Manual de Polimeros

8/10/2019 Manual de Polimeros

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FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORESCUAUTITLN.

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUMICAS

SECCION DE FISICOQUMICA

MANUAL EXPERIMENTAL DECARACTERIZACIN DE

POLIMEROS.

CARRERA QUMICA INDUSTRIAL ASIGNATURA DE POLIMEROS

CLAVE CARRERA CLAVE ASIGNATURA

Guadalupe Franco RodrguezGuillermo Martnez Morua

2014

UNIVERSIDAD NACIONAL

AUTONOMA DE MEXICO


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CONTENIDO

Intr oduccin.......I

Objetivo Generales del Curso.....IV Objetivos de Curso Experimental.... ....IV

Nor mas del Laboratorio........... V

Actividades Experimental y Unidad Temtica .VII

Actividad Experimental No.- 1 Anlisis elemental de polmeros.....1

Actividad Experimental No.- 2Determinacin de Peso Molecular por visco simetra capilar.6

Actividad Experimental No.- 3Radio de una molcula a partir de medidas viscosimtricas..11

Actividad Experimental No.- 4Caracterizacin reolgica de un biopolmero....17

Actividad Experimental No.- 5 Anlisis trmico de un polmero por DSC...22

Actividad Experimental No.- 6 Anlisis trmico de un 2olmero por TGA...29

Actividad Experimental No.- 7Caracterizacin de una pelcula polimrica.... 33

Proyecto39

Hojas de Seguridad40


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INTRODUCCIONLos plsticos sintticos se han venido desarrollando por parte de la industriaqumica desde las primeras dcadas del siglo XX, teniendo un mximo impulsodurante la II Guerra Mundial. Debido a su utilidad, el crecimiento de la industriadel plstico ha sido muy elevado, generando avances, innovaciones ysatisfaccin de infinidad de necesidades, razones que convierten a los plsticosen un material de consumo masivo que est presente en gran cantidad deartculos de la actualidad.Son importantes las investigaciones que se realizan para poder caracterizar lospolmeros, pues esto permite mejorar los procesos de obtencin con el objetivode poder disponer de mejores o nuevos materiales y productos.Los polmeros sintticos se clasifican segn sus caractersticas fundamentales,derivadas de sus diferentes estructuras moleculares como: termoplsticos otermoresistentes, y elastmeros.Los termoplsticos se ablandan y plastifican, pudiendo ser conformados una yvarias veces por efecto combinado de la presin y la temperatura, su estructuramolecular es primordialmente lineal con o sin ramificaciones; las molculasquedan entrelazadas unas con otras, la elevacin de la temperatura facilita sumovimiento relativo, fluyendo como un lquido altamente viscoso. Los polmerostermoresistentes son duros y rgidos an a temperaturas relativamente altas yno funden por efecto del calor, este comportamiento es debido a la existenciade reticulaciones entre cadenas moleculares. Los elastmeros admiten altasdeformaciones de tipo elstico, su estructura es tambin reticulada, pero en

menor extensin que los materiales termoresistentes, de modo que permitenrelativamente altas deformaciones con recuperaciones elsticas.Los polmeros sintticos se les llama comnmente plsticos, estos hansustituido en numerosas aplicaciones al papel, algodn, lana, cuero, acero,vidrio, etc. Siendo los ms usados los termoplsticos con extensivasaplicaciones en los embalajes y las fibras sintticas, entre las ms importantes.Esta aplicacin de los polmeros sintticos representa un sector industrialclaramente diferenciado en la estructura econmica y de la produccin detodos los pases desarrollados.Las resinas duroplsticas, en combinacin con otros materiales, como la fibrade vidrio, proporcionan materiales compuestos que presentan caractersticasextraordinarias, en competencia con los materiales metlicos.La caracterizacin de macromolculas comprende mtodos y tcnicas deevaluacin de parmetros y comprende:

-Composicin qumica forma y tamao- Pesos moleculares y distribuciones- Orden en estado slido- Comportamiento trmico

I


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Composicin qumica La caracterizacin de la composicin qumica es un tema que se trata rea deanlisis de polmeros y formulaciones a travs de los mtodos donde se aplicanlas tcnicas del anlisis elemental y diversos equipos. Dentro de los equiposms utilizados podemos mencionar: cromatografa de gases, espectroscopiadel infrarrojo y resonancia magntica nuclear.Estreo especificidad Este tema se refiere a la distribucin espacial de los grupos qumicos en lacadena.Dimensiones En realidad las molculas existen en tres dimensiones, y los cuatro enlaces queconectan cada tomo de carbono con los tomos vecinos estn orientadossimtricamente hacia los vrtices de un tetraedro, formando ngulos de 109,5entre s. Uno supone que las molculas son alargadas, pero es importanteconocer el factor de forma longitud sobre dimetro (L/D). El enlace CC nocambia de longitud ni su ngulo, pero tiene la capacidad de girar, esto significaque las cadenas son flexibles. Se repliegan y se enredan una con otra y tienenque ver tanto con su comportamiento en los procesos de moldeo como en suspropiedades.Peso molecular y su distribucin La determinacin del tamao molecular de las molculas polimricas es unmuy importante ya que define, en gran medida, las propiedades fsico-qumicasy mecnicas del polmero.

Reologa La reologa es la ciencia de la deformacin y el flujo de materiales. Elcomportamiento reolgico de los polmeros implica varios fenmenos muydiversos que pueden relacionarse en algn grado con diferentes mecanismosmoleculares.La reologa que estudia la viscosidad, la plasticidad, la elasticidad y el derramede los polmeros. Incluye la deformacin de los materiales sujetos a la accinde fuerzas y los fenmenos que la acompaan. Prcticamente la accin dedeformar modifica todas las caractersticas del material: mecnicas, pticas,elctricas, trmicas y algunas veces qumicas.Polmeros cristalinos y amorfosLos polmeros presentan dos tipos bsicos de disposicin molecular, amorfa ycristalina. En los amorfos, las cadenas moleculares no tienen orden, seretuercen o se enrollan al azar. Los plsticos amorfos se pueden identificarfcilmente, ya que son transparentes en ausencia de cargas y pigmentos.Comportamiento trmico Las propiedades trmicas de los polmeros en funcin con su estructura estnrelacionadas con las distintas alternativas que se presentan en el uso. Aspodr interesarnos la temperatura mxima de servicio, o la temperatura de

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fusin (Tf ), para el moldeo. Dentro de la gama de temperaturas que semanejan, los polmeros se caracterizan por tener una temperatura por debajode la cual se tornan rgidos y quebradizos. Esta temperatura (o rango) sedenomina Temperatura de transicin vtrea (Tg).

III


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OBJETIVO GENERAL DEL CURSODeterminar los aspectos relevantes en cuanto origen, clasificacin depropiedades fisicoqumicas, tipos de procesos industriales, importancia yaplicaciones a travs de fuentes de informacin especializadas en el rea

OBJETIVOS DEL CURSO EXPERIMENTALLos objetivos que persigue la correcta realizacin de estas prcticas son:

Identificar los parmetros ms importantes de la caracterizacin de lospolmeros por medio de la medicin de sus propiedades fsicas yqumicas.

Entender la importancia de la identificacin de materiales polimricospara su utilizacin.

Conocer las propiedades fsicas y qumicas de algunos polmeros, ascomo los mtodos de identificacin.

Identificar las caractersticas funcionales del polmero para una correctautilizacin.

Conocer algunos procedimientos sencillos y de gran utilizacin en laidentificacin de polmeros.

IV


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NORMAS DE LABORATORIO(REGLAMENTO INTERNO DE LOS LABORATORIOS DE FISICOQUIMICA)

El laboratorio es un lugar potencialmente peligroso si no se siguen ciertasnormas generales de seguridad que se recomiendan a continuacin:

1. Es obligacin del alumno revisar LAS HOJAS DE SEGURIDAD, paraconocer las propiedades fsicas, qumicas y toxicolgicas de las sustancias quese utilizan en cada actividad experimental, as como tener conocimiento de suuso, manejo y almacenamiento.2. Se recomienda que el alumno trabaje en el laboratorio solo cuando suprofesor o persona responsable de dicho laboratorio este presente, con elpropsito de tener una persona que supervise posibles riesgos y ayude en casonecesario. En caso de emergencia consultar acciones de emergencia oprimeros auxilios en LAS HOJAS DE SEGURIDAD.3. Son requisitos indispensables para el trabajo experimental: Bata (obligatorio). Lentes de proteccin y guantes (opcional). Aquellos estudiantes que usan lentes de contacto, debern usar espejuelos deproteccin de forma obligatoria o traer anteojos el da de la prctica. Esobligacin del alumno revisar en LAS HOJAS DE SEGURIDAD de los reactivosy/o productos con los que vaya a trabajar, el equipo de proteccin personal que

debe usar en cada sesin experimental.4. No se debe fumar, ya que un descuido puede ocasionar una explosin; porlo general se encuentran en el ambiente vapores de sustancias voltiles y debajo punto de flamabilidad.5. No se deben encender cerillos o mecheros, a excepcin de que as lorequiera la sesin experimental.6. El lugar de trabajo debe estar despejado de libros, mochilas, prendas, etc.;solo estarn el equipo y las sustancias que se van a usar en el experimento, elmanual de actividades experimentales, calculadora y un cuaderno deanotaciones (Bitcora de trabajo).7. No se permite consumir alimentos y bebidas en el laboratorio.8. Se debe tener cuidado al manejar sustancias peligrosas como cidos,lcalis, sales venenosas, solventes, etc. En caso de algn percance avisarinmediatamente al profesor.9. Al manejar equipos, materiales y reactivos, se debe ser cuidadoso en sutraslado y conexin. Se recomienda revisar el instructivo antes de la actividadexperimental y preguntar al profesor las dudas que se tengan sobre elparticular.

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10. La solicitud de los equipos, materiales y reactivos se realiza con el llenadodel vale del laboratorio y presentando la credencial otorgada por la UNAM.11. Si se rompe o daa material y/o equipo, este debe reintegrarse allaboratorio antes de concluir el curso experimental.12. El alumno tiene la obligacin de estudiar las ORIENTACIONES ACERCADEL TRATAMIENTO Y DISPOSICION DE LOS RESIDUOS, con el propsitode saber que hacer con los residuos o desechos producidos en cada sesinexperimental. Los residuos de los experimentos que deban almacenarse,deben ser depositados en los recipientes etiquetados que le indique el profesor.Tenga cuidado de no confundirse y no mezclar.13. Una vez terminada la sesin experimental, el alumno deber dejar limpio sulugar de trabajo y asegurarse de no dejar basura en las tarjas de las mesas detrabajo ni en las de lavado de material.

14. El alumno debe lavarse las manos con agua y jabn antes de salir dellaboratorio.

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ACTIVIDADES EXPERIMENTALES Y UNIDAD TEMATICA.

NUMERO DEPRCTICA.

TTULO DE LA PRACTICA NMERO Y NOMBRE DE LA UNIDADTEMATICA DEL PROGRAMA DE LAASIGNATURA.

1 ANLISIS ELEMENTAL DEPOLIMEROS UNIDAD 17: ANLISIS EIDENTIFICACIN DE POLIMEROS.2 DETERMINACIN DE PESO

MOLECULAR POR VISCOSIDADINTRNSECA

UNIDAD 6: DETERMINACIN DEPESOS MOLECULARES.UNIDAD 7: DISTRIBUCIN DE PESOSMOLECULARES.

3 RADIO DE UNA MOLCULA APARTIR DE MEDIDASVISCOSIMTRICAS

UNIDAD 9: FLUJO VISCOSO

4 CARACTERIZACIONREOLOGICA DE UN

BIOPOLIMERO

UNIDAD 9: FLUJO VISCOSOUNIDAD 10: PROPIEDADES MECNICAS Y DEFORMACIONES PEQUEAS.

5 ANALISIS TERMICO DE UN

POLIMERO POR DSC

UNIDAD 12: ALGUNAS PROPIEDADES

GENERALES DE LOS SISTEMAS DEPOLMEROS.UNIDAD17: ANLISIS E IDENTIFICACIN DE POLIMEROS.

6 ANALISIS TERMICO DE UNPOLIMERO POR TGA

UNIDAD 12: ALGUNAS PROPIEDADESGENERALES DE LOS SISTEMAS DEPOLMEROS.UNIDAD 17: ANLISIS E IDENTIFICACIN DE POLIMEROS.

7 CARACTERIZACION DE UNAPELICULA POLIMERICA

UNIDAD 10: PROPIEDADESMECNICAS Y DEFORMACIONESPEQUEAS.UNIDAD 11: PROPIEDADESEXTREMASUNIDAD 13: DEGRADACIN YESTABILIZACIN DE LOS SISTEMASDE POLMEROS.UNIDAD 15: POLMEROS CONCADENA DE CARBONO.

PROYECTO Problema a resolver QUE TENGA QUE VER CON LA UNIDA6 A 17.

Etapa 1 ProtocoloEtapa 2 ExperimentacinEtapa 3 Reporte final

VII


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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 1ANLISIS ELEMENTAL DE POLIMEROS.

INTRODUCCIN

Esencialmente un polmero es una sustancia cuyas molculas forman cadenas

largas por lo comn de varios millones de tomos de longitud, La palabra polmero,

significa muchas unidades, los polmeros tienen ciertas caractersticas que difieren de

uno a otro, ya sea por su naturaleza qumica o fsica de sus unidades repetitivas en las

cadenas.

Estos materiales polimricos presentan una enorme variedad de propiedades, las

cuales influirn en su comportamiento. Si se tiene informacin de estas, podemos por lo

tanto tener informacin para la aplicacin especfica de cada material. Caracterizar un

polmero es de gran importancia, ya que nos dar la informacin del tipo de material de

que se trata.

Normalmente es un problema delicado la identificacin de un material

polimrico, de tal manera que existe un buen nmero de interrogantes que es necesario

aclarar. El qumico tiene que ser capaz de contestar a todas las preguntas referentes a

estos materiales. Por eso es un problema delicado la identificacin de un material

polimrico en donde hay un buen nmero de interrogantes que es necesario aclarar:Se

trata de un material termoplstico o de un material entrecruzado?, Cul es la naturaleza

de este material?, Esta plastificado, estabilizado al calor, a los rayos ultra violetas?,

Contiene cargas inertes?, Cul es su estructura, etc.? Los medios de anlisis son muy

numerosos y se utilizan esencialmente los mtodos fsicos o fisicoqumicos, con

instrumentos muy avanzados en tecnologa.

Sin embargo, si no se dispone de estos medios, puede tenerse una idea ms o

menos precisa del producto por medio de anlisis qumicos y fsicos sencillos o deobservaciones. Se le puede realizar a los materiales polimricos pruebas preliminares

que nos pueden dar una gran informacin acerca del material, aunque hay que tener en

cuenta que en la mayora de los casos el material por analizar es un material complejo,

que puede intervenir en su formulacin, aditivos, estabilizantes, plastificantes, etc. Por

lo que en ocasiones en necesario darle un tratamiento previo.

Las principales observaciones preliminares que se pueden hacer es identificar si

es transparente u opaco el material, si tiene propiedades elastmeras o plsticas,sonoridad, si se roya la superficie con facilidad. Se pueden hacer pruebas de


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combustin, de calentamiento. Puntos de fusin, medidas de densidad, ndice de

refraccin, pruebas de solubilidad etc., Con todas estas pruebas preliminares obtenemos

una gran informacin, acerca del material.

OBJETIVO.Hacer un estudio preliminar por medio de pruebas fsicas y qumicas sencillas, a

diversos materiales polimricos para predecir de qu tipo de polmero se trata.

ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTOA. Realice lo siguiente:

a. Recolectar cuatro polmeros diferentes. b. Investigue la toxicidad de los reactivos utilizados en la actividad experimental.c. Investigue si son txicos los vapores o humos de sus polmeros al ponerlos en

solucin al quemarlos.

B. Contestar las siguientes preguntas y entregarlas al profesor.1. Explique por qu es importante la identificacin de un material polimrico.2. Describa 5 pruebas qumicas para la identificacin de un material polimricoe

indique que informacin del material nos da cada una de ellas.

3. Describa 5 pruebas fsicas para la identificacin de un material polimrico eIndique que informacin del material nos da cada una de ellas.

4. En estado slido, cuales son los arreglos fsicos que puede presentar un material polimrico.

5. A qu se debe que unos polmeros sean solubles en un solvente y en otrosno.6. Explique la teora de solucin de MarKHouguin.

7. Como podemos clasificar a un material polimrico por su comportamientofrenteal calor, explique.


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MATERIAL, EQUIPO Y REACTIVOS

MATERIAL EQUIPO REACTIVOS

1 Mechero 1 Termmetro Ciclo hexano1 Esptula 1 Fisher - Johns Acetona6 Tubos de ensaye 1 Refractmetro de Abbe. Tetrahidrofurano6 Vasos de precitado de 100 ml. Benceno1 Vidrio de reloj Acetonitrilo2 Pipetas graduadas de 10 ml Etanol1 Probeta de 10 ml Agua destilada1 Termmetro1 Pinzas

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Y TABLA DE RESULTADOSEXPERIMENTALESCon los cuatro polmeros recolectados de la investigacin previa al experimento, se

realizara lo siguiente.

A. Pruebas de observaciones iniciales.1. El material polimrico se observa si es transparente, opaco o de otra apariencia.2. Si el material es elastmero o plstico.3. Presenta sonoridad metlica al impacto. 4. La superficie del material se raya fcilmente con la ua o es necesario una punta

de metal.

Pruebas de Observaciones inicialesPolmero Observaciones


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B. Pruebas de Combustin.Se recoge una pequea muestra del material polimrico, se coloca sobre una esptula y

se calienta a la flama de un mechero Bunsen ajustado a su mnimo, observe que sucede:

A).- El producto no arde se quema.

B).- El producto arde en la flama y se apaga fuera de ella.

C).- Arde en la flama y fuera de ella, observe el color de la flama,

D).- Observe las cenizas del producto y el olor al quemarlo.

Pruebas de combustin

PolmeroEn la flama Fuera de la Flama

CenizasColor Olor Se prende Color Olor Sigueprendido


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C. Pruebas de calentamiento.Se pone una pequea muestra del material polimrico en un tubo de ensayo y se calienta

lentamente, se anota la temperatura a la cual el material presenta un reblandecimiento.

Pruebas de calentamiento

PolmeroPunto de

reblandecimiento(C)

D. Punto de fusin.Se coloca una pequea muestra en el aparato para medir punto de fusin y se le

determina la temperatura ala que funde el material polimrico.

Pruebas de punto de Fusin

Polmero Punto de Fusin(C)

E. Medidas de densidad.Los mtodos de determinacin de densidad son muy variados, en el caso particular de

los polmeros se debe cuidar que la muestra no contenga pequeas burbujas de aire y

tener en cuenta que numerosos polmeros pueden contener oclusiones gaseosas.

Pruebas de medida de densidad

Polmero Densidad (unidades)


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F. ndice de refraccin.Poner los polmeros en solucin y medir su ndice de refraccin con el Refractmetro de

Abbe.

Pruebas de ndice de Refraccin

Polmero Concentracin( )ndice derefraccin

G. Solubilidad.La solubilidad es un criterio bastante difcil de definir en el caso de substancias

macromoleculares, independientemente del hecho que los productos no son puros y

adems son polidispersos en su mayora.

Diga que sucede en cada uno de los solventes; Es insoluble totalmente en el solvente, Es

soluble parcialmente. Es soluble totalmente en las condiciones presentes, o como le

afecta a la solubilidad la concentracin y la temperatura.

Observe el mecanismo de solubilidad de cada uno de los materiales polimricos.

Pruebas de solubilidadSolvente

PolmeroAcetona Agua Aceto -nitrilo Benceno

Ciclohexano

Tetrahidrofurano Etanol


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CUIDADOS Y RECOMENDACIONES:a. Tener cuidado porque muchos solventes son muy inflamables y desprenden

vapores a temperatura ambiente, leer las etiquetas de los solventes para tomar en

cuenta las recomendaciones.

b. Se recomienda tener el laboratorio ventilado y no juntar los mecheros con lossolventes.

c. Despus de la prctica se recomienda tomar un vaso de leche.

ORIENTACIN PARA EL TRATAMIENTO Y DISPOSICIN DE RESIDUOSTodos los residuos se depositaran en un frasco etiquetado como residuos de polmeros,

el cual, el frasco ser proporcionado por el laboratorista.

INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACIN DEL REPORTE1. Investigue cuales son pruebas fsicas y cuales son pruebas qumicas en la

identificacin de un polmero.2. Diga en cada una de estas pruebas en que, con que se hacen y de que nos dan

informacin acerca del polmero.3. Explique por qu unos polmeros son solubles en unos solventes y otros en otro.4. Investigue que es un solvente (teta).

5. Diga cul es el arreglo fsico que puede presentar su material polimrico.6. Investigue como se clasifican los polmeros por su comportamiento frente alcalor y diga si sus polmeros pertenecen a laguna d estas clasificaciones.

BIBLIOGRAFA. Angulo J.L., Caracterizacin fisicoqumica de polmeros. 1. Edicin 1999,

editorial Limusa. Ferdinand Rodrguez, Principios de Sistemas de polmeros, 2a. Edicin 1990,

editorial Mc. Graw Hill. Kirk, Enciclopedia tecnolgica qumica, tomo 12,1. Edicin, Mxico Unin

tipogrfica Hispano americana. Raymond B. Seymour, Charles E. Carraher, Essential Materials for everyday

living and problem solving, Giant molecules, (1990). Uribe Velasco M, Los Polmeros, sntesis y caracterizacin, 1. Edicin 1990,

editorial Limusa.


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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 1A NLISIS ELEMENTAL DE POLIMEROS

HOLA DE RESULTADOS PARA EL PROFESOR

INTEGRANTES DELEQUIPO

1.2.

3.

4.

SEMESTRE: CARRERA: GRUPO:

Pruebas de Observaciones inicialesPolmero Observaciones

Pruebas de combustin

PolmeroEn la flama Fuera de la Flama

CenizasColor Olor Se prende Color Olor Sigueprendido


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Pruebas de calentamiento

PolmeroPunto de

reblandecimiento(C)

Pruebas de punto de Fusin

Polmero Punto de Fusin(C)

Pruebas de medida de densidad

Polmero Densidad(unidades )

Pruebas de ndice de Refraccin

Polmero Concentracin( )ndice derefraccin

Pruebas de solubilidadSolvente

PolmeroAcetona Agua Aceto -nitrilo Benceno

Ciclohexano

Tetrahidrofurano Etanol


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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 2DETERMINACIN DE PE SO MOLECULAR POR VISCOSIDAD

INTRNSECA.

INTRODUCCINUna peculiaridad de los materiales polimricos es que el peso molecular, de las

macromolculas que lo constituyen no es el mismo, debido a que el nmero de

molculas que se agrupan en la reaccin de polimerizacin, queda determinado por

circunstancias casuales. Existe por tanto una distribucin estadstica de pesos

moleculares de las molculas que constituyen una muestra de polmero, debiendo

definirse un peso molecular medio, un grado de polimerizacin medio y un ndice de

heterogeneidad, que sirvan de referencia para caracterizarle.

El peso molecular medio y la distribucin de los pesos moleculares tienen una

gran importancia en la determinacin de todas las propiedades fsicas de los polmeros,

para una misma estructura molecular, debido a que las fuerzas de atraccin entre las

molculas aumentan con su longitud.

Se pueden definir varios pesos moleculares medios, que corresponden a los

resultados de su determinacin por medios experimentales diferentes:

El peso molecular medio numrico se define:

ni i

ni

ni el nmero de molculas de peso molecular i

El peso molecular medio ponderal w , definido segn:

w = wi i ni i 2

ni i

Es una medida ponderada respecto a las fracciones en peso de las molculas de

determinado tamao, que corresponde a los resultados obtenidos en las medidas de

viscosidad de soluciones diluidas o de medidas de difusin de la luz, en condiciones

anlogas.

La reaccin entre w / de la idea de laamplitud de la desviacin, o anchura

de la distribucin, por lo que se utiliza para caracterizar la dispersin de pesos

moleculares de la muestra y se denomina ndice de heterogeneidad. Valores

aproximados a 1 designan una gran homogeneidad en pesos moleculares, y valores altos

determinan la gran dispersin.


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M todos de determi nacin del peso molecular medio.

Existen dos clases de mtodos para determinar los pesos moleculares medios;

unos proporcionan valores absolutos y otros valores relativos los cuales deben ser

contrastados

Con los resultados que se obtienen usando determinados patrones, para

cuantificar el valor del peso molecular medio.Entre estos mtodos se tiene el de

viscosimetra, est basado en que la viscosidad intrnseca de una solucin de un

polmero es funcin del peso molecular medio w, siendo laecuacin emprica:

{ } = l m c w a

c

Siendo k y a constantes que dependen de la naturaleza del polmero, del disolvente y de

la temperatura.

es la viscosidad del disolvente puro.

es la viscosidad de la solucin .

Ambas expresadas como el tiempo empleado por cierto volumen del lquido en

fluir a travs de un tubo capilar de dimensiones fijas (viscosmetro de Oswald- Fenske,

o Ubbelohde). Se usa para pesos moleculares mayores de 50.

OBJETIVOSDeterminar la viscosidad intrnseca por medio de un viscosmetro capilar de

tipo Ostwald o Ubbelohde y con esto determinar el peso molecular de un material

polimrico.

ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO

1. Qu es el peso molecular promedio de un polmero?2. Qu indica la polidispersidad?3. Mencione cuatro tcnicas para medir el peso molecular de un polmero4. Mencione dos mtodos para medir el peso molecular de un polmero basado en

el nmero.

5. Mencione dos mtodos para medir el peso molecular de un polmero basado enel peso molecular promedio.

6. Cmo se encuentra un polmero en solucin?7. Defina el trmino de viscosidad?


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8. De qu variables depende la viscosidad?9. Defina el termino de viscosidad intrnseca y para qu es til en soluciones

polimricas.

10. Defina que es la viscosidad: relativa, especfica, inherente, reducida.11. Describa la teora de Mark-Houwink.12. Qu es el hinchamiento de un polmero en solucin?13. Qu entiende por reticulacin de un polmero en solucin?14. Qu es un buen solvente?15. Explique qu entiende por radio hidrodinmico


MATERIAL EQUIPO REACTIVOS1 vaso de precipitado 1lt. 1 balanza analtica. Ciclohexano1 esptula acetona1 viscosmetro capilar Agua destilada6 vasos de precipitado de 100 ml. Material polimrico.1 vidrio de reloj2 pipetas volumtricas de 5 ml1 probeta de 10 ml1 matraz aforado de 50 ml

1 termmetro1 soporte con pinzas1 agitador de vidrio

CUIDADOS Y RECOMENDACIONES:Poner en solucin el polmero, al cual se le determinara su viscosidad, por mtodo

capilar, por lo menos unas 5 horas antes del experimento.

Realizar la practica en un lugar con ventilacin, pero sin corrientes de aire.

Tener perfectamente limpio y seco su material.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

A. Preparacin de la solucin.Se pesa cuidadosamente alrededor de 0.125 g de muestra polimrica, y se coloca

en matraz aforado de 25 ml, para que el polmero se hinche e impregne del solvente y a

su vez pueda ser disuelto, se agregan 10 ml de solvente dejando reposar por 5 horas,

despus de este tiempo se afora el matraz a 25 ml.


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De esta solucin madre (solucin inicial), se realizaran las siguientes disoluciones,

sugiriendo las siguientes:

1. Se toman 5 ml de la muestra A y se afora a 25 ml.2. Se toman 10 ml y se aforan a 25 ml.3. Se toman 5 ml y se aforan a 10 ml.

B. Medicin de la viscosidad.Para determinar la viscosidad de las soluciones y del solvente se monta un aparato como

el que se muestra en la figura.

Se empieza por determinar el tiempo que tarda en bajar primero el solvente y despus

cada una de las soluciones yendo de la ms diluida a la ms concentrada.

Se pone siempre la misma cantidad de solucin en el viscosmetro, que son

aproximadamente 10 ml.

Se registra la temperatura a la que se determina esta medicin, y esta no tiene que tener

una variacin de 1 C.

Las muestras se ponen en el viscosmetro, y se dejan hasta que estas alcancen el

equilibrio trmico. (Por lo menos unos 10 minutos dentro del viscosmetro sumergido

en el vaso con agua).


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C. Forma de determinar la viscosidad en el viscosmetro capilar.1. Verter la muestra por el extremo grueso del viscosmetro (D), en una cantidad tal que

al succionar con la perilla por el extremo delgado del aparato (E), el bulbo superior (A)

y el inferior (C) queden a la mitad de su volumen.

2. Succionar por el extremo delgado (E) con la perilla y obligar al lquido a pasar sobre

la marca (1) superior del bulbo (A).

3. Con el cronometro, medir el tiempo que tarda la muestra en pasar de la marca

superior (1) a la marca inferior (2) de bulbo (A).

TABLA DE RESULTADOS EXPERIMENTALES

Viscosidad de un polmeroTemperatura: Solvente: Polmero:

Solucin Concentracin( )

Tiempo (seg) Viscosidadrelativa ( )

Viscosidadespecifica ( )

Viscosidadreducida ( )

1.

2.

3.

4.

5.

6.

ORIENTACIN PARA EL TRATAMIENTO Y DISPOSICIN DE RESIDUOS

Todos los residuos se depositaran en un frasco etiquetado como residuos de polmeros,el cual, el frasco ser proporcionado por el laboratorista.

INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACIN DEL REPORTE

1. Investigue, la igualdad de las viscosidades con el tiempo que determino.2. Realice los clculos para llenar la tabla de su prctica.3. Trace una grfica de viscosidad reducida contra concentracin.4. De la grafique en la ordenada de las abscisas determine el valor de la viscosidad

intrnseca.


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5. Consulte los valores de las constantes de Mark Houwink para su polmero consu solvente a la temperatura que realizo el experimento.

6. Por medio de la ecuacin de Mark Houwink determine el peso molecular de su polmero.

BIBLIOGRAFA. Angulo J.L., Caracterizacin fisicoqumica de polmeros. 1. Edicin 1999,

editorial Limusa.

Ferdinand Rodrguez, Principios de Sistemas de polmeros, 2a. Edicin 1990,editorial Mc. Graw Hill.

Kirk, Enciclopedia tecnolgica qumica, tomo 12,1. Edicin, Mxico Unintipogrfica Hispano americana.

Raymond B. Seymour, Charles E. Carraher, Essential Materials for everydayliving and problem solving, Giant molecules, (1990).

Uribe Velasco M, Los Polmeros, sntesis y caracterizacin, 1. Edicin 1990,editorial Limusa.


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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 3RADIO DE UNA MOLCU LA A PARTIR DE MEDIDAS

VISCOSIMTRICAS.

INTRODUCCINLa resistencia al flujo creada por la presencia de un polmero cuyas cadenas se enrollan

aleatoriamente, constituye una medida del tamao de las molculas polimricas.

Si consideramos la cadena principal de una molcula polimrica dado que es flexible,

existe un nmero infinito de formas o de conformaciones que tal cadena puede asumir.

Cuando un polmero se disuelve en un buen disolvente , las interacciones entre el

disolvente y los segmentos de la cadena son energticamentems favorables que las

interacciones segmento-segmento. Las macromolculas se extendern para maximizarlas interacciones que lleven a un mnimo de energa libre.

En un disolvente pobre las interacciones segmento-segmento son ms favorables que las

interacciones segmento-solvente y la molcula adopta una forma ms compacta.

Sin embargo, el volumen excluido en los segmentos de la molcula de polmeros causa

que la molcula se extienda ms all de sus dimensiones no perturbadas. Cuando la

concentracin dimensional resultante de una solvatacin pobre cancela exactamente el

incremento en tamao debido a los volmenes excluidos, el disolvente se denominatheta ( ). Un ejemplo es el poliestireno en ciclohexano. La viscosidad un buen

disolvente es mayor theta debido a las diferencias en conformacin.La teora de Kirkwood-Riseman para la viscosidad intrnseca de las macromolculas

de masa molecular M da la expresin

M

r 2/3

2

Midiendo la viscosidad intrnseca [ ] de una macromolcula en un solvente

(condicin en la cual =1), la longitud de extremo a extremo puede ser calculada con la

expresin:

3/1

2/12

M r

Por lo anterior podemos decir que la tambin la relacin de la viscosidad de una

solucin de partculas esfricas a la viscosidad del disolvente puro esta relacionada


27/61

con la fraccin del total del volumen de esferas por mililitro de la solucin por la

expresin:

5.21

Dado que el volumen de una esfera es de3

4 3r y que un mol contiene 6.02*10 23

molculas puede relacionarse a con la concentracin para obtener el radio de una

molcula considerada esfrica.

OBJETIVOS

Calcular el radio de la molcula de alcohol polivinlico a partir de relacionesviscosimtricas de sus soluciones acuosas.

Analizar la posibilidad de encontrar la longitud extremo-extremo de las cadenas polimricas de alcohol polivinlico.

ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO.1) Qu es un buen disolvente para un polmero?2) A qu se le llama volumen de exclusin en un polmero en solucin?3) A qu se le llama cola cabeza en una molcula de polmero?4) Qu son los disolventes theta?5) Cules son los disolventes theta para alcohol polivinlico?6) En que se fundamenta el viscosmetro de Ostwal?


MATERIAL EQUIPO REACTIVOS

5 vaso de precipitado 100 ml 1 balanza analtica. Alcohol polivinlico (PVA)1 esptula 1 parrilla elctrica acetona1 viscosmetro capilar Agua destilada1 pipetas volumtrica de 20 ml.1 vidrio de reloj1 pipetas graduada de 10 ml1 cronometro1 pizeta1 termmetro1 soporte con pinzas

1 agitador de vidrio


28/61

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALA. Preparacin de las soluciones

Solucin patrnEsta se elaborara calentando 80ml de agua en un a vaso de precipitados de 100ml, una

vez caliente se le agregara 0.1g de alcohol polivinlico (PVA), disolvindolo con ayuda

de un agitador de vidrio, una vez disueltos agregar agua destilada hasta alcanzar los

100ml de solucin.

Esta solucin se deja enfriar a temperatura ambiente, midiendo esta temperatura por

medio de un termmetro.

A partir de la solucin antes descrita se realizaran las diluciones necesarias para formar

los sistemas que se presentan en la siguiente tabla:

Preparacin de los sistemas acuosos de PVA

SistemaVolumen (ml) a

tomar del sistema AVolumen final del

sistema (ml)Concentracin en

g/ml de PVA

A - 100 0.001

B 20 30 0.00067

C 20 40 0.0005

D 20 60 0.00033

E 20 80 0.00025

ViscosmetroPara las mediciones se utilizara el viscosmetro de Oswald de la siguiente manera:

Lavar perfectamente el viscosmetro de Oswald con acetona y agua destilada Obtener las lecturas de la siguiente forma:

Colocar aproximadamente 10 ml de agua destilada en el viscosmetro,

succionar con la propipeta hasta que el agua rebase la marca superior del

capilar, eliminar la succin y medir el tiempo que tarda el agua en pasar

entre las dos marcas del viscosmetro.

Colocar aproximadamente 10 ml del sistema E en el viscosmetro,

succionar con la Propipeta hasta que el sistema rebase la marca superior

del capilar, eliminar la succin y medir el tiempo que tarda el agua en

pasar entre las dos marcas del viscosmetro. Repetir el procedimiento para


29/61

cada uno de los sistemas iniciando con los de menor concentracin; cada

medicin incluyendo la de agua destilada, se har por triplicado; se deber

enjuagar el viscosmetro antes de efectuar las mediciones de cada sistema.

CUIDADOS Y RECOMENDACIONES.Al terminar lave muy bien el viscosmetro capilar con agua caliente, para evitar que

queden residuos de polmero en su interior.

ORIENTACIN PARA EL TRATAMIENTO Y DISPOSICIN DE RESIDUOS. Todos los residuos se depositaran en un frasco etiquetado como residuos de polmeros,



30/61


31/61

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 3RADIO DE UNA MOLCU LA A PARTIR DE MEDIDAS

VISCOSIMTRICAS.



1.

2.

3.

4.


Resultados de las medicionesviscosimetricas para PVA Temperatura:

Sustancia osistema

Concentracinde PVA (g/ml)

Tiempo (t) de flujoen el viscosmetro

(seg)

Tiempo (t) deflujo promedio

(seg)

Radio de lamolcula de

PVA

Aguadestilada

______

A 0.001

B 0.00067

C 0.0005

D 0.00033

E 0.00025


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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 4CARACTERIZACION REO LOGICA DE UN BIOPOLIMERO.

INTRODUCCIN:La reologa se define como la ciencia que estudia la deformacin y el flujo de la

materia. Esto es como un material responde a una fuerza. La reologa provee las

herramientas para entender estos comportamientos diferentes. La viscosidad es la medida de la medida de la resistencia la flujo de un material,

ya sea como masa fundida o en disolucin. Depende y es afectada por la concentracin

y el peso molecular del material, la temperatura, la presin y la fuerza cortante.

Los fluidos de lata viscosidad presenta una cierta resistencia a fluir; los fluidos

de baja viscosidad fluyen con facilidad. La fuerza con la que una capa de fluido en

movimiento arrastra consigo a las capas adyacentes de fluido determina su viscosidad

que se mide por medio de diferentes aparatos.

Segn la teora molecular, cuando un fluido empieza a fluir balo la influencia de

la gravedad, las molculas de las capas estacionarias del fluido deben cruzar una

frontera limita para entrar en la regin del flujo. Una vez cruzado el lmite, estas

molculas reciben energa de las que estn en movimiento y comienzan a fluir. Debido

a la energa transferida, las molculas que ya estaban en movimiento reducen suvelocidad. Al mismo tiempo, las molculas de las capas de fluido en movimiento

cruzan el lmite en sentido opuesto y entran en las capas estacionarias, con lo que

trasmiten un impulso a las molculas estacionarias. El resultado global de este

movimiento bidireccional de un lado al otro del lmite es que el fluido en movimiento

reduce su velocidad, el fluido estacionario se pone en movimiento, y las capas en

movimiento adquieren una velocidad media.

La viscosidad en poises se define como la magnitud de la fuerza (medida endinas por centmetro cuadrado de superficie) necesaria para mantener en situacin de

equilibrio una diferencia de velocidad de 1 cm. por segundo entre capas separadas por

un centmetro. La viscosidad del agua a temperatura ambiente (20 C) es de 0.0100

Poises; en el punto de ebullicin (100 C) disminuye hasta 0.0028 Poises.

La viscosidad de un fluido disminuye con la reduccin de densidad que tiene

lugar al aumentar la temperatura. En un fluido menos denso hay menos molculas por

unidad de volumen que puedan transferir impulso desde la capa en movimiento hasta la

capa estacionaria. Esto, a su vez, afecta a la velocidad de las distintas capas. El


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momento se transfiere con ms dificultad entre las capas, y la viscosidad disminuye; en

algunos lquidos en aumento de la velocidad molecular compensa la reduccin de la

densidad. Los aceites de silicona, por ejemplo, cambian un poco su tendencia a fluir

cuando cambia la temperatura, por lo que son muy tiles como lubricantes cuando una

mquina est sometida a grandes cambios de temperatura.

OBJETIVO GENERAL: Realizar una caracterizacin reolgica a dos materiales polimricos naturales,

Almidn de maz (Maicena) y grenetina utilizando el viscosmetro Brookfield

RVT

Caracterizar los materiales polimricos en funcin de su viscosidad y decir si elflujo es: newtoniano, no newtoniano, seudoplstico o tixotrpico.

ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO 1. Que estudia la reologa en materiales polimricos.2. A qu se debe que un cuerpo se deforme al aplicar una fuerza.3. A qu se debe que un cuerpo fluya cuando se aplica una fuerza.4. Cules son los principales propiedades reolgicas.5. Explique que es un fluido newtoniano.6. Cuantos tipos de fluidos no newtonianos son, cules y defina cada uno de ellos.7. A que le llamamos el rea de histresis.8. Cules son los parmetros de los que depende la viscosidad.9. El viscosmetro de Brookfield que tipo de viscosidad mide.10. El viscosmetro de Brookfield RVT, que tipo de viscosidad mide y el LVT, que

tipo de viscosidad mide.


MATERIAL EQUIPO REACTIVOS5 vaso de precipitado 100 ml 1 balanza analtica. Almidn de Maz1 cronometro 1 parrilla elctrica Grenetina1 pizeta 1 viscosmetro Brookfield Agua destilada1 termmetro Harina de trigo1 agitador de vidrio Polisacrido o Protena


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DESARROLLO EXPERIMENTAL:1. Preparacin de las soluciones

(Se recomienda que las soluci ones se elaboren en casa, para que al momento deuti lizarlas en el laboratorio, estn a temperatur a ambiente )

a. Almidn de maz (Maicena) Se realizara soluciones de almidn a las siguientes concentraciones: 50g, 65g y

80g de almidn por 900ml de agua destilada cada una

Se pesa la masa a utilizar del almidn y se disuelve a temperatura ambiente en900ml de agua destilada.

La solucin se pone a calentar hasta llegar a la temperatura de ebullicin Se mantiene en esa temperatura durante 10 minutos. Durante los dos pasos anteriores se mantiene la solucin en agitacin para evitar

la formacin de grumos.

Se deja enfriar para hacer las mediciones.

b. Gentica. Se caliente hasta la ebullicin 600ml de agua destilada Se pesan 12.5g de grenetina, los cuales se disuelven en el agua caliente y se

agita vigorosamente hasta que quede completamente disuelta la grenetina.

Se deja enfriar antes de hacer la medicin hasta la temperatura ambiente.

2. Medir la viscosidad en viscosmetro Brookfield.


35/61

Medir la viscosidad de las cuatro soluciones a temperatura ambiente, manteniendoconstante la velocidad de 100 RPM. (Reportar segn el cuadro 1)

Medir la viscosidad de las cuatro soluciones a temperatura ambiente, manteniendoconstante la velocidad de 100 RPM y variando el tiempo de la toma de las lecturas

(Reportar segn el cuadro 2).

Medir la viscosidad de las cuatro soluciones a temperatura ambiente, variando lavelocidad de 0.5 a 100 RPM. Y las tomas de la lectura (Reportar segn el cuadro

3)

Medir la viscosidad eligiendo una de las cuatro soluciones a temperatura ambiente,variando la velocidad de 0.5 a 100 RPM. Y sin apagar el viscosmetro regresar

midiendo de 100 a 0.5RPM. (Reportar segn el cuadro 4)

Realizar las grficas de las diferentes soluciones. esfuerzo de corte vs. velocidad de corte. esfuerzo vs. velocidad de corte de acuerdo al modelo al que obedezca la

solucin.

Elaborar la tabla de acuerdo al modelo de comportamiento de los polmeros.


Cuadro 2. Medicin de la viscosidad enfuncin de la temperatura

Sistema:_____________

Concentracin:_______Tiempo (min) Lectura Factor (Centipoises)

02468

1012

1416

Cuadro 1. Medicin de la viscosidad a velocidad constanteSolucin Concentracin

( )T (C) # de

AgujaRPM Lectura Factor

(Centipoises)GrenetinaAlmidn 1Almidn 2Almidn 3


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37/61

ORIENTACIN PARA EL TRATAMIENTO Y DISPOSICIN DE RESIDUOS. Todos los residuos semislidos se depositaran en una bolsa de plstico y

depositaran en el bote de basura.

Los lquidos se desecharan en la tarja, con la llave del agua abierta.

INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACION DEL REPORTE1. Con los datos obtenidos realice las grficas para cada una de las tablas.2. En la prctica no olvide anotar las medidas de la guja del viscosmetro que uso.3. Anote siempre la velocidad y el porciento de torsin adems de la viscosidad.4. Consulte los diferentes modelos de ajuste, al comportamiento del fluido,

principalmente el que tiene un comportamiento potencial.

BIBLIOGRAFA:

PolymerHandbook, 3 Edicin , Editorial HohnWiley, EUA, 1989 Polymer Data Handbook, Editorial Oxford, EUA, 1999 Polymer Chemistry, Carraher, 4 aEdicin, Editorial Marcel Dekker. EUA, 1998 Polymer synthesis and characterization, Sander et. Al., Academia Press, EUA

1998 Introduccin a la qumica de los polmeros, Seymour, Editorial Revert,

Espaa, 1998


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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 4CARACTERIZACION REO LOGICA DE UN BIOPOLIMERO.



1.2.

3.

4.


Cuadro 2. Medicin de la viscosidad enfuncin de la temperatura

Sistema:_____________

Concentracin:_______Tiempo (min) Lectura Factor (Centipoises)

0

2468

10121416

Cuadro 1. Medicin de la viscosidad a velocidad constanteSolucin Concentracin

( )T (C) # de

AgujaRPM Lectura Factor

(Centipoises)GrenetinaAlmidn 1Almidn 2Almidn 3


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Cuadro 3. Fuerza de corte vs velocidad de corteSistema:_________________

Concentracin:___________

Tiempo

(min)

Velocidad

(RPM)T (C) Lectura Factor

(Centipoises)

Fuerza deCorte

(Dinas/cm2)

Velocidad de

corte (s-1

)0 02 0.54 1.06 2.58 510 1012 20

14 5016 100

Cuadro 4. Fuerza de corte vs velocidad de corteSistema:_________________

Concentracin:___________

Tiempo(min)

Velocidad(RPM) T (C) Lectura Factor (Centipoises)

Fuerza deCorte

(Dinas/cm2)Velocidad de

corte (s-1)

0 02 0.54 1.06 2.58 510 1012 2014 5016 10018 10020 5022 2024 1026 528 2.530 1.032 0.5


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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 5ANALISIS TERMICO DE UN POLIMERO POR DSC

INTRODUCCINLa calorimetra de barrido diferencial (DSC) es una tcnica termo analtica que

mide el flujo de calor diferencial requerido para mantener a la misma temperatura una

muestra del material y una referencia inerte.

Siempre que un material es sometido a un cambio en estado fsico, tal como

fusin, evaporacin, transicin entre estados cristalinos, o cada vez que reaccione

qumicamente, ocurrir una liberacin o absorcin de calor.

Estos procesos se manifiestan en los termogramas que se obtienen por DSC. En

la figura se muestra la forma general de un termograma para un polmero semicristalino

tpico, que ha sido enfriado rpidamente hasta una temperatura inferior a su Tg,

obtenindose despus el termograma a una cierta velocidad de calentamiento.

Termograma tpico de un polmero semicristalino. Figura tomada de:LLORENTE UCETA, M.A. y HORTA ZUBIAGA, A.:

"Tcnicas de caracterizacin de polmeros". UNED, 1991

En general, el DSC puede trabajar en un intervalo de temperaturas que va desde

la temperatura del nitrgeno lquido hasta unos 600 C. Por esta razn esta tcnica de

anlisis se emplea para caracterizar aquellos materiales que sufren transiciones

trmicasen dicho intervalo de temperaturas.

La familia de materiales que precisamente presenta todas sus transiciones

trmicas en ese intervalo es la de los polmeros. Por esta razn, el DSC se emplea

fundamentalmente para la caracterizacin de estos materiales.


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Los polmeros tienen la particularidad de que no pueden existir en estado

gaseoso. En el estado lquido poseen una viscosidad elevada y en el estado slido

pueden ser amorfos o cristalinos y estos adems presentan un estado ms que se le

denomina "gomoso", este estado no lo presentan las sustancias de bajo peso molecular.

Las transiciones de estos estados son muy definidas y se caracterizan por

presentar una discontinuidad en la energa libre de Gibbs y en el volumen V= G/ P T,

en la entropa S= G/ T p, y en la entalpia H=[ (G/T)/ T] T 2.

Por esto el anlisis trmico relacionado con otras tcnicas nos permite detectar y

medir los cambios fsicos o qumicos de un material determinado como funcin de la

temperatura cuando estos son sometidos a un programa de calentamiento. Las

caractersticas fsicas de los polmeros dependen de cada uno de los estados fsicos.

La temperatura a la que ocurre la transicin fsica de vidrio a goma, conocida

comnmente como Temperatura de transicin vtrea (T g), es la cual determina el lmite

inferior de uso de una goma amorfa ya que da informacin de su dureza y elasticidad,

como se ha determinado para la goma estireno butadieno y el polimetracrilato de metlo.

La transicin vtrea es el resultado de las manifestaciones cinticas de una

transicin termodinmica de segundo orden real. En este caso la discontinuidad se

produce en G/ T , y el salto en V/ T , S/ T y H/ T = C p .

El valor de T g depende de manera apreciable de la velocidad de calentamiento o

enfriamiento, esta tambin depende de la naturaleza qumica pero tambin se ve

influenciada por los factores estructurales como son los entrecruzamientos o por la

adicin de plastificantes.

La dependencia de T g se pueden agrupar en:

a) Caractersticas asociadas a una cadena en particular, independientemente de lasdems macromolculas, como puede ser la rigidez de la cadena y la tacticidad.

b) Caractersticas asociadas con la interaccin entre las cadenas, tales como la densidadde la energa de cohesin, la atraccin dipolar los enlaces de H y el efecto de

espaciamiento que producen las cadenas laterales.

c) Simetra molecular.d) Copolimerizacin.e) Peso molecular.f) La adicin de disolventes y plastificantes.

g) Ramificacin y entrecruzamiento de las cadenas.


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ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO1. Qu tcnicas hay en calorimetra y que mide cada una de ellas?2. Para que caracterizamos un material polimrico por medio de un barrido

trmico. Que propiedades se determinan con esto.

3. Explique que es el estado cristalino, el estado gomoso y el estado amorfo de unmaterial polimrico.

4. Que es la T g y para que nos sirve en un material polimrico.5. Que es la T m y para que nos sirve en un material polimrico.6. Como relaciona el coeficiente de expansin y la capacidad calorfica con las

propiedades fsicas de un polmero.

7. Explique qu entiende por vidrio en un material polimrico. 8. Describa y dibuje (o una foto) de un calormetro diferencial de barrido y sus

principales partes.

9. De tres nombres de plastificantes y diga que son y para qu sirven.10. Como podra pasar de un polmero flexible con baja T g, a un polmero rgido

pero resistente.


MATERIAL EQUIPO REACTIVOS1 Pinzas 1 Micro balanza analtica. Tanque de Nitrgeno1 Esptula 1 prensa selladora Nylon (poliamida)1 Pizeta Capsulas de aluminio Polietileno (PE)

Equipo de DSC Polietilentereftalato (PET)Poliestireno(PS)Polimetilmetacrilato (PMMA)

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALExisten diferentes tipos de cpsulas para realizar las experiencias con DSC, de ah que

deba elegirse el ms adecuado atendiendo al tipo de anlisis o sustancia que se vaya a

realizar. Debe tenerse en cuenta que deben ser inertes. Por ejemplo las cpsulas de

aluminio reaccionan con sosa, cementos y pueden formar aleaciones con algunos

metales como el mercurio. Las cpsulas de DSC ms comunes son de materiales como:

oro, vidrio, cobre, platino, zafiro. Estas cpsulas deben soportar las condiciones de

presin y temperatura a que va a ser expuesto. El aluminio por ejemplo slo puedeutilizarse a temperaturas inferiores a 600C ya que funde.


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Una vez elegida la cpsula, en nuestro caso aluminio de 50 ml, se recomienda

tarar la cpsula y la tapa. Se pone una cantidad de muestra en la cpsula entre 3 y 10 mgy se anota el peso neto de la muestra. A continuacin se realiza un pequea perforacin

en la tapa para facilitar la salida de los posibles gases generados durante en ensayo y se

cierra el crisol utilizando la prensa selladora. La muestra debe tener el mejor contacto

posible con la base de la cpsula con objeto de favorecer la trasmisin de calor durante

el ensayo, para ello puede prensarse y cuando sea posible realizar un tratamiento

trmico previo que permita que la muestra fluya y se distribuya homogneamente en la

base de la cpsula.

Capsulas de aluminio para la prueba de calorimetra

Horno de un calormetro DSC. Prensa para capsulas de DSC

Equipo DSC.


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Anlisis Termografico de polmeros polmero Tg (C) c2

(cal g-1K -1)Tc (C) Hc

(cal g-1)Tm(C) Hm

(cal g-1)Nylon

PEPETPS

PMMA

ORIENTACIN PARA EL TRATAMIENTO Y DISPOSICIN DE RESIDUOS.Todos los residuos se depositaran en un frasco etiquetado como residuos de polmeros,


INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACION DEL REPORTE Llenar la tabla, Entregar los termogramas obtenidos. Con los datos de Excel, pasarlos a un graficador, y solo graficar el rea del pico

de transicin.

Hacer la comparacin de los termogramas obtenidos. Explicar cada una de lasincgnitas que se piden en la tabla.

Con esto explicar las propiedades de cada polmero, y de la mezcla de polmeroque se realiz.

BIBLIOGRAFIA

Pomes A. 1971. Zein. Encyclopedia of Polymer Science and Technology, Vol15. H. F. Mark and N. G. Gaylord, eds. John Wiley and Sons: New York.

Biliaderys, C.G; MauriceT.J. 1980. Starch gelatinization phenomena studied bydifferential scanning calorimetry. Journal of Food Science. Vol 45.

Bower, D. An introduction to polymer physics. 2002. Cambridge UniversityPress

Hatakeyama, T; Quinn, F.X. 1994. Thermal Analysis. Wiley & Sons. New York Guajardo A., Najar L., Prsperi S., Molina M. 2007. Propiedades de los

plsticos reciclados. Revista de la Facultad de Ciencias aplicadas a la industria. Criado, J.M.; Snchez, P.E. 2008. Critical study of the isoconversional methods

of kinetic analysis. Journal of ThermalAnalysis and Calorimetry. Vol.91/2 p.p.511-516.


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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 5ANALISIS TERMICO DE UN POLIMERO POR DSC



1.

2.

3.

4.


AnlisisTermografico de polmeros (DSC) polmero Tg (C) c2

(cal g-1K -1)Tc (C) Hc

(cal g-1)Tm(C) Hm

(cal g-1)Nylon

PEPET

PSPMMA


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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 6ANALISIS TERMICO DE UN POLIMERO POR TGA

INTRODUCCINLos efectos del calor sobre los materiales pueden ser varios y producir cambios en

muchas de sus propiedades. En el anlisis trmico, los cambios de peso configuran la

base de la termogravimetra.

En un anlisis termogravimtrico se registra, de manera continua, la masa de una

muestra colocada en una atmsfera controlada, o bien en funcin de la temperatura, o

bien en funcin del tiempo. En el primer caso (experimento dinmico) la temperatura de

la muestra va aumentando de manera controlada (normalmente de forma lineal con el

tiempo), y en el segundo (experimento isotermo), la temperatura se mantiene constante

durante todo el experimento. La representacin de la masa o del porcentaje de masa en

funcin del tiempo o de la temperatura se denomina termograma o curva de

descomposicin trmica. Existen otros tipos de anlisis denominados de 2

termogravimetra diferencial donde se registra o representa la variacin de masa o

derivada con respecto a la temperatura o respecto al tiempo dependiendo de que el

experimento sea dinmico o isotermo respectivamente.

Representacin de los dos tipos de termogramas: a) convencional; b) diferencial.

Los instrumentos comerciales modernos empleados en termogravimetra constan de:

i. Una balanza analtica sensible;

ii. un horno;


49/61

iii. un sistema de gas de purga para proporcionar una atmsfera inerte (o algunasveces reactiva) y

iv. un microprocesador/microordenador para el control del instrumento y laadquisicin y visualizacin de datos.

Existe la opcin de aadir un sistema para cambiar el gas de purga en las aplicaciones

en las que este gas debe cambiarse durante el experimento.

Esquema de una termobalanza: A) brazo; B) copa y soporte demuestra; C) contador de peso; D) lmpara y fotodiodos; E) bobina; F) imn; G)

control del amplificador; H) calculador de tara; I) amplificador; J) registro. Figuratomada de: D.A. Skoog et al. Principios de Anlisis Instrumental. Mc Graw Hill, Madrid (2002).

En un sistema termogravimtrico tpico, el intervalo de temperaturas de la

mayora de los hornos que se usan va desde la temperatura ambiente hasta 1500 C. A

menudo se pueden variar las velocidades de calentamiento o enfriamiento del horno

desde aproximadamente cero hasta valores tan elevados como 200 C/min. Para evitar la

transferencia de calor a la balanza es necesario aislar y refrigerar el exterior del horno.

Normalmente se utiliza nitrgeno y argn para purgar el horno y prevenir la oxidacin

de la muestra.

Los mtodos termogravimtricos estn limitados por las reacciones de

descomposicin y de oxidacin y por procesos tales como la vaporizacin, y la

sublimacin.Quizs, entre las aplicaciones ms importantes de los mtodos

termogravimtricos se encuentre el estudio de polmeros. Los termogramas

proporcionan informacin sobre los mecanismos de descomposicin de diversas

preparaciones polimricas. Adems, los modelos de descomposicin son caractersticos


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de cada tipo de polmero y, en algunos casos, pueden ser utilizados con finalidades de

identificacin.

OBJETIVOSAplicar la tcnica de termogravimetria, TGA, en la caracterizacin de las propiedades

de trmicas de un polmero, para determinar su prdida de peso como funcin de la

temperatura.

ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTO1. Que estudia la termogavimetria?2. Qu informacin nos dara un TGA acerca de un polmero?3. Antes de 100 C a que se podra deber una prdida de peso en la muestra?4. Un estudio de TGA es complementario de un DSC, explique por qu.5. Que atmosferas se manejan en un TGA y por qu.6. Describa que es un gel y como se forma.7. Investigue sus propiedades y caractersticas del PVC


MATERIAL EQUIPO REACTIVOS1 Pinzas 1 Micro balanza analtica. Tanque de Nitrogeno1 Esptula 1 prensa selladora PVC1 Pizeta Capsulas de aluminio Gelatina

Equipo de TGA Gel

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALLa preparacin de una muestra para realizar anlisis termogravimtrico no lleva

dificultades. La siguiente Figura muestra un esquema sobre la manipulacin de muestra

para situarla en el interior del horno de la balanza termogravimtrica.


51/61

Se adiciona una cantidad relativamente pequea de muestra de 10 mg, sobre una cpsula

de platino y sta se suspende, mediante un soporte, de un alambre en forma de gancho

quedando finalmente en el interior del horno que a su vez est aislado del exterior

mediante un tubo de vidrio. La propia termobalanza se utiliza para pesar la masa inicial

de muestra.Para el caso del PVC se calentara de 50 a 550C aunque hasta despus de

100 grados e vera algo en el termograma, la muestra se calentara a una velocidad de 5

C/min en una atmosfera de N 2 , y para la gelatina se pondr una muestra de 10 mg y se

calentara de 10 a 100C, a una velocidad de 2C/min.

CUIDADOS Y RECOMENDACIONES Pesar exactamente la muestra hasta con 3 cifras decimales despus del punto

decimal.

Pedir que sus datos e transfieran a formato de Excel, para poder manejarlos.

INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACION DEL REPORTE Entregar los termogramas obtenidos. Con los datos de Excel, pasarlos aun graficador, y solo graficar en donde est la

prdida de peso.

Con esto explicar las propiedades de cada polmero.BIBLIOGRAFIA.

http://ocw.uc3m.es/ciencia-e-oin/caracterizacion-de-materiales.pdf . Hatakeyama, T; Quinn, F.X. 1994. Thermal Analysis. Wiley & Sons. New York Criado, J.M.; Snchez, P.E. 2008. Critical study of the isoconversional methods

of kinetic analysis. Journal of ThermalAnalysis and Calorimetry. Vol.9

Prensa para capsulas de DSC Equipo TGA
http://ocw.uc3m.es/ciencia-e-oin/caracterizacion-de-materiales.pdfhttp://ocw.uc3m.es/ciencia-e-oin/caracterizacion-de-materiales.pdfhttp://ocw.uc3m.es/ciencia-e-oin/caracterizacion-de-materiales.pdf


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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 6ANALISIS TERMICO DE UN POLIMERO POR TGA



1.

2.

3.

4.


AnlisisTermografico de polmeros (TGA) polmero Ti (C) % Peso Tf (C)

NylonPE

PETPS

PMMA


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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No.- 7CARACTERIZACION DE UNA PELICULA POLIMER ICA

INTRODUCCION Dentro de los polmeros tenemos los recubrimientos y pelculas que son

definidas como una matriz continua delgada, que cuando se estructura alrededor de la

pieza que se quiere cubrir se le denomina recubrimiento, y pelcula cuando es una

matriz preformada delgada, que posteriormente ser utilizada en forma de

recubrimiento.

Las soluciones formadoras de pelculas o recubrimientos pueden estar formadas

por: Polietileno de baja y alta densidad, PVC, Tefln, Poliestireno, Poliacetato de vinilo.

Polimetacrilato de metilo, polipropileno, Resinas, Pet, Fibras, Etc.

Las pelculas y recubrimientos poseen propiedades mecnicas, de barrera y otras

propiedades que estarn en funcin del tipo de polmero que se utilice como matriz

estructural (conformacin, peso molecular, distribucin de cargas), de las condiciones

bajo las cuales se preforman las pelculas, (tipo de solvente, pH, concentracin de cada

uno de los componentes, temperatura, entre otras), y de sus componentes de esta.

Se ha demostrado por diversos estudios la importancia de evaluar las matrices

preformadas, con el fin de cuantificar diversos parmetros como son sus propiedades

mecnicas, la tensin y la flexibilidad, sus propiedades de barrera, paso de agua,

oxigeno, CO 2 etc., pticas, brillo y opacidad, resistencia, al medio ambiente, lluvia , sol,

frio, contaminacin, elctricas, etc.Todo esto con el fin de determinar las posibilidades

de sus aplicaciones.

Las pruebas de analizar las variaciones en el tiempo del estado de tensin-

deformacin por la permanencia bajo cargas aplicadas. Es decir, las cargas generan un

esfuerzo constante en un determinado tiempo, lo cual provoca deformaciones lentas, se

llama pruebas de Fluencia lenta (Creep)Son deformaciones causadas por una carga durante un tiempo determinado.

Estas deformaciones se producen debido al desplazamiento viscoso de las cadenas del

polmero, que hacen que dicho material se relaje durante el esfuerzo al cual est

sometido. Si antes de que dicho material llegue a la ruptura, se le quita la carga a la que

estaba sometido, el material vuelve a su posicin inicial gracias a sus propiedades

elsticas: esto es la viscoelasticidad.

Las pruebas de relajacin consisten en someter un polmero a una deformacinconstante durante un tiempo determinado. Para hacerlo el polmero es sometido


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inicialmente a un esfuerzo especfico, manteniendo una deformacin constante. Este

esfuerzo inducido se ir reduciendo a medida que pasa el tiempo, debido al reacomodo

de las cadenas viscosas del material.

OBJETIVO Entender los conceptos de fluencia lenta (Creep) y de viscoelasticidad. Entender los conceptos de relajacin de esfuerzo.

ACTIVIDADES PREVIAS AL EXPERIMENTOCortar rectngulos de 20 por 15 cm las pelculas, de los diferentes materiales.

Llenar las latas con arena y pesarlas.

Contestar las siguientes preguntas y entregarlas al profesor.

1. Diga de que forma un recubrimiento puede pasar a ser una pelcula.2. De 3 ejemplos de recubrimientos o pelculas a base de los diferentes polmeros

con los que se pueden elaborar.

3. Por qu los recubrimientos o pelculas que se hacen con polietileno de bajadensidad son diferentes a las de alta densidad.

4. Una pelcula que tiene propiedades de barrera de permeabilidad al agua pero noal oxgeno y es flexible, para que nos puede servir?

5. Como afecta el medio ambiente a los recubrimientos y pelculas.


MATERIAL EQUIPO REACTIVOS6 pinzas Bolsa de ziplocUna regla Plstico adherenteUn cronometro CelofnUna lata de atn vaca Bolsa de plsticoUna lata de frijoles vacagrava


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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

I. Prueba de Creep.

1. Determine el tipo de material de la pelcula asignada por el monitor, para eldesarrollo de la prctica.

2. Con ayuda del calibrador vernier o regla, mida la longitud inicial de dicha pelcula. Para hacerlo marque la pelcula en dos extremos que le indiquen cual

va a ser su referencia, tenga en cuenta la distancia que necesitara para colgar la

pelcula en las pinzas.

3. Ubique su pelcula dentro de las prensas.4. Tome el cronometro e inicie mediciones, despus de que haya sujeto laslminas.

Cada 5 min. realice una medicin de longitud, partiendo de lasmarcaciones que

usted realizo en el paso 2.

5. Llene la siguiente tabla.

Pelcula 1____________________

Pelcula 2____________________

Pelcula 3____________________

Prueba de CreepPelcula 1 Pelcula 2 Pelcula 3

N Tiempo(min)

Deformacin(mm)

N Tiempo(min)

Deformacin(mm)

N Tiempo(min)

Deformacin(mm)

1 5 1 5 1 52 10 2 10 2 10

3 15 3 15 3 15

4 20 4 20 4 20

5 25 5 25 5 25

6 30 6 30 6 30

7 35 7 35 7 35

8 40 8 40 8 40

9 45 9 45 9 45

10 50 10 50 10 50

Punto 0 Punto 1


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57/61

Prueba de relajacin - esfuerzo

Pelcula 1 Pelcula 2N Peso

(g)Longitud

InicialLongitud

FinalDeforma

cin(mm)

Rotura Peso(g)

LongitudInicial

LongitudFinal

Deformacin(mm)

Rotura

1

2

3

Pelcula 3N Peso

(g)Longitud

InicialLongitud

FinalDeforma

cin(mm)

Rotura

1

2

3

III. Prueba de barrera.

1. Colocar un trozo de pelcula en el medidor de ngulo de contacto, y dejar caeruna gota de agua.

2. Colocar un trozo de pelcula en el medidor de ngulo de contacto, y dejar caeruna gota de tetrahidrofurano.

3. Colocar un trozo de pelcula en el medidor de ngulo de contacto, y dejar caeruna gota de solucin acida y una de solucin bsica.

Figura. Medidor de Angulo de contacto


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4. Llene la siguiente tabla.

IV. Prueba de resistencia al medio ambiente.

Coloque las tres pelculas al medio ambiente por ocho das y anote sus observaciones.

Prueba de resistencia al medio ambienteObservaciones

Pelcula 1

Pelcula 2

Pelcula 3

ORIENTACIN PARA EL TRATAMIENTO Y DISPOSICIN DE RESIDUOS. Todos los residuos se depositaran en un frasco etiquetado como residuos de

polmeros.

CUIDADOS Y RECOMENDACIONES En la prueba de Creep, tiene que ser la misma persona que estire la pelcula. Al medir el ngulo de contacto hay que tener cuidado de hacer las tres

mediciones en lugares diferentes de la pelcula.

Prueba de barrera

Sustancia Pelcula 1 Pelcula 2 Pelcula 3

Angulo1

Angulo1

Angulo1

Angulo1

Angulo1

Angulo1

Angulo1

Angulo1

Angulo1

Agua

Tetrahidrofurano

Solucin Bsica

Solucin Acida


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Al exponer las pelculas al medio ambiente, estas tienen que estar en el mismolugar.

INSTRUCCIONES PARA LA ELABORACION DEL REPORTE

En la prueba de Creep, realice las grficas de deformacin vs. tiempo y esfuerzovs. tiempo de las tres pelculas, y explique el porqu de sus resultados.

En las prueba de Relajacin Esfuerzo, realice las grficas de peso deformacin para las tres pelculas, si se rompe explique por qu se rompi y las otras no.

Explique por qu las deformaciones no son iguales en las tres pelculas.

En la prueba de ngulo de contacto, dibuje o fotografi como se form la gota encada uno de los casos si es que se form si se absorbi, y tratar de hacer una

grfica de los resultados obtenidos, para poder comparar mejor.

En la prueba de resistencia al medio ambiente hay que anotar todas lascaractersticas inciales de cada una de las pelculas para poder comparar con el

cambio que presenten en una semana.

Volver a practicar las pruebas de deformacin y de resistencia en las pelculasdespus de la exposicin al medio ambiente.

BIBLIOGRAFIA. http://www.jorplast.com.br/index.htm http://www.textoscientificos.com/polimeros/estructura ASKELAND, Donal R., Ciencia e Ingeniera de los Materiales,

ThomsonEditores. Mxico, 1998.

Anderson, J.C. y otros, Ciencia de los Materiales, Limusa Editores,Mxico,1998.

Flim , R.A, y otro, Materiales de Ingeniera y sus Aplicaciones, Mc Graw -Hill, Mxico, 1979

Budinsky, K. y otro, Engineering Materials, Prentice Hall, U.S.A., 1999.
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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No.- 7CARACTERIZACION DE UNA PELICULA POLIMER ICA



1.

2.

3.

4.


Prueba de CreepPelcula 1 Pelcula 2 Pelcula 3

N Tiempo(min)

Deformacin(mm)

N Tiempo(min)

Deformacin(mm)

N Tiempo(min)

Deformacin(mm)

1 5 1 5 1 5

2 10 2 10 2 10

3 15 3 15 3 15

4 20 4 20 4 20

5 25 5 25 5 25

6 30 6 30 6 30

7 35 7 35 7 35

8 40 8 40 8 40

9 45 9 45 9 45

10 50 10 50 10 50

Prueba de barrera

Sustancia Pelcula 1 Pelcula 2 Pelcula 3Angulo

1Angulo

1Angulo

1Angulo

1Angulo

1Angulo

1Angulo

1Angulo

1Angulo

1Agua

Tetrahidrofurano

Solucin Bsica

Solucin Acida


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Prueba de relajacin - esfuerzo

Pelcula 1 Pelcula 2

N Peso(g)

LongitudInicial

LongitudFinal

Deformacin

(mm)

Rotura Peso(g)

LongitudInicial

LongitudFinal

Deformacin(mm)

Rotura

1

2

3

Pelcula 3N Peso

(g)Longitud

InicialLongitud

FinalDeforma

cin(mm)

Rotura

1

2

3

Prueba de resistencia al medio ambienteObservaciones

Pelcula 1

Pelcula 2

Pelcula 3

Documents

Manual de Polimeros