TESIS
TESIS
TESIS
“EVALUACIÓN DE AZODICARBONAMIDA Y
BICARBONATO DE SODIO COMO AGENTES
ESPUMANTES EN RESINAS DE POLIETILENO (PE)
Y ETILENO VINIL ACETATO (EVA).”
TESIS
INGENIERO EN PLÁSTICOS
PRESENTA
DIRIGIDO POR:
1
2
DEDICATORIAS
Esta tesis va dedicada a varias personas, las cuales han dejado una huella en mí, que
me han ayudado a crecer en todos los ámbitos de mi vida.
A mis padres por su apoyo brindado incondicional a lo largo de todas las etapas que
he vivido, les agradezco a los dos infinitamente todo lo que han hecho por mí.
A mis hermanos quienes cada uno de ustedes me han dado aliento y consejos los
cuales me han ayudado a lograr mis objetivos y por todo su apoyo muchas gracias
hermanos.
A mis amigos y compañeros, con los cuales pasé 5 años de mi vida juntos y quienes a
pesar de todo siempre fueron de gran ayuda, mostrándome su apoyo y amistad para
seguir adelante.
3
Agradecimientos
A Dios que me ha dado fuerzas para seguir adelante a pesar de circunstancias difíciles,
que me ha guiado para ser un hombre de bien y que siempre ha estado cuando más lo
necesito, gracias por tu apoyo dios mío.
Agradezco a la Dra. Georgina Montes de Oca por su infinita paciencia por su ayuda y
todo el apoyo brindado en su asesoría de este trabajo, el cual culmina con un trabajo
muy importante en mi vida el cual aporta un pequeño “grano de arena” a la
investigación de plásticos.
Agradezco al M.A. Hugo Manuel Morales Arellano asesor de tesis por su gran ayuda,
consejos y retroalimentaciones para que de este trabajo culmine una etapa más de mi
vida y comience una nueva como Ingeniero en plásticos.
Al Centro de Ingeniería y Tecnología del Plástico (CIATEQ) sede estado de México, por
todo el apoyo brindado en utilización de equipos y materiales para el logro de este
proyecto.
Al Ing. Italo Martínez, Ing. Susana Valencia, Q. Ma. Guadalupe e Ing. Pedro Vázquez
por toda la ayuda y apoyo brindado en la ejecución de pruebas y asesorías técnicas.
A mis profesores y profesoras que gracias a ellos he aprendido que en la vida siempre
será de aprendizaje y que está solo en nosotros el poder aprender y aplicar en la vida
diaria lo aprendido.
4
CONTENIDO
Acrónimos 7
Resumen 8
Problemática 9
Objetivos 10
Introducción 11
CAPITULO I ANTECEDENTES 12
5
CAPITULO III RESULTADOS. 59
CAPITULO IV CONCLUSIONES. 80
4.1 Conclusiones. 80
4.2 Referencias 82
6
Acrónimos
Acrónimos Significado
PE Polietileno.
LDPE Polietileno de baja densidad, por sus siglas en inglés (low density
polyethylene)
EVA Etileno vinil acetato.
VA Vinil acetato.
HDPE Polietileno de alta densidad, por sus siglas en inglés (high density
polyethylene)
PVAc Copolimero de acetato de vinilo.
EVOH Alcohol vinílico- etileno.
PIB Poliisobuteno.
CBAs Por sus siglas en inglés (Chemical Blow Agents) agentes químicos de
soplado.
AZ Azodicarbonamida.
7
RESUMEN
8
Problemática
9
OBJETIVOS
Objetivo general.
Objetivos específicos:
10
Introducción
Capítulo II: Este capítulo el tema a tratar es sobre la metodología utilizada para la
preparación de las formulaciones e inyección de probetas de las espumas, a su vez
también se explica paso por paso la forma en que fueron ejecutadas las pruebas de
caracterización las cuales son: densidad, absorción de agua, microscopía y
compresión, en donde los métodos fueron basados en las normas ASTM 3575 y
ASTM 792.
Capítulo III: En este capítulo de la tesis se presentan los resultados obtenidos en las
pruebas de caracterización. La secuencia en las que se presentan es: densidad,
compresión, microscopía y absorción de agua, respectivamente se realiza el análisis de
resultados y una breve discusión sobre las mejores formulaciones de LDPE y EVA que
presentaron buenas propiedades físicas y mecánicas.
11
CAPITULO I ANTECEDENTES
1.1 DEFINICIÓN DE POLÍMERO.
Un polímero es una molécula muy grande formada por la unión de muchas moléculas
más pequeñas llamadas monómeros, los monómeros son por tanto, sustancias
químicas de bajo peso molecular capaces de reaccionar consigo mismo o con otras
agentes para formar un polímero. En sentido etimológico la palabra “polímero” se
deriva del griego poli y meros que significan muchas y partes, respectivamente en
contraste con “monómero” (mono que significa uno), también el término macromolécula
se suele utilizar con el mismo significado que el de polímero; lo mismo sucede con la
expresión cadena polimérica [1].
Los polímeros, base de los plásticos, han estado presentes desde el inicio de la
humanidad ya que la naturaleza sintetiza polímeros como la celulosa, desde tiempos
muy antiguos a la invención de los productos sintéticos por el hombre. La celulosa es el
principal constituyente de las fibras de la madera y el algodón. Algunos otros polímeros
naturales son las proteínas, el caucho, el alquitrán y las resinas [2].
12
1.1.1 Clasificación de los polímeros de acuerdo a su estructura interna
Termoplásticos: Son aquellos que por su estructura interna, formada por cadenas
lineales se pueden reblandecer o fundir fácilmente con calor y volverse a
solidificar varias veces, situación que los hace ideales para el reciclado [1].
Termoestables: Son aquellos que por su estructura interna, formada por cadenas
entrecruzadas, se degradan con el calor antes de que el plástico se funda, solo
pueden fundirse y fabricarse una vez y tiene poca capacidad de reciclado [1].
Elastómeros: Son un tipo de termoestables, que solo pueden fundirse una vez,
pero debido a su estructura interna con cadenas ramificadas, presentan un
elevado grado de elasticidad [2].
13
En la Figura 1.2 se muestra el cambio del monómero de etileno al ser polimerizado
y se forma el polietileno, el cual son cadenas largas de hidrogeno y carbono.
Polimerización
Etileno Polietileno
14
1.1.3 Métodos de polimerización.
Nombre Método
Polimerización Los monómero y el activador se mezclan en un reactor y
directa se calientan o se enfría según se requiera. Sucesivamente
se añade el segundo monómero con lentitud, para que se
genere la reacción; éstas suelen ser exotérmicas y se
tienen que tomar precauciones especiales para disipar el
calor generado.
Polimerización en El monómero se disuelve en un disolvente no reactivo y
solución se cataliza. El calor limitado disminuye la velocidad de
reacción por lo que este tipo de proceso se utiliza para
polímeros que se van a emplear en forma líquida como
pinturas.
Polimerización en El monómero se mezcla con el iniciador y se dispersa en
suspensión agua requiriéndose agitación. El agua se utiliza para
controlar la reacción exotérmica de la polimerización, por
lo que al término de ésta se pueden separar los
polímeros, como pueden ser de tipo vinílicos, poliestireno
o metacrilato.
Este proceso es similar al de suspensión, solo que se
Polimerización por añade un emulsificante (jabón) lo que ayuda a romper las
emulsión partículas pequeñas. En este caso el monómero está
disuelto en agua; después de la polimerización, el
polímero se precipita, se lava y se seca.
15
Continuación de la Tabla 1.1 Métodos de polimerización
El polietileno fue sintetizado en primera ocasión por el químico alemán Hans von
Pechmann quien lo preparó por accidente en 1898, pero fue hasta el año de 1933 que
se utilizó prácticamente a nivel industrial por Fawcett y Reginald Gibson en ICI (Imperial
Chemical Industries) en Northwich, Inglaterra. En 1935 otro químico del ICI, Michael
Perrin, transformó este accidente en una síntesis a alta presión para el polietileno
reproducible, que se convirtió en la base para el comienzo de la producción industrial
de polietileno de baja densidad en 1939. Durante la Segunda Guerra Mundial, se
llevaron a cabo más investigaciones sobre el proceso del ICI y en 1944 la Bakelite
Corporation en Sabine, Texas, y Du Pont en Charleston, Virginia Occidental,
comenzaron la producción comercial a gran escala bajo la licencia de ICI. En 1953, el
químico alemán Karl Ziegler desarrolló un sistema catalítico basado en haluros de
titanio y compuestos de órgano-aluminio que trabajaban en condiciones aún más leves
que el catalizador de Phillips y Ziegler, por lo que estaban siendo utilizados para la
producción de polietileno de alta densidad [5].
16
1.2.1 Estructura del PE y su síntesis.
Los plásticos que se encuentran en el grupo de las poliolefinas (polímeros de etileno,
propileno y butileno) son termoplásticos semicristalnos. Se destacan en general por su
buena resistencia química, altas tenacidades y elongación en la rotura, así como
satisfactorias propiedades de aislamiento eléctrico. Una molécula del polietileno es
una cadena larga de átomos de carbono, con dos átomos de hidrógeno unidos a cada
átomo de carbono [4]. En la Figura 1.4 se muestra la formula química del PE
A veces algunos de los carbonos, en lugar de tener hidrógenos unidos a ellos, tienen
largas cadenas de polietileno. Esto se llama polietileno ramificado, o de baja densidad,
LDPE. Cuando no hay ramificación, se llama polietileno lineal, o HDPE. El polietileno
lineal es mucho más fuerte que el polietileno ramificado, pero el polietileno ramificado
es más barato y más fácil de fabricar [4].
17
El polietileno se obtiene a partir del monómero etileno. Tiene la fórmula C 2H4, que
consiste en un par de grupos metilenos (CH 2) enlazados por una doble ligadura, como
se muestra en la Figura 1.6
Etileno Polietileno
Debido a que algunos catalizadores son altamente reactivos, el etileno debe ser de
gran pureza ya que si no es así puede afectar en las propiedades del material y en su
aplicación final. Las especificaciones típicas son <5 ppm de agua, oxígeno, así como
otros alquenos. Los contaminantes aceptables incluyen N2, etano (precursor común
para etileno), y el metano. El etileno se produce generalmente a partir de fuentes
petroquímicas, pero también puede ser generada por la deshidratación de etanol [4].
El etileno es una molécula bastante estable que se polimeriza en contacto sólo con los
catalizadores. La reacción es altamente exotérmica (el proceso libera una gran
cantidad de calor). Para la polimerización del etileno se utilizan cloruros u óxidos
metálicos. Los catalizadores más comunes constan de cloruro de titanio (III), llamado
catalizadores Ziegler-Natta. Otro catalizador común es el catalizador de Phillips,
preparado mediante el depósito de óxido de cromo (VI) sobre sílica. El polietileno
puede ser producido mediante polimerización por radicales, pero esta ruta es sólo de
utilidad limitada y generalmente requiere un equipo de alta presión [4].
18
varía fuertemente con el tipo de polietileno. Para calidades comerciales comunes de
polietileno de media y alta densidad, el punto de fusión está típicamente en el rango de
120 a 130°C (248 a 266°F). El punto de fusión promedio del polietileno de baja
densidad comercial es típicamente 105 a 115°C (221 a 239°F) [6].
En la Tabla 1.2 y 1.3 se muestran propiedades físico químicas del polietileno de alta y
baja densidad las cuales ayudan para la selección del material indicado a la hora de
estar buscando alguna aplicación o tipo de proceso en específico.
Tabla 1.2 propiedades físico químicas del polietileno de baja densidad y alta
densidad [6].
19
Continuación de la Tabla 1.3 Propiedades físicas del PE [6].
La mayoría de los grados de polietileno de baja, media y alta densidad tienen una
excelente resistencia química, lo que significa que no son atacados por ácidos fuertes o
bases fuertes. También son resistentes a los oxidantes suaves y agentes reductores. El
polietileno se quema lentamente con una llama azul que tiene una punta de color
amarillo y desprende un olor a parafina. El material continúa ardiendo con la
eliminación de la fuente de llama y produce un goteo. El polietileno (aparte del
polietileno reticulado) generalmente se puede disolver a temperaturas elevadas en
hidrocarburos aromáticos tales como tolueno o xileno, o en disolventes clorados tales
como tricloroetano o triclorobenceno [6].
20
En la Tabla 1.4 se muestran los diferentes tipos de polietilenos que existen, algunas
propiedades como: densidad, peso molecular entre otras así como aplicaciones en
donde se utilizan.
21
Continuación de la Tabla 1.4 clasificación de polietilenos
22
Continuación de la Tabla 1.4 Clasificación de polietileno [4].
resistencia a los alcoholes,
ácidos, aceite y
envejecimiento.
Polietileno de Tiene una densidad de 0.93- Es utilizado como aditivo
ultra bajo 0.95g/cm3 y su punto de lubricante del PVC, también
peso ablandamiento se sitúa entre para caucho, y como
molecular 95-100°C dispersante en tintas y pinturas.
(ULMWPE)
23
Figura 1.7 Etileno Vinil Acetato [5].
24
Continuación de la Tabla 1.5
25
por lo general con aditivos como la cera y resina. El EVA también se utiliza como
un aditivo para mejorar el pegado-despegado en envolturas de plástico para
empaques.
Las zapatillas y sandalias de EVA, hoy en día, son muy populares debido a sus
propiedades tales como peso ligero, facilidad para moldear, acabado brillante y
un costo más barato en comparación con el caucho natural [2].
26
Tapones y juntas de hermeticidad: Debido a su elasticidad y buenas
propiedades barrera, el EVA se puede utilizar como un sustituto del corcho y para
juntas de estanqueidad en tapas de bebidas carbonatadas [2].
27
usuario específico. Usos adicionales se encuentran en la realización de los
parches transdérmicos de nicotina. El EVA también se utiliza para la fabricación
de bolsas para cadáveres y aislamiento de cables eléctricos [9].
Espuma de polietileno
28
Las espumas poliolefínicas entrecruzadas se usan como material de embalaje en la
manufactura de componentes microelectrónicos, estos materiales se pueden encontrar
también en la industria automotriz y de la construcción, los materiales requeridos para
este tipo de aplicaciones generalmente incluyen una baja expansión térmica, elevada
estabilidad térmica y buenas propiedades mecánicas. Otra gran ventaja que ofrecen los
compuestos espumados es la elevada reducción de material y costos. Una disminución
en la densidad se convierte directamente en un ahorro de costos, y este es el principal
motivo por el cual la producción comercial de productos espumados va
inexorablemente dirigida a obtener la densidad más baja posible para una aplicación
determinada. Aunque también es cierto que a medida que las densidades se hacen
más bajas, el control y optimización de las propiedades físicas se vuelve más complejo.
Para facilitar este control, se hace necesario un estudio entre la composición, la
estructura celular, la matriz, la morfología y las propiedades físicas [10].
29
para preservar las propiedades mecánicas y de aislamiento a largo plazo. La industria
recomienda que el EPS se utilice con un material de recubrimiento [11]
Ventajas
Inconvenientes
30
Aplicaciones
31
Los agentes químicos de expansión presentan ventajas dado su fácil almacenamiento,
manipulación, dosificación y control en la generación de gas, pero es necesario que
estos compuestos cumplan varias condiciones las cuales son:
(i) La formación de gas debe ser inocua, es decir, no deben producirse gases ni
subproductos explosivos y con el fin de evitar especiales medidas de trabajo.
Tampoco deben ser tóxicos.
(ii) Es necesario que no sean corrosivos o químicamente activos con los
moldes, ni con el polímero o los aditivos restantes.
(iii) Buena mezcla o dispersión en el polímero.
(iv) Su descomposición debe de efectuarse a temperaturas adecuadas para que
no existan pérdidas de gases producidas antes de la reticulación y
expansión. Como ya se ha descrito anteriormente, dichas temperaturas
pueden ser modificadas mediante reactivos de activación.
(v) Las propiedades de los subproductos no deben perjudicar las propiedades
finales del polímero espumado, ni provocar olor ni modificaciones del color.
Los agentes espumantes químicos (Chemical Blowing Agents, por sus siglas en inglés
CBAs) son productos que se descomponen a alta temperatura. Al menos una de las
descomposiciones de los productos es un gas, con el cual se expande el material
plástico para dar una estructura espumosa. La cantidad y el tipo de agente de
expansión influyen en la densidad del producto terminado y su estructura de poros de
las cuales son posibles dos: célula abierta y cerrada [14].
Los plásticos de celda cerrada tienen poros pequeños, autónomos que son más o
menos esféricos; las celdas abiertas contienen poros interconectados que permite que
los gases pasen a través de los huecos en el plástico. Los factores que determinan la
formación de una espuma plástica de célula fina con una estructura celular regular son:
el tamaño de partícula del agente de soplado, la dispersión de propiedades de la
32
máquina de procesamiento de plásticos, la descomposición del agente de soplado y la
viscosidad de fusión de la resina procesada [14].
Los CBAs derivados de hidracina son principalmente sólidos. La formación de gas debe
tener lugar en un rango de temperatura cerca de la de procesamiento del polímero.
Además los productos de la descomposición deben ser compatibles con los plásticos.
Típicamente estos aditivos se pueden descomponer en un intervalo de temperatura
relativamente estrecho. Los CBAs pueden ser mezclados con el polímero a
temperatura ambiente ya que no requieren un procesamiento especial ni equipo. Por lo
tanto los CBAs pueden ser reformulados con otros aditivos como agentes
catalizadores de soplado o agentes de nucleación bajo la temperatura del
descomposición de los CBAs, mientras que los agentes de nucleación proporcionan
sitios para formación de una celda de la espuma plástica [14].
Los agentes de soplado se utilizan en los plásticos por varias razones: reducción de
peso, el ahorro en costos, material y para obtener nuevas propiedades. Las
características adquiridas incluyen el aislamiento contra el calor o el ruido, diferente
aspecto de la superficie, rigidez mejorada, aumento en la calidad (eliminación de
rechupes en piezas moldeadas por inyección) y mejora de propiedades eléctricas.
33
En la Tabla 1.8 se muestran los agentes espumantes exotérmicos químicos y una
descripción de ellos por ejemplo, materiales plásticos que pueden ser compatibles, su
temperatura de reacción, algún activador que les ayude a reaccionar a menor
temperatura.
34
Continuación de la Tabla 1.8 Agentes espumantes exotérmicos.
Este compuesto fue descubierto como agente de
espumación en Alemania durante los años 50´s
(Lober,1952 y Stevens, 1951), obteniéndose a partir de
hidracina, acetona, cianuro sódico y medio ácido,
usando cloro para oxidar el compuesto intermedio
(hidrazo bis(isobutironitrilo).Fue introducido para la
producción de artículos de caucho esponjosos, aunque
más tarde fue recomendado para el PVC expandido.
Este compuesto no es decolorante y proporciona al
Azobis(isobutironitrilo)
PVC una estructura celular uniforme.
La descomposición del azobis(isobutironitrilo) ocurre
rápidamente a temperaturas por encima de los 100 °C y
más lentamente a temperaturas inferiores. La completa
descomposición proporciona 137 mL de gas por gramo
(medido en condiciones normales). El residuo de la
descomposición (tetrametilsucciononitrilo) es una
sustancia tóxica y se deben tomar medidas de
precaución para eliminarla.
35
Continuación de la Tabla 1.8 Agentes espumantes exotérmicos.
36
En la Tabla 1.9 se muestra los agentes espumantes endotérmicos y algunas
características como: cuanto gas produce, temperatura de reacción y tipo de gas que
libera.
37
El proveedor líder de agentes de expansión químicos en América del Norte es
Chemtura antes Uniroyal Chemical; Bayer es el proveedor líder de productos de
agentes de expansión química en Europa, seguido de Dong Jin en Asia / Pacífico. La
región de mayor consumo, cuenta con numerosos proveedores, muchos de venta sólo
en esa zona del mundo. Los principales proveedores de esta región suelen fabricar en
más de un país, por ejemplo, Dong Jin Química y Otsuka Chemical tienen plantas de
producción primaria en Corea y Japón respectivamente, pero también producen en
Indonesia a través de asociaciones de empresas conjuntas [15].
38
CAPITULO II DESARROLLO
EXPERIMENTAL
Para el desarrollo de este trabajo se empleó una máquina inyectora de plástico para la
obtención de las probetas, En la Tabla 2.1 se muestra lo más importante de la hoja
técnica de la máquina de inyección la cual es de marca Demag Sumitomo Systec.
Tabla 2.1 Hoja técnica de máquina de inyección Demag Sumitomo Systec 100-
430.
Unidad de inyección
Diámetro del husillo 40mm
Relación L/D 20
Presión de inyección a (400°C) 2025 bar
Volumen de carrera 231cm3
Capacidad de la tolva de material 35 L
39
Ambiente permitido para la operación.
Esta unidad ha sido diseñada para operar dentro de un medio ambiente entre 5° y 40°
Centígrados o 41° y 104° Fahrenheit con una presión de 0.5 Psi hasta 40 Psi. Un
grado de polución permitido de IEC664 que no exceda una clasificación de dos. Los
niveles relativos de humedad son del 80% para temperaturas hasta 31°C (88°F) y
decreciente lineal de 50% a 40°C (104°F).
40
Tabla 2.2 Nombre de cada parte del dispositivo de densidad Sartorius YDK01.
41
Este aparto es utilizado para mediciones de objetos en el eje Z, el cual fue útil para
realizar las mediciones en la prueba de compresión, por su buena resolución de
(0.0001 a 0.1 mm) a una precisión de 20°C.
42
2.1.6 MICROSCOPIO ÓPTICO OLYMPUS BX41
43
Figura 2.8 Inserto para probeta de inyección.
2.1.8 MATERIALES
44
Tabla 2.4 Propiedades mecánicas y térmicas del etileno vinil acetato (EVA) con
28% de copolímero vinil acetato (VA)
45
2.2 METODOLOGÍA.
En el siguiente diagrama se da a conocer la metodología que se llevó a cabo para la
formulación de la resina con el agente espumante.
0.5%
Bicarbonato
1.0%
EVA
0.5%
Azodicarbonamida
1.0%
0.5%
Bicarbonato
1.0%
LDPE 0.5%
Azodicarbonamida
1.0%
46
Tabla 2.6 Cantidades y porcentajes para la preparación e inyección de prototipos.
Con el fin de realizar la inyección de las probetas espumadas a las cuales se les
realizaran las pruebas de caracterización se presenta el procedimiento que se llevó
para obtención.
47
A B
2.2.2 DENSIDAD.
48
Tabla 2.7 Método para realización de prueba de densidad.
Procedimiento:
49
2.- Se monta el dispositivo en la balanza analítica.
50
3.- Una vez que la temperatura del agua es de 23°C, dentro del recipiente se montó el
dispositivo que marca la norma ASTM D 729, pesando aproximadamente 1g de la
muestra.
4.-Una vez pesada la muestra, se tara la balanza analítica y se sumerge para iniciar la
prueba, al sumergir el espécimen se obtuvo como resultado un valor negativo el cual se
anotó para la aplicación de la (1).
51
Cálculos: Para obtener el valor de la densidad se utilizó la siguiente fórmula de
acuerdo a la norma ASTM 792 para la obtención de densidad de espumas
poliolefinicas.
( ) ( )
( )
(1)
Dónde:
ρ = Densidad
Para obtener un resultado con mayor exactitud se realiza la prueba 4 veces se obtiene
el promedio de ellas y es el que se reporta como resultado [13].
El método Ciateq se basa en dejar por 1 minuto la carga sobre el espécimen, haciendo
solo dos mediciones una antes de ser comprimida y otra después. Sacando la
diferencia de alturas se puede deducir que a menor deformación tiene mejores
propiedades a la compresión.
Procedimiento:
52
Figura 2.18 Colocación de la muestra en el dispositivo
2.- Se mide con el medidor de alturas y se digita en cero la referencia para comparar la
deformidad de la muestra al ser puesta la pesa.
A B
Figura 2.19 [A] Medición de palpador de bola, [B] Medición de referencia en cero.
53
Figura 2.20 Ejecución de la prueba.
El paso anterior se repite 5 veces en los especímenes de cada formulación, con lo cual
se obtiene el promedio y se reporta la compresión en (mm) que hubo en las muestras.
Entre menor sea la deformación en (mm) mejores propiedades a la compresión tiene la
espuma.
Esta prueba fue realizada y mandada hacer a un centro de investigación, el cual cuenta
con el equipo indicado para la realización de esta prueba, solo se realizaron 2 tomas ya
que esta prueba solo se tomó como referencia para observar la cantidad de área
espumada presentada en las probetas, también se verifico el tamaño de celda, el cual
ayudara a saber qué relación tiene con las demás pruebas de caracterización.
Procedimiento:
54
Figura 2.21 Preparación de la muestra.
55
2.2.5 ABSORCIÓN DE AGUA.
Procedimiento:
56
2. Se sujeta la muestra a la rejilla para ser sumergida con aproximadamente 10 L
de agua.
57
Figura 2.26 Se pesa la muestra una vez ejecutada la prueba.
Cálculos
Absorción de agua =
(2)
Donde
58
CAPITULO III RESULTADOS
3.1 Resultados de EVA.
Densidad
Compresión
Microscopía
Absorción de agua.
3.1.1 Densidad
59
La Gráfica 3.1 muestra los resultados de la densidad para el espumado de EVA.
Densidad EVA
0.9
0.8
Densidad (g/cm3)
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
1-Blanco 2-EVA- Azo 0.5% 3-EVA-Bica. 0.5% 4-EVA- Azo 1% 5-EVA-Bica.1%
Formulaciones
60
3.1.2 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN EVA.
Tabla 3.2 Deformación por compresión en (mm) del espumado de etileno vinil
acetato.
3.5
Deformación en (mm)
2.5
1.5
0.5
0
Blanco EVA Azodicarbonamida Bicarbonato de Azodicarbonamida Bicarbonato de
0.5 % sodio 0.5% 1% sodio 1%
Formulación
61
Gráfica 3.2 Deformación por compresión del espumado de etileno vinil acetato.
3.1.3 MICROSCOPÍA.
62
La regla de medición es de 1000µ con la cual se realizaron las determinaciones en las
celdas marcadas con las flechas en las Figuras 3.1 a 3.4
Tabla 3.3 Tamaño de celda obtenida en espumas de etileno vinil acetato (EVA)
4500
Tamaño de celda (µm)
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
EVA- Azo 0.5% EVA-Bicarbonato 0.5% EVA- Azo 1% EVA-Bicarbonato 1%
Formulación
63
3.1.4 PRUEBA DE ABSORCIÓN DE AGUA.
En la Tabla y Gráfica 3.4 se muestran los resultados obtenidos en la prueba de
absorción de agua realizada a la espuma de etileno vinil acetato.
0.03
Absorsión de agua (kg/m2)
0.025
0.02
0.015
0.01
0.005
0
1-EVA- Blanco 2-EVA- Azo 0.5% 3-EVA- Bicarbonato 4-EVA- Azo 1% 5-EVA-Bicarbonato
0.5% 1%
Formulación
En base a los resultados, se puede observar que el material espumado con bicarbonato
de sodio, absorbe mayor cantidad de agua con respecto al espumado de
azodicarbonamida, esto se debe a que el bicarbonato de sodio produjo un tamaño de
celda mayor, alojando el agua dentro de los poros.
64
3.1.5 RESULTADOS DEL ESPUMADO DE ETILENO VINIL ACETATO EVA Y
ANÁLISIS.
En la Tabla 3.5 se muestran en resumen los resultados de las pruebas de
caracterización para el espumado de EVA.
Tabla 3.5 Análisis de resultados del espumado de etileno vinil acetato (EVA)
Según la Tabla 3.5 se observa que al agregar 0.5% de agente espumante, la cantidad
no es suficiente para generar un espumado homogéneo, ni con tamaño de celda
estable, ocasionando que haya espacios sin espumar. Esto repercute ya que la
densidad no disminuye lo suficiente lo anteriormente significa que internamente en el
espécimen, existe mayor área de material solido que espumado, sin embargo la
deformación por compresión es menor a causa de lo antes mencionado.
Al agregar 1% de agente espumante puede notarse que dicha cantidad es óptima para
el espumado, la densidad baja considerablemente, la propiedad mecánica de
compresión no disminuye demasiado, y pese a que el tamaño de celda aumenta, tiene
una mayor homogeneidad. En el caso del bicarbonato de sodio, se tiende a absorber
mayor cantidad de agua en comparación con la azodicarbonamida.
65
De los agentes espumantes analizados, el bicarbonato de sodio genera un tamaño de
celda mucho mayor en comparación con la azodicarbonamida, pero esta presento
mejor propiedad de compresión y menor absorción de agua.
La formulación que obtuvo propiedades óptimas en el caso del etileno vinil acetato es
(EVA-1% azodicarbonamida), ya que aunque no fue la menor densidad si fue
considerable su disminución. En la prueba de compresión se presentó una deformación
intermedia, el tamaño de celda fue homogénea y no tan grande como en el caso del
bicarbonato de sodio. En la prueba de absorción de agua como ya se había
mencionado anteriormente el espumado con azodicarbonamida mostró buena
propiedad al no absorber demasiada agua a diferencia del espumado con bicarbonato
de sodio.
4.1.1 DENSIDAD
66
0.9
0.8
0.7
Densidad (g/cm3)
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
1-Blanco 2- Azod 0.5 % 3-Bicarbonato de 4-Azod 1% 5- Bicarbonato de
Sodio 0.5% sodio 1%
Formulación
67
0.35
0.3
0.25
Deformación en (mm)
0.2
0.15
0.1
0.05
0
Blanco Polietileno Azodicarbonamida Bicarbonato de Azodicarbonamida Bicarbonato de
0.5 % sodio 0.5% 1% sodio 1%
Formulación
3.2.3 MICROSCOPÍA
68
Figura 3.5 LDPE Azodicarbonamida 0.5% Figura 3.6 LDPE Bicarbonato de sodio 0.5%
69
2500
1500
(µm)
1000
500
0
LDPE-Azo 0.5% LDPE-Bicarnbonato LDPE- Azo 1 % LDPE- Bicarbonato
de Sodio 0.5% de sodio1 %
70
0.012
0.01
Absorción de agua (kg/m2)
0.008
0.006
0.004
0.002
0
1-LDPE- Blanco 2-LDPE-Azo 0.5% 3-LDPE-Bicarbonato 4-LDPE-Azo 1 % 5-LDPE-Bicarbonato
Sodio 0.5% de sodio 1%
Formulación
71
Tabla 3.10 Análisis de resultados del espumado de polietileno de baja densidad
(LDPE)
Al realizar la prueba de compresión, no existe una variación considerable entre las dos
agentes espumantes, en la prueba de densidad las dos formulaciones obtuvieron un
valor de 0.63 g/cm3 lo que reafirma que dentro del espécimen no se generó la espuma
suficiente para disminuir dicha propiedad.
72
Espumado de polietileno de baja densidad LDPE 1% de agente espumante.
73
Los parámetros de proceso se condicionaron debido a que en la bibliografía
encontrada, se mencionan las cantidades óptimas de agente espumante que debe
llevar una espuma para ser evaluada, la presión a la que se fijó la máquina inyectora se
debió a que si se aumenta la presión no se deja que reaccione el agente espumante,
haciendo que se manipule el tamaño de celda pero en este proyecto uno de los
objetivos fue verificar qué tamaño de celda se puede obtener y qué relación tiene con
las propiedades mecánicas. El tiempo de enfriamiento fue muy largo ya que la pieza al
espumar generaba una reacción de descomposición del agente espumante y al
suceder esto generaba calor, si la probeta salía antes de tiempo podía suceder que se
reventaron, por tal motivo se decidió fijar ese tiempo de enfriamiento [12].
Con los resultados obtenidos en los espumados de LDPE y EVA se realizó una
comparación entre las mejores formulaciones, las cuales presentaron buenas
propiedades mecánicas y físicas.
74
Tabla 3.11 Comparación de densidad de las mejores formulaciones de EVA y
LDPE.
No. De la muestra Densidad (g/cm3)
LDPE-AZO 1 % 0.44069
LDPE-Bicarbonato de sodio1% 0.424122
EVA- AZO 1% 0.464856
0.47
Densidad (g/cm3)
0.46
0.45
0.44
0.43
0.42
0.41
0.4
LDPE-AZO 1 % LDPE-Bicarbonato EVA- AZO 1%
de sodio1%
Formulación
En la Tabla 3.12 y Gráfica 3.10 se presenta los resultados de las tres mejores
formulaciones en la prueba de compresión.
75
Tabla 3.12 Comparación de deformación por compresión de las mejores
formulaciones de (EVA) y (LDPE).
Deformación por compresión en (mm) EVA
Nombre de la muestra mm
LDPE-AZO 1% 0.2857
LDPE-Bicarbonato de sodio 1% 0.2942
EVA-AZO 1% 2.6179
2.8
2.6
2.4
Deformación en (mm)
2.2
2
1.8
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
LDPE-AZO 1% LDPE-Bicarbonato de EVA-AZO 1%
sodio 1%
Formulación
En la Tabla 3.13 y Gráfica 3.11 se muestran los resultados de tamaño de celdas en als
tres mejores formulaciones de LDPE y EVA.
76
Tabla 3.13 Comparación de microscopia óptica de las mejores formulaciones de
(EVA) y (LDPE).
Microscopia optica
No. De la muestra Media (µm)
LDPE- AZO 1% 1000
LDPE-Bicarbonato de sodio 1% 1010
EVA-AZO 1% 2000
Tamaño de celda µm
2000
1800
1600
1400
1200
µm
1000
800
600
400
200
0
LDPE- AZO 1% LDPE-Bicarbonato de EVA-AZO 1%
sodio 1%
Nombre de la muestra
77
Tabla 3.14 Comparación de absorción de agua de las mejores formulaciones de
(EVA) y (LDPE).
Nombre de la Muestra Absorción de agua (kg/m2)
LDPE-Azo 1 % 0.0095852
LDPE-Bicarbonato de sodio 1% 0.0104832
EVA- Azo 1% 0.0121391
0.014
0.012
Absorción de agua (kg/m2)
0.01
0.008
0.006
0.004
0.002
0
1 2 3
LDPE-Azo 1 % LDPE-Bicarbonato de sodio 1% EVA- Azo 1%
Formulación
Gráfica 3.12 Comparación de absorción de agua de las mejores formulaciones de
(EVA) y (LDPE).
78
presento buenas propiedades de compresión pero fueron menores que el espumado de
LDPE.
Este tipo de espuma obtuvo mayor tamaño de celda, ocasionando que disminuyan sus
propiedades de compresión, sin embargo una vez comprimida la muestra esta tiende a
recuperar su forma casi original, en comparación con las espumas de polietileno de
baja densidad las cuales una vez deformada la probeta ya no recuperan su tamaño
inicial.
79
CAPITULO IV CONCLUSIONES
4.1 CONCLUSIONES
80
Este tipo de espuma se recomienda que puede ser utilizado como relleno de
perfiles para estantería, relleno en tarimas o cajas, extrusión de perfiles para
elaboración de muebles.
81
Referencias
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Modern Plastics Handbook”, 2004, PP.[ 4.19-4.23].
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82
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Density) of Plastics by Displacement, June 2007, pp. [1-6].
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High Rebound Resilience by Blending with Polyethylene–Octylene Elastomer, July
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83
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Properties of Extruded Foam Profiles of Low-Density Polyethylene/EVA Blends,
October 1997, pp [1237-1244].
84
85