Compuestos de Polipropileno y Carbonato de Calcio

7/23/2019 Compuestos de Polipropileno y Carbonato de Calcio

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Compuestos de Polipropileno y Carbonato de Calcio

INTRODUCCIÓN

Desde inicios del siglo XX, la industria plástica, ha tenido una gran demanda por la

sociedad de los materiales termoplásticos y especialmente los plásticos como el

polipropileno y el polietileno por su bajo costo, alta reciclabilidad y a las diferentes

aplicaciones. En Ecuador, ha habido un constante crecimiento de las importaciones de

termoplásticos debido al alto consumo y a la industria petroquímica nacional.

En el desarrollo de este proyecto, se detallará los materiales y procedimientos

utilizados para le preparación de las probetas y la metodología de usarse en este

análisis se re!isará los fundamentos teóricos de los materiales termoplásticos

utilizados en la industria e"plicando con mayor #nfasis en el polipropileno

adicionalmente, se e"plicará de los rellenos más usados en la industria y sus

principales propiedades y aplicaciones.

$E%&', dentro de los diferentes proyectos propuestos, como es el caso de

(E!aluación de compuestos de )olipropileno y *arbonato de *alcio para aplicaciones

industriales+, con el uso de equipos modernos en sus instalaciones ha decidido crear

compuestos termoplásticos con materiales rellenos como es carbonato de calcio.

El presente trabajo permite el análisis de mezclas de plásticos y material inorgánico,

específicamente polipropileno con carbonato de calcio con el fin de mejorar las

propiedades mecánicas, reológicas y t#rmicas y comparar las propiedades de ))



puro respecto al )) con *a*- en diferentes concentraciones. Este análisis permitirá

determinar conclusiones muy importantes.

)ara esto se e!aluará las siguientes propiedades

Ensayo de 'racción &/'% D01-2 Ensayo de 3mpacto &/'% D0451 6ndice de 7luidez &/'% D084-2 &nálisis 'ermo 9ra!im#trico :'9&;D/*<

1. INFORMACIÓN GENERAL.



1.1. Planteamiento del Problema

El uso de materiales como refuerzos en los materiales plásticos se ha hecho

más frecuente en estos =ltimos a>os el principal objeti!o de usarse estos,

es la reducción de costos de producción debido al incremento de la materia

prima del plástico en el Ecuador. El país no cuenta con empresas

petroquímicas y muchos casos esto se !e reflejado en los altos costos de

importación que poseen las resinas !írgenes, pero los altos costos se

pueden reducir si en los procesos de manufactura se usan rellenosutilizando carbonato de calcio e"istentes en nuestro país esto resultaría

atracti!o no solo desde el punto de !ista económico sino tambi#n desde el

punto de !ista ambiental, ya que se contaminaría menos el ambiente al

consumir menos deri!ados plásticos.

El uso y producción de estos compuestos formados de )) y *a*- se

presenta como una alternati!a a las empresas plásticas de nuestro país,

debido a la gran abundancia, disponibilidad y bajo costo de *a*- en el

Ecuador pero sobre todo al aumento de propiedades mecánicas como la

resistencia a la tracción, módulo de elasticidad y resistencia de impacto.

En el presente trabajo se desarrollaran compuestos de polipropileno con

carbonato de calcio por ser las materias primas de mayor aceptación en las

industrias plásticas de nuestro país.



$as propiedades finales que tendrá el compuesto ))0*a*- dependerán

ampliamente del proceso de mezclado entre las fases del compuesto para

tener características multifuncionales como altas propiedades mecánicas,

t#rmicas, ópticas y el#ctricas. )ara cumplir con esta función con eficiencia,

se desarrollará la fundición de la mezcla en una maquina (?rabender+ que

trata de un reómetro de torque que cuenta con diferentes zonas de

mezclados. 7inalmente se e!al=a el comportamiento de los ensayos de

tracción, impacto, índice de fluidez y análisis termo gra!im#trico de un

compuesto formado con )) y *a*-.

En la 3ndustria Ecuatoriana actualmente se usan rellenos minerales y

especialmente con *a*-, sin embargo pocas industrias utilizan *a*- en

polipropileno y cuando lo utilizan en pocas proporciones además no se

conoce las propiedades de los productos a grandes proporciones.

$a mayor producción de estos compuestos se desarrolla en países asiáticos

como en *hina posee una demanda de estos productos en las diferentes

industrias plásticas.

1.2. Obeti!o".

1.2.1. Obeti!o" Generale".

El objeti!o general de este proyecto es de generar,

desarrollar y estudiar una amplia gama de materiales

compuestos con polipropileno y carbonato de calcio tal

que el nue!o material compuesto contenga mejores



propiedades mecánicas, reológicas y t#rmicas que el

material base que es el polipropileno.

Es determinar la capacidad de mezclado del brabender mediante la e!aluación mecánica de propiedades

resultante en compuestos realizadas con la misma,

utilizando polipropileno con diferentes concentraciones

de carbonato de calcio.

1.2.2. Obeti!o" E"#e$%&i$o".

*omparar y e!aluar las propiedades mecánicas como

resistencia a la tracción y resistencia impacto

propiedades reológicas como índice de fluidez y

propiedades t#rmicas como análisis termo gra!im#trico

entre el polipropileno y el material compuesto obtenido

mediante e"perimentación. Estas pruebas son

especificadas a lo largo de la presentación del proyecto,

partirán de probetas resultantes del mezclado en una

máquina brabender de dise>o especial que genera unamejor distribución y dispersión de la mezcla.

)romo!er los beneficios a ni!el ambiental que se

obtendrían aplicando a los procesos este nue!o material

compuesto.



%edición y comparación de resultados.

@ealización de las respecti!as mezclas y elaboración dee"perimentos.

/elección , obtención y limpieza del material del )) y*a*-.

1.'. Metodolo(%a.

& continuación se describe la metodología que se lle!ó a cabo en el

presente proyecto.

TA)LA 1

METODOLOG*A DE LA TE+I+

De acuerdo al primer paso del cuadro describe la selección del

material del polipropileno como del carbonato de calcio, respecto al

polipropileno se utilizó )) de marca ?rasAem pro!eniente de ?rasil

con una densidad de B.C8 g;cm-, tambi#n se utilizó *a*-

pro!eniente de la cantera de la comuna de /an &ntonio, ubicada en

m 2 !ía 9uayaquil0)layas con un tama>o de grano de la partícula

que !aría de 8 a 8B Fm y posteriormente a su respecti!a limpieza.



El segundo paso es la realización de las mezclas en diferentes

proporciones como lo indica en el resumen del proyecto un total de

5BB gramos por cada una de las mezclas correspondientes de

manera manual. )osteriormente se procede a e"truír en el ?rabender,

a continuación se tritura cada una de las mezclas pre!iamente

e"truídas en un molino de martillo y finalmente se procede a elaborar

las probetas tanto para el ensayo de resistencia de tracción como de

resistencia al impacto con la ayuda de una máquina inyectora de

plásticos.

*omo =ltimo paso es la realización da las pruebas correspondientes

para determinar los !alores de las respecti!as propiedades

mecánicas, reológicas y t#rmicas anteriormente propuestas y así

poder comparar con la muestra 8BBG polipropileno y obtener !aliosas

conclusiones.

1.,. E"tr-$t-ra de la Te"i".

El siguiente proyecto está formado por los siguientes capítulos

El capítulo 8 se denomina 3nformación 9eneral y describe el tema al

tratar en forma global, esto nos ayudará a tener una idea general del

desarrolló del trabajo.

El capítulo 4 se denomina %arco 'eórico y describe las

características, propiedades y estructura que poseen las resinas de

polipropileno, tambi#n se hará una bre!e descripción de las formas de



procesamiento de los materiales polim#ricos como de la presencia de

*a*- en el Ecuador.

El capítulo - se denomina )arte E"perimental y describe el dise>oe"perimental al aplicarse, elaboración de e"perimento y los

correspondientes ensayos a realizarse para tomar los datos y !erificar

sus propiedades.

El capítulo H se denomina &nálisis de @esultados y describe los datos

de los e"perimentos realizados con sus correspondientes análisis.

El capítulo 5 se denomina *onclusiones y @ecomendaciones y

describe el mejor resultado de acuerdo a los objeti!os generales

propuestos y proponer nue!as in!estigaciones.

CAP*TULO 2



2. MARCO TEÓRICO.

2.1. Generalidade".

& lo largo del siglo XX la *iencia de )olímeros se ha desarrollado de tal

manera que se han obtenido materiales e"traordinarios, básicos para los

desarrollos tecnológicos de la actualidad, pero lo que mucha gente ignora es

que siempre hemos !i!ido en la era de los polímeros. 3ncluso en las

denominadas Edad de )iedra, Edad de ?ronce o Edad de Iierro, los

polímeros estaban presentes en mayor medida que los materiales que dieron

nombre a dichas #pocas, puesto que los polímeros forman la base de la !ida

animal y !egetal. 9ran parte de lo que hay en el mundo son polímeros fibras,

resinas, proteínas, etc.

$os hombres primiti!os ya utilizaron t#cnicas rudimentarias de tratamiento de

polímeros para curtir las pieles de los animales y transformarlas en cuero o

para modelar caparazones de tortuga mediante la aplicación de calor.

'ambi#n aprendieron a procesar, te>ir y tejer fibras naturales como la lana, la

seda, el lino o el algodón.

$os polímeros, pro!ienen del griego poli :mucho< y meros :unidades<,

reciben tambi#n el nombre de macro mol#culas, debido al enorme tama>o

de las mol#culas que los componen. Estas mol#culas gigantes tienen pesos

moleculares más de miles !eces mayores que los de mol#culas peque>as

como el agua. $os polímeros se pueden clasificar en dos grandes grupos



los naturales o biopolímeros, que como su nombre indica se encuentran en

la naturaleza y los sint#ticos, fabricados por el hombre.

Este trabajo propone como una posibilidad de in!estigación sobre el proceso

de transformación del dise>o de los compuestos de polipropileno en mezcla

con carbonato de calcio y las nue!as propuestas de desarrollo

implementadas en base artículos inde"ados y notas de la Jeb. & ni!el

general se pueden referenciar formatos electrónicos como las re!istas

digitales, los periódicos y los boletines electrónicos igualmente se mencionan

los libros electrónicos y sus colecciones, que com=nmente son citadas como

bibliotecas electrónicas. 'ambi#n busca presentar un estudio realizado sobre

el estado del arte de los compuestos fabricados a partir de carbonato de

calcio y polipropileno, de acuerdo a las e"igencias que debe cumplir seg=n

las normas especificadas. )ara lograr este propósito se inició con una

recopilación de todas las referencias citadas en di!ersos artículos. )ara esto

fue necesario definir unos referentes teóricos mínimos que permitieran

abordar el estudio que se pretende realizar.

$a tecnología de los polímeros comenzó de forma empírica, debido a la falta

de conocimientos científicos en la materia. $os polímeros más utilizados eran

entre otros el algodón, el lino, la lana, la seda, el cuero, las láminas de

celulosa :papel<, el caucho natural, la gutapercha :utilizada para

impermeabilizar prendas<, y la balata una sustancia similar al caucho que se

obtiene del láte".



&unque antes de 8C4B la lista de polímeros sintetizados para usos de la

industria era de por lo menos diez, la segunda guerra mundial quizás fue el

desencadenante para el apro!echamiento a ni!el masi!o de estos recursos.

De acuerdo a lo anterior, el crecimiento de la industria de los polímeros en la

segunda mitad del siglo XX en adelante, ha sido e"traordinaria y no presenta

signos de decrecimiento, si se considera las !entajas de los polímeros sobre

sus materiales competidores como los metales y las cerámicas, es razonable

llegar a deducir que el mercado de los materiales, será dominado por los

primeros K8L.

$os materiales polim#ricos se produce hace más de un siglo y el crecimiento

de su consumo ha ido acompa>ado del desarrollo tecnológico y de nue!os

materiales y se emplea para producir una gran !ariedad de productos

cotidianos que !an desde los en!ases, componentes en la industria, !i!ienda

y te"til, hasta materiales de aplicación específica en tecnología informática,

m#dica o aeroespacial K4L.

En 8CC4, 'hio et al. K-L uso tres tipos de partículas de *a*- con diámetros

promedio de B.B, B. y -.5 mm para endurecer una matriz de )). /e informó

que el diámetro de las partículas de B. mm mejoran la resistencia de

impacto cuatro !eces más que la matriz sin carga de *a*-. $os principales

mecanismos de endurecimientos fueron descementado interfacial y la

deformación plástica del ligamento entre las partículas y defle"ión cracA.



?artczaA et al. K-L ID)E templado, con una fuerza de impacto dentada de 5B

M;m utilizando estearato de calcio *a*- modificada por partículas con un

diámetro promedio de -.5B, B.B y B.HH mm, y obtu!ó una longitud del

ligamento crítica B.1 mm para el comienzo de la transición frágil0d=ctil. $as

obser!aciones en microscopia electrónica de barrido :%E?<, mostraron que el

proceso de fractura de la morfología de la zona en los compuestos de

ID)E;*a*- era muy similar a la del ID)E puro e indicó que los dos tenían

la misma deformación y mecanismos de falla.

@ecientemente, las nanopartículas de *a*- comercialmente disponibles

son utilizadas para endurecer los polímeros que contienen peque>as y

grandes cantidades de *a*-. &unque las partículas peque>as y uniformes

se creen que son más eficaces en el endurecimiento de la matriz que la de

mayor tama>o de nanopartículas, incluso si se tratará de la superficie

modificada y preparada puede causar una disminución significati!a en

dureza. )or lo tanto una dispersión uniforme en la matriz polim#rica es un

primer desafío importante para el endurecimiento efecti!o del )).

*han eat KHL, preparó compuestos formados con )) y *a*- e hizo derretir

la mezcla en un mezclador de IaaAe, en la cual encontró que la dispersión

de las nanopartículas de *a*- en )) era buena cuando la carga fue

inferior a C.4G de !olumen. $a incorporación de nanopartículas *a*- en la

matriz polim#rica resultó que aumentará la resistencia al impacto en

alrededor de dos !eces, utilizando e"trusora de doble husillo para

compuestos de )) con partículas de *a*-. $os objeti!os de este estudio



fueron para endurecer la mezcla y mejorar la dispersión del )) con estas

partículas rígidas e inorgánicas de *a*-.

/in embargo, se comprobó por medio de obser!aciones de microscopia

electrónica de barrido, que las nanopartículas de carbonato de calcio

mostraron una pobre dispersión en la matriz del )) despu#s del proceso de

fusión por e"trusión. )osteriormente, se optó por un modificador no iónico

para mejorar la dispersión de las nanopartículas de *a*- en la matriz. $os

efectos de este modificador fueron mejorar la calidad y la eficiencia de la

dispersión en el endurecimiento de )) con *a*-. En la cual se concluyó la

e"istencia de una interacción entre las partículas de *a*- y )) y discutió el

mecanismo de endurecimiento K-L.

Nltimamente alguna de las in!estigaciones realizadas e"iste un reno!ado

inter#s de los materiales polim#ricos como el polipropileno con el carbonato

de calcio por su bajo costo relati!o que tiene el carbonato de calcio respecto

al polipropileno. )or la !ersatilidad del polipropileno a mejorado sus

propiedades físicas y mecánicas. /e realizó estudios entre el polipropileno

puro y carbonato de calcio en un rango del 5 al 4BG y se !erificó que el

polipropileno con el carbonato de calcio mejora la resistencia a la tracción y

depende del grado de tama>o de grano del *a*-, al porcentaje de *a*-

presente en la mezcla y al procesamiento de la mezcla KHL.

/e puede mencionar algunas de las !entajas de los polímeros a

continuación

@esistencia y dureza.



$a habilidad para absorber energía.

$igeros.

?ajo costo de fabricación.

En cuanto a las principales des!entajas, que se busca mejorar, cabe

mencionar

?aja resistencia a altas temperaturas.

%ejorar la resistencia al impacto y la de tensión.

%ejorar la estabilidad y rigidez en la matriz polim#rica.

7ragilidad a baja temperatura.

?aja resistencia al desgaste y a la abrasión.

$a importancia de los polímeros sint#ticos es tan grande que sin ellos

nuestra calidad de !ida se reduciría a ni!eles alarmantes. &sí, los

objeti!os de la in!estigación científico0t#cnica se centran en la b=squeda

de nue!os materiales capaces de satisfacer los requerimientos del

mercado y que sean respetuosos con el medio ambiente. En la

actualidad se está trabajando cada !ez en la in!estigación y desarrollo

de campos relacionados con la ciencia o la tecnología de los polímeros,

siendo innumerables los a!ances tecnológicos conseguidos en este

sector, por lo que se ha dado por llamar a nuestro tiempo (la era de los

polímeros+.

)ara este proyecto se utilizó una e"trusora de doble husillo simple

:?rabender< con una !elocidad de ensayo de 85B rpm, para que e"ista

una adecuada mezcla de )) con *a*- y un tama>o de grano de 8 a



8B Fm debido a los equipos que e"isten en el laboratorio, tambi#n se

desarrolló con porcentajes de *a*- :508B04B0-BG< en función de la

relación !olumen;costo para el desarrollo de los ensayos y

caracterización de los compuestos se utilizó las normas &/'%

anteriormente mencionadas. :@esumen<

2.2. +%nte"i" Cara$teri/a$i0n de lo" Com#-e"to".

$a caracterización de un material cargado con partículas rígidas es

compleja por el gran n=mero de factores que afectan a su

comportamiento mecánico final. De este modo, la composición química,

la pureza, la forma, el tama>o medio y la distribución de tama>os, la

fracción en !olumen, el área superficial específica, la energía libre

superficial y las propiedades t#rmicas de las partículas utilizadas

condicionan la micro estructura así como las propiedades t#rmicas,

mecánicas y a fractura de estos compuestos K5L.

*omo características de las pruebas realizadas tenemos que la influencia

del tama>o de partícula sobre las propiedades mecánicas a tracción y a

fractura de compuestos de polipropileno es en muchos casos

contradictoria. En este sentido se ha obser!ado un aumento del módulo

de elasticidad y de la resistencia mecánica al disminuir el tama>o medio

de partícula, a la !ez que el alargamiento a rotura aumentaba.

tro factor importante en el comportamiento mecánico de materiales

termoplásticos cargados con partículas rígidas es la concentración de



tensiones alrededor de las partículas. $as inclusiones rígidas inducen

concentración de tensiones en sistemas polim#ricos heterog#neos, la

magnitud de las cuales depende de la geometría de las partículas, de las

propiedades de los componentes y de la adhesión interfacial. &sí mismo,

un mayor tama>o de partículas produce una mayor concentración de

tensiones, al aumentar su !olumen efecti!o. )or su parte, se ha indicado

que ele!adas concentraciones de tensiones en los alrededores de las

partículas pro!ocan un detrimento de la resistencia al impacto del

compuesto.

&demás a bajas !elocidades de deformación, la incorporación de

partículas rígidas en el polipropileno ocasiona un incremento de la

energía necesaria para el inicio de la propagación de la grieta, aunque en

muchas ocasiones se alcanza un má"imo de tenacidad a un determinado

ni!el de carga. 'ambi#n, a !elocidades de impacto, se reportan !alores

óptimos de la resistencia al impacto *harpy para compuestos de )) con

carbonato de calcio.

2.'. Pol%mero".

On polímero :del griego poly , muchos, y meres, partes o segmentos< es

un producto constituido por mol#culas de cadenas largas, por lo com=n

de !arios millares de átomos de longitud, formadas por una secuencia de

unidades moleculares menores llamadas monómeros. Esas sustancias

macro moleculares tienen propiedades completamente diferentes a los

monómeros que las componen. $os polímeros se fabrican a partir de la

modificación de productos naturales o por síntesis de materiales



intermedios dependiendo de la estructura química de sus enlaces se

di!iden en termoplásticos y termoestables

FIGURA 2.1 REPRE+ENTACIÓN E+UEMTICA DE UN POL*MERO

$os termoplásticos son sensibles a los cambios de temperatura, ya que a

medida que esta aumenta, los enlaces secundarios que mantienen

unidas las cadenas disminuyen haciendo que el polímero aumente su

fluidez facilitando su deformación cuando se aplica un esfuerzo y

fa!oreciendo el procesamiento. /e di!iden en amorfos y semi cristalinos.

$os termoplásticos amorfos poseen una estructura molecular aleatoria a

toda temperatura y tiene una sola temperatura característica llamada

temperatura !ítrea :'g<, en la cual las cadenas polim#ricas tienen

suficiente energía t#rmica para rotar alrededor de los enlaces entre

carbonos facilitando el mo!imiento molecular, debido a esto el módulo del

polímero cae abruptamente.



)or debajo de esta temperatura, la estructura del polímero es similar a la

de un !idrio y por encima, debido a la alta fluencia, presenta altas

elongaciones con esfuerzos relati!amente bajos de ahí que esta zona sea

llamada región cauchosa. Estos polímeros no tienen temperatura de

fusión :'m< debido a que ya poseen una distribución aleatoria durante

cualquier inter!alo de temperatura.

FIGURA 2.2 REPRE+ENTACIÓN E+UEMTICA DE UN

TERMOPL+TICO AMORFO

2.,. La" Poliole&ina".Entre los polímeros de mayor consumo con e"tensas y potenciales

aplicaciones se encuentran las poliolefinas :)< en sus formas de

termoplásticos y elastómeros esto como consecuencia de su alta

disponibilidad en el mercado y por su amplio rango de propiedades y bajo

costo. En los =ltimos a>os, estos materiales han despertado gran inter#s



por su utilización en el campo de las polimezclas y en materiales

compuestos :compósitos<.$as poliolefinas :)< constituyen una interesante familia de materiales

polim#ricos. En ella encontramos materiales de uso masi!o como lo son

el polipropileno :))< y el polietileno :)E< además de materiales

especiales como son los elastómeros olefínicos, el etilenopropileno

:E)@<, etc. En base a los !ol=menes anuales de producción, las

poliolefinas son en gran medida la clase más importante de materiales

plásticos. El desarrollo de las ) representa una a!entura =nica en la

historia de materiales en general. /u mercado en un principio y por losprimeros 4B a>os de su e"istencia era decepcionante en t#rminos de los

!ol=menes obtenidos, de la calidad, y la fle"ibilidad de los materiales. /e

carecía de una tecnología !ersátil que produjera polímeros con buenas

propiedades K1L.

/e puede indicar hoy, incluso en !ista de la uni!ersalidad de materiales,

que su posición es =nica en su capacidad de unir de forma perfecta los

requisitos básicos para el crecimiento acertado de un material :8<

balance de costo;utilización y :4< producción económica con la

consideración dada a los factores ambientales.

$a base de su desarrollo dinámico y su enorme potencial radica en /u fle"ibilidad con respecto a sus características y a sus usos

físicos y mecánicos. /u no to"icidad y bioaceptabilidad. $os ahorros de la energía durante su producción y uso, en

comparación con otros materiales. /u bajo costo y las materias primas fácilmente disponibles. /u producción económica, !ersátil, y no contaminante.

$as poliolefinas más utilizadas son )E y )) su e"tenso uso es en gran

parte debido a sus e"celentes propiedades mecánicas, el bajo costo de

los monómeros, y la facilidad de su producción, de fabricación, y de



procesamiento K1L. $a e"plosión en su desarrollo dinámico, que a=n se

encuentra en marcha, comenzó en los a>os B. &parece a=n más impresionante si se compara su crecimiento con el

crecimiento de todos los materiales plásticos, como queda representado

en la figura 4.-.

FIGURA 2.' CON+UMO MUNDIAL DE LA+ POLIOLEFINA+ POR A3O

2.4. Poli#ro#ileno.El polipropileno :))< es un termoplástico semicristalino, que se produce

polimerizando polipropileno en presencia de un catalizador est#reo

específico. El polipropileno tiene m=ltiples aplicaciones, por lo que es

considerado como uno de los productos termoplásticos de mayor

desarrollo en el futuro. Es un producto inerte, totalmente reciclable, su

incineración no tiene ning=n efecto contaminante, y su tecnología de

producción es la de menor impacto ambiental K1L.

Esta es una de las características atracti!as frente a materiales.



FIGURA 2., E+TRUCTURA DEL POLIPROPILENO.

$a polimerización catalítica del polipropileno fue descubierta por el

italiano 9iulio Patta en 8C5H y marcó un notable hito tanto por su inter#s

científico, como por sus importantes aplicaciones en el ámbito industrial.

Empleando catalizadores selecti!os, se obtu!ó un polímero altamente

cristalino formado por la alineación ordenada de mol#culas de

polipropileno monómero. $os altos rendimientos de reacción permitieron

su rápida e"plotación comercial. &unque el polipropileno fue dado a

conocer a tra!#s de patentes y publicaciones en 8C5H, su desarrollo

comercial comenzó en 8C5 por la empresa italiana %ontecatini. )ocos

a>os más tarde, otras empresas, entre ellas 3.*.3. y /hell tambi#n

fabricaron el )).

Este descubrimiento impulsó la in!estigación de los sistemas catalíticos

est#reo específicos para la polimerización de olefinas y le otorgó a Patta,

junto al alemán arl Qiegler, el premio Pobel de química en 8C1- KL.Ioy en día, el polipropileno es uno de los termoplásticos más !endidos

en el mundo, con una demanda anual estimada de HB millones de

toneladas. /us incrementos anuales de consumo han sido pró"imos al

8BG durante las =ltimas d#cadas, confirmando su grado de aceptación

en los mercados. $a buena acogida que ha estado directamente

relacionada con su !ersatilidad, sus buenas propiedades físicas,

mecánicas y la competiti!idad económica de sus procesos de producción.



Rarios puntos fuertes lo confirman como material idóneo para muchas

aplicaciones ?aja densidad. &lta dureza.

@esistencia a la abrasión. &lta rigidez. ?uena resistencia t#rmica. E"celente resistencia química.

)or la e"celente relación entre sus prestaciones y su precio, el

polipropileno ha sustituido gradualmente a materiales como el !idrio, los

metales o la madera, así como polímeros de amplio uso general :&?/ y

)R*<. $as principales compa>ías petroleras del mundo producen

polipropileno, bien sea por participación directa, o por medio de filiales.

En el transcurso de los =ltimos a>os el !olumen de negocio del

polipropileno ha ido creciendo de manera significati!a, tanto en el mundo

como dentro del grupo.

El polipropileno isotáctico es de uso práctico en muchas áreas, tales

como los electrodom#sticos, construcción y otras aplicaciones

industriales. /in embargo, el )) es de primera clase sensible y frágil bajo

se!eras condiciones de deformación, como a bajas temperaturas o altas

tasas de impacto, que ha limitado su rango más amplio de uso de la

ingeniería. $a mezcla de )) con caucho es una manera eficaz para

aumentar su dureza, pero un incon!eniente de endurecimiento de goma

es la importante p#rdida de tanta resistencia a la tracción y la rigidez delos )).

Ono de los grandes a!ances de la humanidad fue el descubrimiento que

se podía alterar la naturaleza de los materiales mediante la aplicación de

calor. $os cerámicos fueron los primeros materiales inorgánicos en ser

alterados por el ser humano.

2.4.1. Cara$ter%"ti$a" Pro#iedade" del Poli#ro#ileno.



El polipropileno :))<, es un polímero termoplástico de gran

consumo y sus aplicaciones han crecido significati!amente

debido a que es un polímero muy !ersátil, es decir, posee una

gran capacidad a ser modificado y dise>ado para distintas

aplicaciones específicas. Debido a su comportamiento t#rmico y

reológico, cuando se encuentra fundido, puede ser procesado

en alto inter!alo de condiciones que !an desde el moldeo por

inyección hasta el soplado. /u baja densidad apro"imadamente

de B.CB g;cm- le asegura una creciente penetración en el

mercado, tanto por sus propiedades mecánicas como por su

baja relación costo;!olumen. $os productos de polipropileno

poseen una mejor fle"ibilidad y simplicidad para el reciclado,

debido a su alta resistencia química y medio ambiental, y a su

baja densidad que fa!orece la separación de otros materiales.

$as propiedades físicas, químicas y mecánicas del polipropileno

le permiten ser aplicados en una gran !ariedad de productos

formados mediante proceso de e"trusión o inyección. El

polipropileno es una poliolefina que se sintetiza mediante

catálisis a partir del polipropileno para formar un homopolímeros

o copolímeros con otras olefinas.El polipropileno ofrece un buen equilibrio entre propiedades

t#rmicas y químicas, teniendo presente sus moderadas

propiedades mecánicas. /e caracteriza por tener una e"celente

resistencia a la fle"ión, una buena resistencia a las fisuras por

tensión, e"celente resistencia química, buena resistencia al

impacto por encima de BS*, buena estabilidad química, baja

densidad y bajo costo de producción K2L.

2.4.2. E"tr-$t-ra del Poli#ro#ileno.



El polipropileno es un polímero lineal similar al polietileno, solo

que uno de los carbonos de la unidad monom#rica está unido a

un grupo metilo. Esto permite distinguir tres formas isómeras del

polipropileno :figura 4.5<

Isotáctica.

Sindiotáctica

FIGURA 2.4 REPRE+ENTACIOME+ I+5MERICA+ DEL POLIPROPILENO

At6$ti$a.Estas se diferencian por la posición de los grupos metilos con

respecto a la cadena principal del polímero.$as formas isotácticas y sindiotácticas, dada su gran

regularidad, tienden a adquirir en estado sólido una disposición



espacial ordenada, semicristalina, que confiere al material unas

propiedades físicas e"cepcionales. $a forma atáctica, en

cambio, no tiene ning=n tipo de cristalinidad. $os procesos

industriales más empleados están dirigidos hacia la fabricación

de polipropileno isotáctico que es el que ha despertado mayor

inter#s comercial

2.7. Pro$e"amiento de Materiale" Polim8ri$o".Es uno de los m#todos más importantes utilizados para transformar los

pellets polim#ricos en productos con forma definida como láminas,

!arillas, secciones e"trusionadas, tubos o piezas moldeadas finales. Elproceso depende, en cierta medida, de si el polímero es un termoplástico

o termoestable.$os termoplásticos normalmente se calientan hasta reblandecerse y se

les da forma antes de enfriar. $os materiales termoestables no están

completamente polimerizados antes de procesarlos a su forma final, en

el proceso de conformado ocurre una reacción química de entre

cruzamiento de las cadenas del polímero en una red de material

polim#rico. $a polimerización final puede tener lugar por la aplicación de

calor y presión o por una acción catalítica a temperatura ambiente o a

temperaturas superiores.

$os procesos utilizados más importantes para termoplásticos y termofijos

son )or e"trusión. )or inyección. )or soplado. )or compresión.

2.7.1. Por E9tr-"i0n.Es uno de los procesos más importantes utilizados para los

termoplásticos. &lgunos de los productos manufacturados por

este proceso son tubos, !arillas, láminas y todo tipo de formas.

$a máquina e"trusora se utiliza tambi#n para realizar materiales



compuestos plásticos para la producción en bruto sin conformar,

como pellets y para la recuperación de residuos de materiales

termoplásticos. En el proceso de e"trusión la resina de

termoplástico se introduce en un cilindro caliente y mediante un

tornillo rotatorio se fuerza al plástico fusionado a tra!#s de una

abertura o aberturas en un molde adecuado para generar

formas contin=as. Despu#s de salir del molde la pieza debe

enfriarse por debajo de su temperatura de transición para

asegurar la estabilidad dimensional. El enfriamiento se realiza

generalmente por chorro de aire o mediante un sistema de

refrigeración. En la figura 4.1 se muestra esquemáticamente

una e"trusora, indicando las diferentes zonas funcionales tol!a,

zona de transporte del sólido, retraso en el comienzo de la

fusión, zona de fusión y zona de bombeo del fundido.

FIGURA 2.7. DI)U:O E+UEMATICO DE LA E;TRU+ORA

2.7.2. Por Ine$$i0n.En este proceso, se introducen pellets plásticos desde una

tol!a, a tra!#s de un orificio, al cilindro de inyección sobre la



superficie de un tornillo rotati!o que los lle!a hacia el molde. $a

rotación del tornillo empuja los gránulos contra las paredes

calientes del cilindro, produciendo su fusión debido al calor de

compresión, fricción y al calor de las paredes del cilindro.

*uando se fusiona suficiente material plástico en la parte final

del tornillo, el tornillo para y por un mo!imiento de percusión

inyecta el material fusionado a tra!#s de un orificio de colada y

entonces lo introduce dentro de las ca!idades del molde. El

tornillo mantiene la presión del material plástico introducido en

el molde durante un periodo corto de tiempo para permitir su

solidificación y entonces se retrae. El molde se enfría con agua

para enfriar rápidamente la pieza plástica. 7inalmente se abre el

molde y la pieza es e"pulsada del molde con aire o con

eyectores de puntas empujados por muelles. Entonces se cierra

el molde y se comienza nue!amente el ciclo.

En la 7igura 4. se obser!a la secuencia para el proceso de

moldeo por inyección en la cual :a< se reparten los gránulos de

plástico mediante un tambor en un tornillo giratorio :b< se

funden los gránulos de plástico mientras se desplazan a lo largo

del tornillo giratorio y cuando hay suficiente material fundido al

final del tornillo, el tornillo para de rotar. :c< el tambor del tornillo

se adelanta con un mo!imiento de percusión e inyecta el

plástico fundido a tra!#s de una abertura dentro de un sistema

de canales y puertas dentro de la ca!idad de un molde cerrado.

:d< el tambor del tornillo es retirado y la pieza acabada de

plástico e"pulsada. :e< matriz abierta del molde mostrando las

piezas de plástico retiradas debajo.



FIGURA 2.< +ECUENCIA DE OPERACIONE+ PARA EL

PROCE+O DE MOLDEO POR IN=ECCION2.7.'. Por +o#lado.

En este m#todo de procesamiento se sit=a un cilindro o tubo de

plástico calentado entre las mandíbulas de un molde. /e cierra

el molde para aprisionar los bordes del cilindro y se insufla aire

comprimido, forzando al plástico contra las paredes del molde.

En la figura 4.2 se obser!a los pasos para el moldeo por

soplado en donde :a< /e introduce una sección de tubo en el

molde. :b< se cierra el molde y en la parte inferior del tubo se

prieta por el molde. :c< se echa aire a presión a tra!#s del molde

dentro del tubo, que se e"pande para llenar el molde y la pieza

es enfriada mientras se mantiene la presión del aire. & T línea

de aire, ? T matriz, * T molde, D T sección del tubo.



FIGURA 2.>. +ECUENCIA DE PA+O+ PARA EL MOLDEO

POR +OPLADO

2.7.,. Por Com#re"i0n./e utiliza para el conformado de resinas termoestables. En este

proceso se carga la resina plástica, que puede estar

precalentada, en un molde caliente que tiene una o más

ca!idades. /e fuerza la parte superior del molde a descender

sobre la resina plástica y la presión aplicada y el calor funden la

resina y fuerza a la resina licuada a llenar la ca!idad o

ca!idades. /e necesita calor continuo para completar el entre

cruzamiento de la resina termoestable y entonces la pieza es

e"pulsada del molde. El material de e"ceso es recortado

posteriormente de la pieza. En la figura 4.C se !e la

representación del moldeo por compresión en donde :a<

sección de un molde abierto que contiene una preforma en

pol!o en la ca!idad del molde. :b< /ección del molde cerrado

mostrando la pieza moldeada y el sobrante.

FIGURA 2.?. REPRE+ENTACIÓN E+UEMTICA DE

MOLDEO POR COMPRE+IÓN



2.<. Carbonato de Cal$io en el E$-ador.El Ecuador es un país que posee una gran di!ersidad de minerales por

lo que resulta necesario apro!echar este potencial para ayudar al

desarrollo de diferentes industrias, en la elaboración de diferentes

productos y en la aplicación de los mismos para otras acti!idades, tal es

el caso del carbonato de calcio.

En el Ecuador, la D3P&9E ha establecido la magnitud de e"plotación de

este recurso entre los entre los -.1BB.BBB y H.BBB.BBB durante los

=ltimos a>os, de esta, una proporción apro"imadamente el 1BG es

utilizada para producir carbonato de calcio. En la actualidad e"isten seis

empresas que absorben el mercado nacional, las empresas son las

siguientes KCL *ecal. E"plosa. /an $uis. )recal.

*odemet. *o!itan.

$as empresas que iniciaron la producción de carbonato de calcio, fueron

)recal y *ecal, ubicadas en la pro!incia de )ichincha a finales de la

d#cada del B entre los a>os de 8CC5 y el 4BBB el líder en producción

total fue *odemet con el 45G, seguido de *o!itan con el 4H.8G, E"plosa

con el 8B.8G, /an $uis con el C.C2G y *ecal con el .8G. KCL

En la pro!incia del 9uayas e"isten 4B canteras que se dedican a la

e"plotación de este yacimiento de caliza y que se encuentran ubicadas

en su mayoría en las zonas de )layas, *hongón, )ascuales y 9ómez

@endón.

/an &ntonio, cantón ubicado en el m 2 !ía )layas, debido a su

situación geográfica, se caracteriza por tener minas donde se e"trae



carbonato de calcio de alta pureza, lo que garantiza que el producto sea

de gran calidad.

$os costos de producción no son muy ele!ados porque en el Ecuador no

se producen carbonatos de calcio t#cnicos o precipitados, los procesos

de molienda son los =nicos a los que las empresas locales han estado

acostumbradas. $os mayores costos de producción en la molienda son

materia prima que es la caliza, el pago de las tarifas el#ctricas, mano de

obra y ser!icio de mantenimiento generalmente suelen ser más

costosos fabricar granulometrías muy peque>as, ya que pasa por !arios

filtros hasta ser del tama>o adecuado KCL.@especto al precio de !enta no presenta una !ariabilidad alta de un a>o

a otro a>o, los precios bajos del producto en el mercado tienen su base

en que los costos de producción no son ele!ados sobre todo en Ecuador.

$os precios de !enta están basados en el precio mínimo y un margen de

utilidad, el precio mínimo está basado a su !ez, directamente en el

estimado de costos, el precio mínimo es igual al costo !ariable unitario e

indica que bajo ciertas circunstancias es posible !ender a un precio tal

que permita recuperar los factores utilizados directamente en la

producción KCL.

%ediante un estudio de mercado K8BL, se determinó que los precios de

carbonato de calcio !ariaban de acuerdo a su granulometría y a su

calidad, que depende de donde ha sido e"traída la piedra caliza y al

proceso de molienda. /e encontró que para el tipo de malla n=mero HB,

su precio fluct=a entre B.2B y 8.45 centa!os de dólar y para malla

n=mero 4BB, su precio fluct=a entre 8.5B y - dólar por saco de H5 Ailos

que es la presentación más com=nmente utilizada.

Debido a su composición química el *a*- es de gran utilidad en la

elaboración de productos que tienen una gran di!ersidad de aplicaciones



en la industria del papel, del plástico, del aseo, de caucho, de pinturas,

en la industria farmac#utica, cosm#tica, alimenticia, en la agricultura y en

la acuicultura. tra de sus importantes usos constituye la industria del

jabón detergente en barra y la elaboración de dentífricos. /e utiliza en la

industria de los cauchos sint#ticos naturales y en los compuestos sir!e

como refuerzo KCL.

CAP*TULO '

'. PARTE E;PERIMENTAL.

'.1. De"$ri#$i0n del Di"e@o E9#erimental.

Este trabajo se centra en desarrollar un material compuesto que

contenga )) en mezcla con *a*-. $o que se espera de este

compuesto es que mejore las propiedades mecánicas, reológicas

y t#rmicas de la matriz polim#rica.



El tipo de dise>o que se utilizó fue modificando la concentración

de *a*- en la matriz polim#rica, en un rango del 5G al -BG de

*a*- en la mezcla total.

$as propiedades mecánicas que se analizaron fueron

@esistencia al impacto.

@esistencia a la tracción.

$as propiedades reológicas que se analizaron fueron

6ndice de fluidez.

$as propiedades t#rmicas que se analizaron fueron

&nálisis 'ermo 9ra!im#trico.

'.1.1. Materiale" a -tili/ar.

En este apartado, se describe las principales características de

los materiales que se han utilizado para la realización de la

parte e"perimental del trabajo. )ara cada uno de ellos se indica

las principales características y se presenta los !alores de sus

propiedades mecánicas más importantes. 'ambi#n se presenta

la información suministrada por los fabricantes o pro!eedores

de los productos de las diferentes materias primas.

/e utilizó como material de relleno carbonato de calcio, y el tipo

de resina utilizado fue polipropileno.



$a obtención del *a*- no fue ning=n problema ya que e"iste

en los laboratorios de $E%&', por una donación de una cantera

de la comuna de /an &ntonio ubicada en el m 2 !ía )layas.

El peso específico del carbonato de calcio es el orden de 4.1 0

4. g;cm- y su respecti!o tama>o de grano fluct=a de 8 a 8B

Fm.

El )) usado es !irgen, es decir, sin procesar, marca

?@&/E%, pro!eniente de ?rasil, este polímero posee una

fluidez media que permite la dispersión y la procesabilidad del

material compuesto. Este material se encuentra en forma de

granzas de color blanco semi transparente, sus propiedades se

muestran en tabla.

TA)LA 2. PROPIEDADE+ DEL POLIPROPILENO MARCA

)RA+EM

Densidad :g;cm-< B.C8'emperatura de 7usión :U*< 81B

&largamiento de @uptura :G< 15B@esistencia a la @uptura :g;cm4< -BB@esistencia a la 'racción :P;mm4< --

@esistencia al 3mpacto :M;m4< 8B%ódulo Elástico :P;mm4< 8-BB

'.1.2. EB-i#o".

En este apartado se describen los equipos que se han

empleado para la realización e"perimental. 3ncluyen los

equipos de laboratorio para la preparación y tratamiento del



compuesto, tambi#n aquellos utilizados para la transformación,

y los equipos empleados para la caracterización de los

compuestos.

$os equipos que se utilizaron para el desarrollo del proyecto

son los que se describen a continuación

Ma"ter"i/er.

/e ha empleado un equipo de nombre mastersizer, sir!e para

determinar el tama>o de grano de la partícula de cualquier, en

este caso del *a*-, en el cual se necesita conocer los

índices de refracción tanto del *a*-, como del dispersante y

tener conocimiento del aditi!o que se !a utilizar para que no se

aglomeren las partículas puede ser para sólidos o partículas.

7acilitado por el laboratorio de reología de $E%&'.

FIGURA '.1 ANALIADOR DE TAMA3O DE PART*CULA+

Pla"to(ra&o )rabender.



Este equipo es utilizado para definir diferentes parámetros en el

procesamiento de los polímeros como tiempo de degradación

a una temperatura dada, torque necesario para hacer fluir el

material, temperatura óptima de trabajo, !elocidad de trabajo

entre otros sir!e para que la mezcla sea homog#nea, debido a

su dise>o y a la cantidad de la muestra que se debe colocar,

que es de HB a 5B gramos. /u marca es )lastographp, de

origen &lemán, facilitado por el laboratorio de plásticos de

&/E)$&/0E/)$.

FIGURA '.2 )RA)ENDER

Molino de C-$illa".

/e ha empleado un molino de cuchillas para reducir el tama>o

de los materiales compuestos a tama>o de pellets o pol!o, para

que puedan ser transformados por inyección. El molino consta

de cuchillas cortantes giratorias. En la parte inferior de la

cámara se encuentra una rejilla para regular el tama>o de corte

del material. En la parte superior se encuentra una tol!a de



alimentación. $a alimentación será de manera manual,

facilitado en el laboratorio de plásticos de &/E)$&/0E/)$.

FIGURA '.' EUIPO UTILIADO PARA TRITURAR LA

MECLA

M6B-ina de Ine$$i0n.

$os materiales que se conformaron mediante moldeo por

inyección. El equipo de inyección E%)*0CBBB :Easy %icro

)rocess *ontroller<, pro!eniente de *hina permite obtener

probetas normalizadas para ensayos mecánicos de tensión,

impacto y dureza. $a inyección se ha realizado en un molde de

acero de acuerdo a la norma &/'% -1H8, facilitado en el

laboratorio de plásticos de &/E)$&/0E/)$.



FIGURA '., EUIPO UTILIADO PARA O)TENER LA+

PRO)ETA+ DE TRACCIÓN E IMPACTO.

P8nd-lo de Im#a$to.

Este equipo es de marca 'inius lsen y consiste de una base

maciza en la cual es montado un tornillo de sujeción para

agarrar al esp#cimen y al cual será conectado, a tra!#s de una

armadura rígida y rodamientos, un martillo tipo p#ndulo. $a

máquina tiene tambi#n un mecanismo para agarrar y lanzar el

p#ndulo y un mecanismo para indicar la energía de

rompimiento del esp#cimen, facilitado por el laboratorio de

plásticos de &/E)$&/0E/)$.



FIGURA '.4 EUIPO UTILIADO PARA EL EN+A=O DE

RE+I+TENCIA DE IMPACTO

M6B-ina Uni!er"al #ara en"ao" me$6ni$o".

$os ensayos de las propiedades de tracción se realizaron en

una máquina uni!ersal para ensayos de tracción de marca

/himadzu, modelo &903/, capacidad má"ima 8B P. $as

propiedades a la tracción incluyen fuerza má"ima, esfuerzo

má"imo, esfuerzo de fluencia, porcentaje de deformación y

esfuerzo de ruptura. $os datos de los ensayos son registrados

y tratados de una forma automática por un programa

informático que registra los !alores fuerza0deformación, se

encuentra en el laboratorio de $E%&'0E/)$.

)ara el ensayo de tracción se utiliza un puente con dos apoyos

que permite regular la distancia entre apoyos. $a probeta a



ensayar se coloca entre los dos apoyos y un punzón en la parte

superior se sit=a sobre la pieza a ensayar.

FIGURA '.7 MUINA UNIER+AL

Pla"t0metro.

$a medida del grado de fluidez de los materiales fundidos se ha

realizado mediante un plastómetro marca 'inius lsen, modelo

%)0CC-, facilitado por &/E)$&/. El plastómetro está formado

por un cilindro calentado por calefacción el#ctrica por un

sistema de control de temperatura en el punto de entrada del

material y tiene una boquilla en su parte interior. El material a

fundir se introduce en un cilindro en el interior que posee una

tobera desmontable en la parte inferior, por donde fluye el

material fundido. El flujo del material a tra!#s del orificio de una

tobera es inducido por la presión de un #mbolo de peso

estándar para ejercer una presión determinada sobre el

material fundido. $a determinación del índice de fluidez



consiste en medir el peso del material fundido que ha salido por

el orificio de la tobera durante 8B minutos.

FIGURA '.< EUIPO UTILIADO PARA EN+A=O DE *NDICE

DE FLUIDE

Termobalan/a TGAD+CH.

$a prueba de termo gra!imetría se ha realizado con el equipo

de %arca '&, modelo /D' V1BB, este se compone de una

balanza de alta precisión, un horno de calentamiento por

radiación y un termopar. $a atmosfera puede ser inerte

:nitrógeno o argón< o reacti!a :aire< el caudal del gas puede

ser regulable.

En los ensayos de D/*, este equipo permite e!aluar los

procesos t#rmicos que e"perimentan los materiales cuando son

sometidos a ensayos realizados a !elocidad de calentamiento



constante. $a diferencia suministrada a la muestra y a la

muestra de referencia, ambas e"puestas al mismo programa

de temperaturas, es registrada y procesada de forma

automática por el equipo mediante un programa informático.

Esta t#cnica permite e!aluar el comportamiento de materiales

termoplásticos, tales como su identificación, y composición en

caso de mezclas, el porcentaje de cristalinidad y su capacidad

calorífica, entre otros. $a !elocidad de calentamiento realizado

para el ensayo ha sido de 4B U*;min. $os ensayos se han

realizado en atmosfera inerte con nitrógeno.

FIGURA '.> EUIPO UTILIADO PARA EL EN+A=O DE

TGAD+C

'.2. Elabora$i0n de e9#erimento".



$a parte e"perimental de este proyecto ha consistido en la

caracterización de los compuestos obtenidos, se describen las

metodologías e"perimentales empleadas para la elaboración de

los diferentes compuestos y la caracterización de sus

propiedades.

El procedimiento que se siguió fue el siguiente

De"$ri#$i0n del di"e@o de e9#erimento".

/e desarrolló un esquema de la preparación y caracterización de

los compuestos, para obtener un enfoque global desde la

selección del material, mezclado, proceso, transformación del

compuesto, caracterización del compuesto y los resultados de los

ensayos realizados.

Pre#ara$i0n de lo" $om#-e"to" de PP CaCO'.

• %ezclado.

• E"trusión de las mezclas.

• %olido de las mezclas.

• %olido por inyección de las mezclas.

• E!aluación de las mezclas.



ENSAYOS DE PROPIEDADES MECÁNICAS, TÉRMICAS YREOLÓGICAS

CARACTERIZACIÓN DE LOS COMPUESTOS

TRANFORMACIÓN POR INYECCIÓN

TRITURADO DEL COMPUESTO

MEZCLADO DEL COMPUESTO

MATERIALES POLIPROPILENO Y CARBONATO DE CALCIO

'.2.1. De"$ri#$i0n del Di"e@o E9#erimento".

& continuación se presenta un esquema de la preparación y

caracterización de los compuestos.

FIGURA '.? E+UEMA DEL TRA)A:O REALIADO

CON POLIPROPILENO = CAR)ONATO DE CALCIO

'.2.2. Pre#ara$i0n de lo" $om#-e"to" de PP CaCO'.

)ara estudiar la influencia del carbonato de calcio en las propiedades

del polipropileno se han preparado compuestos formados por la

mezcla de polipropileno con distintos porcentajes de carbonato de

calcio.

TA)LA ' COMPO+ICIÓN DE COMPUE+TO+ FORMADO+ POR LA

MECLA DE PPCaCO'

G )) G *a*-

%OE/'@& 8 8BB B



%OE/'@& 4 C5 5

%OE/'@& - CB 8B

%OE/'@& H 2B 4B

%OE/'@& 5 B -B

)ara preparar los compuestos a diferentes porcentajes, primero se

realizó la mezcla de forma manual con un total de mezcla de 5BB

gramos, posteriormente fue lle!ada a un plastografo para e"truír las

mezclas en proporciones de HB gramos en un tiempo de -B minutos

cada proporción con una !elocidad de tornillo de 85B rpm para

mejorar la dispersión de las partículas y 8CBU* en las tres zonas de

trabajo, como son alimentación, plastificación y dosificación.

'erminado de e"truír todas las mezclas, se procede a triturar los

compuestos con la ayuda de un molino de cuchillas, para tener las

mezclas en forma de pellets o pol!o, y fueron posteriormente

inyectadas.

'.2.'. Pre#ara$i0n de la" #robeta".

)ara iniciar el proceso de elaboración de las probetas se debe

de tener encendida por lo menos -B minutos para que las

zonas de calentamiento se encuentren en la temperatura

especificadas por el operador.

$os parámetros como temperatura, presión y !elocidades

deben ser ingresados y depende de la e"periencia del operador

y la capacidad de la máquina. /e ingresa material molido por



una tol!a, posteriormente se ingresa los parámetros tanto en el

cierre del molde como en la abierta del molde.

Ona !ez inyectado el material da como resultado las probetasnormalizadas en serie, tanto de tracción como de impacto,

finalmente realizar las respecti!as pruebas anteriormente

mencionadas.

'.'. Cara$teri/a$i0n de lo" $om#-e"to".

/e presenta el resultado de los compuestos para el desarrollo delpresente proyecto. $a caracterización se realiza en base de las

especificaciones suministradas y de los resultados del trabajo

e"perimental mediante t#cnicas calorimetría diferencial de barrido

:D/*<, análisis termo gra!im#trico, propiedades mecánicas y

reológicas.

'.'.1. Re"i"ten$ia a la tra$$i0n. A+TM D7'>

Este ensayo de tensión para compuestos formados de )) con

*a*-. )ara realizar los ensayos correspondientes a la

caracterización mecánica, se utilizaron probetas normalizadas

de tipo 3 de la norma &/'% D01-2, cuyas dimensiones se

describe en el gráfico siguiente.



FIGURA '.1J MEDIDA+ DE PRO)ETA+ DE TEN+IÓN TIPO I

+EGKN LA NORMA A+TM D7'>

'eniendo un espesor de -4 mm W B.H mm.

*on este ensayo se espera obtener el esfuerzo má"imo, el

esfuerzo de ruptura y la elongación correspondiente, para lo

cual se realizó 5 probetas por cada mezcla para realizar el

ensayo correspondiente, para obtener una apro"imación de los

datos obtenidos, seg=n las especificaciones de la norma, se

decidió realizar 2 probetas por la probabilidad que se rompa

fuera de la longitud $ :7igura -.88<



FIGURA '.11 DI+TANCIA L DE LA PRO)ETA DE TEN+IÓN

elo$idad de en"ao.

$a !elocidad de las pruebas será una !elocidad relati!a de

mo!imiento de las muelas. )ara la realización de la prueba se

trabajó con una !elocidad de deformación de 8BB mm;min y

con una temperatura de 4H.5U*, en una máquina de tracción de

marca /himadzu, modelo &903/, capacidad má"ima 8B P.

'.'.2. Re"i"ten$ia al Im#a$to. A+TM D247

En los ensayos de impacto se mide como el material se

comporta al absorber energía rápidamente, pero en

circunstancias reales, debido que los materiales se someten a

fuerzas de impacto para lo cual se necesita medir cuan rápido

el material absorbe fuerzas este tipo de fuerzas este tipo de

fuerzas.

*on este ensayo estandarizado se trata de medir el

comportamiento del material con golpes, colisiones o caídas.



)ara realizar este ensayo se rige en la norma &/'% D4510B1,

que proporciona H m#todos diferentes los cuales miden

diferentes rangos de energía de impacto, el que debemos usar

depende del tipo de material a ser ensayado.

El m#todo usado para este ensayo es el m#todo &, de acuerdo

a la norma que indica que este m#todo se usa para materiales

que posee de impacto mayor a 4 M;m.

)ara la realización de las pruebas se utilizó una maquina 3zod

marca 3nstron, facilitado por &/E)$&/, en que consta de un

brazo que posee un brazo determinado, y tiene un mo!imiento

de p#ndulo con una !elocidad tal que mida la cantidad de

energía absorbida por el mismo. En la parte superior posee un

panel electrónico donde se ingresa el espesor de la probeta y

posteriormente arroja los resultados de la prueba.

$as dimensiones geom#tricas del esp#cimen o probeta esta

detallada por el gráfico siguiente.



FIGURA '.12 MEDIDA+ DE LA PRO)ETA DE IMPACTO

El espesor de la probeta es de 4.C mm.

$as consideraciones que debe tener para realizar las pruebas,

que las superficies laterales deben ser paralelas, estar

completamente lisas y planas, se debe re!isar las probetas

antes de realizar las pruebas.

$as probetas de las pruebas se realizará conforme a las

dimensiones y geometría, e"cepto en los siguientes puntos

como se indica en la figura.



FIGURA '.1' DIMEN+IONE+ DE UNA PRO)ETA DE

PRUE)A DE IMPACTO TIPO IOD

$a posición de la probeta esta detallada en el gráfico a

continuación.

FIGURA '.1, RELACIÓN DEL TORNILLO DE +U:ECIÓN

E+PCIMEN = )ORDE DE IMPACTO.

'.'.'. *ndi$e de Fl-ide/. A+TM D12'>

$a prueba de índice de fluidez es un m#todo para una rápida

determinación de las propiedades de fluidez de las masas de

termoplásticos. El material al ser calentado empieza a fluir por

el orificio el primer material saliente se descarta. /i la masa no

tiene burbujas, se cortan con una espátula o cuchilla trozos a

espacios de tiempo constante y se pesan. Este es el m#todo

apropiado para poliolefinas.

El índice de fluidez no es más que la masa en gramos de un

fundido de plástico que se hace pasar a tra!#s de una boquilla

normalizada durante 8B minutos. *on una fuerza del pistón y

temperatura determinadas.



$os resultados de las mediciones, para una misma serie de

materiales permiten sacar conclusiones sobre el peso

molecular medio. On índice de fluidez alto indica que la

capacidad de fluir del material es mayor y un bajo grado de

polimerización.

El peso que utiliza el pistón para presionar el material depende

del tipo de material a usarse, para el polipropileno se pueden

usar pesos de 4.81 y de 8B g. )ara este ensayo se utilizó un

peso de 4.81 g y con una temperatura de 8CBU*. /e empleó

una boquilla normalizada de 4.BC5 mm de diámetro y 2 mm de

longitud. /e tomaron un mínimo de 8B medidas en un inter!alo

de 8B minutos, que fueron promediadas para el cálculo del

índice de fluidez, seg=n la norma &/'% D084-2

$as condiciones del procedimiento se detallan a continuación



FIGURA '.14 TA)LA DE CONDICIONE+ TEMPERATURA =

CARGA E+TNDAR

'.'.,. An6li"i" Termo Gra!im8tri$o.

El análisis termo gra!im#trico y calorimetría diferencial de

barrido son t#cnicas utilizadas en el campo de los materiales

polim#ricos que permiten obtener información sobre cambios

de p#rdidas de masas, transformaciones de fases así como

propiedades t#rmicas relacionados con aspectos morfológicos

y de procesado entre otros.

El equipo utilizado para los ensayos de '9&;D/* es un

analizador t#rmico marca '&, se trabajó con una !elocidad de

calentamiento de 4B U*;min desde una temperatura de HBU*

hasta CBBU*, utilizando nitrógeno como gas inerte. $as

muestras fueron tomadas a partir de la zona pró"ima al punto



de inyección de las probetas inyectadas, con un peso

comprendido entre 1 y 8B mg, con tiempo total de duración de

cada ensayo de CB minutos, se realizó dos ensayos por cada

mezcla y se selecciona los mejores resultados.

& partir de los termogramas obtenidos se han determinado

para cada material los siguientes parámetros temperatura de

cristalización :Tc <, tomada como la del má"imo del pico

e"ot#rmico la cantidad Tk-Tc , donde Tk es la temperatura de la

intersección entre la línea base y la pendiente inicial de la

e"oterma la anchura a media altura :w < del pico e"ot#rmico

de cristalización la temperatura de fusión :Tm<, tomada como

el má"imo del pico endot#rmico y la entalpía de fusión :Hm<,

siendo el área del pico endot#rmico.

& partir de los !alores de entalpía de fusión ( Hm< pudo

estimarse el contenido de fase cristalina o cristalinidad : Xm< de

los materiales, a partir de la siguiente e"presión

Xm= Hm Ho

Donde Ho es un !alor teórico de la entalpia de fusión del

polipropileno supuesto 8BBG cristalino y monodisperso, de

!alor 4B.8 M;g.



CAP*TULO ,

Compuestos de Polipropileno y Carbonato de Calcio

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