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QUIMICA
DE LOS POLIMEROS
CARPETA DE
TRABAJOS PRACTICOS
2019
Dra Adelaida Ávila Sanabria
Química de los Polímeros UNPSJB FCNyCS 2019 2018
Dra Adelaida Ávila Página 2
INTRODUCCIÓN
La realización de experiencias, el planteamiento de preguntas abiertas y de situaciones
simuladas favorecen la transición del pensamiento concreto al abstracto, lo cual es importante
para el desarrollo del razonamiento intelectual formal de los estudiantes, al mismo tiempo
que los motiva a conocer y experimentar, a comprender y a integrar diversas disciplinas de
estudio.
La presente propuesta relaciona contenidos de Química con temas medio ambientales,
tecnológicos y sociales. Plantea además, el aprendizaje de las ciencias a partir del estudio
experimental y la discusión de temas de actualidad relacionados con los productos químicos.
Se centra en realizar un estudio sobre los polímeros, sustancias químicas que constituyen la
base de una gran parte de los materiales de nuestro entorno cotidiano. Están presentes en la
naturaleza, en el hogar y en los procesos de reciclaje. El conocer sus técnicas de obtención,
características y aplicaciones, permite realizar un uso adecuado de los mismos.
Recomendaciones generales para el trabajo de laboratorio:
Utilizar guardapolvo y guantes de látex durante el desarrollo de las actividades prácticas. Los guantes deben ser desechados luego de la práctica.
El lugar de trabajo debe estar limpio. Tener una rejilla para limpiar las mesadas.
Antes de asistir al laboratorio leer el desarrollo completo del experimento seleccionado para evitar errores en el trabajo con reactivos de diversa índole o en el
armado de los equipos. Consultar antes para aclarar posibles dudas.
Notificar de inmediato al profesor de laboratorio en caso de accidente
No fumar, comer o beber en el laboratorio, ya que existe un gran número de sustancias tóxicas, corrosivas e inflamables.
Lavar las manos antes y después de realizar la práctica para evitar posibles intoxicaciones.
Leer cuidadosamente las etiquetas de cada frasco de reactivo que utilice para evitar errores que puedan ser lamentables.
Colocar las cantidades de reactivos indicados en el práctico, ya que el agregado en exceso o defecto puede producir resultados no previstos.
No volcar los residuos en los frascos originales, se almacenan en recipientes adecuados.
No colocar sustancias volátiles cerca de las llamas, pues pueden originar explosiones o incendios.
Al calentar una sustancia en un tubo de ensayo nunca dirigir la boca del tubo hacia uno mismo u otra persona.
Salvo indicaciones precisas, no tapar ningún tubo de ensayo con el dedo cuando contenga ácido, base, líquido caliente, líquido volátil o una mezcla de sustancias.
Nunca vierta agua a un ácido concentrado, sino el ácido al agua. Verter con cuidado una solución concentrada de base o ácido a un líquido caliente.
Sólo usar tubos de vidrio cuyos extremos hayan sido pulidos con la llama.
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Para introducir un tapón a un tubo de vidrio usar una toalla para sostener el tapón y otra para sostener el tubo.
No oler ni probar ninguna sustancia química, a no ser de que se le indique.
Cuando deba percibir el olor de un reactivo químico, usar la mano abierta para hacer llegar los vapores a la nariz. Proceder con extrema precaución.
Calentar en baño maría una sustancia volátil o inflamable de preferencia en la campana de extracción. No usar llama directa.
Antes de salir revisar que las llaves de gas y agua estén bien cerradas.
Condiciones para la aprobación del cursado de la asignatura
El cursado de la asignatura se obtiene con:
1.- 85% de asistencia a las actividades prácticas (clases de resolución de problemas y trabajos
prácticos de laboratorio) y 75% de aprobación de los trabajos prácticos de laboratorio. Los
alumnos tendrán una oportunidad de recuperación de cada trabajo desaprobado o ausente
justificado para lograr el mínimo requerido.
2.- La aprobación de un parcial con una calificación mínima de 60/100 puntos. El parcial
tendrá su recuperatorio
3.- Presentación de un seminario oral de no más de 20 minutos con temas propuestos por la
cátedra
Condiciones para la aprobación de la asignatura
Para la promoción se debe aprobar el parcial con un mínimo de 70/100 o su correspondiente
recuperatorio. Asistir y aprobar el 100% de los Trabajos Prácticos o su recuperatorio.
Si el alumno obtiene la regularidad puede presentarse a examen final. El examen final será
escrito. Los alumnos que deseen ser evaluados en forma oral deberán solicitarlo con
anticipación de acuerdo a lo previsto en el reglamento académico de la Facultad de Ciencias
Naturales y Ciencias de la Salud.
Se podrá aprobar la asignatura como alumno libre a través de un examen que se desarrollará
en tres instancias sucesivas y eliminatorias que incluyen la evaluación de las actividades que
se realizan en las clases de resolución de problemas, evaluación de los trabajos prácticos de
laboratorio y un examen sobre los contenidos teóricos de la asignatura.
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CÁTEDRA: QUÍMICA DE POLÍMEROS TRABAJO PRÁCTICO DE
LABORATORIO Nº 1
TEMA: IDENTIFICACIÓN, PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE
LOS POLIMEROS
Objetivos
1.- Separar diferentes materiales e identificar de que polímero se trata.
2.- Observar y comparar las propiedades físicas y químicas de diferentes polímeros mediante
la realización de algunas pruebas, para relacionar su estructura con sus aplicaciones.
3.- Verificar si algunos materiales, en determinadas condiciones pueden recuperar la forma
que tenían antes de ser transformados (memoria de forma).
Introducción
PROPIEDADES DE LOS POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS
Una característica que define a los polímeros termoplásticos es que pueden calentarse desde
el estado sólido hasta el estado líquido viscoso, y al enfriarse vuelven a adoptar el estado
sólido; además, este ciclo de enfriamiento puede aplicarse muchas veces sin degradar al
polímero. La razón de dicho comportamiento es que los polímeros Termoplásticos consisten
en macromoléculas lineales (ramificadas) que no se encadenan transversalmente cuando se
les calienta. Por el contrario, los polímeros termofijos y los elastómeros sufren un cambio
químico cuando se les calienta, lo cual hace que sus moléculas se unan transversalmente y
fragüen permanentemente. En el moldeo de plásticos se hace una distinción entre el material
nuevo o virgen y los plásticos que han sido moldeados previamente y que han experimentado
ciclos térmicos (por ejemplo desperdicios y partes defectuosas). Para algunas aplicaciones
solamente se acepta el material virgen.
Los polímeros termoplásticos también se degradan progresivamente cuando se les somete a
temperaturas por debajo de Tm este efecto de largo plazo se llama envejecimiento térmico e
involucra un deterioro químico lento. Algunos de los polímeros termoplásticos son más
susceptibles al envejecimiento térmico que otros, y para un mismo material la velocidad de
deterioro depende de la temperatura
PROPIEDADES FÍSICAS
En general, los polímeros termoplásticos poseen: 1) densidades más bajas que los metales y
los materiales cerámicos, las gravedades específicas típicas para los polímeros son alrededor
de 1,2; para los cerámicos alrededor de 2,5, y para los metales alrededor de 7,0; 2)
coeficientes de expansión térmica mucho más altos, aproximadamente cinco veces el valor de
los metales y 10 veces el de los cerámicos; 3) temperaturas de fusión muy bajas; 4) calores
específicos que son de 2 a 4 veces los de los metales y los cerámicos; 5) conductividades
térmicas que son alrededor de tres órdenes de magnitud más bajos que los de los metales, y 6)
propiedades de aislamiento eléctrico.
IMPORTANCIA COMERCIAL DE LOS TERMOPLÁSTICOS
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Los productos termoplásticos incluyen artículos moldeados y extruidos, fibras, películas y
láminas, materiales de empaque, pinturas y barnices. Se entregan normalmente al fabricante
en forma de polvos o pellets (grano grueso) en bolsas de 50 libras, en tambores de 200 libras
o en cargas mayores por camión o ferrocarril.
VISCOELASTICIDAD
Un material visco elástico es un material que presenta tanto propiedades viscosas como
elásticas. Esto implica que al someter al polímero a un esfuerzo que le provoque
deslizamiento (lento), las cadenas del material tenderán a deslizarse fácilmente (como un
flujo viscoso) y si dicho esfuerzo es eliminado las propiedades elásticas hacen que las
cadenas del material vuelvan a su posición inicial.
Figura1. Movimiento de las cadenas del polímero
La Sociedad de la Industria de Plásticos (SPI por sus siglas en inglés), en 1988 desarrolló una
serie de códigos con números que identifican el contenido de resina del recipiente en el que
se han colocado los símbolos y siglas que señalan el tipo de polímero, indicando además con
triangulo de flechas (triángulo Möbius) que se pueden reciclar. En el interior del triángulo
figura un número entre 1 y 7. Durante más de 20 años, el sistema del Código de
Identificación de Resinas de la SPI ha facilitado la separación según su composición química
de los diferentes plásticos después de utilizados por el consumidor para poder ser reciclados.
Los propósitos del código original de SPI fueron:
Brindar un sistema coherente para facilitar el reciclado de los plásticos usados;
Concentrarse en los recipientes plásticos;
Ofrecer un medio para identificar el contenido de resina de las botellas y recipientes
que se encuentran normalmente en los residuos residenciales; y
Ofrecer una codificación para los seis tipos de resinas más comunes, y una séptima
categoría para todos los otros tipos que no estén dentro de los códigos 1 al 6
RESINAS DE POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS
A continuación se muestran las características de los polímeros termoplásticos más comunes
en la industria
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1. Polietilen tereftalato (PET) comúnmente llamado poliéster (densidad 1,29 a 1,4 g/cm3) Es
un polímero termoplástico lineal de alta calidad. Es un polímero de condensación
producido mediante un proceso de polimerización en fase fundida continua. Es el más
común de los plásticos reciclables. Usado para realizar botellas de dos litros de refrescos
y botellas de licor.
2. Polietileno de alta densidad (PEAD) (densidad 0,952 a 0,965 g/cm3) El polietileno es un
polímero vinílico, obtenido a partir del monómero etileno. Es un polímero de cadena
lineal no ramificada. Es más duro, fuerte y un poco más pesado que el de baja densidad,
pero es menos dúctil. Es sólido, incoloro, translúcido, casi opaco. Excelente resistencia
térmica y química. Muy buena resistencia al impacto. Es flexible, aún a bajas
temperaturas. Presenta dificultades para imprimir, pintar o pegar sobre él. No es atacado
por los ácidos, resistente al agua a 100 ºC y a la mayoría de los disolventes ordinarios.
Comúnmente utilizado para envases de leche y jugo
3. Policloruro de vinilo (PVC) (densidad 1,30 a 1,58 g/cm3 el rígido; el flexible va de 1,16 a
1,35 g/cm3). Es el producto de la polimerización del monómero de cloruro de vinilo a
policloruro de vinilo. Es la resina sintética más compleja y difícil de formular y procesar,
pues requiere de un número importante de ingredientes y un balance adecuado de éstos
para poder transformarlo al producto final deseado. Es un material ligero, dúctil, tenaz y
químicamente inerte e inocuo. Además de ser termoplástica, a partir de ella se pueden
obtener productos rígidos y flexibles. Se obtienen compuestos en forma de polvo o pellet,
plastisoles, soluciones y emulsiones. Es utilizado para hacer pisos, cortinas de baño,
tabiques para edificios, mangueras para jardines.
4. Polietileno de baja densidad (PEBD) (densidad 0,917 a 0,940 g/cm3) Es un polímero de
cadena ramificada termoplástico, semicristalino (un 50% típicamente), transparente y más
bien blanquecino, flexible, liviano, impermeable, inerte (al contenido), no tóxico, tenaz
(incluso a temperaturas bajas), con poca estabilidad dimensional, pero de fácil
procesamiento y de bajo costo. Además posee excelentes propiedades eléctricas (buen
aislante eléctrico) pero resistencia débil a las temperaturas. Su resistencia química
también es muy buena pero es propenso al agrietamiento bajo carga ambiental. Su
resistencia a los rayos UV es mediocre y tiene propiedades de protección débiles, salvo
con el agua. Buena dureza y resistente al impacto en bajas temperaturas. Usado para hacer
papel celofán, cobertura de pañales desechables y algunas botellas.
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5. Polipropileno (PP) (densidad 0,980 a 0,910 g/cm3) Polímero termoplástico semicristalino
que se obtiene de la polimerización del propileno (o propeno). Pertenece al grupo de las
poliolefinas y es incoloro, inodoro y traslúcido Tiene gran resistencia contra diversos
solventes químicos, así como a la mayoría de los ácidos y álcalis, ligero, alta resistencia a
la tensión y a la compresión, excelentes propiedades dieléctricas, resistencia térmica y
química, bajo coeficiente de absorción de humedad. Es utilizado en una amplia variedad
de aplicaciones que incluyen empaques para alimentos, tejidos, equipo de laboratorio,
componentes automotrices, películas transparentes, usado para hacer ropa deportiva,
carpas, tubos, embudos de petróleo, pajitas de plástico para beber, etc.
6. Poliestireno (PS) (densidad 1,04 a 1,05 g/cm3) Polímero vinílico termoplástico que se
obtiene de la polimerización del estireno. Es económico y resistente y probablemente sólo
el polietileno sea más común en su vida diaria. Es usado para hacer tazas de café, cajas
para colocar huevos, cobertura de lápices.
7. Otros: Algunos tipos de plástico no se pueden reciclar, ya que comúnmente se hacen con
una combinación de los últimos seis tipos de plástico, o con un tipo de plástico que no
esté dentro de los seis anteriores. Aquí se incluye el plástico reciclable de las botellas
reutilizables de galón de agua.
Parte Experimental
Materiales Reactivos Vasos de precipitado Acetona
Tubos de ensayo, clip Etanol 38% y 52%
Mechero, Tela de amianto H2SO4 Broche de madera CaCl2 32%
Alambre de Cobre Aceite de girasol
Gradilla, pinza NaOH
Cucharitas de combustión NaCl 10%
Papel indicador Glicerina
Materiales de prueba: Bolsa de polietileno, goma de borrar, policarbonato, goma espuma, cubierta de cables,
telgopor, vasos de gaseosas, acrílico, recipientes de quesos o yogur,
Procedimiento
Identificar los polímeros a usar como: a, b, c….
1.- Apariencia
El aspecto físico o visual puede dar una pista para identificar los materiales plásticos. De las
resinas termoplásticas más comunes, el polietilen tereftalato (PET) y polipropileno (PP)
tienen una textura translúcida, cerosa. El polietileno, el poliestireno y los celulósicos se
suelen emplear en la industria de recipientes y envasados. Las sustancias como polietileno,
politetra fluoretileno, poliacetales y poliamidas tienen un tacto ceroso característico.
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Examinar las características de las muestras a simple vista (color, textura, consistencia).
Anotar si alguna de las muestras tiene el triángulo de Möbius e indicar el número. Anotar
similitudes y diferencias. Anotar si tiene alguna otra especificación
2.- Flexibilidad y color de pliegue
Tomar una de las muestras y doblarla hacia adelante y hacia atrás para ver que tan flexible es.
Observar el color del pliegue. Registre sus observaciones.
3.- Dureza
Con la punta del clip rayar cada una de las muestras y verificar la dureza analizando que tan
fácil se raya con el metal.
4.- Densidad relativa
Colocar una pequeña cantidad de las siguientes sustancias en diferentes tubos de ensayo:
1.- Aceite de girasol (densidad 0, 89 g/cm3) 2.- Glicerina (densidad 1,261 g/cm
3)
3.-Agua (densidad 1,00 g/cm3)
4.- Solución de NaCl al 10 % (densidad 1,08 g/cm3)
5.- Solución de etanol al 52 % (densidad 0,911 g/cm3)
6.- Solución de etanol al 38 % (densidad 0,9408 g/cm3)
7.- Solución de CaCl2 al 32 % (densidad 1,3059 g/cm
3)
Colocar en cada uno de los tubos, una pequeña muestra de 5 de los materiales plástico.
Observar si se hunde o flota. Repetir la experiencia con cada líquido para cada tipo de
plástico. Anota tus observaciones.
La clasificación por densidad con un sistema de flotación se realiza comparando las
densidades del material plástico con sustancias líquidas de densidad conocida. Si un plástico
flota en una solución con una densidad de 0,94 g/cm³, puede ser un plástico de polietileno de
densidad media o baja. Si la muestra flota en una solución de 0,92 g/cm³, puede tratarse de un
polietileno de baja densidad o polipropileno. Si se hunde en todas las soluciones por debajo
de una densidad de 2,00 g/cm³, la muestra será un plástico de fluoro carbono.
La presencia de cargas u otros aditivos y el grado de polimerización pueden dificultar la
identificación de los plásticos por la densidad relativa, pues pueden hacer
que cambie bastante la densidad de un plástico. Poliolefinas, iónomeros y
poliestirenos de baja densidad flotarán en el agua (que tiene una densidad
de 1,00 g/cm³).
5.- Efecto de la temperatura y vapores desprendidos
Cortar pequeños trozos del mismo tamaño aproximadamente de los
diferentes materiales de plástico. Colocar un trozo de cada objeto en la
cucharita de combustión y calentar directamente en la llama un minuto.
Colocar una tira de papel indicador cerca de los vapores desprendidos.
Observar.
CALENTAR CON CUIDADO Y NO DEJAR FUNDIR EL POLÍMERO PARA NO
QUEMAR LA CUCHARA
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6.- Efecto del medio ácido
Colocar un trozo de cada material de prueba en diferentes tubos de ensayo, agregar 1 mL de
H2SO4 a cada uno, tomar cada tubo
con el broche de madera y calentar
con precaución durante 30 segundos
en la llama. Registrar la apariencia
antes y después de calentar.
CALENTAR CON MUCHO
CUIDADO PORQUE EL H2SO4
ES MUY CORROSIVO.
7.- Efecto del medio alcalino
Repetir el paso anterior agregando NaOH. CALENTAR CON MUCHO CUIDADO
PORQUE EL NAOH ES MUY CORROSIVO.
8.- Efecto de solvente
Colocar otros trozos en cada tubo y agrega 1
mL de acetona a cada uno; calentar los tubos
en baño maría durante 5 minutos. Con la ayuda
de una pinza sacar las tiras de los tubos y
colocarlas sobre una servilleta. Dejar secar y
luego describir la apariencia antes y después de
colocar en el solvente.
CALENTAR CON CUIDADO PORQUE
LA ACETONA ES INFLAMABLE.
9.- Prueba de Beilstein. Determinación de la presencia de Cloro
La prueba de Beilstein es un método simple para determinar la presencia de un halógeno.
Para la prueba hay que calentar un alambre de Cu limpio en la llama de un mechero hasta que
se ponga incandescente (de una coloración roja). Luego tocar con el mismo los trozos de
plásticos a ensayar. Volver el alambre al fuego y verificar el color de la llama. Una llama
verde demuestra la presencia de halógeno.
Los plásticos que contienen cloro son policloro trifluoretileno, PVC, policloruro de vinilideno
y otros, que dan positivo en el ensayo de halógeno. Si la prueba es
negativa, es posible que el polímero esté compuesto solamente por
Carbono, Hidrógeno, Oxigeno o Silicio.
10.- Comportamiento a la llama
Encender el mechero con una llama no demasiado grande. Sostener
una muestra de plástico con una pinza y colocarla directamente a la
llama. Mantener aproximadamente 10s en la llama.
Anote sus observaciones, tales como color de la llama,
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desprendimiento de humo, percepción de algún olor. Observe si el plástico continúa
quemándose al retirarlo de la llama.
Probar la acidez de los vapores utilizando el papel indicador. Repetir esta prueba para cada
una de las muestras de plástico.
Cuando se calientan muestras de plástico a la llama, se pueden identificar los olores
característicos. La manera particular de quemarse puede dar una pista al respecto. El PET se
quema rápidamente, y expide olores a parafina y cuando se extingue la llama, produce un
humo blanco. El polietileno se consume con una llama azul trasparente y gotea al fundirse. El
Policloruro de vinilo (PVC) puede encenderse pero el mismo se extinguirá en cuanto la
fuente de fuego esté alejada. El PVC tiene un olor muy agrio al quemar porque el cloruro de
hidrógeno es un derivado ardiente. El PP, por otro lado, se consume más lentamente, los
gases alimentan la llama. El Poliestireno (PS) y sus copolímeros desprenden humo negro
(carbono), se quema rápidamente, tiene un olor de gas fuerte, y produce grandes cantidades
de hollín.
11. Determinación de memoria de forma en envases plásticos
Seleccionar varios envases de plásticos (como vasos de gaseosas, recipientes de quesos o
yogur, etc. procurar que no tengan papeles ni etiquetas pegadas) tómelo con una pinza y
acérquelo con cuidado a la fuente de calor del mechero sin tocar la tela de amianto, porque el
plástico se quedaría pegado y desprendería muy mal olor, además de estropear la tela de
amianto.
Girar con cuidado con la pinza. Observar con atención si comienza a "encogerse". Cuanto
más despacio se haga mejor resultará el experimento. Si el proceso es lo suficientemente
lento, al final, obtendrás el trozo de lámina de plástico que se utilizó para fabricar el envase.
El efecto es más espectacular si se utiliza un envase con líneas de colores.
CUESTIONARIO 1.- Estimar la densidad de cada uno de los plásticos analizados (Tomar un valor aproximado).
2.- ¿Cuál de estos materiales podrían ser utilizados para fabricar recipientes para guardar
acetona? Justifique su respuesta
3.- ¿Utilizaría el mismo material para hacer flotadores para agua salada y para agua dulce?
4.- ¿De qué material fabricaría botellas flexibles?
5.- La siguiente tabla contiene información acerca de algunas propiedades físicas del
polietileno según su grado de cristalinidad:
Polietileno Baja densidad (55% de
cristalinidad)
Alta densidad (85% de
cristalinidad)
Densidad (g/cm3) 0,93 0,96
Rango de fusión (ºC) 100-110 133-135
Rigidez relativa 1 6,6
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¿Cómo se relaciona el grado de cristalinidad con las demás propiedades de la tabla?
Interprete las distintas propiedades físicas a partir de la estructura y el ordenamiento de las
cadenas en las dos variedades de polietileno.
6.- A cuáles de las características de los polímeros se le adjudica la capacidad de tener
memoria de forma.
7.-Ver envases de uso frecuente en el hogar. Verificar si presentan los códigos que indican de
que polímero se trata. Anote las características físicas de cada uno
QUÍMICA DE POLÍMEROS TRABAJO PRÁCTICO DE LABORATORIO Nº 1
INFORME de: Identificación y propiedades físicas y químicas de los polímeros
APELLIDO Y NOMBRE: .......................................................... RESULTADO:.......................
FECHA ....../....../.....
Registro de observaciones
1, 2, 3
Polímero Apariencia Física Flexibilidad Color del pliegue Dureza
4. Flota o se Hunde
Polímero
Aceite
Glicerina
Agua
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5, 6, 7, 8, 9, 10
Polímero
Papel
indicador
Prueba de
Beilstein
Prueba de
inflamabilidad
Acetona
H2SO4
NaOH
11. Determinación de memoria de forma en envases plásticos
Dibuje esquemáticamente el proceso y como queda el polímero
NaCl 10%
Alcohol 38%
Alcohol 52%
CaCl2
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Objetivos
1.- Realizar la síntesis de polímeros entrecruzados e investigar sus propiedades.
2.- Observar y comparar el efecto de modificaciones en la síntesis de polímeros.
3.- Estudiar las propiedades de polímeros que gelifican al tomar contacto con el agua.
4.- Estudiar la extraordinaria capacidad de absorción de agua que tiene el poliacrilato de
sodio
Introducción GELES E HIDROGELES
Se denominan geles a los coloides transparentes. Son sistemas de dos componentes, ricos en
líquido, de naturaleza semisólida. En los coloides, las partículas que los forman son mucho
mayores que el tamaño de los átomos o de las moléculas, pero demasiado pequeñas para ser
visibles. Su tamaño está comprendido entre 10-7
cm y 10-3
cm y existen débiles fuerzas de
unión entre ellas.
Muchas sustancias pueden formar geles cuando se añade un agente gelificante. Esto suele ser
utilizado en la manufactura de diversos productos, desde comida a pinturas, pasando por
adhesivos.
El término hidrogel se utiliza para denominar al material de base polimérica (redes
tridimensionales) natural o sintético caracterizado por su extraordinaria capacidad para
absorber agua y diferentes fluidos sin disolverse, formando materiales blandos y elásticos. La
hidrofília de estos geles es debido a grupos como: -OH, -COOH, -CONH2, y -SO3H. Esta
propiedad de absorber agua los convierte en materiales de enorme interés, sobre todo en la
medicina como sistemas de liberación controlada y/o sostenida de principios activos,
dispositivos para diagnóstico, substrato para el cultivo de células, geles para electroforesis,
desintoxicantes sanguíneos, membranas para hemodiálisis, sistemas terapéuticos
biodegradables, lentes de contacto e implantes. Estos hidrogeles se obtienen mediante
polimerización y entrecruzamiento simultáneo de uno o varios monómeros mono o
polifuncionales, siendo el alcohol polivinílico (PVA) uno de los polímeros más ampliamente
utilizados para la obtención de este tipo de materiales hidrófilos. La característica común de
ellos es la presencia de un tipo de estructura continua que les proporciona las propiedades de
los semisólidos.
Algunos de los hidrogeles de PVA pueden considerarse como hidrogeles inteligentes, ya que
ofrecen una respuesta en forma de cambio de volumen frente a estímulos del medio externo
como puede ser una variación del pH o de la fuerza iónica.
CÁTEDRA: QUÍMICA DE POLÍMEROS TRABAJO PRÁCTICO DE
LABORATORIO Nº 2
TEMA: SÍNTESIS DE POLÍMEROS ENTRECRUZADOS Parte A: Síntesis del Polímero “SLIME”
Parte B: Síntesis del Polímero similar al Silly Putty
Parte C: Determinación de la capacidad de absorción de agua del poliacrilato de sodio.
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POLÍMERO ENTRECRUZADO PVA-TETRABORATO DE SODIO
El alcohol polivinílico (PVA), es un polímero sintético soluble en agua, de
fórmula química general (C2H4O)n.
El monómero, alcohol vinílico (H2C=CHOH), existe casi exclusivamente en la forma
tautomérica, el acetaldehído. Debido a esto, el PVA debe prepararse por métodos indirectos y
no es preparado por la polimerización del correspondiente monómero.
El PVA se prepara por alcohólisis del polivinilacetato (PVAc) para eliminar los grupos
acetato.
La solución de alcohol polivinílico se prepara con
agua caliente, lo que hace que pueda ser disuelto con
mayor facilidad sin embargo la temperatura no debe
ser mayor de 80 °C ya que el alcohol polivinilico se
descompone.
TETRABORATO DE SODIO
El borato de sodio (Na3BO
3) se disuelve para formar ácido bórico (H
3BO
3), ésta solución de
ácido bórico tiene un pH de aproximadamente 9. El ácido bórico, acepta los OH- del agua tal
como se muestra en la reacción
Esta molécula hidrolizada
reacciona con el alcohol
polivinilico mediante una
reacción de condensación
tal como:
El tetraborato de sodio (bórax, Na2B4O7•10H2O) es añadido a la solución de alcohol
polivinílico (PVA) y los iones borato reaccionan en una relación de 10 a 1con los grupos
hidroxilos del alcohol formando enlaces cruzados entre las moléculas del PVA mediante
enlaces de hidrógeno reteniendo moléculas de agua.
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El polímero obtenido es un gel viscoso que se denomina comercialmente SLIME que a
medida que transcurre el tiempo se va tornando cada vez más denso y más lento a fluir. La
viscosidad del material obtenido dependerá de la masa molecular del PVA empleado en la
experiencia y de la proporción de bórax usada ya que ésta determinará el grado de
entrecruzamiento de las cadenas.
Tiene algunas características de líquido tales como ser un fluido y tomar la forma del envase
que lo contiene; por otro lado, se rompe cuando se estira rápidamente, como lo hacen los
sólidos. Las características únicas del légamo son resultado de las dos sustancias que lo
componen.
Las moléculas de agua retenidas en el SLIME tienen tendencia a escapar por simple
evaporación, por lo que si queremos conservarlo no debemos dejarlo demasiado tiempo al
aire libre. Si lo dejamos secar obtenemos una masa endurecida.
Esta reacción es reversible ya que en medio ácido el borato puede ser expulsado del polímero
y en medio básico puede regresar a él. Se puede observar cómo cambian las propiedades del
gel agregando unas gotas de HCl 3 M o gotas de NaOH 3M.
POLÍMERO ENTRECRUZADO PVAC-TETRABORATO DE SODIO
Los adhesivos vinílicos que se compran en la ferretería o en la librería para pegar madera,
papel, etc, tienen como componente principal al polivinilacetato (PVAc), de estructura:
-CH2-CHOCOCH3-CH2- CHOCOCH3-CH2-CHOCOCH3-
Al añadir bórax (Na2B4O7•10H2O), sus moléculas forman enlaces que sirven de puente entre
dos cadenas polivinílicas. Se forma un polímero entrecruzado que tiene unas propiedades
diferentes al polímero inicial, lo que hace que las moléculas no puedan fluir con la misma
facilidad. A medida que las cadenas del polímero se entrecruzan, el producto toma una
consistencia de gel. Este gel es más viscoso, rebota más alto y se estira más cuando contiene
menos agua.
El original Silly Putty es un juguete, basado en polímeros de silicona tratado con ácido
bórico, que exhibe propiedades físicas inusuales, en particular tiene un comportamiento visco
elástico notable, dependiendo su viscosidad de la fuerza aplicada de manera no lineal. Fue
creado originalmente de forma accidental, durante la investigación de posibles sustitutos para
el caucho para su uso por los Estados Unidos durante la Segunda Guerra Mundial. El nombre
es una marca registrada de Crayola. Otros fabricantes lo nombran masilla rebotante.
POLÍMEROS SÚPER ABSORBENTES
Los polímeros súper absorbentes (en inglés Super Absorbent Polymers o SAP) también
llamados nieve en polvo, son polímeros que pueden absorber y retener cantidades
extremadamente grandes de un líquido en relación a su propia masa.
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Los polímeros absorbentes de agua, los cuales se clasifican como hidrogeles cuando
reticulan, absorben soluciones acuosas a través de enlaces de puente de hidrógeno con las
moléculas de agua. La capacidad de un SAP para absorber el agua es un factor de la
concentración iónica de la solución acuosa. En agua desionizada y destilada, un SAP puede
absorber 500 veces su peso (30 a 60 veces su propio volumen) y puede llegar a ser hasta
99,9% de líquido, pero cuando se colocan en una solución salina al 0,9%, la capacidad de
absorción baja a 50 veces su peso. La presencia de cationes en la solución impide la
capacidad del polímero para el enlace con la molécula de agua.
El mayor uso de SAP se encuentra en los productos de higiene personal desechables, tales
como pañales para bebés, ropa interior protectora para adultos y toallas sanitarias.
Uno de los polímeros súper absorbentes más utilizados es el poliacrilato de sodio; polímero
formado por monómeros —CH2CH(CO2Na)—. Es un polvo blanco y sin olor.
La capacidad de absorber grandes cantidades de agua se debe a que en su estructura
molecular existen grupos de carboxilato de sodio (-COONa) que cuelgan de la cadena de
composición principal del compuesto. Estos grupos, al entrar en contacto con el agua
desprenden iones sodio Na+, dejando libres iones negativos de carboxilo (-COO
-). Los iones
negativos se repelen, estirando la cadena principal y provocando el aumento de volumen.
Para que el compuesto vuelva a ser estable y neutro, los iones captan las moléculas de agua.
Al añadirle agua a este polvo, se puede observar cómo se va absorbiendo por cada uno de los
granitos, y se van reuniendo hasta formar una especie de gel cristalino. Debido a que este
compuesto posee alta masa molecular, en vez de disolverse, se gelifica. Este compuesto
también tiene la singular característica de parecerse a la nieve, mirado a simple vista, por lo
que sirve para la creación de nieve falsa.
Un pañal para bebe está conformado por sustancias químicas, casi todas sintéticas,
distribuidas de diferentes formas. La capa interna está hecha de polipropileno, un polímero de
tacto suave. La parte central está hecha de un polvo "super absorbente" (poliacrilato de sodio,
polímero hidrófilo) combinado con celulosa, además de una capa de fibra que evita que el
fluido se remanse en un punto y lo obliga a distribuirse por toda la superficie. La capa externa
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Dra Adelaida Ávila Página 17
PARTE A: SÍNTESIS DEL POLÍMERO “SLIME”
es de polietileno micro poroso, retiene el fluido y deja pasar el vapor. El conjunto se une con
puños de polipropileno hidrófobo, con una banda elástica en torno a los muslos para impedir
la salida del fluido. El pañal se sujeta al bebé mediante bandas adhesivas.
Parte Experimental
Materiales Reactivos Balanza Alcohol Polivinílico (PVA 4%)
Espátulas Na2B4O7•10H2O (Bórax, 4%)
Pipetas graduadas colorantes (fluoresceína, tartracina)
Vasos de precipitados
Varilla de vidrio
Procedimiento
1. Preparar una solución de alcohol polivinílico (PVA) al 4% m/V. Caliente en un vaso de
precipitados 20 mL de agua destilada. Pese cuidadosamente 2 gramos del polímero seco.
Agregue el polvo sobre la mayor superficie posible del agua caliente y agite suavemente para
que no se formen burbujas o se produzcan espumas. Cuando todo el polímero se ha disuelto,
dejar enfriar la solución y trasvásela cuidadosa y cuantitativamente dentro de un matraz de 50
mL. Agregar la solución por las paredes del matraz para evitar la aparición de espumas.
Complete el enrase con agua y mezcle lentamente
invirtiendo el matraz varias veces. Si la solución
apareciera contaminada con material insoluble,
fíltrela. Evitar en todo momento la aparición de
espumas, sobre todo al trasvasar la solución de un
recipiente al otro. Todo material de vidrio que
ha estado en contacto con la solución del
polímero hay que enjuagarlo rápidamente con
agua y acetona, ya que una vez que el polímero
se ha secado sobre la superficie del vidrio es
muy difícil removerlo. La solución del polímero
no debe prepararse con mucha anticipación
porque puede convertirse en medio de cultivo
para bacterias aeróbicas.
2. Poner 20 mL de la solución anterior en un vaso de precipitados. Observar sus propiedades.
3. Añadir una o dos gotas de colorante a la solución del PVA.
4. Añadir 2 mL de la solución de tetraborato de sodio al 4% a la solución de PVA. Agitar con
varilla hasta que no se produzca ningún cambio.
5.- Retirar el polímero del recipiente y colocarlo sobre una bolsa de plástico. Observar las
propiedades del polímero obtenido, conocido comercialmente como SLIME (baba),
antiguamente denominado légamo.
6.- Realizar un estudio de las propiedades mecánicas del polímero obtenido:
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PARTE B: SÍNTESIS DEL POLÍMERO “SILLY PUTTY”
- Estirar suave y después fuertemente.
- Tratar de aplanar un trozo pequeño apretándolo.
- Tomar un trozo pequeño y hacerlo rebotar sobre la mesa.
- Comparar las propiedades del polímero obtenido y las del alcohol polivinílico. ¿En qué se
parecen y en qué se diferencian?
7. Al finalizar las experiencias, guardar el polímero en bolsa de polietileno con cierre
hermético.
Materiales Reactivos
Pipetas graduadas Polivinil acetato (PVAc, 50%)
Vasos de precipitados Na2B4O7•10H2O (Bórax, 4%)
Varilla de vidrio colorantes (fluoresceína, tartracina)
Espátulas CH3COOH 2%
gotero
Procedimiento
1.- Colocar 2 cucharadas de cola vinílica (PVAc) en un vaso de precipitados. Observar sus
propiedades.
2.- Añadir una o dos gotas de colorante a la solución de cola vinílica
3.- Agregar 5 mL de la solución de tetraborato de sodio a la solución de cola vinílica,
removiendo con varilla de vidrio hasta obtener una especie de masilla. (También puede
añadirse gota a gota con el cuentagotas para ver los
cambios que se van produciendo).
4.- Se espera 10 ó 15 segundos y se agita hasta que se
endurezca. Se retira la mezcla del vaso de precipitado y se
tomará entre las manos (será pegajosa y no tendrá una
forma definida). Se amasa la mezcla hasta formar una
pelota, que cuanto más se amase menos pegajosa será.
Una vez formada la bola se podrá rebotar y jugar con ella.
5.- Retirar el polímero del recipiente y colocarlo sobre una
lámina de plástico o sobre papel encerado. Observar las
propiedades del polímero obtenido.
6.- Pruebe de moldear el polímero obtenido.
7.- Realizar un estudio de las propiedades mecánicas del polímero obtenido de forma similar
a las realizadas con el slime:
- Estirar suave y después fuertemente.
- Tratar de aplanar un trozo pequeño apretándolo.
- Tomar un trozo pequeño y hacerlo rebotar sobre la mesa.
8.- Colocar una bolita de 1 cm de diámetro del polímero en un tubo de ensayo, agregar unas
gotas de CH3COOH al 2%. Agitar. Anotar las observaciones.
9.- Neutralizar el ácido con un poco de bicarbonato de sodio en polvo, ¿qué sucede?
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PARTE C: Determinación de la capacidad de absorción de agua del
poliacrilato de sodio
10.- Al finalizar las experiencias, guardar el polímero en bolsa de polietileno con cierre
hermético.
11.- Pruebe preparar nuevamente el polímero agregando 10 mL de tetraborato de sodio.
Con algunas marcas de cola vinílica se obtiene una sustancia con aspecto de gel muy suave
que fluye lentamente. Muy parecido a algunas sustancias que se venden como juguetes de
aspecto de “mocos asqueroso."
Materiales Reactivos
Bolsa de polietileno NaCl
Pipeta 1 mL colorante de repostería
Papel de filtro
Pañal descartable
Vaso de precipitados 150 mL
Procedimiento
1.- Cortar el pañal con las tijeras y sacar con cuidado, el algodón que contiene. Colocar la
parte acolchada del medio del pañal dentro de la bolsa plástica y dentro de ella trate de
separar el algodón y las capas de plástico que lo conforman. Trate de separar los gránulos
blancos del resto de los componentes, esos gránulos son del polímero que usaremos.
2.- En un vaso de precipitado añada 10 mL de agua y 3 gotas de colorante de cocina, agite la
mezcla.
3.- Coloque 1,0 g de gránulos extraídos del pañal sobre un papel de filtro previamente pesado
y con una pipeta de 1mL agregue lentamente gotas del agua coloreada sobre los mismos. Y
observe. ¿Cuántos mL le puede agregar a los gránulos antes de que el agua se extienda sobre
el papel absorbente?
4.- Pese nuevamente el papel con los gránulos y el agua absorbida. Determine el % de agua
que se absorbe.
Ahora conociendo más o menos la cantidad de agua necesaria para que se saturen los
gránulos, usted podría estar en la capacidad de seleccionar un pañal con mejores propiedades
absorbentes.
5.- Pesar 1,0 g de gránulos extraídos del pañal sobre un papel de filtro previamente pesado.
Agregar unas gotas de solución saturada de NaCl. Realizar el agregado de gotas de agua
coloreada. ¿Cuántos mL le puede agregar ahora a los gránulos antes de que el agua se
extienda sobre el papel absorbente?
6.- Pese nuevamente el papel con los gránulos y el agua absorbida. Determine el % de agua
que se absorbe.
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PARTE A: SÍNTESIS DEL POLÍMERO “SLIME”
Cuestionario
1. En la síntesis de los polímeros del TP ¿Ha ocurrido una reacción química? ¿Qué evidencia
tiene?
2. ¿El polímero que ha obtenido; lo clasificaría como sólido o líquido? ¿Por qué?
3. Compare las propiedades del producto que ha obtenido y las del PVA ¿En qué se parecen
y en qué se diferencian?
4. ¿Qué es un fluido tixotrópico? ¿Es el Slime un fluido de ese tipo?
5. ¿Cuál es el polímero conocido como Silly Putty?
6. ¿Puede hacer rebotar un trozo pequeño del polímero obtenido similar al Silly Putty encima
de la mesa? ¿Qué sucede?
7. ¿Qué ocurre al adicionar ácido acético a una porción de polímero en un tubo de ensayo?
¿Por qué?
8. ¿Qué ocurre al adicionar al tubo anterior una punta de espátula de bicarbonato sódico?
¿Por qué?
9. Escriba la estructura del polimetacrilato de sodio
10. El poliacrilato de sodio se utiliza como agente desincrustante. ¿Qué propiedades crees
que pueden justificar ese uso?
QUÍMICA DE POLÍMEROS TRABAJO PRÁCTICO DE LABORATORIO Nº 2
INFORME de: SÍNTESIS DE POLÍMEROS ENTRECRUZADOS
APELLIDO Y NOMBRE: .......................................................... RESULTADO.......................
FECHA ....../....../.....
1.- Propiedades de la solución de alcohol polivinílico ________________________________
2.- Propiedades del polímero obtenido (SLIME)___________________________________
_____________________________________________
3.-Estudio de las propiedades mecánicas del polímero obtenido
Estirar suave y después fuertemente ____________________________________________
- Tratar de aplanar un trozo pequeño apretándolo. ¿qué sucede?________________________
- Tomar un trozo pequeño y hacerlo rebotar sobre la mesa. ___________________________
4.- Comparar las propiedades del polímero obtenido y las del alcohol polivinílico. ¿En qué se
parecen y en qué se diferencian? ________________________________________________
__________________________________________________________________________
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PARTE B: SÍNTESIS DEL POLÍMERO “SILLY PUTTY”
PARTE C: Determinación de la capacidad de absorción de agua del
poliacrilato de sodio
5.-. Observar y anotar las propiedades del polímero obtenido. ________________
_______________________________________________________________
6.- ¿Pudo moldear el polímero obtenido? _________________________________________
7.- Realizar un estudio de las propiedades mecánicas del polímero obtenido de forma similar
a las realizadas con el slime:
- Estirar suave y después fuertemente.____________________________________________
- Tratar de aplanar un trozo pequeño apretándolo. ¿Qué sucede? _______________________
- Tomar un trozo pequeño y hacerlo rebotar sobre la mesa. ___________________________
8.- Observaciones al colocar al polímero unas gotas de CH3COOH al 2%. ____________
___________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
9.- Observaciones al agregar el bicarbonato de sodio en polvo _________________________
__________________________________________________________________________
10.- Diferencias en el polímero obtenido al variar la cantidad de tetraborato de
sodio.______________________________________________________________
__________________________________________________________________
11.- ¿Cuántos mL de agua le puede agregar a los gránulos antes de que se extienda sobre el
papel absorbente? ________________________________________________________
12.- Pese nuevamente el papel con los gránulos y el agua absorbida. Determine el % de agua
que se absorbe _____________________________________________________________
_________________________________________________________________________
13.- ¿Qué sucede al agregarle a los gránulos del gel un poco de solución saturada de NaCl?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
Por qué? _________________________________________________________________
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CÁTEDRA: QUÍMICA DE POLÍMEROS TRABAJO PRÁCTICO DE
LABORATORIO Nº 3
TEMA: SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE UN POLÍMERO
BIODEGRADABLE A PARTIR DE ALMIDÓN DE PAPA
Objetivo.
1.- Conocer los métodos de obtención de almidón de un alimento (papa, camote, etc.),
utilizando el método físico y parámetros.
2.- Obtener los rendimientos en el proceso de obtención de almidón de papa y compararlos
entre sí.
3.- Comparar propiedades de almidones de diferentes fuentes
Introducción
En la antigüedad, la madre naturaleza era la única y exclusiva fuente de materiales con que el
hombre contaba para la realización de sus herramientas, útiles y objetos de uso cotidiano. Las
propiedades que ofrecían las piedras, las maderas o los metales no satisfacían todas las
demandas existentes así que, el hombre en su innato afán de investigación y búsqueda
comenzó a buscar sustancias que suplieran estas carencias; se empezaron a utilizar los
polímeros naturales: el asta natural, la goma laca, cuero y la gutapercha son los precursores
de los polímeros actuales.
Los polímeros naturales, como caucho, celulosa y fibrilares como lanas, seda, yute, entre
otros, constituyen el punto de partida de la historia de los materiales plásticos y fueron
exhaustivamente estudiados en la primera mitad del siglo pasado. Posteriormente, con la
aparición de los polímeros sintéticos, producto del desarrollo de la petroquímica, y las
proyecciones tecnológicas que estos ofrecían, se redujo su estudio y aplicación a campos
específicos. En los últimos años, debido a la nueva tendencia conservacionista y ecologista
del medio ambiente, se ha elaborado una legislación que llevó a considerar dichos materiales,
como recursos renovables y de fácil reciclado.
Otros polímeros naturales tales como las proteínas, las enzimas, los almidones tienen
importancia en los procesos bioquímicos y fisiológicos de plantas y animales. También
existen polímeros naturales de gran significación comercial como las fibras de celulosa (se
encuentra en la madera y en los tallos de muchas plantas) usadas para obtener el algodón y
hacer telas y papel.
La seda es otro polímero natural muy apreciado, es una poliamida semejante al nylon. El hule
de los árboles de hevea y de los arbustos de Guayule, son también polímeros naturales
importantes.
Algunos ejemplos de estos compuestos naturales que fueron utilizados mucho por el hombre
son:
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Dra Adelaida Ávila Página 23
ASTA NATURAL
Asta es el cuerno, guampa o aspa de los
animales vacunos. Se tiene conocimiento de
que los egipcios en el año 2000 a. C, en la
época de los faraones, además de usar
resinas naturales para embalsamar a sus
muertos también usaban el asta natural
calentándolo para moldear figuras y
recipientes.
El asta natural del mismo modo tuvo sus aplicaciones en Europa durante el Medioevo. Los
trabajadores del cuerno (asteros) realizaban objetos cotidianos con este material, como
cucharas, peines o faroles. Ablandaban este material sumergiéndolo en baños de agua
hirviendo o en soluciones alcalinas. La extracción de la masa de tejido y la limpieza de la
membrana viscosa del interior del cuerno eran tareas sucias que estaban asociadas con los
fuertes malos olores de los cuernos hervidos. Las principales aplicaciones del asta natural
eran botones y faroles.
Entre los elementos que se pueden realizar con asta se encuentra el chifle que los gauchos
usaban cuando realizaban viajes largos, y que llenaban de ginebra o grapa.
Las propiedades que hacen que este material sea interesante es que no se corroe, es flexible,
no se oxida, se doblaba sin romperse.
GOMA LACA
Sustancia orgánica que se obtiene a partir del
residuo o secreción resinosa de un pequeño insecto
rojo llamado gusano de la laca, Lacciferlacca o
Kerrialacca que habita en lugares del sudeste
asiático como Indonesia o Sri Lanka. El gusano de
laca se alimenta de la savia que extrae de la planta
invadida y exuda un líquido espeso que se seca
lentamente.
A medida que crece el depósito del líquido
endurecido, el insecto queda inmovilizado. Dentro de este depósito pone cientos de huevos y
finalmente muere. Cuando se rompen los huevos, las larvas se abren paso por la cubierta para
salir y repetir el ciclo.
Las dos mejores variedades en el mercado son la goma laca de color
naranja (foto), que viene en forma de escamas finas y traslúcidas y la
goma laca blanca. Ambas, tanto la blanca como la de color naranja son
solubles en alcohol.
Disco de fonógrafo fabricado con goma laca
http://es.wikipedia.org/wiki/Goma_lacahttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Kerria_lacca&action=edit&redlink=1
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Además de servir de recubrimiento protector para muebles y suelos, la.Goma laca sólida es
moldeable. Con calor y presión, este material puede fluir por los intersticios de moldes con
complicados detalles.
Desde 1870 hasta 1930 mantuvieron una importante posición en la industria polimérica. Es la
base de la industria del disco de gramófono de 78 rpm. Entre sus usos se incluyen artículos
diversos tales como marcos para fotos, espejos, peines, joyas, placas o prótesis dentales.
GUTAPERCHA
Es un tipo de goma parecida al caucho, translúcida, sólida y flexible, fabricada a base de la
resina que exuda el árbol Isonandra Guta del género Palaquium, originario del archipiélago
malayo. Su nombre deriva de dos palabras
malayas, “getah” que significa goma y
“pertja” que es el nombre del árbol.
Se ablanda con agua caliente y se moldea
por presión manual y posteriormente a
temperatura ambiente se solidifica. Aunque
se abolla, no se rompe fácilmente. Cuando
se calienta, se torna moldeable a una
temperatura aproximada de 50 °C y se puede
estirar en tiras largas que no rebotan como el
caucho.
Es inerte y resistente al vulcanizado. Su
resistencia ante el ataque de productos
químicos la convirtió en un excelente aislante para cables y conductores eléctricos. También
se utiliza para la obturación de los conductos radiculares de los dientes en endodoncia.
La gutapercha es un polímero del isopreno. Pero a diferencia del caucho (isómero Cis), la
gutapercha es un isómero trans, que hace a esta última mucho menos elástica.
CAUCHO NATURAL
En estado natural, el caucho o goma es el
látex desecado de diversas plantas
tropicales que suministran por incisión
en su corteza un líquido elástico, siendo
el de mayor calidad el llamado "caucho".
Por los cortes realizados se obtiene un
líquido lechoso que contiene el caucho
en suspensión y dividido en pequeñas
gotitas de aspecto emulsionado. Como la secreción es relativamente abundante, la misma se
recoge en recipientes especiales en forma de pequeños baldes que se cuelgan al término de
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las incisiones. Luego el jugo recolectado es sometido a un tratamiento para solidificarlo por
evaporación o coagulación.
Una de estas plantas es el árbol de la especie Hevea Brasiliensis, de la familia de las
Euforbiáceas, originario del Amazonas.
Otra planta productora de caucho es el árbol del hule, Castilloa elástica, originario de México
(de ahí el nombre de hule), muy utilizado desde la época prehispánica para la fabricación de
pelotas, instrumento primordial del juego de pelota, deporte religioso y simbólico que
practicaban los antiguos mayas. Indonesia, Malaysia, Tailandia, China y la India producen
actualmente alrededor del 90% del caucho natural.
El caucho es el cuerpo sólido que tiene mayor coeficiente de dilatación conocido y que
aumenta considerablemente, con la vulcanización. Un corte reciente de caucho crudo, o sea
sin vulcanizar, se puede volver a unir soldándose entre sí con sólo presionar uno contra otro.
Una vez vulcanizado pierde esta propiedad, pero adquiere una mayor elasticidad, pudiendo
alargarse hasta seis veces su longitud primitiva. El alargamiento del caucho vulcanizado es
acompañado de una elevación de temperatura y en cambio se produce un enfriamiento
cuando retorna a su estado normal.
El caucho natural es un polímero elástico y semisólido, que posee la siguiente estructura:
VULCANIZACIÓN
Es un proceso mediante el cual se calienta el caucho crudo en presencia de azufre, con el fin
de volverlo más duro y resistente al frío. Durante la vulcanización, los polímeros lineales
paralelos cercanos constituyen puentes de entrecruzamiento entre sí. El resultado final es que
las moléculas elásticas de caucho quedan unidas entre sí a una mayor o menor extensión. Esto
forma un caucho más estable, duro, con mayor durabilidad, más resistente al ataque químico
y sin perder la elasticidad natural. También transforma la superficie pegajosa del material en
una superficie suave que no se adhiere al metal o a los sustratos plásticos.
La vulcanización es un proceso de cura irreversible y debe ser fuertemente contrastado con
los procesos termoplásticos que caracterizan el comportamiento de la vasta mayoría de los
polímeros modernos.
Este proceso irreversible define a los cauchos curados como materiales termorrígidos (no se
funden con el calor) y los saca de la categoría de los termoplásticos (como el polietileno y el
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polipropileno). Usualmente el entrecruzamiento químico es realizado con azufre, pero existen
otras tecnologías como los sistemas basados en peróxidos. Se suelen usar combinadamente
con agentes aceleradores y retardadores
PROTEÍNAS
Otros polímeros naturales de destacada importancia son las proteínas, cuyo monómero son
los aminoácidos. La lana y la seda son dos de las miles de proteínas que existen en la
naturaleza, éstas son utilizadas como fibras y telas.
CELULOSA
Es un biopolímero compuesto exclusivamente de moléculas de β-glucosa (desde cientos hasta
varios miles de unidades), es pues un homopolisacárido. Es la biomolécula orgánica más
abundante ya que forma la mayor parte de la biomasa terrestre.
Almidón Celulosa
Tiene una estructura lineal o fibrosa, en la que se establecen múltiples puentes de hidrógeno
entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa, haciéndolas
http://es.wikipedia.org/wiki/Polisac%C3%A1rido
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impenetrables al agua, lo que hace que sea insoluble en agua, originando fibras compactas
que constituyen la pared celular de las células vegetales.
La celulosa, es altamente cristalina y prácticamente no se disuelve en nada. Es una fibra
vegetal que al ser observada en el microscopio es similar a un cabello humano, cuya longitud
y espesor varía según el tipo de árbol o planta. Las fibras de algodón, por ejemplo, tienen una
longitud de 20 - 25 mm., las de pino 2 - 3 mm. y las de eucalipto 0,6 - 0,8 mm. De igual
manera, el contenido de celulosa varía según el tipo de árbol o planta que se considere.
ALMIDÓN
El almidón es un polisacárido de reserva alimenticia predominante en las plantas, constituido
por amilosa y amilopectina cuyos gránulos consisten en estructuras macromoleculares
ordenadas en capas y cuyas características en cuanto a composición, cantidad y forma varían
de acuerdo con el tipo de fuente de la que provenga. Se disuelve fácilmente en agua, y está
formado por unidades de -glucosa.
Los gránulos de almidón están
compuestos por capas externas de
amilopectina y capas internas de
amilosa, cuya proporción es variable
dependiendo de la fuente del
almidón. Su composición química es
la de un polisacárido formado
únicamente por unidades
glucosídicas (moléculas de glucosa)
que se repiten. Las figuras 1 y 2
ilustran la estructura de la amilosa y
la amilopectina.
La amilosa es un polímero lineal de
unidades de glucosa unidas por
enlaces α (1-4), en el cual algunos
enlaces α (1-6) pueden estar
presentes. Esta molécula no es soluble en agua, pero puede formar micelas hidratadas por su
capacidad para enlazar moléculas vecinas por puentes de hidrógeno y generar una estructura
helicoidal que es capaz de desarrollar un color azul por la formación de un complejo con el
yodo. Mientras que la amilopectina es un polímero ramificado de unidades de glucosa unidas
en un 94-96% por enlaces α (1-4) y en un 4 - 6% con uniones α (1-6). Dichas ramificaciones
se localizan aproximadamente a cada 15-25 unidades de glucosa. La amilopectina es
parcialmente soluble en agua caliente y en presencia de yodo produce un color rojizo violeta
PROPIEDADES DEL ALMIDÓN Existen varias propiedades que posee el almidón y que determinan la forma en que debe
tratarse, según el uso para el que se le requiera.
http://es.wikipedia.org/wiki/Amilosahttp://es.wikipedia.org/wiki/Amilopectina
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GELATINIZACIÓN
Se define como la pérdida de la semicristalinidad de los gránulos de almidón en presencia de
calor y altas cantidades de agua, con muy poca o ninguna ocurrencia de despolimerización.
La gelatinización ocurre en un rango estrecho de temperaturas que varía dependiendo de la
fuente del almidón. El almidón de papa gelatiniza en agua a temperaturas entre los 60 y 65
°C, lo que consiste en un hinchamiento de las moléculas de almidón debido a que el agua
penetra en su estructura molecular.
La movilidad térmica de las moléculas y la disolución debida al hinchamiento generan una
disminución de la cristalinidad por el desenrollado de las dobles hélices, hasta que la
estructura granular se fragmenta casi por completo. La viscosidad de esta mezcla depende de
la concentración y de la absorción de agua por parte del almidón. Cuando ocurre la
gelatinización, los gránulos hinchados del almidón ocupan los espacios vacíos. La viscosidad
aumenta con la temperatura hasta la fragmentación de los gránulos, que se desintegran y se
disuelven generando un decrecimiento en la viscosidad.
Pero en condiciones de alta concentración de almidón, como suele suceder cuando se
pretende obtener un almidón termoplástico, el comportamiento es diferente. Mientras más
rigidez haya, se da una mayor resistencia debido al choque entre los gránulos hinchados, lo
que genera una alta viscosidad.
En estas condiciones, cuanto más calor se adiciona, el agua retenida desintegra la estructura
ordenada de los gránulos, y la amilosa comienza a difundirse formando un gel que finalmente
soporta los gránulos compuestos ante todo por amilopectina.
RETROGRADACIÓN
Posterior a la gelatinización, en el momento en que deja de introducirse calor y comienza la
etapa de enfriamiento, la viscosidad crece de nuevo y se presenta el fenómeno denominado
retrogradación.
La retrogradación se define como un incremento espontáneo del estado del orden, es decir,
una reorganización de los puentes de hidrógeno y reorientación de las cadenas moleculares.
Paralelamente se genera un decrecimiento de la solubilidad en el agua fría y un incremento de
la turbiedad.
TRANSICIÓN VÍTREA
La transición vítrea de un material polimérico se refiere al cambio inducido por el calor sobre
las características de un polímero, el cual con el incremento de la temperatura pasa de sólido
frágil y quebradizo a flexible.
La temperatura a la cual ocurre este fenómeno se conoce como temperatura de transición
vítrea, que tiene influencia sobre varias propiedades del polímero, entre las cuales se
encuentran la rigidez en las cadenas, entrecruzamiento de cadenas, presencia de cristales,
incremento de las secciones amorfas, entre otras.
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DESESTRUCTURACIÓN
La desestructuración del almidón nativo consiste en la transformación de los gránulos de
almidón cristalino en una matriz homogénea de polímero amorfo, acompañada por un
rompimiento de los puentes de hidrógeno entre las moléculas de almidón, de un lado, y la
despolimerización parcial de las moléculas, del otro.
El proceso de desestructuración puede generarse por la aplicación de energía al almidón. Los
factores químicos y físicos involucrados son temperatura, esfuerzo cortante, como el que
genera una máquina tradicional para trabajar plásticos como las extrusoras e inyectoras, tasa
de esfuerzo, tiempo de residencia, contenido de agua y cantidad de energía aplicada.
OBTENCIÓN DE POLÍMEROS A PARTIR DE PAPAS Para hacer posible la fabricación de un polímero a partir de almidón de papa, es necesario
aportar diferentes reactivos a la mezcla y garantizar ciertas condiciones que permitan su
obtención. Los polímeros biodegradables requieren componentes que aporten características
de humectación, plasticidad, lubricación, extensión y resistencia, entre otros
En general, el agua se recomienda como el mejor plastificante, aunque no debe encontrarse
en proporciones muy altas con relación al almidón, debido a que para extraerla de la mezcla,
una vez ésta se encuentre lista, es necesario elevar la temperatura a la de ebullición del agua,
lo que puede degradar la estructura del almidón.
El almidón puede usarse como base para la
elaboración de polímeros semisintéticos, de
múltiples aplicaciones, por adición de
moléculas como urea o glicerol que se
intercalan en las cadenas de amilosa y/o
amilopectina modificando las propiedades
mecánicas del polímero natural.
Al igual que el agua, la glicerina es un
plastificante y además brinda humectación
al polímero. El alcohol polivinílico (PVA)
es recomendado también como
plastificante. La cantidad de plastificantes
dentro de la mezcla no debe exceder el 20 % del peso total.
En cuanto a los lubricantes, se recomiendan los aceites naturales como el de linaza o el de
soya, los cuales otorgan manejabilidad a la mezcla y evitan que se adhiera a los moldes de los
equipos donde se trabaje. Estas grasas vegetales pueden estar en una proporción entre 0,5 % a
1,5 %.
Ciertas sales inorgánicas como el NaCl y ácidos inorgánicos como el bórico o el metabórico
mejoran propiedades del polímero como la transparencia, el módulo de Young y la resistencia
al esfuerzo cortante.
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Parte experimental
Reactivos Materiales
Papas Vaso de precipitado 150 mL
Glicerol, procesador de alimentos
HCl 0,1M, colador de tela metálica
NaOH 0,1M, pipeta pasteur
Colorante pipeta graduada
centrifuga
Rallador de cocina
Procedimiento
A. Obtención del almidón de papa
1.- Pelar una papa de mediana, rallar con un rallador de cocina.
2.- Colocar la papa rallada en un vaso de precipitado. Con ayuda de un procesador de
alimentos moler la ralladura. Añadir 100 mL de agua hasta formar una pasta lo más
homogénea posible. Dejar descansar 20 minutos. Debe quedar toda la papa sumergida en el
agua
3.- Filtrar la mezcla con un colador de alambre sobre un vaso de precipitado. Realizar dos
veces la operación sobre la muestra de papa para aumentar la eficiencia en la obtención del
almidón.
4.- Dejar reposar la mezcla hasta que se forme en el vaso de precipitado un depósito como
una pasta. Se decanta para eliminar la mayor parte del líquido sobrenadante evitando que se
remueva el depósito.
5.- Con la ayuda de una pipeta Pasteur, se elimina el agua que no se pudo quitar por
decantación. De ser necesario se centrifuga la muestra para eliminar restos de agua. Dividir lo
obtenido en tres partes.
B. Obtención de un polímero quebradizo
1.- A una muestra de almidón obtenido
según el procedimiento anterior, se le
añaden 10 mL de agua y 3 mL de HCl
0,1 M. La mezcla se calienta suavemente
durante 15 minutos a 35ºC.
2.- Se añade gota a gota una solución de
NaOH 0,1 M hasta neutralidad,
comprobando el resultado con un trozo
de papel indicador. Se obtiene un líquido
viscoso al que se le añade dos gotas de
colorante. Se mezcla con ayuda de una
varilla de vidrio hasta formar una pasta homogénea.
3.- Se extiende sobre una caja de Petri hasta formar una película y se introduce en una estufa
a 80 ºC durante 1,5 horas aproximadamente.
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C. Obtención de un polímero flexible.
Se sigue un procedimiento análogo al caso anterior adicionando 2 mL de glicerol como
agente plastificante. Una vez obtenidos se comparan ambos materiales.
D. Densidad
Los rangos de densidad entre los polímeros son bajos, debido a que los átomos que los
componen son livianos (C, H, O, N por lo general) y a que las distancias medias entre los
átomos del polímero son relativamente grandes.
La densidad de los polímeros se mide pesando las muestras para analizar y utilizando una
probeta llena de agua para determinar el volumen de líquido desplazado por cada muestra.
1.- Colocar 20 mL de agua en una probeta de 25 mL
2.- Pesar 1,0 gramo de almidón comercial. Volcar en la probeta.
3.- Medir el volumen de agua desplazada.
4.- Determinar la densidad del almidón. Comparar el valor obtenido con valores tabulados.
E. Absorción de agua
1.- Preparar 40 mL de una suspensión de almidón al 1% m/v, en agua destilada a 30 °C.
Dividir en dos la solución.
2.- Calentar hasta alcanzar 60 y 80°C. Mantener a esas temperaturas durante 30 minutos con
agitación.
3.- Dejar enfriar a temperatura ambiente y centrifugar cada muestra, durante 15 minutos.
4.- Pesar el gel resultante.
La capacidad de absorción de agua para cada temperatura se calcula como la masa (g) del gel
por gramo de muestra seca.
F. Temperatura de gelificación
1.- Coloque 2 g de almidón comercial en 50 mL de agua en un vaso de precipitado. Mezcle y
observe si se disuelve el almidón. Deje reposar y observe si se producen cambios en la
solución.
2. Calentar a baño María lentamente. Agite continuamente con una cuchara o espátula y
registre la temperatura del agua. Para lograr un calentamiento lento y a la vez reducir el error
en la medición de la temperatura del agua emplee abundante cantidad de agua en el baño.
3. Mida la temperatura de la solución cada 5 min.
4. ¿A qué temperatura comienza la gelificación? ¿Qué cambios observa?
5. Realizar el mismo procedimiento con la tercera parte del almidón de papa
H. Elaboración de las películas
1.- Calentar la mezcla anterior hasta 95°C y mantener por 10 min. con
agitación.
2.- Verter la mitad de la suspensión gelatinizada inmediatamente sobre
caja de Petri de plástico
3.- Secar las películas en una estufa a 65 °C durante 2 horas
transcurrido este tiempo, desprenderlas de las placas.
4.- Dejar enfriar un poco la otra mitad de la suspensión gelatinizada, y
agregar 2 mL de glicerol, agitar. Preparar películas de la mezcla y
proceder como antes
5. Hacer lo anterior con el almidón de papa
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I. Solubilidad de las películas en agua
1. Cortar 2 piezas (2×3 cm) de cada película. Pesarlas
2.- Colocaren vasos de precipitados con 80 mL de agua desionizada.
3.- Agitar constantemente durante 1 hora a 25ºC
4.- Sacar y secar las películas en estufa a 60 °C hasta peso constante.
5.- Determinar el porcentaje de la materia total soluble:
Cuando se calienta una suspensión acuosa de almidón, los gránulos se hinchan por una
absorción progresiva e irreversible de agua aumentando su tamaño. La determinación de
estos índices se mide aprovechando la capacidad de absorción del agua del gránulo de
almidón y la exudación de fracciones de almidón a medida que se incrementa la temperatura
de las suspensiones de almidón.
CUESTIONARIO
1.- Calcular el rendimiento porcentual de obtención de almidón de papas para cada método
2.-Comparar los granos de ambos métodos, que diferencian presentan
3.- ¿Qué cambios observa al agregar el glicerol?
4.- ¿Hay diferencias en los valores de densidad calculados comparados con los valores
tabulados?
5.- ¿A qué temperatura es mayor la absorción de agua? ¿Por qué?
6.- ¿Por qué se produce la gelificación a partir de una dada temperatura? ¿Qué valores
obtiene para cada almidón? ¿La gelificación es un proceso reversible?
7.- ¿Qué diferencias presentan las películas con glicerol? ¿Por qué?
8.- Indicar los valores de solubilidad hallados. ¿Cuánto varía el peso de las películas?
9.- Resultados experimentales obtenidos de las variaciones de peso registradas y propiedades
mecánicas observadas.
10.- Investigación sobre aplicaciones del uso de almidón en la industria argentina.
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QUÍMICA DE POLÍMEROS TRABAJO PRÁCTICO DE LABORATORIO Nº 3
INFORME de: SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE UN POLÍMERO
BIODEGRADABLE A PARTIR DE ALMIDÓN DE PAPA
APELLIDO Y NOMBRE: .......................................................... RESULTADO.......................
FECHA ....../....../.....
1.- Características del almidón obtenido comparado con el comercial ___________________
__________________________________________________________________________
2.- ¿Qué diferencias presentan los films con glicerol? _______________________________
__________________________________________________________________________
3.- Determinar la densidad del almidón __________________________________________
4.- Comparar el valor obtenido con valores tabulados _______________________________
5.- En la experiencia de absorción de agua, masa del gel resultante._____________________
6.- Determinar la capacidad de absorción de agua para cada temperatura
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
7.- ¿A qué temperatura es mayor la absorción de agua? Justifique ______________________
___________________________________________________________________________
8.- ¿A qué temperatura comienza la gelificación? ¿Qué cambios observa? _______________
___________________________________________________________________________
9.- Determinación del porcentaje de solubilidad en los films. Realizar los cálculos
10.- ¿Cuánto varía el peso de las películas? _______________________________________
11.- Encuentra alguna diferencia en los films a los que se les agregó glicerol _____________
___________________________________________________________________________
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CÁTEDRA: QUÍMICA DE POLÍMEROS TRABAJO PRÁCTICO DE
LABORATORIO Nº 4
TEMA: SÍNTESIS DE RESINAS
Parte A: Síntesis de una resina a partir de la condensación entre la urea y el formaldehído.
Parte B: Síntesis de la resina resorcinol - formaldehído
Objetivo
1.- Practicar la síntesis de resinas.
2.- Investigar sus propiedades.
3.- Observar y comparar las propiedades de diferentes resinas.
Introducción
La baquelita fue la primera sustancia plástica totalmente sintética, nombrada así en honor a
su creador, el belga Leo Baekeland. La baquelita, sintetizada a partir de fenol y formaldehído
entró en la industria en 1907. Se trata de un termoplástico que aún tiene aplicaciones de
interés. Este producto puede moldearse a medida que se forma y resulta duro al solidificar.
No conduce la electricidad, es resistente al agua y los solventes, pero fácilmente mecanizable.
Su permisividad dieléctrica relativa es 0,65. El alto grado de entrecruzamiento de la
estructura molecular de la baquelita le da la propiedad de ser un plástico termoestable. Su
amplio espectro de uso la hizo aplicable para carcasas de teléfonos, radios y estructuras de
carburadores.
En 1910 Baekeland fundó la General Bakelite Company y en 1912 ya se usaban las resinas de
fenol - formaldehído para aislamientos eléctricos. En 1920 43 ramas de la industria se
beneficiaban directamente de la baquelita, era muy apreciada, los más famosos diseñadores
de Estados Unidos la utilizaban y llegó a ser el componente importante del “Art-Decó” con
una gran variedad de formas, no siempre funcionales. En 1927 expiraron las patentes de
Baekeland del proceso de fabricación de la baquelita.
Para el final de los años 30 muchos otros plásticos entraron en competencia con la baquelita;
éstos tenían la gran ventaja de que podían colorearse fácilmente en cualquier color deseado, a
diferencia de la baquelita, que solo podía prepararse en colores oscuros. En 1939 Baekeland
vendió la Bakelite Corporation a la UnionCarbide.
Desde 1950 la glamorosa vida cotidiana de la baquelita se fue desvaneciendo, opacada por
los llamativos colores de otros plásticos, sin embargo, aun hoy la baquelita y otras resinas
relacionadas son importantes como aislantes, asas de cacerolas, etc.
La Baquelita ha sido empleada por mucho tiempo por su gran resistencia al calor, la
estabilidad de sus dimensiones, su resistencia al frío y dureza.
Las resinas fenol - formaldehído se pueden preparar mediante polimerización por pasos, se
emplean dos métodos.
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En el primero se usa un catalizador alcalino y exceso de formaldehído, obteniéndose una
estructura con enlaces cruzados en un solo paso (resina de “una etapa”).
Este tipo de resinas son termofijas, o sea que una vez moldeadas no pueden fundirse
nuevamente. Se utilizan para unir astillas de madera en paneles de madera aglomerada.
Estructura Tridimensional de la baquelita
Los metilolfenoles se condensan para dar polímeros de bajo peso molecular lineales que se
llaman resoles. Por calentamiento posterior, los grupos carbinol libres se condensan para dar
un polímero con enlaces cruzados.
En el segundo método se emplea un catalizador ácido y exceso de fenol para dar una resina
termoplástica lineal que puede guardarse o venderse de esta manera. Los polímeros lineales
se llaman novolacs, y a diferencia de los resoles, no tienen grupos carbinol libres, por lo cual
no se forman enlaces cruzados. El tratamiento con más formaldehído y álcali produce la
formación de grupos carbinol libres y en este momento se producen los enlaces cruzados.
RESINA ÚREA - FORMALDEHÍDO
La urea formaldehido es una resina sintética clasificada en el grupo de los termoestables
(también conocidos como termofraguantes, no sufren deformaciones en presencia del calor)
debido a que tiene en sus moléculas una gran cantidad de enlaces cruzados que le brindan
mayor estabilidad. La reacción involucra la condensación entre el nitrógeno nucleofílico de la
urea y el carbonilo electrófilo del formaldehido en presencia de ácido sulfúrico,
produciéndose una reacción fuertemente exotérmica que produce un sólido blanco (polímero
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urea - formaldehído). Este proceso produce un polímero ramificado. Los productos obtenidos
de esta reacción son líquidos.
Las resinas urea - formaldehído se usan principalmente como adhesivos para hacer madera
aglomerada que se utiliza en estanterías y muebles. También se usan para la fabricación de
colas, productos para el tratamiento de la madera, papel de revestimiento, tableros prensados,
puertas, etc.
RESINA RESOLCINOL-FORMALDEHÍDO
La reacción entre resorcinol (m - dihidroxibenceno) (I) y formaldehído (II), catalizada por
bases, conduce en una primera etapa a la formación de 4-(hidroximetil) resorcinol (III). Estos
últimos se condensan en la siguiente etapa para originar polifenoles (IV) de bajo peso
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PARTE A: SÍNTESIS DE LA RESINA UREA - FORMALDEHIDO
PARTE B: SÍNTESIS DE LA RESINA
RESORCINOL FORMALDEHIDO
molecular, cuyos anillos están unidos por grupos metilenos. Si estos productos IV siguen
reaccionando producen, en última instancia, polímeros con alto grado de entrecruzamiento.
Parte Experimental
Materiales Reactivos
Tubo de ensayo H2SO4 concentrado
Baño María Formaldehído al 40%
Pipeta Úrea
Procedimiento:
1.- Colocar 2 g de urea en un tubo de ensayo y calentar con cuidado a fuego directo
2.- Colocar en un tubo de ensayo aprox 4 mL de solución de urea y añadir a continuación 15
mL de formaldehído al 40%. Homogeneizar la mezcla y a