guía lab mt-2581 (v 07-02-14)

UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR

DEPARTAMENTO DE CIENCIA DE LOS MATERIALES

GUA DE PRCTICAS:

LABORATORIO DE MATERIALES I

(MT-2581)

Sartenejas, Julio 2011

Prxima Revisin Enero 2013

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INDICE GENERAL

PRCTICAS No. 1 y 2: FORMULACIN, ELABORACIN Y CONTROL DE UN

VIDRIO.. 3

PRCTICA No. 3: ANLISIS POR CALORIMETRA DIFERENCIAL DE BARRIDO (DSC)

DEMATERIALES POLIMRICO....20

PRCTICA No. 4: CINTICA DE CRISTALIZACIN Y FUSIN DE UN MATERIAL

POLIMRICO:.. 25

PRCTICA No. 5: IDENTIFICACIN DE UN POLMERO POR ANLISIS PRELIMINAR

Y TCNICAS ELEMENTALES...32

PRCTICAS No. 6 Y 7: PREPARACIN METALOGRFICA, ATAQUE QUMICO Y

MICROSCOPA PTICA 49

PRCTICA No. 8: DIFRACCION DE RAYOS X.56

NORMAS DE SEGURIDAD PARA EL LABORATORIO DE MATERIALES.....62

3

PRCTICA No.1 y 2:

FORMULACIN, ELABORACIN Y CONTROL DE UN VIDRIO

1.OBJETIVOS

Formular 2 vidrios.

Establecer la validez de las reglas de Lakatos en la formulacin de un vidrio.

Familiarizarse con los procesos de vaciado de un vidrio.

Establecer la influencia de la velocidad de enfriamiento sobre la densidad de un vidrio.

Determinar los defectos ms frecuentes de un vidrio y su relacin con el tipo de enfriamiento utilizado.

2.INTRODUCCIN

El vidrio representa un caso aparte en la industria cermica. Se considera como un

material cermico debido a que se encuentra constituida en la mayora de los casos de xidos, por

lo que no puede ser considerado como un metal o un polmero. Sin embargo, a diferencia de la

mayora de los casos de materiales cermicos (porcelanas, carburo de silicio, piezas sanitarias,

etc.), se requiere para su elaboracin una fusin total de las materias primas utilizadas. De ah

nace la necesidad del uso de equipos especficos, como hornos de alta temperatura (1500C es

algo comn) que se mantienen impermeables a la fase lquida (nos ayuda una viscosidad alta) y

sobre todo resistentes a ataques qumicos y mecnicos a estas temperaturas.

Pero, qu es un vidrio? No nos enfocamos sobre la definicin industrial de este material

que tiene sus races en el modo de elaboracin, sino en la siguiente:

Un vidrio es un material no cristalino

que presenta el fenmeno de transicin vtrea.

De esta estructura atomistica extraa (que slo se puede estudiar desde un punto de vista

estadstico) vienen propiedades peculiares que un Ingeniero Cermico ha de conocer. Se propone

en esta prctica evidenciar algunas, y estudiar los mtodos de caracterizacin adecuados.

No se puede establecer una composicin qumica tpica de un vidrio, o un modo estndar

de elaboracin. Para definir ste material resulta necesario el estudio de los fenmenos

involucrados.


Departamento de Ciencia de los Materiales

MT-2581


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2.1. El problema de la estabilidad:

Cualquier sea el modo de obtencin de un material no cristalino, el balance

termodinmico de dicho material presenta un exceso de energa (entalpia libre) comparando con

la forma cristalina. Esto es una consecuencia del desorden estructural: la entropa S aumenta. A

cualquier temperatura, el material no cristalino presentara un estado de equilibrio metastable. De

aqu yace la idea de someterlos a varios a tratamientos trmicos para estudiar su estabilidad

trmica.

Dos fenmenos pueden ocurrir al aumentar la temperatura:

1- Cristalizacin rpida con un fuerte aumento de la temperatura (reaccin exotrmica) a

una temperatura menor que la temperatura de fusin: es el efecto Wigner. Es el caso de varios

depsitos por PVD.

2- No ocurre cristalizacin al aumentar la temperatura. Adems, aparece una fase viscosa,

cuya viscosidad disminuye con la temperatura. Ocurre una transicin progresiva del estado slido

al estado lquido perfectamente reversible. Al contrario de un cambio de fase del primer o

segundo orden, las propiedades cambian proporcionalmente con la temperatura. Eso se llama la

transicin vtrea.

En funcin del punto 2, se puede establecer la siguiente definicin para un vidrio:

Un vidrio es un slido no cristalino que presenta el fenmeno de transicin vtrea.

Un consecuente estudio de difraccin de rayos X nos da un espectro parecido al de un

lquido: no existe un orden en el cristal a largo alcance (unas longitudes nteratmicas). Un vidrio

es estable frente a varios cambios de temperatura: al calentar y luego enfriarlo, no hay

transformaciones brutales de fase, la transicin del estado slido al estado lquido se hace de

manera reversible y suave.

2.2. La Transicin Vtrea:

En el punto anterior, se mencion el trmino de transicin vtrea, resulta fundamental

desarrollar un poco ms este punto.

2.2.1. Temperatura de transicin vtrea Tg:

Al realizar un grfico (ver figura 2.1) de ciertos valores fsico-qumicos (entalpa o

volumen especifico es decir 1/densidad, modulo de Young, etc...) en funcin de la temperatura

(T), se pueden notar dos dominios determinados por dos lneas rectas de pendiente muy diferente.

Cada dominio es tpico de un estado de la materia (slido y luego lquido) y el declive representa

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un valor caracterstico de ese estado o fase (en el caso de la entalpa, el declive representa el calor

especifico; en el caso del volumen especifico, el coeficiente de expansin trmica).

Figura 2.1: Grfica de entalpa H/volumen especfico V vs. Temperatura.

Entre estos dos dominios, se destacan dos casos. En el primero, se puede observar una

zona de cambio con un cambio de pendiente brusco, que resulta caracterstico para los materiales

cristalinos y, en el segundo caso, existe un cambio ms suave, que es tpico de materiales vtreos.

Los materiales cristalinos presentan un valor de Hf igual al calor latente de fusin, mientras que un vidrio tiene cambio de pendiente progresivo y se deben destacar los siguientes puntos:

La fase lquida contina existiendo a una temperatura menor que la temperatura de fusin (es decir que la lnea recta con el declive tpico).

Tenemos entonces un lquido sub-enfriado. Aparece un cambio de pendiente muy suave a partir de la temperatura Tg (menor que la temperatura de fusin Tf), permitiendo una

transicin entre la lnea recta del lquido y la lnea recta del vidrio, de declive igual al declive

de la lnea recta del cristal (pero la entalpa - o el volumen especifico es ms alta). Eso corresponde a la zona de transicin vtrea y Tg se llama temperatura de transicin vtrea (ver

figura 2.2).

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Figura 2.2: Detalle de la pendiente de la curva entalpa H/volumen especfico V vs. Temperatura para el caso

de un material vtreo.

Cualquier sea la propiedad estudiada para un vidrio con respecto a la temperatura, se

puede observar un cambio del comportamiento muy suave en los alrededores de la temperatura

de transicin Tg.

Existen normas (tipo ASTM o ISO) que definen muy precisamente la medicin de Tg: es

latemperatura para la cual el vidrio tiene una viscosidad de 1013

poises (o dPa.sec).

2.2.2. Intervalo de transicin Vtrea:

Muchas veces el modo de obtencin de un vidrio sigue los pasos siguientes:

Calentamiento hasta una temperatura mayor que Tf

Enfriamiento rpido (depende la velocidad de la composicin)

Obtencin de un lquido subenfriado.

La velocidad de enfriamiento, aunque difcil de manejar tiene una importancia primordial.

Tg es relacionado con la velocidad de enfriamiento. As, si la velocidad aumenta, Tg aumenta

tambin. Y, a partir de la misma composicin, se logran vidrios con Tg variables, es decir vidrios

con propiedades diferentes, funciones de la velocidad de enfriamiento

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Figura 2.3: Variacin de la temperatura de transicin en funcin de la velocidad de enfriamiento.

Entonces, para una composicin dada, es ms conveniente hablar de un intervalo de

transicin vtrea definido por los valores mximo y mnimo de Tg, correspondiendo a los valores mximo y mnimo de la velocidad de enfriamiento que de temperatura de transicin vtrea (ver figura 2.3). Existe una ley emprica que da el valor de Tg a partir de la velocidad de

enfriamiento V:

TgR

Ea

eVV 0 Ec. 2.1

Donde: Ea es la energa de activacin del derrame viscoso (la formacin de un vidrio tiene

mucho que ver con la viscosidad de la fase lquida en los alrededores de la temperatura de

fusin), VO es una constante propia al vidrio y R la constante de los gases ideales.

2.2.3. Determinacin de la temperatura de transicin vtrea:

Para este propsito existen tres mtodos cuya ms utilizada es la del dilatmetro ya que

permite tambin hallar otro punto importante que es el punto de ablandamiento dilatomtrico.

La transicin vtrea y punto de ablandamiento son definidos en normas como las

temperaturas en donde el vidrio presenta respectivamente unas viscosidades de 1013

dPa.sec (o

poises) y de 1011.5

.

8

2.3. Estructura de los vidrios:

Como se mencion anteriormente, los vidrios estn compuestos en su mayora de xidos,

sin embargo, no todos los xidos presentan el comportamiento de la figura 5.1. Diversos autores

han intentado determinar qu tipo de xidos permiten la formacin de un vidrio, el ms conocido

fue Zacchariasen que mediante sus observaciones concluy que un vidrio estaba constituido por

poliedros similares a los que constituyen una red cristalina pero con una orientacin aleatoria.

Estableci un criterio bajo el cual se pueden clasificar los xidos en tres grupos: formadores,

modificadores e intermedios.

Figura 2.4: Estructura tpica de un silicato.

Los xidos formadores pueden formar vidrios por s solos o en combinacin con otros

xidos siempre y cuando se encuentren en una proporcin importante. Constituyen tetraedros o

tringulos (segn su nmero de coordinacin 3 4 con el oxgeno) que se ensamblan para formar

la red vtrea. Los ms comunes son: SiO2, B2O3, GeO2, P2O5, As2O5, Sb2O5, V2O5, Nb2O5, Ta2O5.

Los xidos modificadores sustituyen a los formadores de manera isomorfa, se reparten de

manera aleatoria en la red vtrea. En este caso no se logra una electroneutralidad local, por lo que

se debe aumentar el nmero de aniones de oxgeno para compensarlos, lo que genera una

discontinuidad en la red, debilitndola. A nivel industrial se utilizan sobretodo alcalinos (Na2O,

K2O, Li2O) y los alcalinotrreos (CaO, BaO, MgO), que no rompen la red pero si la debilitan.

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Figura 2.5: Ejemplo del efecto de los xidos modificadores sobre la red vtrea. Caso sodio (a), caso calcio

(b) y comportamiento global en la red.

Finalmente, se encuentran los xidos intermedios. En este caso, pueden tener el rol de

formador o modificador segn las condiciones de elaboracin y la composicin del vidrio. Los

ejemplos ms comunes son: Al2O3, PbO, ZnO, CdO y TiO2.

2.4. Puntos fijos en los vidrios:

Los vidrios no pueden ser clasificados como slidos, ya que siempre se puede medir una

viscosidad, lo que es tpico de los fluidos. Esta viscosidad a temperatura ambiente alcanza valores

muy altos (desde 1016

poises hasta 1020

poises segn varios autores) lo que les confiere un

aspecto slido.

Cuando un vidrio experimenta un aumento de temperatura, no sufre cambios de fase

bruscos como un cristal, pero su viscosidad disminuye gradualmente. Los vidrios pueden

presentar todos los estados de la materia, desde un slido que cumple la ley de Hook, hasta un lquido de tipo newtoniano, pasando por una mezcla de estos dos estados (desde 100% Hook

hasta 100% Newtoniano).

Se definieron tras varias normas, ciertos valores de temperatura para los cuales la

viscosidad del vidrio tiene un valor definido. Estos pares temperatura viscosidad son llamados puntos fijos del vidrio. En la industria, ciertos intervalos de viscosidad son muy importantes para

los procesos de fabricacin de objetos (vidrio estirado, moldeado...). Tradicionalmente, la

viscosidad se expresa en Poise (1 Poise=1 dPa.sec). Los puntos fijos son los siguientes (Ver

Figura 2.6.):

Temperatura de fusin: n=102 hasta 103 poise

Temperatura de trabajo: n=104 poise

10

Temperatura de hundimiento: n=104.22 poise

Temperatura de derrame: n=105 poise

Temperatura de Littleton: n=107.6 (o 4.2*107) poise

(llamado tambin temperatura de ablandamiento)

Temperatura de ablandamiento dilatomtrico: n=1011.3 poise

Temperatura de recocido: n=1013 hasta 1013.5 poise

Temperatura Tg: n=1013 poise

Temperatura de tensin: n=1014.5 poise

Figura 2.6: Grfica Log Viscosidad vs Temperatura. Ntese los valores de viscosidad correspondientes a los

puntos fijos tpicos de un vidrio.

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El intervalo de viscosidad 104 - 10

8 Poise es muy importante. Es el intervalo de

conformado del vidrio, su tamao define tambin la facilidad con la cual se puede trabajar el

vidrio. Si este intervalo es grande, se habla de un vidrio largo. En caso contrario, se habla de un vidrio corto. Los vidrios largos pueden ser utilizados en los procesos de soplado manual, donde no se puede controlar con precisin la temperatura, mientras que los vidrios cortos se

utilizan en procesos industriales donde los tiempos de conformado son rpidos.

Los puntos de recocido y de tensin son funcin del tiempo de relajacin que necesita un

vidrio para eliminar las tensiones internas que aparecen a lo largo de su elaboracin. A la

temperatura de recocido, se necesitan alrededor de 15 minutos para eliminar estas tensiones,

mientras que se necesitan 2 3 horas a la temperatura de tensin. El punto de tensin se define

como la temperatura a partir de la cual se puede aumentar la velocidad de enfriamiento de un

vidrio sin riesgo de tensiones trmicas suplementarias (Todava, hay que evitar el choque

trmico). El punto de recocido es la temperatura a partir de la cual se utiliza una velocidad lenta

de disminucin de la temperatura durante el recocido.

2.4. Relacin entre la viscosidad y la composicin qumica:

2.4.1. Frmulas de clculo:

Para los vidrios del sistema SiO2-Na2O-CaO (tipo industrial), existen diversas frmulas

para calcular la viscosidad con relacin a la composicin. Una de ellas es la de Braginskii[3]:

T = a0 + a(Na2O).p(Na2O) + a(CaO).p(CaO) + a(MgO).p(MgO)+a(Al2O3).p(Al2O3)

ec. 2.2

con T en C, p(X) en % del peso, y los valores siguientes para a(X):

Por otro lado, Lakatos et Al.[4] utilizan la ley V.T.F. lo que permite calcular las

constantes A, B y T0 de dicha ecuacin (nota: introducen un signo (-) para la constante A, al

contrario de la ley V.T.F.):

0

logTT

BA

Ec. 2.3

Siendo: n la viscosidad en dPa.sec (poises) y A, B, T0 tres constantes tpicas del vidrio

estudiado.

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Tabla 2.1: valores para la constante a segn la viscosidad establecida y la composicin utilizada

Log a0 a(Na2O) a(CaO) a(MgO) a(Al2O3)

3 1659,2 -22,70 -15,68 -7,13 6,46

5 1178,4 -14,79 -6,47 -1,33 5,26

7 900,60 -10,67 -0,89 1,55 4,33

9 757,50 -8,88 1,98 2,15 3,72

11 682,20 -7,98 3,06 1,14 3,49

13 306,00 -6,31 3,27 0,83 3,72

Esta ecuacin puede ser utilizada para log n dentro del rango 2 dPa.sec 15 dPa.sec (con

un error menor que 5%). Esta frmula toma en cuenta B2O3, BaO, ZnO, PbO y Li2O adems de

los xidos habituales. Permite estudiar vidrios un poco ms especiales que todava se encuentran

en la industria. Se calcula para cada xido (menos la slice SiO2) un factor pi igual a:

100)(%

)(%

2

SiOpeso

ipesopi Ec. 2.4

Y se calculan A, B y T0 del vidrio estudiado mediante las ecuaciones 2.5

ii

ii

ii

ptteconsT

pbteconsB

pateconsA

tan

tan

tan

0

Ec. 2.5

Utilizando los coeficientes de la tabla 2.2. para cada xido n # i :

13

Tabla 2.2: Constantes de Lakatos (Viscosidad/Formula de Lakatos)

xido B A T0

Constante 6237,013 1,713 149,4

Al2O3 15,21 -0,0087 1,4

Na2O -66,21 -0,0162 0,5

K2O -5,41 0,0066 -2,36

Li2O -115,18 -0,0318 -13,29

CaO -60,63 0,0064 7,71

MgO 56,21 0,0589 -2,12

BaO -21,03 0,0026 1,09

ZnO -3,76 0,016 0,96

PbO -25,44 -0,005 0,82

B2O3 -155,11 -0,0465 12,03

(B2O3)2 4,0999 0,001627 -0,2765

Notas:

Las constantes que aparecen en las ecuaciones son las constantes de esta tabla.

El xido B2O3, debido al problema de la anomala del boro, aparece dos veces en las ecuaciones. La primera, con el valor pi normal y sus correspondientes coeficientes Ai, Bi y

Ti, y la segunda con el mismo valor pi elevado al cuadrado, multiplicado por los coeficientes

de (B2O3)2, representados en la ltima lnea de la tabla.

Estas formulas permiten predecir a partir de la composicin qumica del vidrio los valores

de temperatura de fusin, de recocido, de tensin y de ablandamiento trmico para establecer los

ciclos de recocido y ser confrontados a los datos experimentales.

2.5. Recocido del vidrio:

Esta etapa es imprescindible en un proceso de elaboracin de un vidrio, ya que permite

eliminar los esfuerzos residuales que aparecen a lo largo del ciclo trmico de elaboracin de un

producto. En la figura 5.7e observa cmo la entalpa de relajacin aumenta (H=f(tR)) al aumentar el tiempo de recocido, esto indica la disminucin de las tensiones internas de la

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muestra. En base a la composicin, se puede determinar las temperaturas claves del ciclo de

recocido y el tiempo de las mesetas.

Figura 2.7: Evolucin de la entalpa de relajacin en funcin de la temperatura para un vidrio

(GeSe2)0.62(Sb2Se3)0.33 [7]

El ciclo de recocido de una pieza consta de cuatro etapas. En la primera se alcanza una

temperatura de recocido TR durante un tiempo t1. Luego se disminuye la temperatura lentamente

a una velocidad V1 hasta alcanzar la temperatura de tensin Tten. La tercera etapa consiste en

disminuir la temperatura a mayor velocidad (V2) hasta alcanzar la temperatura baja Tba.

Finalmente ocurre un enfriamiento rpido a la velocidad V3. Este proceso se muestra en la figura

2.8

Figura 2.8: Ciclo General de Recocido de un vidrio.

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2.6. Calidad de un vidrio:

A nivel industrial, se hace un control de calidad midiendo la densidad de este vidrio y

contando las semillas y burbujas presentes en el volumen del producto. Eso es equivalente a una

medicin de densidad y de porosidad, tanto abierta como cerrada.

Adems, la densidad de un vidrio vara no solamente en base a su composicin sino

tambin en base al ciclo trmico de elaboracin aplicado al vidrio. A mayor velocidad de

enfriamiento, se tiene una densidad menor. La medicin de la densidad permite evaluar la calidad

del ciclo de recocido del vidrio.

NOTA: Los estudiantes debern investigar los diferentes aspectos relacionados al vidrio

tales como los puntos fijos, el mecanismo de la fusin y de formacin del vidrio. Debern

estudiar el papel de los distintos xidos en un vidrio, y la influencia de estos xidos sobre las

propiedades del vidrio.

Una etapa importante es el estudio del comportamiento de las materias primas a lo largo

de la fusin (Qu materias primas pueden dar tal o tal xido de la composicin qumica

deseada? o Cmo tomar en cuenta las perdidas por volatilidad? entre otras cosas). El da de la

prctica es necesaria y obligatoria la norma ASTM D2320-98(2003) Standard Test Metod for Density of Solid pitch.

3. PARTE EXPERIMENTAL

3.1. Materiales

4, 2H

2O

3.2 Equipos

jarra

na

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3.3 Procedimiento

3.3.1. Formulacin del vidrio.

Esta formulacin se hace en base a las materias primas disponibles y a las posibilidades

de los equipos de fundicin. No se puede estudiar un vidrio que tenga una temperatura de fusin

(recuerdo: el punto de fusin es la temperatura a la cual la viscosidad es de 102

poises) de 1500C

si la mufla no alcanza 1200C.

Se recomienda utilizar el programa lakatos.xls en la computadora del laboratorio de cermica. Este programa permite calcular propiedades de vidrio (densidad, coeficiente de

expansin trmica y valores de puntos fijos de la curva VTF) en funcin de la composicin de

xidos que deriva de la composicin de materias primas determinada por el profesor.

Los alumnos revisaran el efecto terico de los %xidos sobre las propiedades bajo la

supervisin del profesor (prctica colectiva en video-beam con la hoja Lakatos.xls).

El profesor seleccionar luego una composicin de materias primas y explicar de manera

resumida el clculo de xidos correspondiente.

3.3.2. Preparacin de las materias primas:

Antes de pesar las materias primas seleccionadas, se deben secar en la estufa por lo menos

durante 24 horas, a fin de eliminar toda humedad.

NOTA: PRECAUCIONES SOBRE EL PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Debido a que se trabajar con crisoles y material fundido a temperaturas muy altas, es

imprescindible hacer un estudio de seguridad de la prctica con los estudiantes.

El quemarse con una llama tiene como resultado una piel bastante afectada. El quemarse

con vidrio fundido tiene como consecuencia un hueco en el miembro afectado.

Se debe disear la ubicacin de cada equipo con respecto a los dems, pensando en que

luego de la fusin, el contenido del crisol se vierte en un molde precalentado en otra mufla, que

dicho molde lleno se introduce a su vez en una mufla para el recocido. El mesn utilizado debe

ser recubierto de bloques refractarios, y la utilizacin de equipos de proteccin tales como

guantes refractarios y lentes de seguridad es obligatoria.

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Tambin se debe distribuir los roles a cada persona que participa a la prctica, as como su

ubicacin. Se debe eliminar toda improvisacin de la prctica para limitar los riesgos de

accidente.

ACTIVIDADES EN EL LABORATORIO

3.3.3. Actividades de la primera semana:

En la primera semana se proceder a realizar los respectivos clculos de materias primas

necesarias para la realizacin del vidrio. Se formular un vidrio siguiendo los parmetros

establecidos por Lakatos, en una composicin de materia primas propuesta por el profesor. Una

vez listos y aprobados los clculos de composicin de xidos, as como las propiedades de curva

VTF y densidad, se proceder a pesar las materias primas para obtener entre 100 y 150grs de

vidrio.

3.3.4. Actividades de la segunda semana:

Fusin del vidrio y recocido

Se determina la temperatura de trabajo. Se ordena el mesn de trabajo, colocando

refractarios, material de proteccin y pinzas. Se enciende una mufla a la temperatura del

recocido, donde se ubica el molde de vaciado para su precalentamiento. Se enciende una segunda

mufla a mxima potencia para la fusin del vidrio y se espera alrededor de una hora. Transcurrido

el tiempo se verifica que la mezcla se encuentre fundida y tenga una viscosidad que le permita ser

vaciado fcilmente. Se procede a introducir las muestras para recocido en el molde, para ello se

debe seguir la siguiente secuencia:

1. Se saca el molde de la mufla de recocido, cerrando la puerta.

2. Se ubica dicho molde cerca de la mufla de fundicin.

3. Se abre la mufla de fundicin, se extrae el crisol y se procede a verter parte de la muestra

fundida en el molde, manteniendo la puerta de la mufla cerrada.

4. Una vez vaciado el vidrio, se vuelve a introducir el molde lleno en la mufla de recocido y

el crisol en la mufla de fundicin. Mientras tanto, se empieza a contar el tiempo necesario

para el recocido, como determinado previamente.

Una vez realizado el recocido, se vuelve a introducir el vidrio en la mufla para disminuir

nuevamente su viscosidad. Una vez que la mezcla tenga una viscosidad adecuada, se procede a

realizar el temple en agua y en aire. Se abre con cuidado la mufla y se extrae el crisol con pinzas.

Se vierte parte del vidrio sobre un refractario y otra parte en un envase con agua. Para recuperar

la muestra en agua utilice un tamiz malla 325. En caso de que el vidrio se vuelva muy viscoso

durante su manipulacin, introdzcalo de nuevo en la mufla por unos 15 minutos y proceda a

vaciar.

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Notas:

Si el vidrio presenta una fibra que sale del crisol, se debe romper con pinzas, dndole

golpecitos. Esto debe hacerse debido a que este vidrio vuelve a fundirse, y al derramarse en al

mufla puede daar los refractarios.

En ningn caso se debe atravesar la zona de movimiento de las herramientas calientes

(crisol o molde).

Evaluacin visual

Las muestras de vidrios obtenidas sern observadas en la macrolupa o al menos con una

inspeccin visual para la determinacin de defectos como grietas y semillas.

Ensayos de densidad y de porosidad:

A cada tipo de vidrio (recocido, templado al aire y templado al agua), se le hace un

ensayo de Arqumedes, luego se tritura, y se realiza el ensayo de picnometra (norma ASTM

D2320-03) para determinar porosidad abierta, cerrada y densidad real.

4. RESULTADOS

En una composicin de batch indicada por el profesor, los estudiantes debern calcular la

mezcla de xidos correspondiente, y deducir los puntos fijos ms importantes del mismo, as

como su densidad terica.

Tendrn que estudiar la morfologa del vidrio realizado y comparar los resultados tericos

y prcticos de densidad, deben justificar y explicar las discrepancias y la influencia de las

materias primas utilizadas (impurezas, granulometra, etc.)

1) Presentar la composicin de xidos, y explicar el papel de cada xido en la formacin del

vidrio y su influencia en la densidad del vidrio.

2) Con el apoyo de la hoja Lakatos.xls, aplicar las frmulas de Lakatos y Appen a dicha

composicin, y precisar los puntos fijos ms importantes (curva VTF) para la elaboracin del

vidrio y la densidad terica.

3) Elaborar el vidrio con dos velocidades de enfriamiento (aire y agua).

4) Presentar los resultados de densidad y de porosidad para cada tipo de vidrio. Explicar las

diferencias entre ellos.

5) Presentar fotomicrografas de la muestra de vidrio enfriada en aire en un molde metlico,

presentando los defectos ms comunes. Comentar la morfologa.

5. BIBLIOGRAFA

1) Zarzycki, J.: Glasses and the vitreous state. Cambridge University Press. Cambridge, (1991)

2) Rawson, H.: Glasses and their applications. Institute of Metals. Londres, (1991). 3) Norton, F.H.: Cermica Fina. Ediciones Omega S.A. Barcelona, (1975).

19

4) ASM International: Engineered Materials Handbook: Ceramics and Glasses. ASM International, (1991).

5) Cyril Lavelle. Condiciones de vitrificacin. en: Materiales Vtreos. USB, (1997), pp 14-18

6) Cyril Lavelle. Estructura de Los Vidrios. En: Materiales Vtreos. USB, (1997), pp 19-22

7) Braginskii. Calculation of the viscosity of glass as a function of temperature en: Glass and Ceramics, Vol. 30 ; (1973), pp 451-454.

8) Lakatos et Al. Viscosity temperatures relations in the glass system SiO2-Al2O3-Na2O-K2OCaO-MgO in the composition range of technical glasses. Glass Technology, vol. 13; 1972, pp 88-95

9) Cyril Lavelle Propiedades Mecnicas de los Vidrios en Materiales Vtreos, pp 16; USB, (1997)

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PRCTICA No. 3:

ANLISIS POR CALORIMETRA DIFERENCIAL DE BARRIDO (DSC) DE

MATERIALES POLIMRICOS

1. OBJETIVOS

Evaluar por Calorimetra Diferencial de Barrido (DSC) transiciones trmicas tpicas en diferentes tipos de polmeros: cristalizacin, fusin y transicin vtrea, bajo condiciones

dinmicas y/o isotrmicas.

Evaluar el efecto de la estructura qumica (grupos sustituyentes, flexibilidad de la cadena, puentes de hidrgeno, contenido de ramificaciones, etc.) sobre las transiciones trmicas.

Evaluar el efecto de diferentes condiciones de ensayo sobre las transiciones trmicas de los materiales estudiados.

2. PREPARACIN PREVIA

Antes de realizar la prctica el estudiante debe indagar sobre los siguientes aspectos:

10) Descripcin de la tcnica de calorimetra diferencial de barrido.

11) Equipos utilizados para DSC: tipos, componentes, etc.

12) Medidas que se deben tomar durante los ensayos de DSC respecto a la estabilidad trmica de la muestra.

13) Aplicaciones de la tcnica de DSC.

14) Preparacin de las muestras y requerimientos de las mismas.

15) Parmetros que deben ser considerados durante un ensayo de DSC.

16) Anlisis de los resultados experimentales (barridos).

3. INTRODUCCIN

La Calorimetra Diferencial de Barrido, DSC, es una tcnica que registra el calor por unidad

de tiempo para que no exista diferencia de temperatura, en funcin del tiempo (condiciones

isotrmicas) o en funcin de la temperatura (condiciones dinmicas), cuando una muestra y una

referencia son sometidas a las mismas condiciones. Ciertos fabricantes de DSC utilizan el mtodo

de compensacin de potencia en la medicin del flujo de calor. La muestra y el de la referencia

son calentadas de forma separada por controladores de calor al mismo tiempo que se registrar



MT-2581


21

continuamente la temperatura. La potencia de esos calentadores es ajustada continuamente en

respuesta de cualquier efecto trmico en la muestra. De esta manera, la muestra y la referencia

siempre se encontrarn a la misma temperatura. El diferencial de potencia requerido para

alcanzar esta condicin es registrado y se grafica en funcin del tiempo o la temperatura.

Tambin existen equipos que miden el flujo de calor directamente, en ellos la muestra y la

referencia son calentadas por un solo controlador, la muestra al presentar alguna transicin

presentar cambios en la cantidad de calor absorbido o liberado y, por tanto, se incrementar o

disminuir la temperatura respecto a la referencia, el controlador deber suministrar o sustraer la

energa necesaria para compensar la diferencia de temperatura entre el comportamiento de la

muestra y el de la referencia. El flujo de calor suministrado se registrar y ser graficado en

funcin del tiempo o la temperatura.

Los equipos de calorimetra requieren de un sistema de control atmosfrico. Por lo general,

las medidas se realizan en ambiente de nitrgeno o hielo seco, de tal manera de prevenir

condensacin de vapor de agua y posibles efectos de degradacin en la muestra.

Las aplicaciones ms utilizadas de la tcnica de DSC consisten en medir:

Temperaturas de transiciones trmicas: transicin vtrea (Tg), fusin (Tm), descomposicin (Td), cristalizacin (Tc).

Calor de fusin, cristalizacin, vaporizacin, de reaccin (reacciones de polimerizacin, oxidacin y combustin), de descomposicin, etc.

Calor especfico.

Energas de activacin.

Entropas de transicin.

A continuacin se presenta el procedimiento experimental a seguir en la realizacin de un

ensayo de Calorimetra Diferencial de Barrido, DSC. Sin embargo, la presente prctica se

realizar de forma demostrativa y consistir en una clase en dnde se explicarn los fundamentos

necesarios para que el estudiante sea capaz de analizar los barridos de muestras polimricas de

diferentes caractersticas, sometidas a diferentes condiciones de ensayo.


3.1 Materiales

Polmeros semicristalinos: poliolefinas (PEAD, PEBD, PELBD y/o PP), polisteres termoplsticos aromticos (PET, PBT), poliamidas alifticas (PA6, PA66), entre otros.

Polmeros amorfos: PS, PMMA, PVC, ABS, entre otros.

3.2 Equipos

Balanza analtica.

Encapsulador.

Equipo de Calorimetra Diferencial de Barrido

22

Nitrgeno de alta pureza.

3.3 Procedimiento

Preparacin de la muestra:

1) Las muestras de forma, peso y tamao apropiado deben ser encapsuladas en contenedores de

aluminio (cpsulas). Se deben reportar el peso y las caractersticas de cada muestra utilizada.

2) Utilizando un encapsulador, cerrar y sellar la cpsula de aluminio. La cpsula de aluminio

debe ser sellada con la tapa respectiva para evitar que la muestra quede expuesta al aire. Los

bordes de la cpsula deben cubrir todos los extremos de la tapa.

Preparacin del equipo de DSC:

1) Encender el equipo de refrigeracin del equipo (intracooler) si el equipo lo posee.

2) Verificar que existe una alimentacin positiva y estable de nitrgeno sobre las cmaras de

calentamiento. De no ser as, se debe abrir la vlvula principal de la bombona de nitrgeno de

alta pureza. La bombona se encuentra conectada en serie a un manmetro y un flujmetro. El

sistema debe encontrarse calibrado para operar a un flujo entre 25 y 30 psi.

Experimentos de DSC:

Manipulaciones experimentales apropiadas para el calormetro diferencial de barrido:

1) Establecer previamente a la realizacin del experimento (corrida o barrido de DSC), los

parmetros de cada experimento, en relacin a:

Temperatura inicial (To) y temperatura final (Tf) del barrido: barrido entre To y Tf.

Necesidad de borrado de historia trmica

Velocidad de barrido: Para el calentamiento (bc) y el enfriamiento (be).

Forma y peso de la muestra (m).

Condicin inicial y final del experimento: Por ejemplo, enfriamiento brusco o lento, tratamiento isotrmico a Tf.

2) Se debe establecer la lnea base de referencia correspondiente al intervalo de temperatura a

analizar. Para ello, se colocan dos cpsulas de aluminio vacas y se realiza un barrido de

temperaturas a la velocidad de calentamiento determinada previamente para la realizacin de

los ensayos.

3) Realizar la calibracin del equipo de DSC, mediante el uso de una o varias muestras patrn,

por ejemplo, indio, estao, zinc y/o ciclohexano, dependiendo del rango de temperatura de

trabajo. Estas muestras tambin deben estar encapsuladas correctamente.

4) Luego de la calibracin del equipo, la muestra es introducida en una de las cmaras o

microhornos de la celda de calentamiento. En la otra cmara, debe estar colocada la cpsula

de aluminio vaca (cpsula de referencia), a fin de anular el efecto del encapsulamiento de la

muestra en la comparacin de los perfiles de calentamiento de las cmaras. La celda debe ser

cerrada y cubierta con la tapa correspondiente.

23

Nota: Es posible la realizacin de un tratamiento trmico al material encapsulado antes de la

introduccin de la muestra en la cmara de calentamiento.

5) Realizar los experimentos (dinmicos, isotrmicos) prestando atencin a todas las

transiciones que se produzcan durante el barrido en el intervalo de temperatura o tiempo

escogido. Relacionar los eventos observados con la historia trmica de la muestra.

7) Discutir con el profesor sobre el efecto de diferentes tratamientos trmicos en las muestras a

fin de poner en evidencia:

Transiciones fundamentales exhibidas por cada muestra y transiciones inducidas por el experimento de calorimetra.

Efecto de variables experimentales, como son el peso de la muestra y la velocidad de barrido, sobre la forma y posicin de las transiciones de una muestra en particular.

8) Obtener los barridos de DSC en un formato apropiado para su posterior discusin y

presentacin en el informe de la prctica (archivos del tipo *.dat, *.xls, *.spw, u otro).

Anlisis de los barridos:

1) Para determinar la posicin (temperatura) y/o magnitud (rea entalpa, H e intensidad de seales) de las diferentes transiciones trmicas observadas en los barridos de las muestras

analizadas, se deben seguir las indicaciones de las normas ASTM D3417 y D3418.

4. RESULTADOS

1) Realizar un anlisis completo (cuantitativo y cualitativo) de los barridos suministrados por el

profesor, realizando las comparaciones pertinentes.

2) Reportar con claridad para cada corrida o barrido y por polmero:

Las temperaturas caractersticas de cada transicin observada segn los mtodos de anlisis tpicos, intervalo de la transicin y entalpa registrada, H.

La naturaleza del fenmeno molecular en relacin al evento observado en el barrido.

En el caso de polmeros semicristalinos, determinar la cristalinidad msica (Xc), de acuerdo al H terico de la muestra correspondiente (entalpa de fusin de un material polimrico 100% cristalino).

Discutir el efecto de la estructura qumica del material sobre las transiciones trmicas.

Evaluar el efecto de diferentes condiciones de ensayo que le sern entregadas por el profesor sobre las transiciones trmicas de un material.

3) Con el fin de obtener una mayor claridad en la presentacin de los resultados, y cuando sea

necesario, realizar el montaje de los barridos que se relacionan entre s sobre una misma

figura.

24

5. BIBLIOGRAFA

5.1 Principal

1) G. D. Ehrenstein, G. Riedel, P. Trawiel Thermal Analysis of Plastics: Theory and Practice, Hanser Publishers, Munich. (2004).

2) T. Hatakeyama, F.X. QuinnThermal analysis: Fundamentals and Applications to Polymer Science, Wiley, Londres (1994).

3) Norma ASTM D3417-99: "Standard Test Method for Enthalpies of Fusion and Crystallization of Polymers by Differential Scanning Calorimetry (DSC)", Vol. 08.02, USA

(2001).

4) Norma ASTM D3418-99: "Standard Test Method for Transition Temperatures of Polymers By Differential Scanning Calorimetry", Vol. 08.03, USA (2001).

5.2 Complementaria

1) D. Campbell. Polymer Characterization. Stanley Thornes, UK (2000)

2) D. Fox, "Compatibility" en "Encyclopedia of Polymer Science & Engineering", H. Mark, N. Bikales, C. Overberger, J. Menges, (eds), Vol. 3, John Wiley & Sons, Inc., New York, 2

da.

Ed. (1987), 758-775.

3) J. Runt, "Crystallinity Determination" en "Encyclopedia of Polymer Science & Engineering", H. Mark, N. Bikales, C. Overberger, J. Menges, (eds), Vol. 4, John Wiley & Sons, Inc., New

York, 2da

. Ed. (1987), 482-519.

4) K. Tashiro, H. Tadokoro, "Crystalline Polymers" en "Encyclopedia of Polymer Science & Engineering", H. Mark, N. Bikales, C. Overberger, J. Menges, (eds), Vol. Suplemento, John

Wiley & Sons, Inc., New York, 2da

. Ed. (1987), 187-231.

5) J. Flynn, "Thermal Analysis" en "Encyclopedia of Polymer Science & Engineering", H. Mark, N. Bikales, C. Overberger, J. Menges, (eds), Vol. Suplemento, John Wiley & Sons,

Inc., New York, 2da

. Ed. (1987), 690-723.

6) E. Turi (Ed.), "Thermal Characterization of Polymers Materials", Academic Press, Inc., California, (1981).

7) L. Mandelkern, "Crystallization and Melting" en "Comprehensive Polymer Science - The Synthesis, Characterization, Reactions & Applications of Polymer", Vol 2: Polymer

Properties, C. Booth, C. Price (Eds.), Pergamon Press plc., London, 1er

Ed. (1989), 363-414.

8) G. McKenna, "Glass Formation and Glassy Behavior" en "Comprehensive Polymer Science - The Synthesis, Characterization, Reactions & Applications of Polymer", Vol 2: Polymer


Ed. (1989), 341-344.

9) Vaughan, D. Bassett "Crystallization and Morphology" en "Comprehensive Polymer Science - The Synthesis, Characterization, Reactions & Applications of Polymer", Vol 2: Polymer


Ed. (1989), 511-532 .

25

PRCTICA No. 4:

CINTICA DE CRISTALIZACIN Y FUSIN DE UN MATERIAL POLIMRICO

1. OBJETIVOS

Seguir el crecimiento esferultico en funcin del tiempo para un polmero, durante su cristalizacin primaria.

Determinar el rango de fusin del polmero estudiado.

Determinar el tiempo de induccin.

Estudiar el efecto del sobrenfriamiento sobre la cintica de cristalizacin.

Evaluar y comparar la morfologa cristalina obtenida a diferentes temperaturas de cristalizacin



1) Estructuras policristalinas en polmeros.

2) Cintica de crecimiento esferultico, curvas G vs. T.

3) Nucleacin y sus tipos. Determinacin del tiempo de induccin.

4) Propiedades pticas de materiales polmeros con estructura esferultica.

5) Propiedades fsicas de los posibles polmeros a ser utilizados en la prctica: POE, PLLA, PHB, PPDX, PP.

6) Patrones de extincin de la luz (Cruz de Malta y Banding)

3. INTRODUCCIN

Si un polmero cristalizable se prepara en forma de una pelcula delgada, ya sea mediante el

corte de una muestra en masa o a partir de una solucin, mediante la evaporacin del solvente

(solvent casting), se calienta y luego se deja enfriar desde el fundido, y se observa en un

microscopio de luz polarizada, entre polarizadores cruzados, se notar el desarrollo de

superestructuras. Entre las superestructuras ms comunes se encuentran las esferulitas, de las

cuales se muestra un ejemplo en la figura 2.1.



MT-2581


26

Figura 2.1 Micrografa ptica de luz polarizada para un poli (cido lctico) cristalizado isotrmicamente a

130C. Izquierda: Se observa claramente el patrn de Cruz de Malta. Derecha: Micrografa tomada empleando un

plato de retardo con una longitud de onda

Las esferulitas en polmeros son estructuras policristalinas pticamente anisotrpicas, que

presentan el fenmeno de birrefringencia. Su origen est asociado a las diferencias grandes en

ndices de refraccin entre dos ejes cristalogrficos de la lamela. Las esferulitas presentan el

patrn de extincin de Cruz de Malta (figura 2.1, derecha) cuando se observan en un microscopio

de luz con los polarizadores cruzados. El proceso de formacin de las esferulitas involucra dos

etapas: primero nucleacin en diferentes puntos de la muestra seguido de un crecimiento hasta

formar unidades esfricas tridimensionales.

Luego de alcanzar la temperatura de cristalizacin, los ncleos se forman luego de

transcurrido un tiempo de induccin. El proceso de nucleacin en un polmero cristalizable

normalmente ocurre siguiendo uno o ms de los siguientes pasos: nucleacin homognea,

nucleacin heterognea o autonucleacin. Durante la nucleacin homognea los ncleos estarn

formados nicamente por segmentos de cadenas de polmeros y se espera que se formen al azar

por todo el fundido. Los polmeros semicristalinos en masa comnmente experimentan

nucleacin heterognea, es decir, nuclean sobre heterogeneidades existentes (restos de

catalizador, impurezas y otros tipos de heterogeneidades, algunas veces, de carcter

desconocido). Durante los experimentos de autonucleacin se forman una gran cantidad de

ncleos constituidos por fragmentos de cristales, los cuales se comportan como un ncleo ideal,

en trminos del grado de interacciones (qumicas y cristalogrficas) y del estado de dispersin

que se obtiene.

Durante la cristalizacin a partir del fundido, a bajos sobreenfriamientos la nucleacin tiende

a ser espordica, formndose un nmero relativamente pequeo de esferulitas grandes, mientras

que a altos sobreenfriamientos la nucleacin tiende a ser instantnea, presentndose la formacin

de un gran nmero de esferulitas pequeas.

Los polmeros cristalizan a temperaturas intermedias Tc entre la temperatura de fusin, Tm, y

la temperatura de transicin vtrea, Tg. La fuerza motriz termodinmica aumenta mientras menor

es la Tc. Durante el proceso de cristalizacin primaria (hasta que las esferulitas chocan entre s),

se cumple:

GtR Ec. 2.1

donde R es el radio esferultico, t es el tiempo y G es la velocidad de crecimiento

esferultico.

50 m

27

A las mayores temperaturas de cristalizacin la velocidad de crecimiento disminuye debido a

la alta movilidad de las molculas, lo cual traduce en problemas de nucleacin en la superficie del

cristal. Desde las mayores temperaturas, y a medida que Tc disminuye, el incremento de la fuerza

motriz termodinmica induce un aumento en la velocidad de cristalizacin. Sin embargo, a las

temperaturas ms bajas, a medida que la Tc se aproxima a la Tg, la viscosidad del sistema se

incrementa, la velocidad de los movimientos moleculares se reduce, afectando la difusin de los

segmentos de la cadena y la velocidad de crecimiento tiende a cero. La velocidad global de

cristalizacin se caracteriza entonces por una curva en forma de campana (ver Figura 2.2) con

velocidades de cristalizacin bajas cerca de la Tg y la Tm, y mayores velocidades a temperaturas

intermedias.

90 105 120 135 150 165 180

0

2

4

6

8

10

G

(

m/m

in)

Temperatura (C)

Figura 2.2. Velocidad de crecimiento esferultico a diferentes temperaturas para el poli (cido lctico). Los

crculos corresponden a datos experimentales, la lnea se utiliza como gua visual.

Las propiedades mecnicas y pticas de un polmero puro dependen fuertemente de la

estructura esferultica. El nmero de ncleos primarios de las esferulitas controla el tamao

esferultico y su distribucin, aspectos que son de una importancia especial para estas

propiedades. Mientras ms grandes son las esferulitas peores son las propiedades mecnicas

debido a la generacin de esfuerzos en los bordes interesferulticos y, tambin, disminuye o

desaparece la transparencia de la muestra.


4.1 Materiales

Se seguir el crecimiento esferultico de alguno de los siguientes materiales: Poli(oxido de etileno) (POE), Poli(cido lctico) (PLLA), Polihidroxibutirato (PHB), Poli(p-dioxanona)

(PPDX), Polipropileno (PP).

Acetona (solvente para la limpieza).

28

4.2 Equipos

Microscopio ptico de luz polarizada

Sistema fotogrfico digital adaptado al microscopio

Controlador de temperatura

Plancha de calentamiento y enfriamiento automtico adaptable al microscopio

Porta-objetos y cubre-objetos

Pinzas

4.3 Procedimiento

Seguimiento de la Cintica de Cristalizacin de un polmero

1) Calentar la plancha de calentamiento a una temperatura inicial (Ti), entre 20 y 30C superior a la temperatura de fusin (Tm) del polmero empleado.

Nota: Para el seguimiento del crecimiento esferultico se emplear uno de los polmeros de la

seccin 3.1, por tanto el estudiante debe investigar acerca de la temperatura de fusin de estos

materiales.

2) Sobre un porta-objeto limpio (usar acetona para su limpieza), colocar un pequea cantidad del polmero. Colocar el porta-objeto sobre la plancha de calentamiento para fundir el polmero

por un perodo de 3 a 5 minutos. Medir dicho tiempo a partir del momento en que la muestra

se vuelve transparente.

3) Posteriormente, se debe colocar un cubre-objetos sobre el polmero fundido y aplicar presin de forma uniforme para eliminar el aire atrapado. Se debe obtener una pelcula muy delgada.

Notas:

a) Se puede promover el enfriamiento rpido de la muestra y, por ende, su cristalizacin, con

aire. Esta muestra cristalizada puede colocarse en el microscopio bajo el modo de luz

polarizada y usarse para enfocar la muestra.

b) Ajuste de la cmara fotogrfica: opcin de mnimo tamao en espacio de la imagen

almacenada (BASIC), opcin de obturador del lente abierto el mximo tiempo posible (SLOW), opcin de fotos a poca distancia (MACRO).

c) Despus de lograr el enfoque del microscopio, se procede a calentar la muestra nuevamente

por 3-5 minutos a una temperatura superior a la de fusin del polmero.

4) Enfriar rpidamente (60-90C/min) hasta la temperatura de cristalizacin. Una vez alcanzada la temperatura se debe medir el tiempo de induccin

5) Apenas se observen los primeros ncleos en crecimiento, se inicia el seguimiento fotogrfico del mismo. Se debe enfocar rpidamente el ncleo que se observe ms aislado.

6) Tomar una sesin de fotos al polmero en crecimiento durante la cristalizacin primaria. Reporte en la hoja de formato anexa, en bolgrafo y por duplicado (una copia debe entregarse

al profesor al final de la sesin de prctica), la temperatura de cristalizacin (Tc), el tiempo de

induccin (ti) y los tiempos para cada foto. El tiempo entre cada foto depender de la

29

velocidad de crecimiento esferultico del polmero a la temperatura empleada. La hoja de

datos debe ser firmada por el profesor.

Nota: Verificar que no se ha perdido el enfoque de la muestra entre cada fotografa.

7) Detener el seguimiento fotogrfico cuando las esferulitas comiencen a chocar unas con otras (fin de cristalizacin primaria) o hasta obtener suficientes puntos para establecer una

tendencia en un grfico radio esferultico en funcin del tiempo (r vs t).

8) Calentar nuevamente la muestra a la temperatura inicial, Ti, durante 3-5 minutos.

9) Establecer una nueva temperatura de cristalizacin. Repetir una vez ms el procedimiento, para registrar un total de 3 sobreenfriamientos diferentes.

Determinacin del Rango de Fusin

1) Una vez concluido el tercer seguimiento, se procede a determinar el rango de fusin del polmero estudiado. Para ello, disminuya la temperatura para asegurar la completa

cristalizacin del polmero, luego realice un incremento regular de la temperatura de la

cmara del microscopio.

Nota: Se debe disminuir la velocidad de calentamiento en el controlador.

2) Tome nota del rango de fusin: temperatura inicial de fusin, Tf-i; y temperatura final de fusin, Tf-f.

5. RESULTADOS

Nota: Se debe especificar claramente, la relacin existente entre el radio real de las esferulitas

con el radio aparente medido en las fotos. El radio real debe ser expresado como una funcin

del aumento del objetivo que se emple, el aumento de la cmara y el aumento del negativo a

la ampliacin (foto).

1) Graficar el radio de la esferulita en funcin del tiempo a las diferentes temperaturas de cristalizacin empleadas.

2) Graficar la velocidad de crecimiento de las esferulitas (m/s) en funcin de la temperatura de cristalizacin.

3) Reportar el tiempo de induccin del crecimiento esferultico.

4) Reportar rango de fusin y/o temperatura de fusin "tpica".

5) Reportar el tipo de nucleacin observada.

6) El estudiante deber discutir la caractersticas de las curvas r vs t y G vs T obtenidas

7) En el apndice del informe de la prctica se deben reportar:

Las fotos obtenidas.

El intervalo de tiempo entre foto y foto.

6. BIBLIOGRAFIA

5.1 Principal

1) J. Young, P. Lovell, "Introduction to Polymers", Chapman & Hall, London, 2da. Ed. (1991).

30

2) U. Gedde, Polymer Physics. Chapman &Hall, Londres (1995)

5.2 Complementaria

1) D. Campbell. Polymer Characterization. Stanley Thornes, UK (2000)

2) B. Wunderlinch, "Macromolecular Physics Vol II: Crystal Nucleation, Growth, Annealing", Academic Press, Inc., USA (1976).

3) K. Tashiro, H. Tadokoro, "Crystalline Polymers" en "Encyclopedia of Polymer Science & Engineering", H. Mark, N. Bikales, C. Overberger, J. Menges, (eds), Vol.: Supplement, John

Wiley & Sons, Inc., New York, 2da. Ed. (1987), 187-231.

4) J. Shultz, "Polymer Materials Science", Prentice Hall, Inc., New Jersey, (1974).

5) F. Billmeyer, "Ciencia de los Polmeros", Editorial Revert, S.A., Barcelona (1975).

6) L. Mandelkern, "Crystallization and Melting" en "Comprehensive Polymer Science - The Synthesis, Characterization, Reactions & Applications of Polymers", Vol 2: Polymer

Properties, C. Booth, C. Price (Eds.), Pergamon Press plc., London, 1er Ed. (1989), 363-414.

7) A. Vaughan, D. Bassett "Crystallization and Morphology" en "Comprehensive Polymer Science - The Synthesis, Characterization, Reactions & Applications of Polymer", Vol 2:

Polymer Properties, C. Booth, C. Price (Eds.), Pergamon Press plc., London, 1er Ed. (1989),

511-532.


Prctica #4: Cintica de cristalizacin y fusin de un material polimrico

FECHA: __________________

(copia estudiante)

SECCIN: INTEGRANTES:

GRUPO #:

SEGUIMIENTO I SEGUIMIENTO II SEGUIMIENTO III Determinacin del Rango

del Fusin Tc (C): ti (s): Tc (C): ti (s): Tc (C): ti (s):

Tf-i (C) Tf-f (C)

# Foto Tiempo (s) # Foto Tiempo (s) # Foto Tiempo (s)

Observaciones

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------


Prctica #4: Cintica de cristalizacin y fusin de un material polimrico

FECHA: __________________

(copia profesor)

SECCIN: INTEGRANTES:

GRUPO #:

SEGUIMIENTO I SEGUIMIENTO II SEGUIMIENTO III Determinacin del Rango

del Fusin Tc (C): ti (s): Tc (C): ti (s): Tc (C): ti (s):

Tf-i (C) Tf-f (C)

# Foto Tiempo (s) # Foto Tiempo (s) # Foto Tiempo (s)

Observaciones

32



MT-2581


PRCTICA No. 5:

IDENTIFICACIN DE UN POLMERO POR ANLISIS PRELIMINAR

Y TECNICAS ELEMENTALES

1. OBJETIVOS

Familiarizarse con aquellos ensayos sencillos que permitan identificar en primera instancia a un polmero: ensayos de combustin, pirlisis, deteccin de heterotomos, flotabilidad y

solubilidad.

Identificar mediante anlisis preliminar muestras polimricas diferentes.

Relacionar los resultados de los ensayos de anlisis preliminar con la estructura del polmero.

Analizar cmo la presencia de aditivos en una formulacin puede alterar el comportamiento del polmero puro.



1) En qu consisten los ensayos de anlisis preliminar.

2) Describir las caractersticas que se pueden derivar de un anlisis de la apariencia fsica.

3) Conocer los procedimientos para realizar los ensayos de descomposicin trmica: ensayo de combustin y ensayos de pirlisis de polmeros.

4) Describir ensayos de determinacin cualitativa de la densidad (pruebas de flotabilidad).

5) Investigar los esquemas para ensayos de deteccin de heterotomos, mtodos de Beilstein y de fusin con sodio.

6) Investigar los riesgos toxicolgicos y las medidas de seguridad asociadas a la prctica de laboratorio.

33

3. INTRODUCCIN

En el mbito industrial, muchas veces es necesaria la identificacin del material del cual est

constituida una pieza, bien sea para su fabricacin por otros procesos, para su sustitucin por

materiales nacionales o para la sustitucin de las materias primas empleadas. En esos casos, se

debe determinar la materia prima del producto, presencia o no de aditivos y, posteriormente, las

condiciones de produccin.

Para la identificacin de un material plstico desconocido se pueden emplear mtodos de

anlisis qumico, mtodos instrumentales o una combinacin de ambos. Normalmente, los

mtodos qumicos preceden a los mtodos instrumentales pues requieren de equipos sencillos y

los procedimientos son de fcil ejecucin. Entre los mtodos qumicos para la identificacin de

los materiales se pueden mencionar los ensayos de anlisis preliminar. Estos ensayos pueden dar

a conocer las caractersticas ms relevantes de una muestra para obtener una identificacin

tentativa de la misma e incluso pueden dar a conocer si la muestra posee aditivos tales como

pirorretardantes, cargas, plastificantes, etc.

Los ensayos de anlisis preliminar consisten en diferentes tipos de procedimientos sencillos

que individualmente pueden dar informacin muy general acerca de la familia de material, pero

que, en combinacin con otros ensayos, pueden dar una idea ms precisa de la naturaleza de una

muestra. En primer lugar, incluyen un anlisis de la apariencia fsica de la muestra (transparencia,

color, olor, dureza, rigidez, etc.); en una etapa posterior se puede acudir a la realizacin de dos

tipos de procedimientos de descomposicin trmica: ensayo de combustin y ensayos de pirlisis

de polmeros. Tambin se pueden realizar ensayos de determinacin cualitativa de la densidad

mediante la realizacin de pruebas de flotabilidad en diferentes mezclas de solventes que poseen

distintas densidades. Adicionalmente, es posible la deteccin cualitativa de heterotomos como

halgenos, nitrgeno y azufre, despus de la fusin con sodio. La determinacin de la solubilidad

de los plsticos tambin es de gran utilidad para la identificacin y, de ser necesario, para la

separacin de los materiales que los acompaan, tales como reforzantes, cargas, plastificantes,

pigmentos, estabilizantes, etc.

A continuacin se presenta una breve descripcin de los ensayos ms importantes de anlisis

preliminar que sern empleados durante la prctica para la identificacin de diferentes piezas

plsticas:

Anlisis de la apariencia fsica

Consiste en la observacin de caractersticas fsicas de la muestra tales como: estado fsico

(lquido o slido); transparencia, translucidez u opacidad; homogeneidad de la misma; rigidez,

ductilidad o flexibilidad. En este ltimo caso debe observarse si la muestra es frgil, si forma

cuello al estirarla, si forma zonas blancas al doblarlas o en la zona de fractura, y si recupera la

forma original luego de deformarla. Adicionalmente, el olor de la misma puede indicar la

presencia de ciertos aditivos. Por otra parte, tambin puede ser de gran utilidad la realizacin de

ensayos de flotabilidad en lquidos que no interacten con la muestra con el fin de determinar un

rango dentro del cual se ubique su densidad. En a Tabla 1 del Apndice se pueden apreciar las

caractersticas fsicas correspondientes a una amplia variedad de familias de polmeros.

Ensayos de descomposicin trmica

34

Ensayos de Combustin. Con una esptula limpia y previamente curada se toma una pequea

cantidad de muestra y se coloca sobre el borde de una llama de un mechero. Si la muestra no se

enciende inmediatamente se debe mantener en la llama durante algunos segundos y, entonces, se

retira de la misma. Se debe observar la facilidad de ignicin, cualquier olor que desprenda, si la

muestra funde o no de forma repentina, si se presenta o no descomposicin, si se forman residuos

carbonceos y si se desprenden vapores. Tambin debe tomarse en cuenta el color de la llama y la

naturaleza del humo que se desprende (blanco, negro, con holln, etc.). La muestra debe quemarse

completamente para determinar la naturaleza de cualquier ceniza que se produzca. Para obtener

conclusiones vlidas sobre el olor de los vapores que se desprenden durante la combustin, debe

apagarse la llama y con la ayuda de la mano orientar parte de los vapores desprendidos hacia la

nariz y para as intentar identificar el olor de los mismos. Debe tomarse en cuenta que muchos de

los vapores son desagradables y pueden ser picantes; adems, la exposicin durante un tiempo

prolongado a los mismos puede afectar el sentido del olfato transitoriamente, por lo que NUNCA

debe aproximarse la nariz a la muestra que genera los vapores y/o humo.

Ensayo de Pirlisis. Consiste en calentar los plsticos sin la accin directa de la llama. Se

introduce una pequea muestra de material dentro de un tubo de pirlisis o un tubo de ensayo y

se coloca un trozo de papel indicador de pH (previamente humedecido con agua destilada) en la

boca del tubo. Tomando el tubo por la parte superior con ayuda de una pinza se calienta la

muestra acercndola al mechero. El papel de pH cambiar o no de color dependiendo de la

reaccin que tengan los vapores de descomposicin con el papel: si los vapores son cidos el

papel toma tonalidades rojizas dependiendo del grado de acidez, si los vapores son bsicos el

papel toma tonalidades azules y si los vapores son neutros, no se observan cambios de color.

La Tabla 1 del Apndice muestra el comportamiento que exhibe una variedad de polmeros al

someterlos a ensayos de descomposicin trmica.

Deteccin de heterotomos

Los heterotomos son aquellos elementos diferentes al carbono e hidrgeno que conforman la

estructura del polmero, por ejemplo, nitrgeno, azufre, cloro y flor. Con este fin existen dos

mtodos de determinacin cualitativa: el mtodo de Lassaigne o fusin con sodio y el mtodo de

Beilstein. El primero se emplea para la determinacin cualitativa de nitrgeno, azufre y

halgenos, mientras que el segundo se utiliza nicamente para la deteccin de halgenos (Cl y

Br).

Fusin con sodio. En lneas generales consiste en colocar en un tubo de ensayo o tubo de

pirlisis una muestra del material plstico (~5 mm) con un trozo de sodio (~3 mm) cuya

superficie est libre de xido. Luego se procede a calentar el tubo de ensayo en un mechero hasta

la fusin completa del sodio. Una vez que el tubo sea retirado de la llama y an caliente, se

rompe el mismo dentro de un beaker con agua destilada. Se filtra la solucin y se divide en el

nmero de fracciones necesarias para aplicar los diferentes procedimientos para la deteccin de

nitrgeno, azufre y cloro. En el esquema 1 del Apndice se ilustra el procedimiento a seguir para

la determinacin de nitrgeno, as como tambin las reacciones qumicas involucradas.

Mtodo de Beilstein. Se toma una pieza de alambre de cobre y se calienta al rojo vivo

mediante el empleo de un mechero, hasta que la llama no presente ningn color. Luego se toma

una porcin de la muestra que se desea evaluar, se coloca sobre el alambre y se lleva nuevamente

a la llama. La aparicin de una llama color verde brillante indica la presencia de cloro o bromo.

Ensayos de solubilidad

35

La solubilidad de un polmero depende, entre otros factores, de su estructura y de su peso

molecular, por lo que los ensayos de solubilidad podran ayudar a la identificacin de una

muestra. Diversos solventes como tolueno, tetrahidrofurano (THF), cloroetileno, etil acetato,

etanol y agua, entre otros, pueden interactuar con muestras polimricas dependiendo de la

estructura qumica y organizacin en el estado slido de las mismas.

Para la determinacin de la solubilidad se emplea una pequea porcin de muestra finamente

dividida y se coloca en un beaker o tubo de ensayo con solvente. En el curso de una hora, el

contenedor puede agitarse y/o calentarse para promover la disolucin. Durante el tiempo de

ensayo debe observarse cualquier indicio de hinchamiento o disolucin. En la Tabla 2 del

Apndice se presenta una tabla con los solventes reportados para los polmeros ms comunes, as

como un ejemplo de una marcha de solubilidad en el esquema 5, que no es ms que una

secuencia de ensayos de solubilidad para facilitar la identificacin de muestras de polmeros en

funcin de su solubilidad o no en determinados solventes.

Flotabilidad

El ensayo de flotabilidad es una manera indirecta de determinar la densidad aparente de un

polmero. En este tipo de ensayo se emplea una variedad significativa de solventes o mezclas de

solventes de densidades conocidas. El ensayo consiste en colocar la muestra en dichos solventes

y observar si la misma flota o se hunde. Si la muestra se hunde (la densidad del polmero es

mayor a la densidad del solvente) o flota (la densidad del polmero es menor al solvente) se puede

obtener el rango de densidad donde se encuentra dicho polmero. Este ensayo tiene sus

limitaciones, entre las que se pueden nombrar, no es til para combinaciones de polmeros o

polmeros con una gran cantidad de aditivos, se debe emplear una muestra compacta. En la Tabla

3 del Apndice se presenta una tabla con la densidad de diferentes solventes y mezclas de

solventes

Nota: En este tipo de ensayo se debe estar atento a la interaccin entre el polmero y el

solvente empleado, ya que este ltimo podra resultar en un buen solvente para el polmero a

identificar.


4.1 Materiales

Muestras de polmeros conocidos para ser usadas como referencia: PS, PP, PEAD, PEBD, PELBD, PMMA, PVC, POM, PET, PBT, Nylon 6/6, Nylon 6, PVAc.

Cuatro (4) muestras desconocidas.

Solventes y mezclas de solventes para los ensayos de solubilidad y flotabilidad

Reactivos para el ensayo de fusin con sodio y determinacin de presencia nitrgeno.

Alambre de cobre para el ensayo de Beilstein

Nota: Se deben traer por grupo (2 o 3 personas) impresas ocho (8) copias del formato de

recoleccin de datos de las pruebas de anlisis preliminar. As mismo, es obligatorio traer

impresos los apndices de la gua (por lo menos una copia por grupo).

36

4.2 Equipos

Equipo de laboratorio: pinzas, mechero, esptulas, papel pH, beakers, embudos, papel de filtro, cuchillas, etc.

4.3 Procedimiento

El objetivo general de la prctica consiste en la identificacin de cuatro (4) muestras

desconocidas mediante anlisis preliminar. Para ello se deben realizar un nmero MNIMO de

ensayos que permita la identificacin de cada pieza; es decir, NO DEBEN realizarse ensayos que

no aporten informacin relevante para la identificacin. Para una mayor facilidad en el anlisis de

cada muestra se ha preparado un formato que se encuentra al final de esta seccin y que debe ser

llenado en bolgrafo y por duplicado para cada muestra (una copia debe entregarse al profesor al

final de la sesin de prctica).

1) Realice una evaluacin visual de la apariencia de las muestras, trate de determinar cul es el uso de la pieza; corte un trozo de la misma y observe la superficie de fractura, as como el

sonido que hace al caer.

2) Realice ensayos de flotabilidad para determinar la densidad aparente de cada muestra, para ello emplee las mezclas de solventes de diferentes densidades disponibles en el laboratorio y

las Tablas 3 y 4 del apndice.

3) Lleve a cabo ensayos de combustin y de pirlisis. Tome nota de todas sus observaciones y comprelas con la informacin presentada en la Tabla 1 del apndice.

4) Realice ensayos de solubilidad con la ayuda de la Tabla 4 y marcha de solubilidad que se presenta en el apndice (Esquema 1). Estos ensayos deben realizarse nicamente para las

muestras en las que los ensayos de flotabilidad, pirlisis y combustin no hayan dado

resultados concluyentes sobre la estructura del material.

5) Mediante el uso del Esquema 2 del apndice, determine cualitativamente la presencia de nitrgeno nicamente en aquellas muestras en las que existan indicios de su presencia.

Nota: Los experimentos de fusin con sodio deben ser realizados nicamente por el profesor

o por el tcnico del laboratorio.

5. RESULTADOS

1) Reporte la naturaleza de los polmeros estudiados en el caso de no determinarla exactamente indique las posibilidades.

2) Discuta, en base a las observaciones, las respuestas de los materiales a los distintos ensayos, as como la validez y limitaciones de los mismos.

3) Relacione la estructura del material identificado con los resultados de los ensayos de anlisis preliminar

37

6. BIBLIOGRAFIA

1) A. Kraus, A. Lange. "Introduccin al Anlisis Qumico de los Plsticos", Editorial Blume, Madrid (1970).

2) E. McCaffery. "Laboratory Preparation for Macromolecular Chemistry", Mc Graw Hill, New York (1970).

3) H. Cloutier, R. Prud-homme. J. of Chem. Education, 62 (1985) 815.

4) D. Braun, "Identification" en "Encyclopedia of Polymer Science & Engineering", H. Mark, N. Bikales, C. Overberger, J. Menges, (eds), V1, John Wiley & Sons, Inc., New York, 2da.

Ed. (1987), 1-36.

38


Practica #5: Identificacin de un material por Anlisis

Preliminar y Tcnicas Elementales

FECHA: __________

SECCIN: __________ GRUPO #: __________

MUESTRA #: DESCRIPCIN:

1. APARIENCIA EXTERNA

SOLIDEZ: Rgido Semidctil Dctil Blando

PERCEPCIN AL TACTO: Ceroso Seco

DUREZA SUPERFICIAL: SONIDO AL CAER: No Metlico Metlico

DEFORMACIN POR DOBLEZ

(emblanquecimiento): Si No SUPERFICIE DE FRACTURA: Lisa Blanca

Rugosa Sin cambio de color

2. FLOTABILIDAD Y DENSIDAD ESTIMADA

Etanol/Agua 4:1 Flota

Se hunde

Etanol/Agua

10:7

Flota

Se hunde Etanol/Agua 1:1

Flota

Se hunde

Agua Flota

Se hunde

10% NaCl /

Agua

Flota

Se hunde 32% NaH2PO4

Flota

Se hunde

CHCl3 Flota

Se hunde Estireno

Flota

Se hunde

3. ENSAYO DE COMBUSTION Y PIRLISIS

CARACTERSTICAS DE LA LLAMA HUMO

Amarilla Azul Amarilla-Azul Negro Gris Blanco

Naranja Verde Ribeteada de

Verde Con Holln pH de los vapores liberados: _______

Extinguibilidad de la llama: Si No

OLOR FUNDIDO RESIDUO

Dulce Picante Gotea No Gotea Holln Cenizas

A vela Cabello

Quemado Chisporrotea Slido

No deja

residuo

4. PRUEBAS ANALITICAS

ENSAYO DE BELSTEIN

(DETERMINACIN DE CLORO)

Positivo ENSAYO DE LASSAIGNE

(DETERMINACIN DE NITRGENO)

Positivo

Negativo Negativo

5. SOLUBILIDAD (S: soluble; I: Insoluble; SC: Soluble al Calentar)

SOLVENTE: S I SC SOLVENTE: S I SC

OBSERVACIONES:

REVISADO POR: ________________________________________________ FECHA: _______________

39

6. APNDICE

Tabla 1. Anlisis cualitativo de la apariencia de algunos polmeros, as como tambin de su comportamiento en un tubo de pirlisis y a la llama.

Nombre

Acr

n

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Tra

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Tra

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ci

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op

aco

Ca

uch

oso

y

Res

ilie

nte

Du

ro

Comportamiento en un tubo de pirlisis y a

la llama

Olor y naturaleza de los vapores al calentar

en un tubo de pirlisis o luego de su ignicin

y extincin

POLIOLEFINAS

Polietileno PE + + Se vuelve transparente, reblandece, vapores

poco visibles. Llama amarilla con centro azul,

gotea, contina ardiendo luego de la ignicin.

Olor a parafina, PP y P1B ligeramente

diferentes, reaccin neutral de los vapores. Polipropileno PP + + +

Poli(1-buteno) P1B + + +

Poliisobutileno PIB + Reblandece. Llama amarilla, contina ardiendo

luego de la ignicin.

Olor a parafina y caucho, reaccin neutral de

los vapores.

Poli(4-metil, 1-penteno) TPX + + Reblandece. Llama amarilla con centro azul,

gotea, libera humo blanco. Ligeramente a parafina.

Poliisopreno PI + + Reblandece, se vuelve pegajoso, descompone.

Llama amarilla orcura.

Olor a caucho quemado. Reaccin neutra de

los vapores.

POLIMEROS ESTIRNICOS

Poliestireno PS + + +

Reblandece. Llama amarilla brillante,

desprende holln, contina ardiendo luego de la

ignicin.

Olor dulzn a humo de ciudad, reaccin neutral

de los vapores.

Poliestireno de alto impacto PSAI + +

Reblandece y se pone amarillento. Llama

amarilla brillante, desprende holln, contina

ardiendo luego de la ignicin.

Olor similar al del PS con caucho.

Copolmero de estireno y

acrilonitrilo SAN + + +

Reblandece y se pone amarillento. Llama

amarilla brillante, desprende holln, contina

ardiendo luego de la ignicin.

Similar al del PS, pero ms irritante. Reaccin

alcalina de los vapores.

Copolmero de estireno,

acrilonitrilo y butadieno ABS + +

Se descompone, se pone negro. Llama amarilla

brillante, desprende holln, contina ardiendo


Similar al del PS + canela. Reaccin neutral de

los vapores o ligeramente alcalina.

Copolmero de acrilonitrilo,

estireno y acrilato ASA + +

Reblandece, se descompone y deja residuo

negro. Llama amarilla brillante, desprende

holln, contina ardiendo luego de la ignicin.

Similar al del PS + pimienta. Reaccin cida

de los vapores.

40

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la llama



y extincin

POLIMEROS CON HALGENOS

Policloruro de vinilo puro PVC + + +

Reblandece, se descompone y se torna marrn-

negro. Llama amarilla-naranja con bordes

verdes, desprende holln. Se enciende al

colocarlo a la llama, pero al retirarlo se

extingue.

Desprende HCL. Reaccin fuertemente acdica

de los vapores.

Policloruro de vinilo

plastificado PVC- P + + + +


negro. Llama amarilla-naranja brillante. Se

enciende al colocarlo a la llama, al retirarlo

tarda en extinguirse.

HCL + plastificante. Reaccin fuertemente

acdica de los vapores.

Policloruro de vinilideno


negro. Llama amarilla-naranja brillante con

bordes verdes. Se enciende al colocarlo a la

llama, al retirarlo tarda en extinguirse.

Polietileno clorado PECl + +

Reblandece y se torna marrn. Llama amarilla

brillante, desprende holln. Se enciende al

colocarlo a la llama, pero al retirarlo se

extingue.

Mezcla de olor picante a HCl y parafina.

Reaccin fuertemente acdica de los vapores.

Politetrafluoruroetileno o

afines fluorados

PTFE

ETFE +

Se pone transparente, no reblandece, se

descompone al rojo vivo. Difcil de encender,

se autoextingue rpidamente. En la llama

forma borde azul-verdoso

Al rojo vivo olor picante a HF. Reaccin

fuertemente acdica de los vapores.

Politrifluorocloroetileno CTFE + + + +

Reblandece y descompone al rojo vivo. Difcil

de encender, se autoextingue rpidamente.

Llama con borde azul-verdoso

Olor picante a HF y HCl. Reaccin

fuertemente acdica de los vapores.

Polifluoruro de vinilideno PVDF + (+) + + Reblandece y descompone a alta temperatura.

Muy difcil de encender.

Olor a HF. Reaccin fuertemente acdica de los

vapores.

41

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Res

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Du

ro


la llama



y extincin

POLIACETATOS, POLIACRILATOS Y DERIVADOS

Poliacetato de vinilo PVAc Normalmente empleado en dispersin

Reblandece, se torna marrn y vaporiza. Llama

brillante, desprende holln, contina ardiendo


Olor a cido actico. Reaccin fuertemente

acdica de los vapores.

Polivinil alcohol PVA + +

Reblandece, descompone y deja un residuo

marrn. Llama brillante, se enciende a la

llama, al retirarlo continua ardiendo

dbilmente.

Olor irritante. Reaccin neutral de los vapores.

Polimetilmetacrilato PMMA + +

Reblandece, se descompone, deja poco

residuo. Llama brillante con borde azul, se

quema, chisporrotea, gotea, contina ardiendo


Olor dulzn a fruta. Reaccin neutra de los

vapores.

Copolmero de metil

metacrilaro y acrilonitrilo AMMA

+

amarillo +

Se torna marrn, luego reblandece y se

descompone, se torna negro. Llama brillante,

desprende holln

Olor irritante. Reaccin alcalina de los

vapores.

POLMEROS CON HETEROATOMOS

Poli(xido de metileno) POM + +

Reblandece, se descompone, vaporiza. Llama

azul, casi incolora, contina ardiendo luego de

la ignicin.

Olor a formaldehdo. Reaccin cida de los

vapores.

Poli(xido de fenileno) PPO + +

Se torna negro, reblandece, descompone,

vapores marrones. Difcil de encender, luego

llama brillante y contina ardiendo luego de la

ignicin. Desprende holln.

Olor a fenol. Reaccin alcalina de los vapores.

Policarbonato PC + + +

Reblandece, descompone, se torna marrn.

Llama brillante, desprende holln. Se enciende

en presencia de la llama, pero al retirarlo se

extingue.

Reaccin ligeramente cida de los vapores.

Poli(etiln tereftalato) PET + + + +

Reblandece, descompone, se torna marrn con

un resto blanco en la parte superior. Llama

brillante, chisporrotea, gotea, desprende holln.

Al retirarlo de la llama se extingue.

Olor dulzn, irritante. Reaccin cida de los

vapores

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Du

ro


la llama



y extincin

POLMEROS CON HETEROATOMOS (Continuacin)

Poli(butilntereftalato) PBT + +

Reblandece, descompone, se torna marrn con

un resto blanco en la parte superior. Llama

brillante, chisporrotea, gotea, desprende holln.

Al retirarlo de la llama se extingue.

Olor dulzn, irritante. Reaccin cida de los

vapores

Poliamida semicristalina PAc + + +

Se torna transparente. Reblandece. Difcil de

encender. Llama amarilla-naranja con borde

azulado, chisporrotea, gotea, forma fibras. Al

retirar de la llama se extingue.

Olor a cabello quemado. Reaccin alcalina de

los vapores.

Poliamida amorfa PAa + +

Descompone y se torna marrn. Difcil de

encender. Llama amarilla-naranja con borde

azulado, chisporrotea, gotea. Al retirar de la

llama se extingue.

Olor a cabello quemado. Reaccin alcalina de

los vapores.

Polisulfona PSU + +

Reblendece, burbujea, vapores incoloros, se

torna marrn. Difcil de encender, llama

amarilla, desprende holln.

Olor a H2S (olor a huevo podrido). Reaccin

fuertemente cida de los vapores.

Poliimida PIm + + +

No reblandece, se torna marrn. Se enciende a

la llama, pero al retirarlo se extingue. Brilla en

la llama.

Olor a fenol. Reaccin fuertemente alcalina de

los vapores.

POLIURETANOS

Entrecruzado PUR + + +

Reblandece luego de fuerte calentamiento y

descompone. Difcil de encender, pero luego

contina ardiendo. Llama amarilla brillante.

Olor a isocianato. Reaccin alcalina de los

vapores.

Lineal PUR + + +

Reblandece luego de fuerte calentamiento y

descompone. Difcil de encender, pero luego

contina ardiendo. Llama amarilla brillante,

espuma y gotea.

Olor a isocianato. Reaccin cida de los

vapores.

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Du

ro

Comportamiento en un tubo de

pirlisis y a la llama

Olor y naturaleza de los vapores al

calentar en un tubo de pirlisis o luego

de su ignicin y extincin

DERIVADOS DE CELULOSA

Acetato de celulosa CA + + +

Reblandece, descompone y se torna

negro. Llama amarillo verdosa, gotea,

chisporrotea. Luego de la ignicin

continua ardiendo.

Olor a cido actico y papel quemado.

Reaccin cida de los vapores.

Propionato de celulosa CP + +

Reblandece, descompone y se torna

negro. Llama amarillo brillante, gotea y

las gotas continuan encendidas. Luego de

la ignicin continua ardiendo.

Olor a cido propinico y papel quemado.

Reaccin cida de los vapores.

Hidroximetil celulosa CMC Materia prima para adhesivos Reblandece. Llama amarillo brillante,

continua ardiendo luego de la ignicin.

Olor a papel quemado. Reaccin neutral

de los vapores.

RESINAS

Fenol-formaldehdo

(curada) PF + + +

Se descompone y cuartea. Difcil de

encender, al retirarlo de la llama se

extingue. Llama brillante, desprende

holln.

Olor a fenol-formaldehdo. Reaccin

neutra de los vapores.

Urea-formaldehdo

(curada) UF + + + Descompone y cuartea, se oscurece, muy

difcil de encender y luego se extingue,

llama ligeramente amarilla, deja cenizas

con bordes blancos

Olor a amonaco a amina (pescado) y

formaldehdo. Reaccin alcalina de los

vapores. Melamina formaldehdo

(curada) MF + + +

Epoxi

(curada) EP + +

Se oscurece, descompone, se cuartea, deja

algunas veces depsito blanco en la parte

superior. Difcil de encender, luego

continua ardiendo. Llama pequea

amarilla, desprende holln.

Depende del agente de curado. Reaccin

de los vapores neutra o alcalina.

SILICONAS

Caucho de silicona SI +

Descompone bajo fuerte calentamiento,

deja restos blancos. Brilla en la llama. No

se enciende. Humo blanco.

Reaccin neutra de los vapores.

44

Tabla 2: Solubilidad de algunos polmeros

Polmero Soluble en Insoluble en

ABS Cloruro de metileno Alcoholes, hidrocarburos alifticos, agua

Poliacrilamida Agua, formamida Alcoholes, steres, hidrocarburos

PA Fenoles, m-cresol, cidos minerales

concentrados, cido frmico Alcoholes, steres, hidrocarburos

PC Etanolamina, dioxano, hidrocarburos clorados,

ciclohexanona, cresol Alcoholes, hidrocarburos, agua, benceno

PE, PP En caliente en diclorobenceno, xileno,

tetralina Lquidos polares

PIB Benceno, cloruro de metileno Alcoholes, benceno, steres, cetonas

PET

Cresol, cido sulfrico concentrado,

clorofenol, cido tricloroactico, alcohol

benclico, hidrocarburos nitrados, fenoles

Alcoholes, steres, hidrocarburos

PS

Hidrocarburos aromticos y clorados,

benceno, cloruro de metileno, acetato de etilo,

dioxano, cloroformo, tetrahidrofurano, acetona

Alcoholes, agua, hidrocarburos

PUR

Dioxano, dimetilsulfxido (DMSO), cido

frmico al 60%, dimetilformamida (DMF), m-

cresol

Alcoholes, agua, benceno, steres

PVC Ciclohexanona, THF, dicloruro de etileno,

DMF Alcoholes, dioxano, hidrocarburos

PVAc

Benceno, cloruro de metileno, etil acetato,

acetona, hidrocarburos aromticos,

hidrocarburos clorados, metanol

Bencina

PVA Agua, formamida teres, alcoholes, steres, bencina, benceno,

cetonas, hidrocarburos

PMMA Benceno, cloruro de metileno, etil acetato,

acetona,

Alcoholes, hidrocarburos, dietil ter,

tetracloruro de carbono

PPO

Benceno, cloruro de metileno, cloroformo,

metanol (caliente), etanol, THF, dioxano,

acetona

Dietil ter, DMF

POM Dimetilsulfxido, dimetilformamida (150C),

fenol-tetracloroetano 1:3 (120C) Hidrocarburos, alcoholes

POE Alcoholes, hidrocarburos halogenados, agua Bencina

PTFE Perfluorkeroseno (350C)

PAN DMF, nitrofenol Alcoholes, steres, cetonas, hidrocarburos

PB Benceno Alcoholes, steres, benceno, cetonas

45

Esquema 1: Ejemplo de una marcha de solubilidad

I: Insoluble, S: Soluble Marcha de solubilidad

I S

Celulosa

PTFE

Triacetato de

celulosa

Cloruro de

metileno

PET

Dimetil

formamida

Nylon PAN

Dimetil

formamida

Cresol PVC

Ciclohexanona PC, POE

CCL4

Poliacrilamida PVA

Dimetil

formamida

Polivinil

pirrolidona

Cloroformo

guía lab mt-2581 (v 07-02-14)

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