Departamento de Ingeniería de Procesos y Gestión Industrial




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fecha de publicación02.02.2016
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Universidad Nacional de Tucumán


Departamento de Ingeniería de Procesos y Gestión Industrial




TRABAJO PRÁCTICO: POLÍMEROS


Objetivos:

-Caracterizar físicamente algunos polímeros.

-Caracterizar plásticos mediantes soluciones de distinta densidad

-Obtener un polímero.

Introducción

Los polímeros son estructuras complejas formadas por la repetición de una unidad molecular llamada monómero. Existen polímeros naturales y polímeros sintéticos. En muchos casos una molécula de un polímero está compuesta de miles de moléculas de monómeros.
Los monómeros son los pequeños eslabones que se repiten para formar un polímero mediante un proceso llamado polimerización.

Los polímeros se dividen en dos grandes grupos: aquellos naturales, como celulosa, almidones, ADN y proteínas. Por otro lado, existen aquellos sintéticos que fueron fabricados por el hombre y que incluyen todos los derivados de los plásticos.
Polímeros sintéticos e impacto ambiental

Durante la Segunda Guerra Mundial, Japón cortó el suministro de caucho natural proveniente de Malasia e Indonesia a los aliados. La búsqueda de un sustituto dio como origen el caucho sintético y con ello surgió la industria de los polímeros sintéticos y plásticos.
Los plásticos son materiales que se fabrican mediante reacciones de polimerización empleando compuestos que se obtienen a partir del petróleo o gas natural. Son ampliamente empleados, ya sea en forma de películas, fibras o moldeados como recipientes, etc. Al no ser biodegradables, su acumulación constituye un serio problema de contaminación ambiental.

Para estudiar el impacto ambiental asociado que producen, es necesario considerar tres factores:

  • Análisis del ciclo de vida o “ecobalance”

  • Reducción en la fuente

  • Valorización de residuos

El “ecobalance” puede definirse como la suma de los pasos necesarios para construir un producto a partir de su materia prima más básica, teniendo en cuenta la obtención de la misma, el consumo energético asociado, el impacto ambiental que esta produce, etc. Debido a que, a menudo deben hacerse estimaciones de algunos de los factores, este no es un parámetro absolutamente objetivo y puede depender de las condiciones locales.

El proceso de reducción en la fuente puede comprenderse fácilmente a partir de la siguiente frase “los únicos residuos inocuos son los que no se producen”. Sin llegar a esta situación extrema, el desafío que debe enfrentar la industria moderna es generar productos que satisfagan las necesidades de los usuarios y que empleen la mínima cantidad de recursos (materia prima y energía).

Por último la valorización de los residuos consiste en reconocer el valor económico de los mismos y recuperar a los plásticos de los residuos industriales (scrap) o de los residuos sólidos urbanos (R. S. U.), con el fin de reaprovecharlos mediante distintas posibilidades:

  • Recuperación energética

  • Reciclado mecánico

  • Reciclado químico

  • Relleno sanitario

La recuperación energética consiste en emplear los residuos plásticos como combustible para hornos industriales, o para la incineración de residuos domiciliarios. Es interesante mencionar que ciertos tipos de residuos plásticos se emplean como combustible en hornos cementeros. La producción de este importante material de construcción es un proceso que consume gran cantidad de energía (la producción de una tonelada de cemento requiere aproximadamente 700.000 kcal). Sin embargo, los hornos no pueden alimentarse de cualquier tipo de residuo plástico; es necesaria una selección previa.

Se trata de que el relleno sanitario sea el último recurso para desechar un residuo plástico. Los lugares que funcionarán como depósitos de residuos deben cumplir con características tales como ser terrenos arcillosos y zonas no inundables. En ciertos casos es necesario cubrir el terreno con una membrana plástica (geomembrana), para impedir filtraciones. También es necesarios hacer análisis periódicos, tanto químicos como bacteriológicos, de cursos de aguas cercanos al lugar donde se encuentra el relleno sanitario para verificar que no se haya afectado la calidad de las aguas.

Por las características de los rellenos sanitarios, los residuos se encuentran depositados prácticamente en ausencia de O2(g) y de H2O. Como consecuencia, debido a la degradación aeróbica de los residuos resulta ineficiente y la degradación anaeróbica es en general un proceso lento, la biodegradabilidad de los residuos demandará tiempos muy largos. Además, en el caso particular de los plásticos, la mayoría de ellos son compuestos inertes debidos a su estructura química, por lo cual, una vez depositados en el relleno sanitario, se acumularán sin sufrir modificaciones durante períodos aún mayores.

En vista de las distintas posibilidades descriptas, es claro que la clasificación de los plásticos en una etapa previa importante para decidir el destino de los residuos producidos. Por tal motivo, la mayoría de los productos plásticos poseen un código de identificación que facilita dicha selección.

En este práctico se propone por tanto, realizar una clasificación que permita llevar a cabo la separación previa de los distintos plásticos. Debido a que poseen una composición química diferente, también varían sus densidades. En particular, es posible usar la diferencia de densidad de estos polímeros como criterios de caracterización. Para ellos se los pone en contacto con soluciones de densidad conocida y se evalúa el comportamiento de los plásticos en estos líquidos.

Simbología de reciclaje

La simbología del reciclaje es útil para indicar si el producto es reciclable o no, para indicar el tipo de material reciclado que contiene el producto o para indicar un cumplimiento con ciertas normativas reguladoras de reciclaje.

Como se observa en la Figura 1, la simbología Mobious Loop representa que el producto es reciclable, o que contiene material reciclado.



Figura 1. Simbología Mobious Loop

Este símbolo es reconocido internacionalmente y representa un proceso de reciclaje exitoso:

  • recolección del producto

  • remanufacturación de un nuevo producto

  • y finalmente la compra del consumidor

El Mobious Loop con un porcentaje en el centro indica que tanto porcentaje del producto es de material reciclado. Este símbolo se puede encontrar en empaques y cajas de cartón. Hay algunos productos que no llevan este símbolo pero que contienen un porcentaje de material reciclado.

Reciclaje de Plásticos

La gran diversidad de materiales plásticos ha llevado a crear una variada tipología para identificarlos. Las flechas del anillo indican que el material puede reciclarse de alguna forma. Contienen un número y unas letras que señalan el tipo de material.

Con respecto a la simbología Mobious Loop, podemos encontrar los siguientes materiales plásticos:

 1. (PET) Polietilentereftalato Este plástico es muy utilizado en empaques de alimentos (botellas para agua, jugos, cerveza, aceites, aderezos, etc.) debido a que no es costoso, es ligero y es reciclable. Figura 2.

2. (HDPE) Polietileno de alta densidad Este plástico debido a su resistencia química se utiliza para contener productos de limpieza de hogar o químicos industriales por ejemplo botellas de champú, detergente, cloro, etc. También se utiliza para contener leche, jugos, yogurt, agua, bolsas de basura y de supermercados. Usualmente este plástico tiene colores muy llamativos y aparenta ser duro. Figura 2.

3. (V o PVC) Vinílicos También tiene una gran resistencia química y se puede reconocer ya que cuando se aplastan las botellas los dobleces adquieren un color blanquecino. Algunos ejemplos son botellas de detergente, champú, aceites, limpiadores de ventanas, entre otros. Figura 2.



Figura 2. PET, HDPE y PVC

 4. (LDPE) Polietileno de baja densidad Es un plástico fuerte, flexible y transparente. Ejemplos: bolsas de pan, bolsas de comida congelada, algunos muebles, alfombras, entre otros. Figura 3.

5. PP (Polipropileno) Tiene un alto punto de fusión por lo que se utiliza para contener líquidos y alimentos calientes. Ejemplos: pajillas, envases de ketchup, tapas, botellas médicas, algunos contenedores de cocina, entre otros. Figura 3.

6. (PS) Poliestireno Tiene un bajo punto de fusión por lo que es posible que se derrita al estar cerca de calor. Ejemplos: platos de cocina, tazas, cajas de CD, recipientes para comidas, entre otros. Figura 3.

7. Otros Este plástico no suele reciclarse debido a que es una combinación de diferentes plásticos. Por ejemplo: botellas de agua de 3 y 4 galones (1 galón = 3,78541178 litros), materiales a prueba de balas, DVD’s, anteojos, iPods y algunas cajas de computadora, entre otros. Figura 3.



Figura 3. LDPE, PP, PS, OTHER
Obtención del Polímero Resorcina – Formaldehído (R-F)
Las reacciones entre los fenoles (fenoles, cresoles, etc.) y aldehídos, generalmente tiene como fin la obtención de resinas insolubles e infusibles y se puede afirmar que la naturaleza de los compuestos intermedios y de los productos finales, están influidas por diferentes factores:

- Naturaleza y concentración del catalizador.

-Relación de aldehído a fenol.

-Estructura del fenol y del formaldehido.

-Temperatura y tiempo de reacción.

-Presencia y naturaleza de agentes modificantes.

Según sea la naturaleza del catalizador varía el tipo de producto que se obtiene. En nuestro caso resorcina- formaldehído se utiliza catalizador alcalino.
Parte Experimental
A) Para la obtención del polímero R-F, se trabajará según el mecanismo de la Figura 4. En lo experimental, se coloca en una cápsula de porcelana 3 gramos de resorcina. Se agregan 4 cm3 de formol y 4 cm3 de agua. Se calienta hasta ebullición, se retira la cápsula y se agrega 1cm3 de solución de NaOH (1N). Esta reacción es exotérmica por lo cual se debe tomar precauciones para evitar proyecciones (trabajar bajo campana). Se obtiene un polímero anaranjado.



Figura 4. Mecanismo de obtención del polímero R-F

B) Para la clasificación de los plásticos prepare las soluciones que se indican en la Tabla 1:
TABLA 1


Número

Composición

Densidad teórica a 20ºC

1

Etanol / agua 76.8 % v/v

0.87 g/cm3

2

Etanol / agua 56.6 % v/v

0.915 g/cm3

3

Etanol / agua 41.3 % v/v

0.945 g/cm3

4

Agua

1.00 g/cm3

5

NaCl / agua 12% m/m

1.09 g/cm3

6

Sacarosa / agua 54% m/m

1.25 g/cm3

7

Sacarosa / agua 79% m/m

1.41 g/cm3


1-Realice un muestreo de trozos de plásticos identificados con el código correspondiente. Pruebe con envases de yogur, vasos descartables, recipientes, fuentes y envoltorios de diversos productos alimenticios, etc. Incorpore al muestreo plásticos no identificados.

2-Corte las muestras en trozos pequeños.

3-Utilizando una pinza, coloque un trozo de un plástico conocido en cada una de las soluciones. Tape. Observe si el plástico flota o se hunde. Anote todos los resultados. Retire con una pinza, la muestra de las soluciones.

4-Utilice la Tabla 2 para verificar que la densidad del plástico corresponda a la esperada.

5-Repita los puntos 2 a 4 con trozos de otros dos plásticos.

6-Evalue un trozo de plástico desconocido por este método.

7-Asegúrese de retirar los trozos de plástico antes de desechar las soluciones. Al terminar, lave el material con agua.

8-Registre las observaciones y datos.
TABLA 2


Polímero

Densidad (g/cm3)

Solución

Poli – 4 – metil – 1 – penteno (PMP)

Etanol / agua 80.4 % v/v

0.83 g/cm3

PP

Etanol / agua 80.4 % v/v

0.90 a 0.91 g/cm3

LDPE

Etanol / agua 59.0 % v/v

0.92 a 0.94 g/cm3

HDPE

Etanol / agua 43.3 % v/v

0.95 a 0.97 g/cm3

PS

Agua

1.05 a 1.07 g/cm3

Polimetacrilato de metilo

NaCl / agua 12% m/m

1.24 g/cm3

PET

Sacarosa / agua 54% m/m

1.39 g/cm3

Politetrafluoretileno (Teflón)

Sacarosa / agua 79% m/m

2.2 g/cm3


Detección de cloruros. Ensayo a la llama.
En la Tabla 2 no se incluye el PVC. La densidad de este polímero varía con las características de fabricación, en función del uso al que se lo destine.
El ensayo a la llama para detectar la presencia de cobre metálico, presenta coloración verde de la llama. Sin embargo, en presencia de cloruros la misma reacción se produce a temperaturas menores. Por lo tanto si se toca un trozo de PVC con el alambre de Cobre caliente, parte del plástico fundido queda adherido al mismo. Al introducirlo nuevamente a la llama, se notará color verde en tiempo mucho más breve que el anterior.
Para identificar PVC se realiza el siguiente ensayo a la llama:

1- Tome un trozo de alambre de cobre, caliente a la llama una de sus puntas.

2- Toque con el alambre caliente un trozo de PVC. Introduzca nuevamente el alambre en la llama.

3- Observe y describa sus observaciones.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1-Curso Práctico de Química Orgánica. Brewster, R. Q.; Vanderwerf, C. A.; Mc Ewen, W. 1965.

2- Rose, A. en Weissberger. “Techniques of Organic Chemistry”. Vol. 4. 1-174 (Mc Graw-Hill)

3-Experimentación en Química. Práctica 8. Universidad del País Vasco. http://cvb.ehu.es/open_course_ware/castellano/tecnicas/expe_quim/practica8.pdf

4- Rose, A. Ind. Eng. Chem. v33. 594. 1944.

5- Carey, F. A. Química Orgánica. 6ª Edición. Mc Graw Hill. 2003

6- www.quimicaorganica.net

7- Química Orgánica. Morryson & Boyd. 5ª Edición. 1996.

8- Anderson, G. E. A simpler small scale method for the identification of plastics. J. Chem. Educ.; 73 (8), p. 173. 1996.

9- Blumberg, A. Identifying polymers through combustion and density. J. Chem. Educ.; 70 (5), p. 399. 1993.

10- Richardson, W y Teggins, J. Measurement of density. J. Chem. Educ., 65 (11), p. 1013. 1998.

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