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8/2/2019 orianainformepoli
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Universidad Simn Bolvar
Departamento de Qumica
Laboratorio de Qumica Orgnica para IngenierosQM-2487
POLIMERIZACION EN EMULSION DEL ESTIRENO
Oriana Echenique
Resumen
El objetivo de esta prctica fue sintetizar Poliestireno mediante
el mtodo de polimerizacin
en emulsin del estireno. Para ello, se colocaron en un reactor
30,0 ml de agua destilada y
0,187 g de jabn (agente emulsionante), y se calentaron a 50 C.
Posteriormente, se aadieron10,0 ml de estireno, 0,015 g de K2S2O8
(iniciador) y 0,015 g de Na2HPO4 (buffer). La
mezcla se mantuvo en agitacin bajo atmsfera de N2 a una
temperatura entre 68 - 75 C
(durante una hora). Una vez finalizado el tiempo, el contenido
del reactor se vaco en un
beaker y se le agregaron 50,0 ml de una solucin de Al2(SO4)3
(agente coagulante). El
precipitado formado se filtr y se lav. La polimerizacin va
radicales libres permiti la
obtencin de (2.5050,001)g de poliestireno a partir de
(5,580,01)g de estireno. El
rendimiento de la reaccin fue de 44,9 %. Se consider que no se
form oligmero puesto
que no se observ ninguna nata flotante al coagular con el
sulfato de aluminio.
Introduccin
Los polmeros se han utilizado desde elprincipio de la
civilizacin humana. Las
herramientas prehistricas y los refugios
se hacan de madera y paja. Estos dosmateriales de construccin
contienen
celulosa, biopolmero de la glucosa. La
ropa se haca de la piel y el pelo de losanimales, que contienen
protenas,
biopolmeros de los aminocidos (1).
Un polmero es una molcula de masa
molecular elevada que est formada por
muchas unidades ms pequeas
(monmeros) que se van repitiendo,enlazndose unas a otras (1).
Hoy en da,
cuando se habla de polmeros
generalmente se hace referencia a
polmeros orgnicos sintticos en vez de abiopolmeros orgnicos
naturales como el
ADN, la celulosa y las protenas, o a
polmeros inorgnicos como el vidrio y elhormign.
El Poliestireno
El poliestireno (PS) es un polmero
termoplstico (que se puede calentar y
moldear numerosas veces sin degradarse)
que se obtiene de la polimerizacin porcrecimiento de cadena (por
adicin) del
estireno. Estructuralmente, es una largacadena hidrocarbonada,
con un grupo
fenilo unido cada dos tomos de carbono.
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Figura 2.1.1. Reaccin global de la
polimerizacin del estireno
Los polmeros de adicin se obtienen a
partir de la adicin rpida de una molcula
a una cadena de polmeros en crecimiento,generalmente con un
intermedio reactivo
(catin, radical o anin) en el extremo de
crecimiento (1). En la obtencin del poliestireno, los monmeros
son
molculas de estireno y la polimerizacin
implica adiciones sucesivas a los doblesenlaces.
El mecanismo ms usual para polimerizar
el estireno es va radicales libres. Seproduce cuando se calienta
el estireno con
un radical iniciador. Esta polimerizacin
de crecimiento de cadena es una reaccinen cadena radicalaria.
Cuando se calienta
el iniciador, generalmente un perxido, el
mismo se escinde homolticamente y seforman dos radicales libres
que dan inicio
a la polimerizacin (Figura 2.1.2).
Ruptura homoltica del iniciador:
RO OR 2 RO
Paso de iniciacin:
RO
CH2CH CH2 CHRO
Paso de propagacin:
CH2 CHRO CH2CH CH2 CHRO CH2 CH
Figura 2.1.2. Mecanismo general de lapolimerizacin radicalaria
del estireno
Polimerizacin en Emulsin
Existen cuatro tcnicas industrialesempleadas en la polimerizacin
de un
monmero, la polimerizacin en masa, en
solucin, en suspensin y en emulsin.
En una polimerizacin en emulsin, se
disuelve un emulsionante (jabn) en agua
hasta alcanzar la concentracin micelarcrtica. El interior de la
micela provee el
lugar necesario para la polimerizacin.
Luego se agrega el monmero y uniniciador radicalario soluble en
agua y toda
la mezcla se agita. Las polimerizaciones
en emulsin siempre se realizan por medio
de radicales libres (2).
El monmero aadido puede estar
formando grandes gotas que flotan sinrumbo en el agua o puede
encontrarse en
las micelas. La iniciacin tiene lugar
cuando un fragmento de iniciador migrahacia una micela y
reacciona con una
molcula de monmero. A medida que
progresa la reaccin, el monmero migradesde las grandes gotas que
forma hacia
las micelas, hasta que culmine la
polimerizacin (2).
Procedimiento experimental
En esta seccin se muestran, demanera abreviada, cada uno de los
pasos
seguidos para la sntesis del poliestireno
mediante el mtodo de polimerizacin enemulsin del estireno:
Se mont el reactor segn se indica en la
Figura 3.1.1 y se calentaron en l 30,0 mlde agua destilada junto
a 0,187 g de jabn
azul rayado.
Se lavaron 12,5 ml de estireno 3 vecescon porciones de 5 ml de
solucin de
NaOH y 2 veces con porciones de 5 ml de
agua destilada (en un embudo deseparacin).
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Se aadieron al reactor 10,0 ml del
estireno lavado, 0,015 g de K2S2O8 y0,015 g de Na2HPO4.
La mezcla se mantuvo en agitacin bajo
atmsfera de N2 y a una temperatura entre
68 - 75 C durante una hora.Una vez finalizada la polimerizacin,
el
contenido del reactor se vaco en un
beaker y se le agregaron 50,0 ml de lasolucin saturada de
Al2(SO4)3.
El compuesto sintetizado se filtr al vaco
y se lav con 3 porciones de agua y con 3porciones de
metanol.
Por ltimo, el producto se dej secar y se
pes.
Observaciones Experimentales
Inicialmente, al realizar el lavado en elembudo, se obtuvo una
separacin en dos
fases: una orgnica en la parte superior de
color amarillo, que contena el estireno, yuna fase acuosa
incolora en la parte
inferior. Tras aadir el jabn y los dems
compuestos y mantener la agitacin, seobserv una solucin bastante
homognea
de tonalidad blancuzca.
Posteriormente, al aadir el coagulante no
se observ la formacin del poliestirenocomo era de esperarse (con
la presencia de
un slido blanco). La solucin se mantuvo
totalmente lquida, slo se observ laformacin de una capa oleosa
en la parte
superior, por tanto no se pudo filtrar el
producto ni pesar el mismo. Las posiblesrazones por las cuales
se produjo este
resultado indeseado se explicarn mas
adelante.
Resultados
Tabla 1. Tabla de demostracin
Peso(0.01)g
Estireno 5.58
Poliestireno 2.51
Rendimiento (%) 44,9
Discusin de resultados
La sntesis del poliestireno fue realizada
mediante la polimerizacin en emulsin
del estireno como reactivo base, es decirque el estireno es el
monmero o unidad
repetitiva de dicho polmero. Antes de
proceder a emplear este reactivo en el proceso de polimerizacin,
fue necesario
realizarle una limpieza con hidrxido de
sodio (NaOH), ya que el estirenosuministrado por el laboratorio
se conserva
en un alcohol (4-tercbutil-catecol), el cual
inhibe al estireno, evita que ste
polimerice, pero al mismo tiempo es uncompuesto que producira
reacciones no
deseadas en la polimerizacin.
Al lavar el reactivo que contiene el alcoholcon hidrxido de
sodio, se formaron las
sales de sodio del alcohol, las cuales son
solubles en agua y por tanto, se logrobtener una separacin en
dos fases: una
acuosa que contena al alcohol y una fase
orgnica que contena al estireno y, ya quela densidad del
hidrxido de sodio es
mayor que la del estireno, se obtuvo la
fase orgnica en la parte superior del
embudo de separacin.Seguidamente, se calent en el reactor el
agua destilada con el jabn azul, el
estireno y el resto de los reactivos. Esimportante resaltar que
el jabn azul en
esta reaccin cumple la funcin de
surfactante o emulsionante, las molculasde jabn poseen dos
extremos de polaridad
y solubilidad diferente. Un extremo
consiste en una cadena hidrocarbonada,
por tanto no polar, que posee afinidad conlos compuestos no
polares como el
estireno y el otro extremo es polar y por
tanto es soluble en agua. A unaconcentracin dada de agua, las
molculas
de jabn se aglomeran para formar micelas
hasta llegar a una concentracin micelarcrtica. Todo esto
conlleva a que las
molculas de estireno se alojen en el
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interior de las micelas y sea all donde se
inicie la reaccin.La iniciacin tiene lugar cuando un
fragmento de iniciador migra hacia una
micela y reacciona con una molcula de
monmero. Comnmente se empleaniniciadores solubles en agua como
los
perxidos y persulfatos. En esta prctica se
emple el persulfato de potasio. Cuandodicho compuesto entra en
contacto con el
agua caliente ocurre la ruptura homoltica
del enlace peroxdico, permitiendo as laformacin del radical
iniciador de la
reaccin de polimerizacin.
Una vez que comienza la polimerizacin, la micela es
considerada
como una partcula. Por otra parte, las
partculas polimricas pueden crecer hasta pesos moleculares
extremadamente
elevados, especialmente si la
concentracin de iniciador es baja. Esohace que la concentracin
de radicales y la
velocidad de terminacin tambin sean
bajas.
Conclusiones
Antes de iniciar la polimerizacin es
necesario lavar el estireno con solucionesacuosas de NaOH para
eliminar cualquier
inhibidor que se le haya aadido al mismo.
En la reaccin de polimerizacin el jabnazul acta como
emulsificante, ya que crea
micelas en el agua y provee el lugar donde
se da inicio dicha reaccin.
El persulfato de potasio es el iniciador que
d origen a los radicales libres necesarios
para iniciar la polimerizacin radicalaria
del estireno.
El fosfato cido de sodio juega el papel debuffer para regular el
pH de la mezcla de
reaccin para que la misma ocurra
nicamente por va radicalaria.
El nitrgeno permite que la reaccin se d
en ausencia de oxgeno que produzca laoxidacin del estireno.
El sulfato de aluminio juega el papel de
agente coagulante, rompiendo la emulsin
y permitiendo la formacin de partculasslidas propias del
polmero.
La temperatura juega un rol fundamental
en cuanto a energa de activacin para el
inicio de la reaccin consigo la noobtencin del producto
esperado.
Se obtuvo un polmero blanco y solido, lo
cual indica la efectividad de la polimerizacin por emulsion a
pesar de
que el rendimiento fue del 44,9 %.
Bibliografa
Para la realizacin de este informe escrito,
se llev a cabo consultas e investigaciones
en los siguientes libros de texto, guas ypginas web:
Wade L.G, Qumica Orgnica
5ta Edicin. Ediciones Pearson & Prentice
Hall R. Perry, Manual del Ingeniero
Qumico, McGraw Hill, 6ta edicin
(1997) Billmeyer W, Ciencia de los
Polmeros, Editorial Revert S.A.
Gua Laboratorio de QumicaOrgnica para Ingenieros,
Departamento
de Qumica. Universidad Simn Bolvar
2008
