“La gente me pregunta por qué sigo volviendo a la Antártida una y otra vez. La respuesta es que aquello me gusta. Me gusta las llanuras intermi-nables de nieve que los vientos han ondulado, las cimas impactantes, los glaciares ante los que uno se queda con la boca abierta...Sobre todo, me imagino, me gusta el desafío que representa, Porque la Antártida todavía encierra sorpresas y siempre será así. Y creo, como creen los científicos, que las cosas que podemos aprender allá tendrán un efecto profundo sobre las vidas de todos nosotros”.

Almirante Richard E, Byrd

Contenido•Comité organizadorHernán Darío Díaz Benjumea. Rector

Julieta Arango Coordinadora Académica

Gloria Luz Urrea Docente Líder del Grupo de Investigación Pbro Antonio Bernal

•Comité academicoRepresentante Instituto Técnico Metropolitano

Representante Universidad de Antioquia

Representante Secretaría de Educación de Medellín

Patricia Álvarez Institución Educativa Presbítero Antonio José Bernal

•Entidades colaboradoras y patrocinadorasI.E. Educativa Pbro. Antonio José Bernal Londoño.

Secretaria de Educación de Medellín

Celsia

Instituto Técnico Metropolitano

•EdiciónJulieth Andrea GómezEdición general y corrección de estilo

Liliana Andrea SanmartinDiseño y diagramación

Ermelin Arboleda GenesIlustración

Nathalia YepesDiseño de Inforgrafías

Presentación................................................................................... 2

Objetivos......................................................................................... 3

Articulos......................................................................................... 4

Actividades académicas.......................................... .................. 5

Presupuesto................................................................ .................. 6

Diseños........................................................................ .................. 7

•Procesos de articulaciónLa investigación como acto intencionado entre entidades que pro-curan dar respuesta a las necesidades sociales

•Los dilemas ético-políticosLos dilemas a la hora de diseñar, experimentar y evaluar la forma-ción en ciencia y tecnología

•Enseñar a los que no quieren aprenderDespertar la curiosidad para planear y dirigir el aprendizaje autónomo

1.Guillermo Pineda Físico, M. Sc. de la Universidad de Antioquia. Profesor Titular del Instituto de Física de la Universidad de Antioquia. Asesor del diseño y montaje de la Sala Galileo interactiva del Museo Universitario de la Universidad de Antioquia. Libretista y director del programa radial Historias de la Ciencia, de la Emisora Cultural UdeA, desde 2002.2.Pablo CuartasIngeniero, M Sc. En Astrofísica. Profesor Titular del Instituto de Física de la Universidad de Antioquia. Exdirector científi co del Planetario de Bogotá.3.Parque ExploraCon su programa educativo Ciencia en la Escuela de la Alcaldía de Medellín, EPM que busca fortalecer y promover los procesos de formación de maestros y estudiantes que implementen la indagación e investigación en el aula de clases, para favorecer la construcción de competencias científi cas y ciudadanas en la comunidad educativa de Medellín, el área metropolitana y municipios del cercano oriente antioqueño.

Presentación

La Institución Educativa Pbro. Antonio José Bernal Londoño S,J pretende agrupar a las instituciones educativas de básica y media del Municipio de Medellín interesa-das en la generación de formación en investigación para docentes y estudiantes.

El VI congreso nacional es una estrategia para la comunicación de avances y resultados de procesos de investigación que han planteado situaciones pro-blemáticas teniendo en cuenta las ideas, la visión del mundo, las destrezas y habilidades de los seres humanos que se interesan o despiertan curiosidad por pensar e investigar situaciones complejas para encontrar regularidades y llevar el aprendizaje a contextos de la vida real.

Reunir a pares académicos es ir más allá del contexto in-mediato, es incrementar el desarrollo intelectual y con-tribuir al mejoramiento de la calidad educativa de la ciu-dad de Medellín. El congreso se celebrara en la última semana de septiembre del presente año, con carácter nacional.

Objetivos

Articulos

Promover y difundir la formación en investigación para docentes y estudian-tes de la básica y la

media.

Organizar, promover y difundir actividades prácticas de aprendizaje con ca-rácter investigativo.

Promover la formación y actualización permanente de los docentes interesa-dos en investigación.

Facilitar el intercambio de información y conocimientos entre las distintas ten-dencias actuales de la

Revista de Ingeniería Matemática

El Diario de Ingeniería Matemática promueve la aplicación de las matemáticas a problemas fí-sicos en particular en el ámbito de la ingeniería. Se hace hincapié en la unidad intrínseca, a través de las matemáticas, de los problemas fundamentales de la ciencia aplicada y la ingeniería. La cobertu-ra incluye: Matemáticas: Ecuaciones diferenciales ordinarias y parciales, ecuaciones integrales, asin-tótica, variacional y métodos funcionales-analíticas, análisis numérico, los métodos computacionales. Campos Aplicada: Mecánica de Medios Continuos, Teoría de Estabilidad, de propaga-ción de la onda, de difusión, de calor y de masa, Free- problemas de frontera; Mecánica de fl ui-dos: Aero-e hidrodinámica, capas límite, las ondas de choque, maquinaria de fl uidos, de convec-ción, la combustión, la acústica, fl ujos multifásicos, de transición y turbulencia, fl ujo reptante, Reología, los fl ujos de medios porosos, ingeniería del océano; Ingeniería atmosférica; Mecánica de sóli-dos: elasticidad, mecánica clásica, mecánica no lineal, vibraciones, placas y láminas, mecánica de frac-tura, ingeniería biomédica, ingeniería geofísica, problemas de reacción-difusión; y temas relacionados.

Adhesivos tipo poliuretano obtenidos a partir de aceite de

ricino y almidón químicamente modifi cados

ResumenEl estudio muestra la preparación de adhesivos de po-liuretano utilizando polioles obtenidos a partir de acei-te de ricino modifi cado por una reacción de transeste-rifi cación con pentaeritritol y almidón modifi cado por glicosilación. Las propiedades físicas de los polioles tales como el índice de hidroxilo se determinaron y el análisis de espectroscopia de infrarrojos de los polioles informaron. Se determinó el efecto de variar el valor de hidroxilo en los polioles en las propiedades físicas de los revestimientos de poliuretano en los paneles de madera y acero. Se informó La caracterización de recu-brimientos de poliuretano llevadas a cabo por análisis espectroscópico de IR, resistencia a la dureza al raya-do, resistencia al impacto, resistencia al corte regazo, mediciones de intensidad de T-peel, resistencia a los disolventes y la determinación a prueba de químicos.

INTRODUCCIÓN

Alrededor del 90% de los polioles utilizados actual-mente para la producción de poliuretanos (PU) en todo el mundo están basados en poliéteres derivados a partir de etileno y óxido de propileno. Sin embar-go, debido a la crisis del petróleo y el calentamiento global hay gran interés en la utilización de los recur-sos renovables como sustitutos de los derivados pe-troquímicos. Entre estos, los aceites vegetales han llamado la atención debido a sus ventajas como dis-ponibilidad, sostenibilidad, versatilidad en la estruc-tura y propiedades y relativo bajo costo. Adhesivos a base de urea-formaldehido y fenol-formaldehido se utilizan comúnmente para substratos como ma-dera y acero, pero son muy sensibles a la hidrólisis y poco resistentes a la tensión. Estos adhesivos también producen riesgos para la salud debido a que liberan formaldehido. Adhesivos de poli acrilato también se utilizan para madera y acero, pero tienen algunas desventajas como un menor tiempo de vida útil, ma-yor costo y duración limitada. Por otro lado, existen polímeros que han sido tradicionalmente utilizados como adhesivos, tales como resinas epoxi, que pre-sentan buenas propiedades físicas y buena resistencia al ataque por solventes, pero en su mayoría son de precio mucho más elevado o de difícil procesado.1,2

Para superar tales problemas, los científi cos están tra-tando de desarrollar nuevos polímeros adhesivos. El poliuretano (PU) es una clase de polímero que se utiliza en recubrimientos, artículos de elastómeros, espumas y adhesivos. Los adhesivos de poliuretano son los más ampliamente utilizados debido a sus propiedades tales como versatilidad, fl exibilidad, buen comportamiento a baja temperatura y alta resistencia. Las aplicaciones incluyen calzado, embalaje, componentes de automó-viles y montaje de muebles. Las propiedades de los ad-hesivos de poliuretano pueden ser obtenidas a medida para adaptarse a una aplicación específi ca debido a la gran variedad de materias primas que pueden utili-zarse en la formulación de poliuretanos. Aunque du-rante años los investigadores han estado tratando de desarrollar recubrimientos de poliuretano y redes in-terpenetradas de polímero (IPNs) a partir de aceites, la mayoría deestos se obtiene a partir de productos quí-micos sintéticos. Se han realizado pocos estudios con relación a la preparación de poliuretanos a partir de materiales renovables y su aplicación como adhesivos.

El objetivo del trabajo fue desarrollar un adhesivo de poliuretano a partir de recursos naturales (aceite de ricino y almidón de yuca). Se buscó evaluar el cambio en la adhesión interfacial entre el substrato - en este caso madera y acero - y el poliuretano, según la es-tructura molecular y densidad de entrecruza miento del poliuretano en función de la estructura y funcio-nalidad del poliol utilizado en la síntesis y relacionar la morfología de adhesión con la estructura química y densidad de entrecruzamiento del poliuretano a través del estudio de la propiedades mecánicas y de adhesión. Se pretende desarrollar adhesivos de poliuretano uti-lizando recursos renovables que son biodegradables y, la posibilidad de combinar su biodegradabilidad con la reducción de costos y las necesidades del mercado.

PARTE EXPERIMENTAL

Materiales

Aceite de ricino (índice de hidroxilo: 163 mg KO-H/g e índice de acidez: 2,33 mg KOH/g) grado USP, distribuido por laboratorios León, Bucaramanga, Colombia. Pentaeritritol marca Fisher, distribui-do por Produquímica de Colombia S.A. El almidón utilizado fue almidón de yuca, marca Maicena dis-tribuido por Disa en Cali, Colombia. Los reactivos utilizados para la caracterización fueron de grado ana-lítico marca Aldrich, distribuidos por Arquilab Ltda.

MÉTODOS

Modifi cación del aceite de ricino por transesterifi cación con pentaeritritol

La transesterifi cación del aceite de ricino usando pen-taeritritol se realizó en un balón reactor de cuatro bocas equipado con termómetro, agitador mecánico, atmósfera inerte y condensador de refl ujo. El balón re-actor se cargó con el aceite de ricino, pentaeritritol y óxido de plomo (PbO), en relación 0.05% (PbO/masa de aceite). La reacción se llevó a cabo a 210 °C, por 2 h. Los polioles penta 0 (P0) que contiene 1.32% de pen-taeritritol y penta 1 (P1) que contiene 2.64% de pen-taeritritol (porcentaje en masa), respectivamente. Los polioles obtenidos se caracterizaron mediante la deter-minación del índice de hidroxilo (ASTM D1957-86) y espectroscopia infrarroja de transformada de Fourier (FTIR) en un espectrofotómetro Nicolet Avatar 360.

Modifi cación del almidón por glucosilación

El almidón de yuca comercial reaccionó con el eti-lenglicol, en presencia de ácido sulfúrico como cata-lizador en una proporción 0.5% peso de catalizador/peso de etilenglicol (Figura 1S, material suplementa-rio). Se utilizó un balón-reactor de cuatro bocas equi-pado con termómetro, agitador mecánico y entrada de nitrógeno. La reacción de glucosilación se llevó a cabo durante 2 h, a 110 ± 5 °C y 150 ± 5 mbar. Luego se adicionó óxido de bario. El óxido de bario reaccio-nó con el ácido sulfúrico y el producto de la reacción precipitó; este precipitado se separó por fi ltración. El contenido residual de etilenglicol después de la reac-ción se separó por destilación al vacío a 110 ± 5 °C y 125 ± 5 mbar. El mismo procedimiento se utilizó para la reacción de glucosilación del almidón con glicerol.

Síntesis de los poliol-glucósidos

Síntesis de los poliol-glucósidos

El glucósido de etilenglicol (GE) se mezcló con los polioles derivados del aceite de ricino en cantida-des de 5 y 10% (peso de glucósido/peso de poliol) con una cantidad de catalizador (óxido de plomo) de 0.05% durante 2 h a 210 ± 5 °C, bajo atmósfera de nitrógeno, en un reactor similar usado para la tran-sesterifi cación del aceite de ricino con pentaeritri-tol (Figura 2S, material suplementario). Se siguió el mismo procedimiento cuando se utilizó glucósido de glicerol (GG). Según el tipo de glucósido utiliza-do en la síntesis del poliol-glucósido, los productos obtenidos se denominaron poliol-glucósido de eti-lenglicol (PGE) y poliol-glucósido de glicerol (PGG)

Síntesis de los adhesivos

El poliol-glucósido se mezcló con diisocianato de iso-forona (IPDI). El producto se agitó por 5 min para ob-tener una mezcla homogénea. El prepolímero obtenido se sometió a vacío y luego se aplicó sobre las superfi cies. La solución se aplicó con una brocha en el substrato con un espesor de 0.1 mm (ASTM D4147-93). Este proceso se realizó por triplicado. El período de curado constó de dos etapas, la primera a temperatura ambiente y la segunda a 90 °C, ambas durante 4 h. Se utilizó para la síntesis de los poliuretanos una relación NCO/OH = 1.

A los paneles revestidos se les caracterizó median-te la resistencia al rayado (dureza) según la norma BS 3900, resistencia al impacto que se determinó de acuerdo con la norma ASTM especificación D2794, ensayos de tracción y cizalladura que se realizaron en una máquina Zwick UTM modelo 1445 de acuerdo con la norma ASTM 906-82, ensayos de adherencia (ASTM 2651-01) y ensayos de resistencia a la corro-sión y pruebas de resistencia al ataque por solventes (ASTM D543-87). Las pruebas de corrosión se reali-zaron en ácido (HCl 0,1 M), el álcali (NaOH 0,1 M) y NaCl (5% en peso de NaCl). Los paneles recubiertos se sumergieron en los medios anteriormente mencio-nados a 80 °C durante 1 h y después se secó a tempe-ratura ambiente durante 24 h. El examen se llevó a cabo por la evidencia visual de ablandamiento, reduc-ción, desprendimiento o decoloración de la película.4

Los análisis térmicos dinamo-mecánicos (DMTA) de los poliuretanos seleccionados se llevaron a cabo en un V. Rheometrics DMTA, modo cantiléver. Los ensayos se realizaron con un barrido de tempera-tura desde -150 a 170 °C a una frecuencia de 1 Hz y deformación de 0.1%. La velocidad de calentamien-to para todas las pruebas fue de 5 °C/min. Se utili-zó una purga de nitrógeno de 60 mL/min. Todas las muestras analizadas tenían aproximadamente las mismas dimensiones de 2 × 0,6 × 0,3 cm. El mó-dulo de almacenamiento (E’) y el factor de pérdida (tanδ) se midieron. La temperatura correspondiente del máximo de la posición del pico tanδ fue toma-da como la temperatura de transición vítrea (Tg).

Caracterización de los adhesivos

Los adhesivos de poliuretano se prepa-raron sobre madera disponible comercialmente (Clathrotropis brachypetala) y bandas de acero al carbono (acero de calibre 22) de 25 x 300 x 3 mm. Las piezas fueron pulidas con papel de lija de grano de número 60 (250 µm).

Los adhesivos se aplicaron sobre paneles de ensayo y se dejaron secar a temperatura ambien-te durante 7 días para asegurar un curado completo. La solución de adhesivo se aplicó con un pincel en

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Caracterización de los poliol-glucósido

En la Figura 1 se muestra el espectro infrarrojo del glucósido de glicerol comparado con el espectro de la mezcla física glicerol+almidón. Se observa un in-cremento en la banda correspondiente a los grupos - OH a una longitud de onda de 3400 cm-1. Adicio-nalmente, la mezcla física no muestra ningún pico significante entre una longitud de onda de 1100 y 1000 cm-1, mientras que el glucósido de glicerol si los registra. Un detalle de este espectro entre una longitud de onda de 1200 y 700 cm-1 se muestra en la Figura 3b. Estos picos están relacionados a la ban-da de absorción de los grupos O-C-O que se forman debido a la glucosilación del almidón. Por otro lado, los ensayos de iodometría realizados al glucósido de etilenglicol (GE) y al glucósido de glicerol (GG) no revelaron la presencia de cadenas de almidón (no se observó el color violeta característico en estos en-sayos cuando se detecta la presencia de almidón).

En la Figura 2 se presenta el espectro FTIR del po-liol-glucósido preparado a partir del poliol penta 1 (P1) con un contenido de glucósido de glicerol del 10%, comparado con el espectro del poliol P1. El po-liol-glucósido muestra un incremento en la banda correspondiente a los grupos - OH a una longitud de onda de 3400 cm-1 relacionado con el incremen-to en la funcionalidad del poliol. Se observa también un incremento en la banda correspondiente al grupo O-C-O a una longitud de onda de 1200 cm-1. El cam-bio en la banda asociada con el grupo O-C-O se debe a la presencia de los glucósidos resultado de la modifi-cación química del almidón. Estos resultados eviden-cian la obtención de un nuevo poliol (poliol-glucósi-do) y confirma el porqué se obtienen altos valores del índice de hidroxilo de los poliol-glucósido, debido a la modificación química del almidón por glucosilación.

En la Tabla 1 se muestra el índice de hi-droxilo de los poliol-glucósidos preparados a partir del aceite de higuerilla (CO), polioles penta 0 (P0) y penta 1 (P1), respectivamen-te. Se encontró que el índice de hidroxilo es mayor cuando el poliol (CO, P0 o P1) reac-ciona por transesterificación con el glucósi-do de glicerina (GG) que con el glucósido de etilenglicol (GE), debido a que la funciona-lidad del glucósido de glicerol es mayor que la del glucósido de etilenglicol. Se observa que al aumentar el contenido de glucósido del 5 al 10% durante la transesterificación, el índice de hidroxilo - en todos los casos - aumenta. De igual forma, se muestra que el índice de hidroxilo es mayor para el po-

Caracterización de los adhesivos tipo poliu-retano obtenidos a partir de los poliol-glucó-sidos

Se puede observar en las Tablas 2 y 3 que el PU-P1-GG mostró mejor resistencia al raya-do que el PU-P0-GG y este que el PU-CO-GG. Este resultado obedece al alto grado de ramificación en la red PU-P1-CO que au-menta la densidad de entrecruzamiento lo que hace a la película más dura. En el caso del PU-CO-GG los grupos NCO están más distantes en comparación a la PU-P1-GG, por tanto la densidad de entrecruzamiento del PU-CO-GG es baja. Esto implica que la modificación del poliol por transesterifica-ción con el glucósido aumenta la densidad de entrecruzamiento del adhesivo de poliure-tano. Tendencia similar se observó también para la resistencia al impacto de los adhesi-vos de poliuretano anteriores. La resistencia al impacto aumenta de manera proporcional con el aumento del contenido de glucósido. La resistencia al impacto y la capacidad de flexión de los adhesivos dependen principal-mente de la densidad de entrecruzamiento de los poliuretanos. Los valores de resisten-cia al impacto varían en el orden de PU-P1-GG-10%> PU-P1-GG-5%> PU-CO-GG-5%.

En las Tablas 2 y 3 se encuentran los resultados de los ensayos de tracción y cizalladura. Se observa que la el esfuerzo de tracción y cizalladura aumenta en los po-liuretanos obtenidos a partir de los poliol-glucósidos en función: del incremento del porcentaje de glucósi-do; del tipo de glucósido: los poliol-glucósido de glice-rol (P1-GG) exhiben mayor resistencia a la tracción y cizalladura que los poliuretanos obtenidos a partir de los poliol-glucósido de etilenglicol (P1-EG); del tipo de poliol: los poliol 1-glucósido de glicerol (P1-GG) exhi-ben mayor resistencia a la tracción y cizalladura que los poliuretanos obtenidos a partir de los poliol 0-glu-cósido de glicerol (P0-GG) y poliuretanos obtenidos a partir de los aceite-glucósido de glicerol (CO-GG).

Las resistencias al adhesión los materiales se determi-naron y los resultados se muestran en las Tablas 2 y 3. Como se esperaba los adhesivos obtenidos a partir del poliol-glucósido P1-GG presentan mayores valores de esfuerzo de adhesión. Se observa que la resistencia a la ad- h e s i ó n d e los mate-ria les aumenta con el aumento en el conteni-do de g lucósi-do. A m e d i d a q u e aumenta e l c o n t e -n i d o de glucó-s i d o (es decir, u n a m a y o r d e n - sidad de entre- c r u z a -mien- to), au-mentan la rigidez y la resistencia de la unión adhesiva. La adhesión entre el recubrimiento y el substrato se considera satisfactoria debido a que la falla se produce debido a un fallo cohesivo del substrato. Los adhesi-vos de poliuretano altamente entrecruzados tienen un mejor rendimiento de adhesión que los adhesivos de poliuretano con estructura menos reticulada. La alta funcionalidad hidroxilo del poliol proporciona pun-tos de reticulación necesaria para la formación de la red de polímero lo que genera una buena resistencia cohesiva. En su conjunto, mediante la comparación de los resultados obtenidos en las pruebas, el poliol P1-GG produjo los mejores adhesivos. Los resultados mostraron que la adherencia entre el adhesivo/made-ra fue menor que la cohesión del adhesivo/acero.5,6

Todos los adhesivos de poliuretano fueron sometidos a exposición en medios químicos diferentes para es-tudiar su comportamiento de resistencia a la corro-sión; los cambios en su apariencia, peso, la adhesión han sido tabulados en las Tablas 2 y 3. Se observó ade-más que los paneles recubiertos presentan pérdida de brillo en cuando se expone al ácido (HCl 0,1 M), el álcali (NaOH 0,1 M) y NaCl (5% en peso de NaCl).

De los resultados proporcionados se puede deducir que al aumentar el contenido de glucósido no se tuvo ningún efecto significativo en el comportamiento de la resistencia al ataque químico de los adhesivos.7

El módulo E' de los poliuretanos obtenidos a partir de los poliol-glucósido del aceite de ricino, penta 0 y penta 1, varia de la siguiente manera, de mayor a menor: PU de P1-GG-10% >PU de P0-GG-10% > PU de CO-GG-10%, Figura 4a. Al aumentar la funciona-lidad del poliol aumenta a densidad de entrecruza-miento del PU, por lo tanto el módulo de almacena-miento aumenta como respuesta al esfuerzo aplicado (es decir el material es más rígido a una frecuencia y temperatura constantes). En la Figura 4b se observa que la temperatura de transición vítrea (Tg) es ma-yor para el PU obtenido del P1GG10%; se observa también que la intensidad del pico de tan(delta) para este poliuretano disminuye (la restricción en la mo-vilidad de las cadenas aumenta debido al incremen-to en el grado de entrecruzamiento del PU). Estos resultados evidencian la tendencia al aumento de la rigidez de los materiales obtenidos a partir de los po-liol-glucósidos, debido al incremento en la densidad de entrecruzamiento del poliuretano en función del índice de hidroxilo del poliol utilizado en la síntesis

Presupuesto

Diseños

Imagen del encabezado titular

Estilos de bolsas

carpetas

CD