ESTABILIDAD TÉRMICA DE UN POLÍMERO
Como muchos de los que me leen saben que mi especialidad son los polímeros y todo lo referente a ellos en esta oportunidad les mostraré los resultados que obtuve en una investigación que realice hace poco sobre la estabilidad del PVC. En post anteriores definí detalladamente que es el PVC, su ruta de síntesis, ventajas y desventajas de esta macromolecula.
El PVC que consumimos en Venezuela es producido nacionalmente por la empresa petroquímica de Venezuela, PEQUIVEN. También es exportado a muchas partes de Latinoamérica por la calidad que este presenta. Sin embargo, este polímero como materia prima debe ser aditivado por numerosos estabilizantes térmicos debido a que presenta una particularidad que se degrada térmicamente, entonces para alargar sus tiempos de vida útil debe pasar por rigurosos procesos de estabilización.
Pero antes de estos procesos se debe estudiar los tiempos de degradación del PVC o cualquier otro polímero. Con el fin de establecer con exactitud los parámetros a emplear. Y esto es lo que desarrolle en este estudio, a continuación le detallo el proceso al cual sometí el polímero.
Parte Experimental
Para determinar la estabilidad térmica del PVC, una masa establecida del polímero se expuso en una cámara isotérmica, a la temperatura de trabajo, a una corriente de gas de nitrógeno. El nitrógeno con los gases desprendido se asentó sobre un recipiente de agua desionizada y el HCl diluido en el agua fue monitoreado mediante medidas conductimétricas en forma instantánea. El periodo de estabilidad térmica Test corresponde al tiempo requerido para que la conductividad de la solución acuosa alcanzase un valor de 50 μS/cm.
Para el desarrollo de estos experimentos se empleó un equipo PVC Thermomat, marca Methrom, operando en un rango de temperatura entre 160 a 200 ºC. Similar al que se muestra en la figura se esquematiza el aparato utilizado en el lado derecho, y en el izquierdo estoy mostrando el equipo.
La velocidad de degradación térmica de muestras de PVC puede ser evaluado por el cambio en la conductividad de una solución acuosa
Figura 1. PVC Thermomat Resultados y Discusión
En las figuras 2 se muestra el perfil cinético de la degradación en condiciones isotérmica del PVC en función de la concentración de ácido liberado del polímero a 180 °C. La separación continua de ácido clorhídrico de la cadena del PVC, produce polienos de diferentes extensiones como se mostró previamente. Estos polienos formados ocasionan el deterioro de las propiedades del PVC.
En el gráfico se representan curvas que define el perfil cinético de la deshidrocloración del PVC en condiciones isotérmicas. Cuando el PVC se calienta a una determinada temperatura ocurre una evolución de ácido clorhídrico que se desprende a razón del fenómeno de DHC, esa concentración del ácido va aumentando hasta un punto donde existe un cambio brusco en función del tiempo, este momento de quiebre se define como el tiempo de inducción. Una vez que ocurre el periodo de inducción es indetenible la deshidrocloración. Similarmente se define como tiempo de estabilidad el periodo necesario para que la evolución de HCl genere una concentración de iones disueltos en la trampa de agua de 50 μS.
En la Tabla siguiente se encuentran los tiempos de inducción y estabilidad hallados experimentalmente en la degradación isotérmica del PVC.
Se observa la variación en los tiempos de inducción de PVC, donde a partir de este periodo se incrementa la producción de HCl denotada por un cambio de pendiente en la curva asociada al gráfico. Acá se observa que el PVC 1 presento el menor tiempo de inducción y el PVC 4 el mayor tiempo.
En el mismo contexto en la Figura 3 se observa la degradación de PVC en un rango de temperaturas de 160 a 200 °C. Puede verse que el grado de deshidrocloración a temperaturas entre 160-170 °C es lineal. Y la velocidad inicial de la evolución de HCl a partir de 180 °C fue relativamente lenta y aumentó bruscamente.
La evolución de ácido clorhídrico muestra como acelera con la temperatura creciente, mientras que ocurre lo contrario, si se disminuye la temperatura; ambos efectos son evidentes
La liberación de ácido se produce en dos pasos, antes del tiempo de inducción y luego de que este ocurre. Tales etapas de deshidrocloración pueden ser causadas por: la velocidad de transmisión de calor dentro de la muestra, que a menor temperatura isotérmica hará una pequeña liberación inicial de HCl hasta que toda la muestra este a la misma temperatura; y por los dos tipos de especies cloradas, cloro lábil (es decir, secuencias anormales) y el cloro normal. Obviamente especies lábiles son liberadas en la primera etapa, durante el comienzo del proceso de degradación; Mientras tanto, las especies normales se liberan en el segundo paso.
Esta tendencia se muestra en la Figura 4 del tiempo de inducción con respecto de la temperatura. Estos resultados indican que la temperatura tiene un efecto perjudicial sobre la estabilidad del PVC
Se ha establecido una correlación entre la concentración de átomos de cloro terciario y la velocidad de deshidrocloración. Porque es la estructura defecto más responsable de la disminución de la estabilidad térmica del polímero. Esto es porque la energía necesaria para romper un enlace C-Cl es menor para carbono terciario en comparación con carbono secundario. Aunque los cloros alílicos son más fáciles de romper, la concentración de átomos de cloro terciario suele ser mayor que la concentración de átomos de cloro alílicos.
Bueno chicos y chicas espero les haya gustado mi post de cómo se determina si un polímero presenta un tiempo de vida del PVC como materia prima sin aditivar.
Referencias
1 Imagen 2 Arkis E. y Balköse D., 2005, “Thermal stabilization of poly (vinyl chloride) by organotin compounds”, Polymer Degradation and Stability, 88, 46-51.
2 Ponce-Ibarra1, V.H.; Benavides, R.; Cadenas-Pliego, G.; Maldonado H.; 2007; “Thermal degradation of PVC synthesized with a titanocene catalyst II. Complementary isothermal results” Polymer Degradation and Stability 92:1133-1140.
3 Van Cauter, K.; Van Den Bossche. B. J.; Van Speybroeck, V.; Waroquier, M.; 2007; “Ab Initio Study of Free-Radical Polymerization: Defect Structures in Poly (vinyl chloride)” Macromolecules, 40, 1321-1331.
4 Boughattas, I.; Pellizzi, L; Ferry, M.; Dauvois, V.; Lamouroux, C.; Dannoux-Papin, A.; Leoni, E.; Balanzat, E.; Esnouf, S.; 2015; “Thermal degradation of γ-irradiated PVC: II-Isothermal experiments” Polymer Degradation and Stability xxx 1-10.
Los efectos de degradación y rompimiento de enlaces en el PolyVinyl Chloride (C2H3Cl)n, o mejor conocido como PVC, son debidos a la alta temperatura y tiempo de exposición a este parámetro. Las consideraciones que haces es un aporte significativo para el conocimiento de cuáles son las condiciones críticas para mantener la estabilidad térmica del PVC. Buen trabajo mi estimada @viannis
Saludos reconocido @iamphysical. Gracias por su comentario. ciertamente controlar los tiempos de degradación le ahorra a la industria tiempo, trabajo y dinero.
Buen post, cada vez profundizas más en los distintos aspectos de estos compuestos, Saludos.
Gracias amigo @ydavgonzalez. si poco a poco les mostrare mis resultados. Compartir ciencia es un honor para mi.
Buen aporte para conocer más sobre el mundo de los polímeros, especialmente para conocer sobre estas consideraciones para alargar la vida útil de este material. Saludos amiga @viannis.
Saludos @emiliomoron. Ciertamente. Gracias por tu tiempo
Este tipo de investigación es de gran importancia, ya nos orienta sobre la resistencia de este polímero a condiciones de temperatura y nos ayuda a determinar sobre su utilización o no en ciertas situaciones. Muy buen aporte, los polímeros ofrecen un amplio mundo por indagar. Saludos!!!