UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRS QUMICA HHMFACULTAD DE TECNOLOGIA INDUSTRIAL

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRS FACULTAD TCNICA QUMICA INDUSTRIAL Estudio Del Procesado De UnPolmero Termoplstico BasadoEn Almidn De Patata AmigableCon El Medio Ambiente

DOCENTE:1. ING. SANDRO POPPE MATERIA:1. CATALISIS II

INTEGRANTES:1. APAZA BALTAZAR DAESY SOLEDAD1. FEBRERO SANTOS NINFA1. Vianca1. Martha FECHA: 3 de JUNIO de 2014

1. 2. 3. 4. DISCUSION DE RESULTADOS.El plstico biodegradable est fabricado con materias primas orgnicas que proceden de fuentes renovables, como la fcula de papa (patata) , que al final de su vida til, al ser eliminado como residuo orgnico, este se descompone en un corto perodo de tiempo, en presencia de microorganismos; sirviendo de abono orgnico para las plantas.La norma europea UNE 13432 especifica los requisitos y procedimientos para determinar la biodegradabilidad y compostabilidad de este material en un mximo de seis meses sin ecotoxicidad del humus. Es importante tener en cuenta que no todos los plsticos biodegradables son compostables y viceversa, nicamente los que cumplan la normativa UNE 13432 cumplen estas especificaciones. A continuacin se vern los resultados y se observaran visualmente las TPS asi como los parmetros de proceso.

4.1. EXAMEN VISUAL DE LAS MUESTRAS TPS.Se tomaron las tres mejores muestras visualmente de TPS.

4.1.1. CARACTERSTICAS VISUALES Y ESTUDIO PRELIMINAR DE LA MUESTRA TPS35.Esta muestra ha sido fabricada a partir de almidn, agua, glicerina y urea como plastificantes y ha sido seleccionada por poseer la mejor apariencia fsica.

Como puede observarse en la figura, su aspecto es muy homogneo y adems se ha podido comprobar que el material posee una mayor flexibilidad y transparencia que el resto. No se observan sntomas de degradacin producidos por la temperatura. Fue tambin de las ms difciles de extraer de la mezcladora debido a su alta adherencia en las paredes de la mquina.

A diferencia que con el resto de muestras fabricadas, se ha podido observar que es posible volver a fundir el material tras su fabricacin colocndolo sobre un elemento calefactor a 100C. Dicho proceso de refundicin slo se consigue instantes despus de ser procesado. Si por el contrario la muestra es guardada durante varios das y a continuacin es sometida a temperaturas superiores a los 100C se observa que el material es incapaz de volver a fundir.

4.1.2. CARACTERSTICAS VISUALES Y ESTUDIO PRELIMINAR DE LAS MUESTRAS TPS2 Y TPS4.Estas dos muestras han sido preparadas utilizando la misma composicin pero difieren en la temperatura de procesado que se ha utilizado para su fabricacin.La apariencia de ambas muestras es muy similar, como se aprecia en la Figura 4.2. Siendo ms flexible la TPS4.

Ambos materiales presentan un color amarillento y son ligeramente transparentes. Una vez recogidas las muestras, se volvieron a introducir en la mezcladora utilizando los mismos parmetros de procesado que se haban utilizado durante su fabricacin para observar si presentaban un comportamiento termoplstico y era posible volver a fundirlas. Los resultados finales fueron idnticos para ambas, sufriendo una alta degradacin como consecuencia de la prdida de agua. Por este motivo se intent suministrar agua de nuevo externamente pero no se consigui que el material volviera a presentar un comportamiento plstico. Este hecho hace pensar que una vez que se produce la degradacin del material al ser sometido a una cierta temperatura, sta ocurre de manera irreversible.

4.2. DETERMINACIN DE LA CALIDAD DE LAS MUESTRAS TPS.Para determinar calidad de los TPS se realizaron por el MTODO ANDERSON, donde se observa los ndices de WAI y WSI.Segn este mtodo la calidad de un polmero termoplstico aumenta cuando el material presenta un alto ndice de absorcin de agua (WAI) y un bajo ndice de solubilidad en agua (WSI). Se dividieron en dos grupos para analizar los TPS segn a los ndices de WAI y WSI.

4.2.1. PRIMER GRUPO: MUESTRAS TPS2, TPS4, TPS5, TPS7, TPS10 Y TPS21.Estos materiales han sido fabricados con contenidos similares de almidn, glicerina y agua. Los parmetros de procesado de cada muestra se presentan en la Tabla 4.6. A la muestra TPS21 se le aadi adems un 1% de aceite de cacahuete y un 1% de cido esterico respectivamente.

De todo este grupo el ms sobresaliente es el TPS 5 generando condiciones ptimas de acuerdo resultados de los ndices de WAI y WSI. A continuacin veremos las composiciones del TPS 5.

4.2.2. SEGUNDO GRUPO: MUESTRAS TPS25, TPS35 Y TPS36.Este grupo han sido fabricados incorporando, adems de la glicerina y el agua, urea como plastificante. Los parmetros de procesado utilizados para la fabricacin de las tres muestras son idnticos (100C, 100 rpm y 15 minutos de duracin del experimento).

La muestra TPS 25 es la mejor de este grupo.

4.3. DEPENDENCIA DE LOS NDICES WAI Y WSI CON LA COMPOSICIN Y LOS PARMETROS DE PROCESADO.4.3.1. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA SOBRE LOS NDICES WAI Y WSI.Se pretende determinar la influencia de la temperatura de procesado sobre la calidad del TPS mediante comparacin de los ndices WAI y WSI.Para realizar este estudio se ha mantenido constante la composicin de distintos grupos de mezclas y se ha variado paulatinamente la temperatura de procesado entre 50C y 150C. Se opt por no aumentar esta ltima temperatura porque se observa una degradacin total del material procesado a 150C.

4.3.1.1. MUESTRAS CON AGUA Y GLICEROL COMO PLASTIFICANTES.

Se observa de forma grfica los ndices WAI y WSI de las muestras TPS1-TPS4. Se puede observar que un aumento de la temperatura de procesado por encima de 100-120C provoca un acusado aumento del ndice WSI que indica que se ha producido una mayor degradacin del termoplstico durante su fabricacin. La temperatura de gelatinizacin ptima de las mezclas fabricadas a partir de almidn con estos dos plastificantes (agua y glicerina), se encuentra por tanto en el intervalo entre 100 y 120C. A temperaturas mayores se degrada el almidn y por el contrario, a temperaturas menores no se consigue plastificar el material (TPS1), puesto que los plastificantes no interactan con el almidn correctamente.

Donde se muestran grficamente los valores de WAI y WSI, se puede observar que los resultados siguen la misma tendencia que en el caso anterior, un aumento de la temperatura de procesado provoca un aumento del ndice WSI indicando la degradacin sufrida por el material. A su vez, el valor del ndice WAI aumenta hasta una temperatura de 120C y luego disminuye cuando la muestra se procesa a 150C. Como se mencion anteriormente, la disminucin del valor del ndice WAI se debe a que el almidn sufre una menor gelatinizacin durante su procesado. Al tratarse de glicerina, se desestima una posible evaporacin del plastificante dentro de la mezcladora ya que su temperatura de ebullicin (proporcionada por el fabricante) es de 230C. Por esta razn, la menor gelatinizacin de la muestra TPS12 se debe a la intensa degradacin que sufre el almidn a temperaturas por encima de 150C.

Donde se muestran grficamente los resultados de los ndices, se observa una leve disminucin casi imperceptible de los valores de los ndices de WSI entre 100 y 120C. La gelatinizacin del almidn ocurre en este intervalo de temperaturas y dependiendo de la proporcin en peso de los plastificantes, la gelatinizacin puede ser mayor o menor. En este caso, con un 20% en peso de glicerina, la gelatinizacin es mayor a 120C (TPS15) porque lleva asociado un aumento del ndice de WAI respecto a la muestra procesada a 100C (TPS8). Como en los casos estudiados anteriormente, a 150C se observa un aumento del valor del ndice WSI y una reduccin del valor del ndice WAI como consecuencia de la degradacin sufrida por el material a esta temperatura.

Se van a compararan los valores de los ndices WAI y WSI de las muestras TPS9 y TPS16 fabricadas con un contenido mayor de glicerina. Como puede observarse en la figura anterior se produce un aumento de los valores de los ndices de WSI y WAI a consecuencia del aumento de la temperatura de procesado desde 100 a 120C.Estos resultados, se pueden apreciar fcilmente y de forma visual observando las imgenes de las muestras obtenidas que se presentan en la Figura 4.8, en la cual se muestra la degradacin que sufren las muestras al aumentar la temperatura hasta los 150C. Del mismo modo se puede observar que si la temperatura de procesado no es lo suficientemente alta como ocurre con la muestra TPS1, el material no plastifica, observndose gran cantidad de grnulos de almidn sin alterar. Solo se observan indicios de plastificacin en las muestras TPS2 y TPS4, elaboradas a 100C y 120C, respectivamente.

4.3.1.2. MUESTRAS FABRICADAS AADIENDO OTROS PLASTIFICANTES.A su vez, el valor del ndice WAI disminuye con el aumento de la temperatura de procesado, indicando una peor gelatinizacin a 120C. El alto valor de WSI enambas muestras estudiadas a 100C y 120C, muestran la baja compatibilidad entre el PVA y el almidn utilizando estas condiciones de procesado. El uso dePVA como plastificante no mejora la gelatinizacin del almidn ya que no se aprecia una mejor plastificacin del material. La razn de este comportamientopuede deberse a que el PVA presenta una temperatura de fusin entre 160 -240 C que es bastante superior a la temperatura de procesado utilizada, lo cual provoca que los constituyentes de la mezcla no interaccionen de manera adecuada.

4.3.2. Aqu viene tu parte de vianca.4.4. Ghiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii Aqu viene la parte de marthha

4.5. ESTUDIO MEDIANTE ANLISIS TRMICO (DSC Y TGA) DE LAS MUESTRAS FABRICADAS.Se eligieron las muestras para ser caracterizadas trmicamente, y aquellas de mejores propiedades en base a la determinacin de los ndices de absorcin de agua y solubilidad en agua y a su apariencia fsica. Aprovechando la utilizacin de los diferentes plastificantes, tambin se realiz un anlisis termogravimtrico y de calorimetra diferencial de barrido para estudiar la influencia de dichos plastificantes sobre el comportamiento trmico de los TPS. Las muestras que fueron sometidas estos anlisis y los correspondientes contenidos en peso de los plastificantes se recogen en la Tabla 4.41.

Los parmetros de procesado de las muestras que se pretenden analizar se muestran a continuacin en la Tabla 4.42.

4.5.1. ESTUDIO POR CALORIMETRA DIFERENCIAL DE BARRIDO (DSC).En la siguiente tabla se presentan las temperaturas de fusin de cada plastificante utilizado. Para la fabricacin de los TPS es preferible que la temperatura de fusin de los plastificantes est por debajo de la temperatura de degradacin del almidn, porque de esta forma el almidn y el plastificante pueden mezclarse en estado fundido e interactuar de un modo adecuado.

Segn las diferentes temperaturas utilizadas durante el proceso de mezclado se concluy que a partir de 120-130C comienza la degradacin del almidn de papa. Al observar la anterior tabla se vio que la temperatura de fusin del PVA est por encima de la temperatura del almidn. Con el mtodo experimental, se produce la degradacin del almidn antes de llegar a la temperatura de fusin de este plastificante. Es posible que la fabricacin del TPS utilizando este plastificante no llegue a producirse o lo haga de una manera poco satisfactoria.

En las grficas obtenidas los picos exotrmicos (hacia arriba) indican temperaturas de recristalizacin y los picos endotrmicos (hacia abajo), indican las temperaturas de fusin o evaporacin de la muestra.En el grafico se puede ver el anlisis DSC de las muestras TPS2 y TPS4. Los picos que aparecen alrededor de los 27C, se deben a la inercia del equipo. El equipo tiene problemas para controlar la temperatura una vez que comienza a calentar y el primer pico queda registrado.

En la figura se observa un gran pico endotrmico que transcurre desde los 40C hasta los140C que es debido a la evaporacin conjunta del agua y del glicerol.

En el grafico 4.46 muestra los anlisis DSC de muestras TPS procesadas con distintos plastificantes. Para la muestra TPS24 realizada con sorbitol (puro, intervalos de fusin 96-100C), se observa que hay un punto de fusin 170. En este caso se retrasa el punto de fusin del plastificante lo que indica una gran interaccin entre el glicerol y el almidn de papa. Para la muestra TPS22 se realizado con PVA (puro intervalos de fusin 160-240C). El punto de fusin mostrado en el DSC (170C) Este resultado indica una baja compatibilidad del PVA con el almidn y se ve el pico endotrmico.

Para la muestra TPS17, realizado con PEG (puro, intervalos de fusin 63-65C) presenta un pico endotrmico a 60C por lo que se puede decir que una parte o la totalidad no se ha mezclado de forma ptima con el almidn.

Para las muestras TPS25 y TPS35, ambas procesadas con urea, no se ha registrado el punto de fusin de estos plastificantes. La compatibilidad entre estos componentes y el almidn es mayor que en cualquiera de los casos anteriores, revelando una buena plastificacin del almidn. Este hecho demuestra una mejor compatibilidad entre la urea, la glicerina y el agua que la observada con el resto de plastificantes utilizados.

4.5.2. ESTUDIO POR TERMOGRAVIMETRA (TGA).Este anlisis proporciona informacin sobre los procesos en los que se produce un cambio en la masa de la muestra con la temperatura como, por ejemplo, la evaporacin del glicerol y del agua que existen en las muestras de TPS tras su fabricacin.

En el grafico se muestra el anlisis TGA de la muestras TPS2 y TPS4. Que parte de una temperatura de 40C comienza la degradacin del material y se observa una prdida de masa progresiva en ambas muestras. Esto implica la salida del agua y de la glicerina de la estructura del TPS con variacin de las propiedades del material.

La muestra TPS4 ha perdido un porcentaje en peso ms elevado en comparacin con la muestra TPS2. Los tiempos de procesado utilizados difieren, lo cual permite explicar este comportamiento.

De este modo, se piensa que la muestra TPS2 perdi ms agua por evaporacin durante el proceso de mezclado. Por este motivo la menor proporcin de plastificantes en la muestra TPS2 se traduce en una menor prdida de masa durante el anlisis TGA.

En el grafico 4.48, se presentan los anlisis obtenidos mediante TGA para las muestras fabricadas con el resto de plastificantes. Se observa que la fraccin en peso que la muestra pierde durante el anlisis es distinta en funcin del plastificante utilizado. Como podemos ver la prdida de peso aumenta progresivamente desde la muestra TPS22 hasta la muestra TPS25

La muestra TPS35 contiene una mayor cantidad de agua y glicerol que el resto en su composicin inicial. Esto provoca una mayor prdida de plastificantes durante el anlisis TGA en comparacin con el resto de materiales. La evaporacin de glicerina y agua empieza a los 100C en la muestra TPS22. En la muestra TPS24 la degradacin de estos mismos plastificantes empieza a una temperatura de aproximadamente 80C. Al observar el grfico se observa que para la muestra TPS17, la degradacin y por consiguiente la prdida de agua y glicerol comienza a los 40 C. En las muestras fabricadas con urea (TPS25 y TPS35), la evaporacin del agua y la glicerina comienza a una temperatura de 70C en ambos casos.

De este modo se aprecia que, dependiendo del plastificante utilizado, la temperatura a la cual comienza la prdida de agua y glicerol vara notablemente.Por esta razn se piensa que algunos plastificantes tienen la capacidad de reducir la degradacin del material como consecuencia de la menor salida de ambos constituyentes de su estructura molecular.

5. CONCLUSIONES.Las conclusiones que se han alcanzado en el trabajo de investigacin son las siguientes: Se realiz un proceso experimental para la sntesis de un polmero termoplstico biodegradable basado en almidn de papa y diversos plastificantes. Se llev a cabo la caracterizacin de los materiales TPS fabricados mediante la comparacin de sus ndices de absorcin de agua (WAI) y de solubilidad en agua (WSI). Se ha optimizado la composicin y los parmetros de procesado para la fabricacin de la mezcla TPS35, la cual presenta las propiedades caractersticas de un material termoplstico. Se ha comprobado la importancia de la utilizacin de algunos constituyentes como el agua, el glicerol y la urea por su accin protectora contra la degradacin del almidn durante el procesado de estos materiales.

Se ha comprobado que la utilizacin de agua durante la fabricacin del TPS es indispensable para conseguir una correcta gelatinizacin y desestructuracin del almidn. La temperatura crtica de gelatinizacin para el almidn de papa se estima que se encuentra en el intervalo entre 100C y 120C. El uso de lubricantes para evitar la adherencia de las muestras en la mezcladora, provoca una reduccin de la calidad de los polmeros termoplsticos sintetizados. No se ha conseguido fabricar muestras de TPS con buenas propiedades utilizando como plastificantes PVA, PEG y sorbitol.

6. LNEAS FUTURAS DE INVESTIGACIN.Las vas de investigacin futuras relacionadas con el trabajo experimental desarrollado en este Proyecto son:

Realizar con las composiciones en peso y los parmetros de procesado considerados como ptimos (muestras TPS2, TPS4 y TPS35) la fabricacin de almidn termoplstico de forma contina en un proceso de extrusin industrial. Estudio de otros plastificantes que permitan la fabricacin de polmeros termoplsticos basados en almidn con propiedades ptimas para su moldeo por inyeccin, estudiando la influencia y ventajas de los mismos. Estudio de diferentes variedades de almidn que permitan la fabricacin de polmeros TPS con propiedades ptimas para su moldeo por inyeccin, estudiando la influencia y ventajas de los mismos. Estudiar cmo se puede llevar a cabo con xito el proceso de moldeo por inyeccin de los polmeros termoplsticos basados en almidn (TPS). Estudio de las propiedades mecnicas de los polmeros TPS inyectados y su relacin con los ndices WAI y WSI. Estudio del grado de biodegradabilidad de los termoplsticos fabricados. Sera interesante aplicar alguna de las normas internacionales citadas en este trabajo. Una de las aplicaciones que puede surgir a consecuencia de este Proyecto, es utilizar los polmeros TPS como componentes del sistema ligante en la tecnologa de Moldeo por Inyeccin de Polvos (PIM).

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