Técnico

Especialistas:

Química - 5º Curso. (2º Curso).

Proyecto Final.

PVC - Análisis.

Plásticos.

Instituto Politécnico de Formación Profesional: Jesús Obrero.

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INDICE:

Fundamento Teórico:

Teoría sobre plásticos.

Teoría sobre el PVC.

Observaciones de la primera parte.

Fundamento práctico:

Descripción de las técnicas instrumentales.

Técnica utilizada y explicación de la práctica.

Análisis elemental.

Observaciones de la sengunda parte.

Bibliografía.

Tratamiento informático.

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1- Fundamento teórico:

Teoría sobre los plásticos:

Los polímeros, son estructuras moleculares integradas, al menos, por cien formas simples.

Monómero es la molécula simple que dá origen a la forma que se repite dentro de la estructura gigante del polímero.

Son propiedades interesantes de los polímeros: su resistencia mecánica, la elasticidad, plasticidad y capacidad de formar fibras, su elevado coeficiente dieléctrico y su gran inercia frente a los ácidos y álcalis.

Celulosa:

Es un polisacárido, que forma parte del tejido de sostén de los vegetales.

Almidón:

Es el polisacárido de reserva de la mayoría de los vegetales.

Proteínas:

Son cadenas de polipéptidos que se forman a expensas de aminoácidos, tras sucesivas condensaciones.

Caucho:

Es una macromolécula, que proporciona el látex.

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- Polímeros sintéticos:

Los plásticos sintéticos o resinas artificiales son macromoléculas preparadas por procesos de adición, copolimerización y condensación.

• Polímeros termoplásticos:

Son macromoléculas de estructura lineal.

• Polímeros termoestables:

Son plásticos de estructura tridimensional obtenidos por condensación.

• Elastómeros:

Macromoléculas artificiales elásticas.

• Neopreno:

Polímero de adición del cloropreno.

• Caucho buna:

Butadieno- Natrium.

• Fibras artificiales y otros plásticos:

Nailon, teflón, fibras acrílicas y vinílicas.

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Procesos industriales de obtención:

Son muy variados y cada uno requiere su técnica especial.

• Fabricación del polietileno de alta presión:

El etileno de alimentación con una pureza en volumen de más del 99%, es comprimido y mezclado con el gas de recirculación de baja presión; se refrigera y se mezcla con algo de aire y / o peróxidos para iniciar la reacción de polimerización.

Entonces los gases son fuertemente comprimidos en el hipercompresor, que eleva la presión y los envía a un reactor tubular con camisas exteriores para refrigerar.

La reacción de polimerización, que es exotérmica es controlada mediante la temperatura y la presión adecuadas.

El etileno que no ha reaccionado y según sea su procedencia, se une al etileno de alimentación antes o después de la primera compresión, una vez que se ha enfriado y se han separado el aceite y las parafinas.

El polietileno, una vez frío y seco, en forma de gránulos es envasado para su expedición.

• Cloruro de vinilo:

Es el producto base de la fabricación del policloruro de vinilo (PVC), y el 96% de aquél revierte en la fabricación de éste último.

Ecuaciones:

HC=HC+HCL - H2C=CHCL (VCM)

CH2 - CH2+CL2 - CLCHSUB2 - CHSUB2CL

CH2 - CH2+2HCL+1/2º2 - H2O+ CLCH2 - CH2CL

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Cloruro de polivinilo: (PVC):

Se obtiene por polimerización del cloruro de vinilo bajo la acción de la luz o de lo catalizadores peroxídicos.

• ABS:

Unión de los componentes; es empleado como símil de cuero.

• Acetato de polivinilo:

Se obtiene por reacción del ácido acético y el etileno.

Después el monómero se polimeriza, empleándose en la industria de transformación de plásticos, barnices y pinturas.

• Acrilonitrilo:

Se obtiene a partir del óxido de etileno y el ácido cianhídrico.

Su copolimerización con butadieno de caucho sintético.

Por saponificación y esterificación con acoholes se obtienen los ésteres acrílicos.

• Resinas epoxídicas:

Son obtenidas a partir de sustancias que tengan átomos de hidrógeno activos como son los fenoles, aminas, ácidos o alcoholes, con un epóxido.

• Resinas fenólicas:

Polímeros formados por la reacción entre el fenol y aldehídos y posterior polimerización.

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Poliamidas:

Se obtienen por policondensación de diaminas con ácidos dicarboxílicos.

Poliésteres:

Se obtienen por condensación de polialcoholes con ácidos carboxílicos.

Polipropileno:

Se obtiene por polimerización del propileno.

Se emplea para fabricar piezas en el sector técnico y para fabricar maletas.

Poliuritanos:

Su fabricación a partir de los isocianatos y alcoholes polifuncionales.

Poliestireno:

Se obtiene por polimerización del estireno.

Se emplea como aislante eléctrico y calorífico.

Politetrafluoretileno: ( Teflón).

Se obtiene por polimerización de un monómero.

Siliconas:

Se fabrican a partir de los clorosilanos.

Elaboración de los plásticos:

• Inyección: La masa se licua en una cámara, de donde sale proyectada a gran presión, por toberas que la depositan en las paredes del molde.

• Este sistema es aplicable a plásticos termoestables.

• Compresión: Es el procedimiento principal de moldeo de los plásticos termoestables.

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• Extrusión: Se efectúa con prensas de hilera en donde una tolva recibe la primera materia, pasa al cilindro de la prensa, donde la masa se comprime y es conducida hacia el final de la prensa; allí se funde y se endurece la sustancia.

• El prisma moldeado sale empujado por el émbolo a través de la hilera, con superficies muy pulimentadas.

Reconocimiento de la naturaleza de los plásticos:

• Un punto de partida lo proporciona la densidad.

• - Prueba de combustión. Se somete el material investigado a la llama y se observa el comportamiento de aquél, el color que toma la llama, el olor procedente de la combustión, etc.

• La comparación con materiales conocidos facilitará el reconocimiento.

• Decisivos son los ensayos de resistencia; se pueden comparar con las tablas existentes.

¿ En dónde encontramos los plásticos?

• En la agricultura: Invernaderos, mangueras de riego, etc.

• En el transporte: coches, aviones, motos, bicicletas, etc.

• En la construcción: Ventanas, tuberías, etc.

• En nuestra casa: zapatos, ropa, juguetes, bolígrafos, nevera, etc.

• En la alimentación: Botellas, bandejas, vasos de yogurt, etc.

• En el deporte: Monopatines, rodeilleras, cascos protectores, etc.

• En la medicina: Jeringuillas, lentillas, dentaduras, prótesis, etc.

. Reacción de esterificación: ácido+alcohol = Ester+ agua

. Reacción de saponificación: éster+agua = ácido+ alcohol

Estas dos reacciones, son de gran trascendencia en los plásticos.

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APLICACIONES DE LOS PLASTICOS:

Techos, fábricas, invernaderos, galerías, garajes, etc.

Fabricación de tuberías.

• Observaciones, de ésta parte:

Los plásticos provienen de: petróleo, gas natural, carbón y la sal común.

Utilización: son: prácticos, ligeros, aislantes, seguros, totales, originales y reciclables.

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• PVC:

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Química PVC

• ¿ Qué es el PVC?

• Producción del PVC.

• Transformación del PVC.

• Eliminación del PVC.

• Reciclaje del PVC.

• Ecobalance del PVC.

• El PVC ante el fuego.

• El PVC en Europa.

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Química PVC

Combinación química de carbono, hidrógeno y cloro.

Sus componentes provienen del petróleo bruto ( 43%) y de la sal ( 57%). Se obtiene por polimerización del cloruro vinílico, fabricación a partir de cloro y etileno.

Material termoplástico, es decir bajo la acción del calor ( 140 a 205ºC) se reblandece, pudiendo moldearse fácilmente; cuando se enfría recupera la consistencia inicial conservando la nueva forma.

Se utiliza mayoritariamente en aplicaciones de larga duración.

Material ligero, resistente, inerte y completamente inocuo, con buen comportamiento al fuego ( no propaga la llama, es autoextinguible), impermeable, aislante ( térmico, eléctrico y acústico), resistente a la intemperie, de elevada transparencia, es fácil de transformar ( extrusión, inyección, calandrado, termoconductor, prensado, recubrimiento y moldeo de pastas), y es totalmente reciclable.

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Química PVC

En este proceso el cloruro de sodio se descompone con ayuda de la corriente eléctrica.

Sistemas de evacuación con filtros y sondas de medición automáticas.

No es posible además la reversibilidad del proceso, es decir, la disolución de las cadenas moleculares del PVC en monómeros.

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Química PVC

El PVC, es un polímero termoplástico.

• Los productos de PVC rígido como perfiles de ventanas o tubos están exentos de plastificantes.

• La presencia de cloro en el PVC, hace que los envases sean lisos y brillantes.

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Química PVC

Producir menos desechos.

El PVC es un material con gran inercia química.

Promover la recogida selectiva.

Desarrollar métodos de eliminación limpios y eficaces.

PVC, con un 9%.

Se puede producir, compuestos tóxicos.

La técnica actual de incineración permite, además, la eliminación de los metales pesados y la recuperación del cloro en forma de sal ( Na CL).

Un Kilogramo de desperdicios de plástico proporciona casi igual energía que un litro de fuel- oil.

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Química PVC

No todos ellos carecen de dificultades técnica por lo que resulta necesario complementarlos con medidas adecuadas en la clasificación previa.

El PVC, es prácticamente, inagotable.

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Química PVC

El PVC es un material difícilmente inflamable con unbuen comportamiento ante el fuego.

El HCl, no es un gas tóxico.

• La estabilidad de los edificios se pone en peligro por el esfuerzo térmico durante el incendio.

• El PVC tiene una posición privilegiada en la construcción.

• El PVC, en Europa, está muy bien considerado.

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2- Observaciones de esta primera parte:

A lo largo, de éstos tres años, hemos realizado, numerosas prácticas como:

3º Inorgánica:

• Análisis de cationes.

• Análisis de aniones.

• Valoraciones.

• Volumetrías de formación de complejos.

• Análisis de aguas.

• Análisi bromatológico = alimentos.

4º Orgánica:

• Seguridad en el laboratorio.

• Coeficiente de reparto- extracción.

• Punto de fusión.

• Humedad de un paquete de galletas.

• Análisis preliminar cualitativo.

• Análisis funcional - solubilidad.

• Volumetría redox.

• Refractometría.

• Proceso industrial de síntesis de la aspirina.

5º Inorgánica, aplicado a técnicas instrumentales:

• Infraestructura del laboratorio.

• Utilización de buretas.

• Problemas básicos.

• Problemas gráficos.

• Kart- Fischer.

• Cromatografía de gases.

• Ultravioleta- Visible o espectrofotometría.

• Polarografía de gases.

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- Ahora, ya estamos a final de curso, y para concluir nuestro trabajo, en éste último trimestre, estamos realizando éste proyecto, que trata sobre plásticos, exactamente el PVC; ya hemos concluído, todo el fundamento teórico, que creemos que ha aportado conocimientos para nuestro futuro;

y aunque ahora tenemos que emprender, algo tan complicado, como el fundamento práctico, creemos que lo lograremos.

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3- Fundamento Práctico:

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En la empresa, Elf- Atochen, nos han dejado, una pastilla de PVC, que vamos a analizar, la pastilla, es la siguiente:

Pastilla de PVC.

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A) Descripción de las técnicas utilizadas:

Una técnica, que podemos utilizar, puede ser Cromatografía de gases:

Fundamento Teórico:

Análisis de todo tipo de productos.

Fundamento práctico:

Se realiza, su análisis, mediante una inyección.

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* La técnica que vamos a utilizar, es: ultravioleta- visible que es lo mismo que espectrofotometría de masas; esta técnica, aplicada al PVC, se emplea: en su producción, en su transformación, en su reciclaje, y en su análisis; del análisis, más adelante, nos vamos a detener; por tanto, ahora, nos dedicaremos, única y exclusivamente, a describir, algunos ejemplos, de su utilización;

• Es muy importante, saber que las materias primas, para la producción del PVC son el petróleo y la sal común.

• El cloruro de sodio, se descompone, con ayuda de la corriente eléctrica.

• Los ataques, que el PVC recibe, tienen su origen, en la química del cloro.

• Los sistemas de evacuación con filtros y sondas de medición automáticas.

• El PVC, es termoplástico, esto quiere decir, que en caliente, se puede moldear, y por tanto, debemos, saber, que debemos emplear los aditivos, para dicho tipo de plástico.

• Una característica de interés, del PVC, es que sus componentes, no son peligrosos, de cara al medio ambiente.

• Para éste, tipo de plastificante más utilizado, son: los Ftalatos.

• Su empleo, es para: botellas, bolsas, en resúmen, todo aquello, que signifique: envasar.

• El PVC, es un material, con una gran inercia química.

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Esta técnica, es una de las técnicas normalizadas, para el análisis del PVC, la cual se emplea, en la determinación del porcentaje de su monómero residual.

Otra Técnica normalizada, para el análisis de PVC, Es:

Espectrofotometría:

Fundamento Teórico:

Se trata de una técnica espectroscópica.

Necesitamos una fuente de radiación: en la que manejamos fuentes electromagnéticas:

Longitud de onda.

Frecuencia.

Calorimetría.

Fundamento Práctico:

Se trata de una técnica, espectroscópica.

La muestra, está en el interior de la cubeta, y se mete en el portacubetas;

En nuestro aparato, tenemos dos portacubetas.

Moder, nos dá la tramitancia.

Tenemos que ver si fluctúa, entre 500 y 400.

Orden límite: afectos de impresión.

Chig sing: señales.

Autoconcentración: Calibración.

Safemem: memoria.

Load: buscar.

Estas dos técnicas citadas, son las más comunes, para nuestro análisis; pero nosotras, en lo sucesivo, nos vamos a referir, a la espectrofotometría o Ultravioleta- Visible.

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Práctica del PVC

Fundamento práctico:

Lo que nosotras, queremos llegar a hacer en realidad, es:

Medir el espectro vibracional, de una muestra, a través de la muestra, del PVC, radiaciones, registrando las longitudes de onda, que han sido absorvidas y en que intensidad.

Por supuesto, a la vez, queremos una información, cualitativa y cuantitativa, de la misma muestra.

• Transmisión de la muestra, frente a la frecuencia o longitud de onda.

Análisis cualitativo:

Identificación de sustancias, en este caso, de PVC, es decir, dónde se encuentra la muestra.

Análisis cuantitativo:

Curva de absorbancia frente a concentración. Ya que cada espectro, contiene unas cuantas muestras, de concentraciones determinadas.

Para este análisis, que nosotras queremos realizar, es obvio, que necesitamos el Ultravioleta- Visible, o el Infrarrojo.

Del Ultravioleta- Visible, ya hemos hablado anteriormente; pero teniendo en cuenta, que sus parámetros de frecuencia, son bajos, para nuestra muestra, ya que la frecuencia del PVC, es aproximadamente 1300 centímetros a la menos uno, debemos hablar, del espectro Infrarrojo:

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Infrarrojo:

Fundamento Teórico:

Va desde 4000 a 650 centímetros elevados a la menos uno.

Es la parte del espectro electromagnético, que se extiende entre el visible y las microondas.

Se mide, en unidades de frecuencia, o de longitud de onda.

La frecuencia, normalmente, se expresa, en número de ondas.

Todas las moléculas, están constituídas por átomos

Unidos entre sí, por enlaces químicos.

Estos átomos, vibran cada uno respecto de otro, actuando los enlaces de modo semejante, a muelles que los conectan entre sí.

Fundamento Práctico:

El aparato del Infrarrojo que vamos a utilizar consta de las siguientes partes:

1.Palanca de encendido.

2.Ventana para muestra.

3.Ventana del haz de comparación.

4.Mando regulador de tramitancia.

5.Rendija.

6.Tiempo de barrido(min).

7.Mando regulador de ganancia.

8.Check.

9.Mando de arranque y parada de barrido.

10-Avance de la red de difracción.

11.Rebobinado de la red de difracción.

12.Escala del barrido.

13.Soporte colocación del regulador.

15.Regleta para medidas (ordenada).

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16.Tecla para bajar el rotulador.

17.Soporte del papel.

18. Piloto de encendido del aparato.

19.Piloto de acuse del barrido.

20.Palanca de sujeción del papel.

21.Ajustar posición del rotulador.

* A continuación, vamos a meter como referencia, una gráfica, de infrarrojo; en la cual, el PVC, se encuentra, a una frecuencia, de aproximadamente 1300 centímetros elevados, a menos uno.

Esta gráfica, vemos que va, desde 800 a 300 centímetros a la mesón uno.

Solvent: film 25 micras.

Remarks: 0,36 CERA E

1,2% MOK

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• Con todo ésto, queremos decir, que hemos llegado a la conclusión de que con el Ultravioleta - Visible, no podemos realizar, dicha práctica, o lo que es lo mismo, no es muy adecuada esta técnica, a la aplicación, del PVC, debido a su elevada frecuencia.

Ahora, pasamos a la preparación de la muestra de PVC, antes de introducirla, en el Infra- Rojo:

• Si la muestra es líquida:

Introducimos la muestra entre dos pastillas de CLNa y luego se prensa.

• Si la muestra es sólida; tenemos 3 métodos; sabemos de entrada, que al ser sílida, es termoplástico.

1B- Con bromuro potásico, hacemos una pastilla; metemos la muestra, en un tipo de mortero, y a continuación dos émbolos; debemos saber, que de producto a analizar, debemos echar, como unos 4 granitos y de bromuro potásico, algo más.

2B- Disolver el PVC en tetrahidrofurano; echar sobre un cristal, secar a temperatura ambiente y meter en la estufa, hasta aproximadamente, 70ºC.

N,N- Dimetil acetamida; aunque es más eficaz, el tetrahidrofurano.

3B- Haciendo un film: ( método que brinda un alto éxito, para su posterior espectro de Infra- rojo;

PVC: Tª: 180ºC; introducimos la muestra, en una prensa que calienta, sin presión, durante 8 minutos y luego, activamos la presión, durante otros 4 o 5 minutos.

Este método, es también, con el fín de conseguir, una pastilla, pero muy fina, tan fina, que parece, una lámina de papel transparente.

• No importa, si es que tenemos, en nuestro laboratorio, ningún método, para realizar, la pastilla, ya que nosotras, tenemos 3 pastillas, aunque 2 de las cuales, las de los rebordes, no son de PVC, puro, ya que contienen otros aditivos; pero la otra, creemos, que sí lo es.

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Vemos, que esta gráfica de Infra- Rojo, ya calibrada, nos sale de longitud de onda: 1560 centímetros elevado a la menos uno.

• Por tanto para el análisis, del PVC después de unas cuantas observaciones hemos sacado en conclusión, que la única técnica que realmente está normalizada, para dicho análisis, es el Infrarrojo, ya que el UltraVioleta- Visible, debido a la frecuencia no lo es; y la cromatografía de gases, únciamente, nos sirve para la determinación de productos residuales, del PVC.

De entrada, tenemos como referencia, que la frecuencia, del PVC, es aproximadamente, de unos 1300 centímetros, elevados a la menos uno.

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Debido, a que en nuestro laboratorio tenemos limitaciones, para ralizar, esta práctica, vamos a intentar:

• Diluir la muestra.

• Una vez diluída analizar mediante Infrarrojo.

• Realizar, su análisis, elemental o lo que es lo mismo, análisis preliminar cualitativo.

Hemos realizado, el análisis mediante Infrarrojo y hemos tenido problemas con la muestra líquida ya que entre otras cosas, vemos que nuestro aparato está muerto.

Por lo tanto, hemos decidido analizar la muestra de forma sólida, con 3 pastillas que tenemos ya preparadas.

El análisis preliminar cualitativo, nos ha salido; éste análisis, consistente en lo siguiente:

1ª) Identificación del carbono: tratar la muestra con CUO, echar agua, para disolverlo:

Al final, nos sale un sólido blanco.

2º) Identificación del hidrógeno:

El mismo montaje anterior, con la muestra; pero poniendo en vez de agua de barita; muy poca cantidad de KMnO4

( el cuál al calentar, se pone, de color rosa).

3º) Identificación del cloro:

Fundir la muestra con sodio: en un tubo de ensayo, pequeño: introducir muy poca cantidad de muestra y un poco de sodio recién cortado y fundido a la llama, la muestra con el sodio y se nos forman, los siguientes compuestos:

-Halógeno con sodio (halogenuros XNa).

-Azufre con sodio (sulfuro de sodio).

-Nitrógeno con sodio ( Cianuro de sodio).

. Se nos tiene que poner, al rojo vivo, en la llama y con unas pinzas, al contra de nosotros.

Al final nos estalla así liberamos los determinados compuestos.

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Prueba del algodón:

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• Observaciones:

Nos ha costado bastante, la realización de este proyecto, pero nos ha parecido interesante, y al final, lo hemos conseguido.

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• Bibliografía:

Apuntes nuestros.

Libro de Física y Química Láser 3.

Apuntes de Elf Atochen.

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Tratamiento Informático:

Word Perfect 5.1.

Windows 3.11.

Harbard- Graffict.