adhesivo en base de pvc reciclado
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ANDRÉS ESCÁRRAGA
CARLOS ANDRÉS FLOR
LUIS F. GIRÓN
CAMILO GÓMEZ OCHOA
ADHESIVO EN BASE DE PVC
RECICLADO
ADHESIVOS INDUSTRIALES
ESCUELA DE INGENIERÍA DE MATERIALES
UNIVERISDAD DEL VALLE
TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
MARCO TEÓRICO
METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
Elección del disolvente adecuado
Pruebas preliminares
Preparación del adhesivo
ENSAYOS, ANÁLISIS Y RESULTADOS
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
BIBLIOGRAFÍA
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INTRODUCCIÓN
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OBJETIVOS
Objetivo General
Fabricar y evaluar un adhesivo a base de PVC reciclado que permita
la unión de dos sustratos de PVC.
Objetivos Específicos
Escoger un disolvente de PVC que cumpla los requisitos mínimos
para la aplicación.
Analizar el efecto de la concentración de PVC reciclado en el
disolvente, sobre las propiedades finales de las juntas.
Comparar las uniones obtenidas con el adhesivo fabricado, con un
adhesivo comercial SOLDA PAVCO.
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• Investigación y búsqueda bibliográfica
• Recolección de PVC reciclado.
• Limpieza del material.
• Extracción de virutas de PVC
• Elección de disolvente
• Pruebas preliminares en sustratos de PVC y evaluación cualitativa.
• Modificación en el proceso de disolución.
• Elección de diferentes concentraciones de PVC en la solución.
• Evaluación cualitativa de las juntas en diferentes concentraciones.
• Ensayos para evaluar la calidad de las juntas.
• Comparación con cementos comerciales.
• Análisis de resultados y conclusiones.
METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
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MARCO TEÓRICO
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Un adhesivo es una substancia capaz de sujetar o unir materiales por medio de una fijación
superficial. El término "adherencia" es generalmente usado para referirse a la acción de que
un cuerpo se una a otro, por medio de un adhesivo.
Existe una amplia variedad de adhesivos para pegar o unir materiales iguales o diferentes; en
general se puede decir que los materiales producen adherencia por medio de uno o más de
los siguientes procesos:
a) Curado de una resina adhesiva sobre un sólido.
b) Evaporación de un disolvente de la
solución de un polímero termoplástico.
c) Evaporación de agua de un látex polimérico.
d) Enfriamiento de un polímero ( como en los
adhesivos de fusión y de soldadura plástica).
¿Qué es un Adhesivo?
Adhesivos con Disolventes
Los materiales polimerizados pueden disolverse en los disolventes
adecuados para obtener adhesivos muy útiles. La evaporación del
disolvente produce el polímero termoplástico sólido.
Cemento Solvente de PVC
El cemento solvente de PVC, a veces conocido como cemento PVC, es una
sustancia adhesiva, usada para unir dos piezas de PVC. Normalmente el
cemento PVC se utiliza para unir los accesorios de tuberías de PVC y
piezas individuales de PVC entre sí. Aunque se le dice cemento, es más
similar a la soldadura, ya que funde las dos piezas de PVC en una sola
pieza de la misma manera que lo hace una soldadora.
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El cemento solvente de PVC contiene un disolvente, que rompe
la capa superior de PVC tanto en la tubería como en el accesorio a
ser cementado. También contiene resina de PVC, en el caso de los
adhesivos industriales, o partículas de PVC reciclado como en el
caso de este trabajo.
Una vez que el disolvente descompone el tubo de PVC y el
montaje, la resina se mueve en los espacios entre las moléculas de
PVC. El disolvente se evapora a continuación, y las dos piezas de
PVC se fusionan entre sí de forma permanente.
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Reciclaje del PVC en Colombia
«En nuestro medio, el reciclaje post industrial del PVC es un hecho cotidiano tanto en instalaciones de los procesadores como en las propias de PETCO S. A.
Sin embargo, en el aspecto post-consumo estamos en mora de complementar con programas de la envergadura y seriedad de la iniciativa europea el reciclaje "de facto" que, por razones de supervivencia, se desarrolla desde hace años en el país.»
Voceros de PETCO (Hoy Mexichem) en 2005
Reciclaje mecánico: es el sistema más utilizado.
Reciclaje químico: los residuos son sometidos a procesos
químicos, bajo temperatura y presión para descomponerlos en
productos más elementales como aceites y gases. Actualmente
este proceso es aplicado sólo en países desarrollados, tales como
Alemania y Japón.
Reciclaje energético: incineración controlada de los residuos,
bajo condiciones técnicamente avanzadas, para la recuperación de
la energía contenida en el material. Esta tecnología es aplicada en
toda Europa, EE.UU. y Asia, pero poco utilizada en Suramérica.
Reciclaje por disolventes: disolución química del PVC a
través de solventes (Vinyloop). Este es un proceso que demanda
alta inversión y gran control de la unidad productiva. El material
se disuelve primero selectivamente y se recupera por
precipitación. El disolvente se regenera en un bucle cerrado de
evaporación-condensación.
Formas de Reciclar el PVC
Factores que Afectan el Adhesivo y la
Coherencia del Solvente y el Polímero
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Solubilidad: La compatibilidad aumenta con
Polímeros con bajas fuerzas intermoleculares
Polímeros amorfos o con bajo nivel de cristalinidad.
Polímeros con menos peso molecular o con bajo nivel de entrecruzamiento.
Estructuras mas ramificadas.
Temperaturas elevadas incrementan la solubilidad de todos lo polímeros.
Los polímeros se disuelven mas fácilmente en solventes con la misma polaridad. De allí se tiene que el parámetro de solubilidad de los polímeros es un indicador de polaridad, La compatibilidad entre solvente y soluto es mejor si la diferencia de parámetro es menor a 0,5.
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Stress-Cracking:
El Stress-Cracking se refiere a fisuras externas o internas resultantes
de un bajo esfuerzo termomecánico en el plástico.
Acetales, poliolefinas, poliamidas, PVC rígido y polietileno entre
otros son resistentes a stress-cracking. Otros polímeros tales como
Acrílicos, policarbonato, poliestireno, estireno-acrilonitrilo, ABS,
son mas propensos.
Solventes como los esteres, cetonas, hidrocarburos aromáticos,
tienden a causar stress-cracking.
Factores que afectan el adhesivo y la
coherencia del solvente y el polímero
PVC UTILIZADO COMO MATERIA PRIMA
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Se utilizó como materia prima del adhesivo experimental un tubo de
PVC para instalaciones sanitaria marca PAVCO, extraído de la
escombrera de la Escuela de Ingeniería de Materiales de la
Universidad del Valle.
ELECCIÓN DEL DISOLVENTE
Parámetros de Hildebrand
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Disolvente Ciclohexanona
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La ciclohexanona es un líquido inflamable, de color
entre incoloro y amarillo pálido con un olor similar al
de la acetona. Se emplea principalmente en la
fabricación de nylon y como adhesivo en el pegado de
objetos de PVC.
La ciclohexanona de calidad técnica puede contener otros
productos químicos tales como el fenol y el ciclohexano.
Razones para elegir Ciclohexanona como disolvente Económico
Parámetro de solubilidad similar al PVC
Gran disponibilidad comparada con otros disolventes
Tiene antecedentes en la aplicación
Ficha de seguridad del disolvente
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MATERIALES UTILIZADOS
Virutas de PVC reciclado PVC Reciclado
Disolvente: Ciclohexanona Solución limpiadora
Preparación superficial
Sustratos de PVC
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PRUEBAS PRELIMINARES
Condiciones del Proceso
10 ml de Ciclohexanona
4,2 gramos de viruta de PVC
Temperatura (25°C)
Diferentes sustratos de PVC
Resultados Cualitativos: No hubo disolución total del PVC en el
disolvente. Aspecto grumoso del adhesivo. Juntas aparentemente
fuertes. 18
Condiciones del Proceso
10 ml de Ciclohexanona
0,2; 0,5; 0,8; 1: gramos de viruta de PVC
Temperatura de disolución (50-60°C)
Diferentes sustratos de PVC
Solución limpiadora PAVCO
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PREPARACIÓN DEL ADHESIVO
Resultados Cualitativos: Hubo disolución total del PVC en el disolvente
elevando la temperatura. A medida que aumentó la concentración de PVC,
también hubo aumento de la viscosidad y la apariencia se tornó lechosa.
En todas las juntas hubo aparentemente buena adhesión de los sustratos.
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ENSAYOS PARA EVALUAR LA CALIDAD
DE LAS JUNTAS.
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Las juntas se llevaron a cabo siguiendo con lo expresado en la norma ASTM
D 2855-96, la cual establece la práctica estándar para fabricar juntas para
tubos de PVC con cemento solvente
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PROBETAS = 10
Diámetro externo 25,4 mm
Longitud 10 cm
Diámetro de orificios de agarre 8 mm
Resistencia Máxima 2,17 MPa
Presión hidráulica máxima 315 psi
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Adhesivo
Probeta A Probeta B Promedio
σ (MPa)
Fmax
(N) σ
(MPa) Fmax
(N) σ
(MPa) σ
(MPa)
0,2 gramos PVC/10 cc
HC
1138,75 1,784 1231,25 1,929 1,856 0,072
0,5 gramos PVC/10 cc
HC
1157,5 1,813 1479,25 2,317 2,065 0,252
0,8 gramos PVC/10 cc
HC
770,4 1,207 1178,75 1,847 1,527 0,333
1 gramos PVC/10 cc
HC
860 1,258 805 1,177 1,217 0,075
Adhesivo Industrial
PAVCO
1564 2,450 1206,25 1,890 2,170 0,28
Área de Unión = 2*π*r*h= (2*π*0,0127m*0,008m)=
6,383*(10ᶺ-4) mᶺ2
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El gráfico denota una
tendencia marcada, en
la cual se observa que
el valor de más alta
resistencia a esfuerzos
de cizalla, se obtiene en
una concentración de
0,5 gramos de PVC
disueltos en 10
centímetros cúbicos de
ciclohexanona.
Resultados Obtenidos Ante
Esfuerzos de Corte
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Resultados Obtenidos Ante Esfuerzos
de Corte
Adhesivos Experimentales
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Resultados Obtenidos Ante Esfuerzos
de Corte
Comparación con adhesivo industrial
Ejemplos De Fallas
Adhesivo insuficiente. La
presencia de los espacios en la
junta causa que el agua debilite
la unión, concentración de
esfuerzos. Mala (izquierda) y
buena (derecha).
Exceso de adhesivo. En el interior
de la unión que resulta en el
ablandamiento y la fractura del tubo.
(Solvente es absorbido por el tubo)
Determinación de Porcentaje de
Solidos
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Concentración Peso inicial Peso Final % de Solidos
0,2 gramos PVC/10
cc HC
4,592 gr
0,5 gramos PVC/10
cc HC
4,544 gr
0,8 gramos PVC/10
cc HC
4,518 gr
1 gramos PVC/10 cc
HC
4,438 gr
Adhesivo Industrial
PAVCO
4,335 gr 1,87 gr 43,14 %
Tiempo de evaporación del disolvente : Adhesivo PAVCO, 2 h. Adhesivos PVC reciclado, >
6 h. Volumen de ensayo:5 ml.
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La concentración de 0,5 gr de PVC/10cc de Ciclohexanona
es la optima, puesto que se obtienen los valores mas altos de
resistencia a la cizalla.
El ensayo realizado a las probetas a las cuales se les aplico el
adhesivo PAVCO no denota resultados representativos de la
capacidad de adherencia del pegante, puesto que la zona de
falla no coincide con la zona de aplicación o pegado, lo que
puede observarse en el nivel de coincidencia entre la
resistencia del sustrato y el resultado obtenido.
Los resultados obtenidos son satisfactorios, ya que la
resistencia a la cizalla de la unión obtenida es cercana a la
resistencia del material base o sustrato.
CONCLUSIONES
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Realizar un proceso de molienda que garantice la disminución
en la contaminación del material a disolver.
Probar la utilización de otros disolventes o mezclas de éstos para
evaluar su efecto en la calidad del adhesivo.
Utilizar una morfología del material (placas) ensayado que
permita la obtención y medición de la resistencia a la cizalla o
tensíl del adhesivo PAVCO.
Realizar un ensayo de presión hidrostática, EMCALI.
RECOMENDACIONES
BIBLIOGRAFÍA ASTM D 2855-96 Standard Practice for Making Solvent-Cemented Joints with Poly(Vinyl
Chloride) (PVC) Pipe and Fittings
LEAHEY ANDREW. ¿QUÉ ES EL CEMENTO SOLVENTE DE PVC?. Disponible en: http://www.ehowenespanol.com/cemento-solvente-pvc-info_208564/
DISOLUCIONES. Disponible en: http://personal.us.es/leonwas/docs/apoyo_docencia/tema-05.pdf
PROTECCIÓN DE MATERIALES. SOLVENTES Y DILUYENTES. Disponible en: http://www.frlp.utn.edu.ar/materias/protecmat/solventes.pdf
Long Term Performance of Existing PVC Water Distribution Systems' by A. Boersma and J Breen, 9th International PVC Conference, Brighton, 26-28th April 2005, pp 307-315
CICLOHEXANONA Disponible en: http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/TextosOnline/Valores_Limite/Doc_Toxicologica/FicherosSerie2/DLEP%2024.pdf
BPF Plastics Pipes Group 2002 "PVC Pipe Systems for Water Supply" Version 01/02 (Revised)
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Solvent Cementing of Plastics. Chapter 9. Adhesives Technology Handbook
Acoplasticos. Asociación Colombiana de Plásticos. La industria del PVC en Colombia.
Disponible en:
http://www.plastico.com/temas/La-industria-del-PVC-en
Colombia+3038549;jsessionid=OXHQ2jCmIoEXcw2-U0fon1dT.undefined?pagina=2