Macromoleculas Lady Gomez y Jessica Rivera
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Mezcla de componentes para la formación de plastificantes y espumas
¨macromoléculas¨
Lady Yurani Gómez Delgado (1358014), Jessica A. Rivera Rojas (1358001)
[[email protected], [email protected]]
Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad del Valle, A.A 2536.
Fecha de Realización: 25 de Septiembre de 2014
Fecha de Entrega: 02 de Octubre de 2014
_________________________________________________________________________________________
RESUMEN
Se realizaron cinco procedimientos que conllevan a la formación de macromoléculas, desarrollando
propiedades poliméricas tales como ilación, adhesivos, hinchamiento y absorción. Primeramente se
realizó la síntesis del nylon, mediante el cloruro de sebacoilo y hexandiamina. Se realizó también la
formación de resina urea-formaldehido; un entrecruzamiento polimérico habitual, desarrollado con el
tetraborato de sodio; la prueba de uno de los polímeros más usados, tal como el poliacriato de sodio y
su gran capacidad de absorción de agua y finalmente como último procedimiento se realizó la
espuma de poliuretano, una reacción exotérmica que nos permite visualizar el aumento en el volumen
del reactivo y la formación de una de las espumas más comercializadas en la industria.
Palabras Clave: Entrecruzamiento, polímeros por hinchamiento y disolución, monómeros, absorción,
expansión y condensación.
1. Objetivos
2
General:
Realizar mezclas de polímeros
comunes, tales como el
poliuretano, el polivinilacetato y el
poli acrilato de sodio para formar
monómeros, logrando de esta
manera, la unión de miles de
átomos, formando las
macromoléculas.
Específicos:
Sintetizar polímeros expuestos a
degradación para permitir la
absorción en la molécula y
producir el hinchamiento.
Definir y dar lugar a la producción
de un homopolimero,
entrecruzamiento y termoplástico,
obteniendo masas de plasticidad y
elasticidad.
2. Metodología Experimental
Obtención de Nylon 6,10.
En un vaso de 25 mL se adicionaron 10
mL de cloruro de sebacollo (3% en CCl4),
más 10 mL de hexandiamina (3% en H2O)
y se agitó durante, aproximadamente, 1
minuto esperando resultados.
Resinas
Se realizaron dos procedimientos, con
urea y con fenol. Primeramente con la
urea se tomaron 0, 2 mL de formaldehido
y se adicionaron a un vaso desechable
junto con 0,1 g de urea y adicionalmente
se agregaron 2 gotas de ácido sulfúrico.
Después de agitación constante se
esperó a que produzca lo concerniente.
Y con el fenol se tomaron iguales
cantidades, pero en vez de la urea, se
tomaron 10 g de fenol. De la misma
manera se agitó constantemente.
Entrecruzamiento de un polímero
Se tomaron 5 mL de colbon en un vaso
desechable y se adicionaron 10 mL de
Na2B4O7 (solución al 4%). Seguidamente
se adicionó anilina de color azul y se agitó
constantemente.
Hinchamiento de polímero
Se tomaron 10 mL de agua y se agregó
0,1 g de poliacrilato de sodio. Se agitó la
mezcla constantemente y se dejó reposar
mientras sucedía lo esperado.
Espuma de poliuretano
Con dos componentes de poliuretano se
realizó el procedimiento. Primeramente se
tomó 1,0 mL de polialcohol (poliuretano A)
y se adiciono 1,0 mL de polio cianato
(poliuretano B).
3. Observaciones
Nombre de la prueba
Descripción de lo observado
Obtención Nylon 6,10
Se produjo una interfase entre
3
ambas disoluciones, y con una varilla de vidrio, directamente en la interfase, se inicia el proceso de ilación.
Resina (Urea-formaldehido)
Después de una agitación constante y del cambio esporádico con las gotas del ácido se ve la formación de un sólido blanco rígido.
Entrecruzamiento de un polímero
Se forma un sólido pegajoso y elástico, similar al chicle.
Hinchamiento de un polímero.
Existe un proceso de absorción en cada partícula del poliacriato de sodio, el agua impregna en cada particula, haciendo que se inflen y tomen un tamaño mas grande.
Espuma de poliuretano
Se presentó una reacción exotérmica que con el tiempo hizo que se incrementara el volumen de la mezcla, formando una espuma.
4. Datos
Tabla N° 1. Volúmenes tomados de las
sustancias para los cinco procedimientos
de macromoléculas.
Sustancia
Volumen (mL)
Cloruro de sebacollo (3% en CCl4),
10,0 ± 0,1
hexandiamina (3% en H2O)
10,0 ± 0,1
formaldehido 0,2 ± 0,1
Colbon 5,0 ± 0,1
Na2B4O7 (solución al 4%).
10,0 ± 0,1
Agua 10,0 ± 0,1
polialcohol 1,0 ± 0,1
polio cianato 1,0 ± 0,1
Tabla N° 2. Pesos tomados de las
sustancias para los cinco procedimientos
de macromoléculas.
Sustancia
Peso (g)
Urea 0,10 ± 0,01
Fenol 10,00 ± 0,01
poliacrilato de sodio
0,10 ± 0,01
5. Resultados y discusión.
En el primer procedimiento, en la
obtención de nylon 6-10, se crea una
interfase, lo que se conoce como el
momento exacto de ilación.
Dentro de los materiales poliméricos
están situadas las poliamidas,
caracterizadas por unas buenas
propiedades mecánicas y térmicas, por lo
que su uso comercial está muy extendido.
Las poliamidas formadas por fibras y sus
derivados más inmediatos se conocen
con el nombre de nylons. El interés de las
poliamidas viene determinado por las
propiedades especiales que presentan
debido a la formación de puentes de
hidrógeno entre las cadenas como son su
4
insolubilidad, elevados puntos de fusión y
gran resistencia mecánica. Las
poliamidas son susceptibles de
transformarse en materiales
biodegradables o biocompatibles.
Estos polímeros tienen en común la
presencia del grupo amida -NHCO- en la
cadena. Este grupo rígido planar es capaz
de formar puentes de hidrógeno. Para
nuestro caso, presentamos un tipo de
nylon conocido como nylon 6,10, de este
tipo se puede mencionar que los nylons
n,m: se obtienen por policondensación de
dos monómeros, una diamina y un diácido
(o alguno de sus derivados). La letra n
corresponde al número de átomos de
carbono de la diamina y la letra m al
número de carbonos del diácido. La
unidad estructural es:
-[NH-(CH2)n-NH-CO-(CH2)m.2-CO]x
El proceso de reacción se da por ataque
nucleófilo (con densidad de carga
negativa) del nitrógeno de la amina al
carbono carbonilo del dihaluro, que es
electrófilo (con densidad de carga
positiva). (Ver figura 1).
Figura 1. Reacción de síntesis del nylon
6,10
En este caso, la diamina se disuelve en
agua y el dihaluro en ciclohexano. Como
ambas disoluciones son inmiscibles, la
polimerización se producirá únicamente
en la interfase (zona de contacto) de los
dos líquidos.
El proceso transcurre de forma que primeramente se expulsa el ion cloruro y posteriormente uno de los protones del grupo amina entrante, desprendiéndose así el clorhídrico y formándose el grupo amida característico de las poliamidas.
En el segundo procedimiento, la urea con
el formaldehido, forma una resina
bastante común a escala industrial, que
se cataliza en medio ácido y produce un
tipo de adhesivo.
Es un tipo de resina amínica, bastante
importante a nivel de usos, por sus
grupos funcionales (Ver figura 2).
Figura 2. Formula estructural de la
molécula urea-formaldehido. [2]
La urea y el formaldehido condensan en
condiciones ácidas o básicas dando
metilol y metilol, ureas que se pueden
aislar como productos cristalinos El
calentamiento posterior que se dio da
lugar a la formación de polvos polímeros
insolubles e infusibles.
El desarrollo de la polimerización se basa
en la deshidratación de la imina con lo
5
que se realizaría una polimerización de
tipo vinílico (Ver figura 3).
Figura 3. Representación estructural de
una polimerización de tipo vinílico.
Este tipo de procedimientos para la
creación de resinas fuertes, se emplea
básicamente para lograr polímeros algo
más elevados que los requeridos para
usos prácticos. Es pertinente, afirmar la
teoría de que en la urea existen ambos
grupos funcionales representativos en
este ámbito, los cuales son la amida y la
amina.
En el tercer procedimiento, sucede un
entrecruzamiento con colbon y el
tetraborato de sodio; el colbón actua
como el acetato de polivinilo, es decir un
adhesivo o pegante común, entonces lo
que sucede en esta reacción es que el
tetraborato de sodio se disuelve en agua
dando un ion Na+. Los iones tetraborato
enlazan las largas cadenas de acetato de
polivinilo también mediante enlaces de
hidrógeno aprisionando moléculas de
agua. Estas tienen tendencia a escapar
por simple evaporación, por ende es
indispensable hacer lo realizado en
nuestra práctica, mantenerlo en
protección con un vidrio reloj.
Los entrecruzamientos y los puntos de
ramificación, son uniones reales de
conexión entre dos o más segmentos de
la misma cadena o de diferentes cadenas.
La red tridimensional del polímero es
estabilizada por el agente entrecruzante
el cual puede presentar enlaces
covalentes, cargas complejas, enlaces de
hidrógeno, van der Waals o interacciones
hidrófobas.
Con esto se quiere decir que de la misma
manera, en cada uno de los monómeros
especificados, mediante los compuestos
usados, existe un entrecruzamiento de
polímeros que es lo que permite crear lo
que conocemos como macromoléculas,
de gran utilidad en escala industrial.
Para el cuarto procedimiento, se refleja la
propiedad de absorción que tiene un
polímero muy utilizado, y es el poliacriato
de sodio, de acuerdo a su pureza y las
condiciones en que se presente, este
reactivo es capaz de absorber mas de
doscientas veces su propio peso en agua,
resulta ser bastante absorbente.
El poliacrilato de sodio es un polímero
formado por monómeros. Se observa
como un polvo blanco y sin olor.
Y ya finalizando los procedimientos
macroscópicos, se llega a la mezcla entre
dos compuestos de iguales
características, poliuretano A y
poliuretano B. La unión de polialcohol con
polio cianato da lugar a un poliuretano,
fundamento de gran parte de las
aplicaciones industriales de los
isocianatos (industria del mueble,
farmacéutica, construcción, calzado, etc.).
La espuma de poliuretano se clasifica
como termoestable, siendo una de las
principales características de
carbonización del material cuando se
6
descompone por el calor. Su acción
industrial radica en muchos aspectos, y
por conveniencia, en la práctica se hizo
en cantidad mínima, teniendo en cuenta
los altos costos de estos reactivos.(Ver
imagen 4).
Figura 4. Aspecto visual de la espuma de
poliuretano. [5]
6. Conclusiones
El enfoque químico en las
macromoléculas se encuentra
ampliamente ligado a los reactivos
poliméricos y todas sus
características pertinentes.
Se empleó, en gran medida, el
entrecruzamiento polimérico, ya
que se encuentra presente en
todos los procesos derivados de la
unión de monómeros y de grupos
moleculares, pues su acción de
unificar e incrementar tamaño
permiten lograr causas más
pertinentes en la sociedad.
El poliacriato de sodio es un
polímero bastante reactivo, es
decir que tiene propiedades muy
beneficiosas, acogiendo
necesidades industriales y
permitiendo características
específicas en lo que se quiere
llegar.
7. Referencias
[1] Beyer, Walter; Manual de química
organica; 3 ed. Editorial Reverté S.A.
1.997. Barcelona - España. Pp: 78 y 79.
[2] Imagen de estructura molecular en:
http://cienciaymateriales.blogspot.com/20
13/04/150-amino-resinas-
caracteristicas.html
Revisada el 01 de enero de 2014 Hora:
05:49 p.m.
[3] Durst H. D; Gokel G. W. Química
Orgánica Experimental. 2nd ed. McGraw
Hill, 2002; Barcelona-España; pp: 109,
114.
[4] Yufera P. E. Química orgánica básica
y aplicada. De la molécula a la industria.
1st ed. Reverté S.A; 2002; Barcelona –
España. Pp: 189
[5] Imagen espuma de poliuretano en:
http://www.jnb.es/producto/7/31/0/espuma
-poliuretano
Revisado el 01 de enero de 2014 Hora:
07:28 p.m.
[6] Poliacriato de sodio en:
http://quimica-
explicada.blogspot.com/2010/06/poliacrila
to-de-sodio-nieve-artificial.html
7
Revisado el 02 de enero de 2014. Hora:
03:35 p.m.
[7] Entrecruzamiento polimerico en:
http://www.ehu.es/reviberpol/pdf/ENE03/G
arcia.PDF
Revisado el 03 de enero de 2014. Hora:
08:54 p.m.
[8] Acuña Arias F. Química organica. 1
ed. Editorial Universidad estatal. 2006;
San Jose - Costa Rica. pp: 107 y 108..
