POLIMERIZACION EN MASA
Conde A**Escuela Politcnica Nacional, Facultad de Ingeniera
Qumica y Agroindustria, Quito, Ecuadore-mail:
[email protected]
Resumen
En esta prctica se determin las condiciones ptimas de
concentracin y temperatura para la reaccin de polimerizacin del
metacrilato de metilo con el iniciador perxido de benzoilo, se
obtuvo una lmina de PMMA a partir de un prepolimero. Para la
primera parte de la experimentacin se prepar soluciones de monmero-
iniciador a distinta concentraciones, las cuales se colocaron en
frascos hermticos y se dej reposar en una estufa a 55C durante doce
horas. Al culminar este procedimiento se observ que en los frascos
presentaban una especie de espuma blanca, la cual aumentaba a
medida que incrementaba la concentracin del iniciador, mientras que
al fondo del frasco existi una sustancia transparente. Se entendi
que con pequeas cantidades de iniciador, la reaccin de
polimerizacin tuvo un mejor resultado. Para la obtencin de la lmina
de PMMA se realiz un molde con placas de vidrio, aqu se introdujo
el jarabe, se dej en un bao trmico por tres horas a una temperatura
de 60C, se puso en reposo y luego se desmold. La lmina present
notables caractersticas como transparencia, dureza y rigidez, sin
embargo en los bordes exista partculas de PVC provenientes del
agitador (clip) y pequeas burbujas de aire. Estos inconvenientes se
pueden eliminar al mmomento de realizar un buen sellado en las
lminas de vidrio con la silicona.
Palabras clave: Polimerizacin en masa, poli metil metacrilato,
perxido de benzoilo
Abstract
In this practice was determined the optimum conditions of
concentration and temperature for the polymerization reaction of
methyl methacrylate with benzoyl peroxide initiator, PMMA sheet was
obtained from a prepolymer. For the first part of the experimental
solutions at different concentrations monmer- initiator is
prepared, they were placed in hermetic flasks and left to stand in
an oven at 55 C for twelve hours. Finally this process was observed
that in the flasks had a white foam; it was increased as much the
initiator concentration increases, while at the bottom of the flask
there was a transparent substance. It was understood small amounts
of initiator the polymerization reaction has had a better result.
To obtain PMMA sheet was performed a mold with glass plates, the
syrup was introduced. It was left in a thermostatic bath for three
hours at a temperature of 60 C, it got to stand and then demolded.
This sheet showed notable characteristics transparency, hardness
and stiffness, however at the edges there PVC particles from the
shaker (clip) and small air bubbles. These problems can be
eliminated at the moment making a good seal on the glass sheets
with silicone.
Keywords: mass polymerization, poly methyl methacrylate, benzoyl
peroxide
1. INTRODUCCINDentro de los plsticos de ingeniera podemos
encontrar al Poli(metacrilato de metilo) o por sus siglas PMMA.Este
compuesto acrlico se obtiene de la reaccin de polimerizacin del
metacrilato de metilo.Las tcnicas de polimerizacin empleadas son
por va radicales libres, con perxidos o con azodilsobutironitrilo,
a temperaturas de alrededor de 100 C. Un agente que retarda la
polimerizacin por via radical, es el oxgeno. Las impurezas
neutralizan a los catalizadores por lo que impiden, retardan o
terminan la reaccin. Por esta razn se acostumbra a polimerizar
siempre en ausencia de oxgeno. Se puede realizar en una cmara
cerrada o recubriendo el monmero con una capa de gas inerte.
(Billmeyer, 1975)
Figura No.1 Polimerizacin del MMA (Universidad del Sur de
Mississippi, 1996).
El PMMA se destaca en cuanto a la transparencia, resistencia a
la intemperie y al rayado. Puede reemplazar al vidrio debido a que
es claro e irrompible y al Poli(carbonato) en su costo. Dada su
naturaleza polar no presenta propiedades de aislante elctrico.La
luz que absorbe este material es muy poca y cuando la luz incide se
tiene un 4 % de reflexin.La Polimerizacin va radical es un
mecanismo de reaccin rpida, en el cual un iniciador se coloca en
pequeas cantidades y produce grandes cambios. Este tipo de
reacciones en cadena consta de tres pasos: Iniciacin, Propagacin y
Terminacin. La iniciacin implica la transferencia de un ion o de un
electrn a o desde un monmero con la formacin de un par inico, esto
ocurre por ruptura de la molcula de monmero. La propagacin consiste
en la reaccin del nuevo radical libre que se forma con una molcula
de monmero, a esta se van aadiendo msmolculas monomricas de esta
manera se incrementa el tamao de la cadena. La Terminacin lleva a
un final de cadena inactivo debido a la desaparicin total del
monmero.2. MATERIALES YMTODOS
2.1 Materiales
Se utiliz como monmero metacrilato de metilo (analtico 99%
pureza), como iniciador perxido de benzoilo (50% pureza).Para el
equipo de reflujo se utiliz una plancha de calentamiento, un baln
de 500 mL, un refrigerante de bolas, nueces, agitador (clip).Se
emple dos placas de vidrio de 10x10 cm, un cordn de PVC, frascos
hermticos de cristal, silicona lquida, hilo, jeringa de 20 cm3,
estufa.
2.2 Preparacin de soluciones de Metacrilato de metilo y perxido
de benzoilo a distintas concentraciones.
Se prepar soluciones de metacrilato de metilo con perxido de
benzoilo a las concentraciones de 0,3; 0,5; 0,7; 0,9 % (p/p).
Se tom un volumen de 15 mL de metacrilato de metilo y se coloc
en un frasco. Se pes el recipiente antes y despus de colocar el
monmero. Se determin la cantidad de MMA presente en el frasco y se
calcul el valor de iniciador, tomando en cuenta que su pureza es
del 50%.Se pes la cantidad de perxido de benzoilo necesaria para
obtener una determinada concentracin. Se aadi el iniciador al
monmero, se sell el frasco con un trozo de TEFLON y se tap. Se
realiz este procedimiento para cada solucin en la Sorbona.
Finalmente se llev todas las soluciones a una estufa, las cuales
permanecieron a una temperatura de 55C durante 12 horas.
2.3 Obtencin de una lmina de metacrilato de metilo a partir de
un pre polmero.
Se prepar un molde con dos placas de vidrio, las cuales se
adhirieron con silicona lquida en todo el contorno de estas piezas.
Se cort dos trozos de cordn de PVC de aproximadamente 3 cm, se los
coloc entre las dos placas de vidrio de uno de los extremos del
molde y se peg con silicona. Se carg en un baln la cantidad
aproximada de 100 g de monmero destilado de MMA el cual contena
0,7% (p/p) de perxido de benzoilo; esto se realiz por el extremo
superior del equipo de reflujo, previamente se introdujo en el baln
el agitador (clip). Se calent a 80 C aproximadamente. Se control la
viscosidad de la solucin por simple inspeccin hasta obtener un
prepolmero de viscosidad fluida (jarabe).Se retir el baln del
equipo de reflujo, se tap y se llev a la Sorbona. Se verti la
solucin en un recipiente de PP, con ayuda de una jeringa de 20 cm3
se tom la solucin monmero - iniciadory se introdujo en uno de los
conductos del cordn de PVC, esto hasta alcanzar la mxima capacidad
del molde de vidrio. Se dobl los extremos de los cordones de PVC y
se at con hijo. Se utiliz dos moldes de vidrio de diferentes
dimensiones para los cuales se efectu el mismo procedimiento. Se
llev los moldes a un bao trmico, estos permanecieron a una
temperatura de 60 C durante tres horas. Finalmente se retiraron los
moldes de vidrio del bao trmico y se dejaron en reposo hasta el da
siguiente. Se desmold cuidadosamente la lmina de MMA obtenida.
3. RESULTADOS Y DISCUSION
Tabla No. 1 Cantidad de iniciador y monmero para cada
concentracin de la solucin.
Perxido de benzoilo [%]Perxido de benzoilo [g]Metacrilato de
metilo [g]
0,300,0549,07
0,500,0898,76
0,700,1309,32
0,900,1609,22
Los datos de las cantidades de monmero reportadas se encuentran
en relacin al porcentaje de pureza del iniciador (50%).
Luego de la experimentacin realizada se observ que en las
soluciones de MMA con perxido de benzoilo a distintas
concentraciones presentaban en la parte superior una especie de
espuma de coloracin blanca, la cual estaba junto a una sustancia
transparente que se hallaba al fondo del frasco. Al destapar los
recipientes se percibi un olor fuerte, caracterstico del monmero.
La consistencia de la solucin en los frascos luego de sacarla de la
estufa era prcticamente dura. Se observ que a medida que aumentaba
la concentracin del perxido de benzoilo se incrementaba la cantidad
de espuma. Es as que a menor cantidad de perxido de benzoilo mayor
es la polimerizacin. Cabe destacar que el frasco de concentracin
0,5% se retir de la estufa a las tres horas y media de iniciado el
proceso en el equipo y se dej esta solucin a condiciones
ambientales. Se pudo observar que en esta solucin se tard mucho
tiempo en polimerizar (dos das), sin embargo no presentaba ningn
rastro de espuma. Se puede evidenciar que el efecto de la
temperatura es muy importante ya que permite aumentar la cintica de
la reaccin, adems que incide directamente en la cantidad de
iniciador. En las lminas de MMA obtenidas se pudo observar que
presentaba pequeas partculas de PVC pertenecientes al recubrimiento
del agitador (clip), las cuales se desprendieron debido a la
constante agitacin y efecto de la temperatura, adems presenta unas
pocas burbujas en el contorno de la pieza, esto se produjo debido a
la existencia de pequeas fugas cuando se sell las placas con
silicona.La presencia de oxgeno en el sistema de reaccin afecta a
la velocidad de reaccin y a la naturaleza de los productos, debido
a una reaccin secundaria que produce perxidos de metacrilato
(Brydson, J., 1986).Sin embargo se obtuvo unas lminastransparentes,
duras, rgidas ycon un olor tenue propio del monmero. Lo cual indica
que la reaccin de polimerizacin no se dio en su totalidad.
4. CONCLUSIONES
1. Se observ que a pequeas cantidades de iniciador la reaccin de
polimerizacin se da de mejor manera.
2. Se observ que a condiciones ambientales la polimerizacin
tarda mucho tiempo pero se da casi por completo.
3. Se analiz que el efecto de la temperatura influye en el
iniciador y en la velocidad de reaccin.
4. Se entendi que la presencia del oxgeno perturba a la reaccin
de polimerizacin.
REFERENCIAS
1. Billmeyer, F. (1975). Ciencia de los Polimeros, editorial
Reverte, Barcelona, Espaa, p., 318
2. Brydson, J. (1986). Materiales Plsticos. 1era.edicion,
editorial Reverte, Barcelona, Espaa, pp. 402, 403
3. Universidad del Sur de Mississippi, (1996). Acrlicos.
Recuperado de: http://pslc.ws/spanish/pva.htm (Octubre, 2014)
ANEXOS
CALCULOS: Determinacin de la cantidad de monmero
Tabla No.2 Peso de MMA
Peso del Frasco (g)Peso del frasco con MMA (g)Peso de MMA(g)
15,2124,289,07
15,2123,978,76
15,2124,539,32
14,7123,939,22
Ejemplo de clculo
PesoMMA=24,28-15,21=9,07 g
Determinacin de la cantidad de iniciador.
Para la solucin de concentracin 0,3 % de perxido de benzoilo,
recordar que este reactivo esta al 50% de pureza.
GRAFICOS
Figura No.2 Soluciones de MMA con perxido de benzoilo a
distintas concentraciones
a) b)Figura No.3 Lminas de PMMA a) con placas de vidrio b) sin
placas de vidrio