLCINOL-FORMALDEHÍDO

La reacción entre resorcinol (m - dihidroxibenceno) (I) y formaldehído (II), catalizada por

bases, conduce en una primera etapa a la formación de 4-(hidroximetil) resorcinol (III). Estos

últimos se condensan en la siguiente etapa para originar polifenoles (IV) de bajo peso



PARTE A: SÍNTESIS DE LA RESINA UREA - FORMALDEHIDO

PARTE B: SÍNTESIS DE LA RESINA

RESORCINOL FORMALDEHIDO

molecular, cuyos anillos están unidos por grupos metilenos. Si estos productos IV siguen

reaccionando producen, en última instancia, polímeros con alto grado de entrecruzamiento.

Parte Experimental


Tubo de ensayo H2SO4 concentrado

Baño María Formaldehído al 40%

Pipeta Úrea

Procedimiento:

1.- Colocar 2 g de urea en un tubo de ensayo y calentar con cuidado a fuego directo

2.- Colocar en un tubo de ensayo aprox 4 mL de solución de urea y añadir a continuación 15

mL de formaldehído al 40%. Homogeneizar la mezcla y a

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QUIMICA DE LOS POLIMEROS - fcn.unp.edu.ar · DE LOS POLIMEROS CARPETA DE TRABAJOS PRACTICOS 2019 Dra Adelaida Ávila Sanabria . Química de los Polímeros UNPSJB FCNyCS 2019 2018