Practica de Viscosimetria

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

LABORATORIO DE POLIMEROS II PRACTICA No.5 “DETERMINACIÓN DE PESO MOLECULAR POR VISCOSIMETRIA”

LARIOS PEREZ MARIBEL LUIS ENRIQUE CAMACHO CAMACHO

SECCION:2

GPO: 6IM4 AGOSTO-DICIEMBRE 2010

DETERMINACIÓN DE PESO MOLECULAR POR VISCOSIMETRIA

OBJETIVO: Determinación del peso molecular promedio por medio de viscosimetria. Determinación de las constantes de la ecuación de Mark Houwick para polimeros disueltos en acetona. INTRODUCCIÓN: El peso molecular de los polímeros está relacionado con la viscosidad intrínseca, o índice de viscosidad límite, a través de la ecuación Mark-Houwink, [η ] = k Mα en la que k y α se calculan determinando la viscosidad intrínseca y el peso molecular medio numérico o en peso de fracciones o muestras de polímero de diferente peso molecular. La ecuación correspondiente es aplicable al cálculo del peso molecular del polímero componente de fibras de homopolímero (poliamidas 6,6 o 6, polietilentereftalato) cualquiera que sea su procedencia o denominación comercial. Cuando se trata de fibras acrílicas se suelen aplicar las ecuaciones que relacionan el peso molecular del poliacrilonitilo homopolímero con su viscosidad intrínseca. Teniendo en cuenta que prácticamente todas las fibras acrílicas comerciales corresponden a copolímeros, con una o más unidades estructurales modificantes, los valores de sus pesos moleculares sólo pueden considerarse como aproximados, ya que sobre todo el exponente α tendría que adaptarse a cada copolímero, pues depende de la rigidez de la cadena polimérica y, por tanto, del tipo y proporción del comonómero o comonómeros modificantes. A este respecto se recuerda que estos tienen como misión en las fibras acrílicas facilitar tanto la preparación de un fluido de hilatura homogéneo y el estirado posthilatura, como la tintura de las fibras 46 BOLET resultantes. También pueden permitir tinturas más intensas con colorantes catiónicos o la tintura con colorantes aniónicos. Por otra parte, la viscosidad intrínseca de los polímeros puede ser calculada por viscosimetría de disoluciones de diferentes concentraciones haciendo uso de ecuaciones empíricas como las de Huggins, Kraemer y Schulz/Blaschke2,3). A partir de las correspondientes expresiones se pueden conocer las constantes k1 (Huggins), k2 (Kraemer) y KSB (Schukz-Blaschke). Cuando se trata de homopolímeros estas constantes son de aplicación general, independientemente de la procedencia de las fibras. El conocimiento de estas constantes permite conocer la viscosidad intrínseca a partir de una sola disolución de polímero. Si se trata de copolímeros, como es el caso de fibras acrílicas, los valores de estas constantes pueden depender del tipo y proporción del comonómero o comonómeros modificantes. Por esta razón se ha creído interesante un estudio viscosimétrico de fibras acrílicas de diversas composiciones o procedencias para conocer en que medida las citadas constantes son diferentes.

Polímeros Son materiales de origen tanto natural como sintético, formados por moléculas de gran tamaño, conocidas como macromoléculas. Polímeros de origen natural son, por ejemplo, la celulosa, el caucho natural y las proteinas. Los poliésteres, poliamidas, poliacrilatos, poliuretanos,..etc, son familias o grupos de polímeros sintéticos con una composición química similar dentro de cada grupo. Macromolécula y polímero son términos equivalentes, el primero se utiliza para referirnos a propiedades relativas a la escala molecular mientras que el segundo se emplea más para referirnos al material y sus propiedades macroscópicas. Plásticos Son los materiales que resultan de mezclar uno o más polímeros con varios aditivos que mejoran sus propiedades. Pero el componente principal de un plástico, el que le da nombre y determina sus propiedades es el polímero. En sentido amplio, un plástico resulta de la mezcla de cualquier polímero con los aditivos que necesite. Pero en un sentido más riguroso y restrictivo, un plástico es un termoplástico, es decir, una mezcla de un polímero lineal con aditivos. Cuando el polímero es entrecruzado, en lugar del término plástico, se emplea el de resina o caucho sintético (elastómero) y también se emplean términos específicos para algunos otros materiales que aún empleando polímeros no entrecruzados, tienen un aspecto físico diferenciador como ocurre con las espumas (plásticos celulares), las fibras o los adhesivos y pinturas que se comercializan como líquidos aunque se empleen, como todos los polímeros, en estado sólido. Monómero y Unidad Monomérica Los monómeros son los compuestos de bajo peso molecular a partir de los cuales se obtienen los polímeros. La unidad monomérica es la unidad estructural o conjunto de átomos que se repite a lo largo de una macromolécula. Distribución de pesos moleculares Los polímeros no son especies químicas puras, porque no tienen un peso molecular, punto de fusión,...etc. definidos. Son mezclas de especies, cada una con un peso molecular determinado (Mi) y por lo tanto, para caracterizar una muestra de polímero no podemos determinar su peso molecular, sino su distribución de pesos moleculares: la proporción (generalmente en peso, wi) de cadenas de cada Mi que forma la mezcla. Pesos moleculares promedio La distribución de pesos moleculares se obtiene por medio de la técnica SEC (size exclusion cromatography). Otras técnicas de caracterización proporcionan valores promedio del peso molecular: PROMEDIO

SÍMBOLO

TÉCNICA

En número

Mn

Osmometría

Viscoso

Mv

Viscosimetría Capilar

DEFINICIÓN

En peso

Mw

Difusión de luz

z, Tercer Mz promedio

Ultracentrifugación y Difusión

z+1, Cuarto Mz+1 promedio

Ultracentrifugación y Sedimentación

siendo Ni el número de macromoléculas de peso molecular Mi. Teniendo en cuenta que la fracción en peso de cada macromolécula es

los promedios en número y en peso se pueden calcular con las expresiones

Los promedios z y z+1 son los que menos se usan. El promedio viscoso se aproxima al promedio en número o al promedio en peso dependiendo del exponente a, que es el parámetro de la ecuación viscosimétrica de Mark-Houwink. La relación de valores de los distintos promedios es: Mn < Mv < Mw < Mz < Mz+1 Índice de polidispersidad Es el cociente entre el peso molecular promedio en peso y el promedio en número:

Es siempre mayor que 1 y caracteriza la anchura de la distribución de pesos moleculares. Cuando toma valores próximos a 1 (1