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Proyecto de grado: Comportamiento de la Difusividad Térmica del Polietileno de Alta Densidad (HDPE) con Adición de Pigmentos. JUAN FELIPE CASTRO LANDINEZ [email protected] 201113042 Asesor JORGE ALBERTO MEDINA PERILLA., Dr. Ing. Ingeniero Mecánico. [email protected] UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA BOGOTÁ D.C., 2015
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Proyecto de grado: Comportamiento de la Difusividad Térmica del
Polietileno de Alta Densidad (HDPE) con Adición de Pigmentos.
JUAN FELIPE CASTRO LANDINEZ [email protected]
201113042
Asesor JORGE ALBERTO MEDINA PERILLA., Dr. Ing. Ingeniero Mecánico.
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
BOGOTÁ D.C., 2015
Tabla de Contenido 1. Introducción .................................................................................................................................. 6
2. Objetivos ....................................................................................................................................... 7
2.1. General ................................................................................................................................ 7
2.2. Específicos ........................................................................................................................... 7
3. Marco Teórico ............................................................................................................................... 7
3.1. Polietileno de alta densidad (HDPE) .................................................................................... 8
3.2. Coeficiente de difusividad térmica .................................................................................... 10
3.3. Mecanismos de la difusividad térmica en polímeros. ....................................................... 13
3.4. Modelos y relaciones analíticas para propiedades termo-físicas de compuesto
poliméricos. ................................................................................................................................... 15
3.5. Efectos sobre las propiedades de los materiales poliméricos por la adición de pigmentos.
……………………………………………………………………………………………………………………………………..17
4. Materiales y métodos ................................................................................................................. 22
4.1. Diseño experimental ................................................................................................................... 24
4.1.1. Definición de variables .................................................................................................. 24
4.1.2. Preparación de las probetas .......................................................................................... 26
4.1.3. Configuración del equipo .............................................................................................. 29
5. Caracterización “masterbatch” y pigmentos .............................................................................. 30
5.1. Termogravimetría (TGA) ................................................................................................... 30
5.2. Análisis de cenizas ............................................................................................................. 33
5.3. Fluorescencia de rayos x (XRF) .......................................................................................... 33
6. Resultados y análisis experimental ............................................................................................. 35
6.1. Relación de la difusividad con la temperatura .................................................................. 35
6.2. Relación de la difusividad con la concentración de pigmento .......................................... 39
6.3. Relación de la difusividad con la naturaleza del pigmento ............................................... 44
6.4. Modelo matemático y datos experimentales ................................................................... 47
7. Conclusiones................................................................................................................................ 49
Bibliografía .......................................................................................................................................... 51
Lista de figuras
Figura 1. Muestra la dependencia de la difusividad térmica con la temperatura a la que es medida
(Osswald & Menges, 2003). .............................................................................................................. 12
Figura 2. Muestra el esquema del funcionamiento del método sobre una probeta (TA instruments,
2012). ................................................................................................................................................ 12
Figura 3. Conductividad térmica, difusividad térmica y capacidad calorífica en función de la
temperatura para el HDPE (dos Santos, de Sousa, & Gregorio Jr, 2013). ......................................... 15
Figura 4. Estructura polimérica de dos HDPE con adición de pigmentos (b) pigmento no nucleante
y (e) pigmento nucleante (Oliveira, Cramez, & Crawford, 1998). ..................................................... 18
Figura 5. Efectos sobre propiedades térmicas del HDPE con la adición de los pigmetnos.
Identificación de materiales (izquierda) y propiedades térmicas (derecha) (Oliveira, Cramez, &
Crawford, 1998). ............................................................................................................................... 18
Figura 6. Micrografías ópticas de PP pigmentado con carbon black a diferentes concentraciones.
Menor a mayor concentración (a, b y c) (Povacz, Wallner, & Lang, 2014). ..................................... 19
Figura 7. Termogramas que muestran los efectos de la adición de carbon black sobre la
temperatura de fusión (Arriba) y de oxidación (Abajo) de un PP pigmentado (Povacz, Wallner, &
Lang, 2014). ....................................................................................................................................... 19
Figura 8. Variación en el encogimiento en distintas direcciones para un HDPE pigmentado con
diferentes compuestos (Suzuki & Mizuguchi, 2004). ........................................................................ 20
Figura 9. Porcentaje de encogimiento contra el tiempo medio de cristalización, afectados por los
diferentes pigmetnos agregados a la matriz de HDPE (Suzuki & Mizuguchi, 2004). ........................ 21
Figura 10. Variación en la conductividad térmica de un HDPE debido a la adición de dióxido de
titanio (Agrawal, 2011). ..................................................................................................................... 21
Figura 11. Medición del tiempo medio máximo contra el numero adimensional w (TA instruments,
2012). ................................................................................................................................................ 23
Figura 12. Mezcla de HDPE con el “masterbatch” gris. ..................................................................... 26
Figura 13. HDPE pigmentado (arriba) luego del proceso en el mezclador interno (abajo). ............. 27
Figura 14. HDPE laminado luego del proceso de moldeo por compresión (derecha). Equipo de
moldeo por compresión (izquierda).................................................................................................. 28
Figura 15. Probetas de HDPE pigmentadas cortadas con las dimensiones especificadas por el
equipo. .............................................................................................................................................. 28
Figura 16. Probetas con el recubrimiento de pintura negra opaca. ................................................. 28
Figura 17. Recubrimientos de plata para las probetas (arriba) las marcas en la muestra son debidas
a los sensores de temperatura (abajo). ............................................................................................ 29
Figura 18. Equipo de medición de difusividad térmica DXF200 de TA Intruments........................... 29
Figura 19. Resultados TGA de “masterbatch” rojo. ......................................................................... 30
Figura 20. Resultados TGA “masterbatch” azul. ............................................................................... 31
Figura 21. Resultados TGA “masterbatch” gris. ................................................................................ 32
Figura 22. Resultados experimentales para el HDPE puro y su comparación con valores teóricos
encontrados (Osswald & Menges, 2003). ......................................................................................... 36
Figura 23. Resultados experimentales para las tres muestras de “masterbatch”. ........................... 37
Figura 24. Relación entre la difusividad térmica y la temperatura para los resultados
experimentales de HDPE pigmentado de rojo. ................................................................................. 38
Figura 25. Relación entre la difusividad térmica y la temperatura para los resultados
experimentales de HDPE pigmentado de gris. .................................................................................. 38
Figura 26. Relación entre la difusividad térmica y la temperatura para los resultados
experimentales de HDPE pigmentado de azul. ................................................................................. 39
Figura 27. Relación entre la difusividad térmica y la concentración de pigmento rojo agregado a
una temperatura de 25°C. ................................................................................................................. 40
Figura 28. Relación entre la difusividad térmica y la concentración de pigmento rojo agregado a
una temperatura de 105°C. ............................................................................................................... 41
Figura 29. Relación entre la difusividad térmica y la concentración de pigmento gris agregado a
una temperatura de 25°C. ................................................................................................................. 42
Figura 30. Relación entre la difusividad térmica y la concentración de pigmento gris agregado a
una temperatura de 105°C. ............................................................................................................... 42
Figura 31. Relación entre la difusividad térmica y la concentración de pigmento azul agregado a
una temperatura de 25°C. ................................................................................................................. 43
Figura 32. Relación entre la difusividad térmica y la concentración de pigmento azul agregado a
una temperatura de 105°C. ............................................................................................................... 43
Figura 33. Comportamiento de la difusividad térmica con la variación de la naturaleza del
pigmento agregado en una temperatura de 25°C. ........................................................................... 44
Figura 34. Comportamiento de la difusividad térmica con la variación de la naturaleza del
pigmento agregado en una temperatura de 105°C. ......................................................................... 45
Figura 35. Tendencia obtenida aplicando el modelo teórico con los datos experimentales de HDPE
puro y “masterbatch”. ....................................................................................................................... 46
Figura 36. Comparación de la tendencia de los datos experimentales para las diferentes muestras
pigmentadas de HPDE. ...................................................................................................................... 47
Figura 37. Comparación entre la tendencia obtenida con el modelo teórico y la real encontrada
con los datos experimentales para el HDPE rojo. ............................................................................. 48
Figura 38. Comparación entre la tendencia obtenida con el modelo teórico y la real encontrada
con los datos experimentales para el HDPE azul. ............................................................................. 48
Figura 39. Comparación entre la tendencia obtenida con el modelo teórico y la real encontrada
con los datos experimentales para el HDPE gris. .............................................................................. 49
Lista de tablas Tabla 1. Principales propiedades térmicas de un HDPE en un proceso de inyección (Matweb). ....... 8
Tabla 2. Principales propiedades afectadas por los aditivos agregados al HDPE (Vasile & Pascu,
2005). .................................................................................................................................................. 9
Tabla 3. Coeficiente de difusividad térmica de materiales comunes (izquierda) y de HDPE a
diferentes temperaturas (derecha) (Li, Tabil, Oguocha, & Panigrahi, 2008). ................................... 11
Tabla 4. Propiedades de transferencia de calor modificadas debido a la adición de carbon black a
un PP (Povacz, Wallner, & Lang, 2014). ............................................................................................ 20
Tabla 5. Resumen de las técnicas de caracterización y medición utilizadas. .................................... 22
Tabla 6. Variables y constantes para el experimento de medición de difusividad térmica. ............. 25
Tabla 7. Concentración real de pigmento agregado con la concentración de “masterbatch”
adicionado a la mezcla. Resultados obtenidos a partir del análisis de cenizas. ............................... 26
Tabla 8. Resultados de análisis de cenizas para los “masterbatch”. ................................................. 33
Tabla 9. Fracción másica adicionada de los diferentes pigmentos. .................................................. 33
Tabla 10. Resumen de resultados arrojados por el análisis cualitativo de FRX. ............................... 34
1. Introducción El conocimiento y control en la naturaleza de las propiedades de los materiales
poliméricos juega un papel importante en su desempeño; pequeños cambios, como por
ejemplo los propiciados por aditivos tan simples como los pigmentos, pueden hacer que
algún material mejore sus propiedades con incidencia en su rendimiento y en los costos de
los productos fuertemente afectados por la materia prima. Las consecuencias pueden ir
desde ampliar la capacidad de ser implementado en nuevas aplicaciones, hasta ser usado
en aplicaciones tradicionales pero de un modo más eficiente y seguro, o incluso mejorar
las condiciones de su procesamiento.
Desde que se inició la producción en masa de polietileno (PE), se ha experimentado con
este. Lo anterior, mediante el uso de aditivos que mejoren propiedades especificas del
material, su procesabilidad o darle propiedades físicas atractivas al producto final. Un
ejemplo claro de este tipo de aditivos, son los pigmentos los cuales se usan para darle
propiedades físicas al PE terminado: ya sea de absorción y/o reflexión de luz,
otorgamiento de colores, brillo entre otras (Vasile & Pascu, 2005). Adicionalmente,
recientes estudios muestran un cambio en ciertas propiedades termo-físicas de los PE
pigmentados, las cuales pueden afectar la eficiencia y rapidez de producción (Agrawal,
2011).
Propiedades termo-físicas como la difusividad térmica, poder calorífico y conductividad
térmica de un material polimérico son de vital importancia en el diseño y desempeño del
proceso de manufactura de los polímeros. Este tipo de propiedades se ven afectadas por
la organización a nivel micro del material, esto hace referencia a la cristalinidad del mismo,
la cual es la responsable de la interacción entre los fonones que son los que transfieren el
calor en un material. Así mismo, en rangos de temperaturas cercanos a las transiciones
térmicas se han reportado comportamientos anómalos de las diferentes propiedades
termo-físicas (dos Santos, de Sousa, & Gregorio Jr, 2013).
Hasta el momento, no se ha podido concluir a cerca de los efectos en la difusividad
térmica al agregar pigmentos a materiales poliméricos. Actualmente, los pigmentos son
usados solo para darle un color específico a los productos terminados, pero no se ha
considerado el hecho que pueden aportar al cambio de propiedades térmicas importantes.
Es por esta razón, que el estudio de estos efectos representa una gran oportunidad para la
mejora de procesos industriales y/o productos.
Este proyecto busca brindar nuevo conocimiento acerca de los efectos asociados al
agregar pigmentos al HDPE. La solución, contempla una selección de materiales y aditivos
y el análisis de los cambios de propiedades térmicas de materiales puros y pigmentados,
frente a diferentes condiciones. Inicialmente, se referenciarán los posibles factores que
generan algún cambio en propiedades térmicas, específicamente el coeficiente de
difusividad térmica. Además, los métodos comúnmente usados para encontrar este
coeficiente. Se evaluarán los efectos generados sobre el HDPE realizando cambios en la
composición y cantidades de pigmentos; enfocando los resultados a encontrar variaciones
en la difusividad térmica. En consecuencia, se puede inferir que el alcance de este trabajo
será el de encontrar la relación y efectos que tienen los pigmentos agregados a
polietilenos de alta densidad, sobre propiedades térmicas como el coeficiente de
difusividad térmica.
El lector podrá encontrar la lista de objetivos a alcanzar en el desarrollo del proyecto.
Después podrá encontrar información detallada con respecto al tema como por ejemplo:
antecedentes, estado del arte, entre otras. Luego, se podrán ver la metodología y las
actividades que se siguieron para la culminación de la investigación. A continuación, se
podrán encontrar los resultados y el análisis experimental, en donde se puede apreciar
una comparación con modelos teóricos de materiales compuestos y valores teóricos de
difusividad térmica. Así mismo el análisis de las relaciones entre la difusividad térmica y las
variables de temperatura de medición, concentración y naturaleza del pigmento.
Finalmente, se enunciarán las conclusiones finales de la investigación.
2. Objetivos
2.1. General Evaluar el efecto de la pigmentación sobre el coeficiente de difusividad térmica del
HDPE, atado a la naturaleza y la concentración del aditivo.
2.2. Específicos Referenciar los efectos en la difusividad térmica debido a carga de minerales y
mezcla de polímeros en asocio con un polímero base.
Implementar la técnica de medición de láser de Xenón para hallar los
coeficientes de difusividad térmica en polímeros.
Realizar un diseño experimental factorial para encontrar la dependencia del
coeficiente de difusividad térmica del HDPE con la naturaleza de los
pigmentos, con el contenido de los mismos y con la temperatura.
3. Marco Teórico Los materiales poliméricos compuestos se pueden formar con diferentes composiciones,
ya sea con cargas minerales o mezclas de polímeros. Este trabajo, se basará en el HDPE y
los efectos que los pigmentos de diversa naturaleza tienen sobre las propiedades termo-
físicas del material base. Específicamente, se analizarán las variaciones que estos traigan
sobre el coeficiente de difusividad térmica.
3.1. Polietileno de alta densidad (HDPE) El polietileno (PE) es un plástico ampliamente usado en las aplicaciones poliméricas,
éste está conformado por cadenas de meros de etileno, C2H4. El PE se divide de
acuerdo a su densidad en polietilenos de baja densidad y de alta densidad. Estos
últimos, son los más usados por la industria y se producen con presiones bajas o
medias y un proceso conocido como Ziegler y Natta (Vasile & Pascu, 2005). Este
material es bastante versátil y tiene un muy alto desempeño comparado con otros
polímeros debido a su amplio espectro de propiedades.
El polietileno de alta densidad es un material semi-cristalino con excelente resistencia
química, a la fatiga y al desgaste, además de otras buenas propiedades que se pueden
obtener mediante los aditivos. Las anteriores propiedades están altamente
influenciadas por el proceso de manufactura para la obtención de los productos
finales. Y a su vez, el procesamiento de materiales poliméricos se rige por las
propiedades termo-físicas de cada polímero. En la Tabla 1, se pueden observar las
principales propiedades térmicas de un HDPE además de algunas propiedades para el
procesamiento en inyección.
Tabla 1. Principales propiedades térmicas de un HDPE en un proceso de inyección (Matweb).
Las propiedades finales de un producto terminado pueden verse afectadas por los
aditivos agregados. Estos, también pueden afectar las propiedades térmicas del
material en bruto, modificando así la manufactura del mismo. Ejemplos de aditivos y
sus efectos en las propiedades del material son listados en la Tabla 2.
Tabla 2. Principales propiedades afectadas por los aditivos agregados al HDPE (Vasile & Pascu, 2005).
En consecuencia, debido a la gran oferta para la procesabilidad y variedad de
propiedades de HDPE. Existe una gran cantidad de aplicaciones en las que pueden ser
usados. Dentro de estas aplicaciones están: tanques de almacenamiento de químicos,
embalaje, empaques de alimentos y bebidas, bolsas de basura, juguetería, muebles,
canoas entre otras (Peacock, 2000).
Por lo anterior, se puede ver que el uso de HDPE es bastante amplio y de gran
importancia para diversas aplicaciones. En donde resultan ser superiores a muchos
materiales. Es por esta razón, que resulta conveniente un estudio de propiedades
termo-físicas, las cuales tienen gran influencia en el comportamiento del polímero
tanto en el momento en que está siendo procesado, como cuando se usa el producto
terminado.
A diferencia de los metales y otros materiales, los plásticos son muy sensibles a los
cambios de temperatura. Las propiedades mecánicas, eléctricas e incluso químicas de
los polímeros se rigen por las temperatura a las cuales se procesan (Vasile & Pascu,
2005). Por esto, las propiedades termo-físicas de un material polimérico son limitantes
para la manufactura de los mismos, así como de sus características. Son ejemplos de
estas propiedades: conductividad térmica, punto de fusión, capacidad calorífica,
expansión térmica, puntos de transición, difusividad térmica entre otros.
El enfoque de este estudio está relacionado con una propiedad termo-física en
particular, la difusividad térmica. La anterior, es de vital importancia en el
procesamiento de los polímeros ya que es la que provee la información de la rapidez a
la cual se transfiere energía en forma de calor a través de un material. Esta propiedad
es usada en los polímeros para definir variables en los proceso de manufactura y
también para definir las posibles aplicaciones de los mismos una vez el producto esté
terminado.
3.2. Coeficiente de difusividad térmica La difusividad térmica es una propiedad específica de cada material. Ésta, representa
la rapidez con la que el calor se difunde a través del material analizado. Se puede
encontrar a partir de otras propiedades del material así:
𝛼 =𝑘
𝜌𝐶𝑝 (1)
En donde 𝛼: Difusividad térmica [𝑚2/𝑠] 𝑘: Conductividad térmica [𝑊/𝑚 ∗ °𝐶 ] 𝜌: Densidad. [𝐾𝑔/𝑚3] 𝐶𝑝: Calor especifico. [𝐽/𝑘𝑔 ∗ °𝐶 ]
De esta formulación se puede observar que se está comparando: que tanto conduce el
material el calor (𝑘, calor conducido), contra la cantidad de energía que este material
puede almacenar por unidad de volumen (𝜌𝐶𝑝, cantidad de calor almacenado). En
consecuencia, se puede inferir que si un material tiene un alto valor de difusividad
térmica, el calor que este posee se propagará más rápido en el ambiente. De lo
contrario, el material será el que se quede con la mayor cantidad de calor, liberándolo
a tazas muy lentas en el ambiente (Cengel, 2003).
Se puede apreciar que esta propiedad se afecta por cualquiera de las variables que la
gobiernan, y que estos cambios pueden tener un gran valor para las aplicaciones y
procesabilidad de los polímeros. Así pues, cualquier cambio en composición, densidad
o materiales adicionados, puede significar un cambio notorio en propiedades térmicas
como capacidad calorífica, conductividad térmica y en consecuencia difusividad
térmica.
En la Tabla 3 se presentan algunos valores de difusividad térmica para algunos
materiales comunes, tomados a 20°C, y la comparación contra los valores de un HDPE
puro. Además, en la Tabla 3 se puede apreciar que la temperatura también juega un
papel muy importante en la determinación de la difusividad.
Tabla 3. Coeficiente de difusividad térmica de materiales comunes (izquierda) y de HDPE a diferentes temperaturas (derecha) (Li, Tabil, Oguocha, & Panigrahi, 2008).
Para cualquier material se pueden obtener curvas como la presentada en la Figura 1.
Al comparar la Figura 1 con la Tabla 3 se puede apreciar que la difusividad térmica de
los polimeros es bastante baja con respecto a otro materiales usados en la ingeniería.
Por su parte, en la Figura 1 se puede ver que la difusividad térmica decrece con el
aumento de la temperatura de los polímeros semi-cristalinos hasta alcanzar el punto
de fusión. Es evidente que la difusividad térmica será mayor en un material que sea
cristalino, es decir en el cual sus átomos estén organizados en redes cristalinas las
cuales permiten que la difusión de energía se propague a lo largo del material de
manera más uniforme y rápida debido, principalmente, a la vibración y excitación de
los átomos. En materiales poliméricos la cristalinidad del mismo está relacionada
directamente con la tasa de crecimiento cristalino en el material y en consecuencia de
la tasa de enfriamiento y la frecuencia de cristalinidad (dos Santos, de Sousa, &
Gregorio Jr, 2013).
Por lo tanto, al calentar un material polimérico semi-cristalino este coeficiente
disminuye debido a que las estructuras cristalinas se van rompiendo y se vuelve más
difícil el paso de energía en forma de calor de un átomo a otro ya que el material
cambia su estructura volviéndose más amorfo. Adicionalmente, se aprecia un valor
mínimo cuando se alcanza la temperatura de fusión.
Figura 1. Muestra la dependencia de la difusividad térmica con la temperatura a la que es medida (Osswald & Menges, 2003).
Para poder encontrar gráficas como las mostradas anteriormente se puede medir
la difusividad térmica por medio de diferentes técnicas. Actualmente, existe un
procedimiento nuevo para medir esta propiedad de un material: método de pulsos
térmicos.
Método de pulsos térmicos
Este se rige por la norma ASTM E1461-13 Standard Test Method for Thermal
Diffusivity by the Flash Method (ASTM International). Es el más usado para la
determinación de la difusividad térmica, debido a su rapidez, precisión y
reproducibilidad. Funciona cuando la muestra de material a analizar se
estabiliza a una temperatura deseada. Cuando esto sucede, un pulso de
energía se deposita en una de las caras de la probeta, mientras que por el otro
lado se registra el aumento de temperatura de la misma, tal como se ilustra en
la Figura 2 (TA instruments, 2012).
Figura 2. Muestra el esquema del funcionamiento del método sobre una probeta (TA instruments, 2012).
Este método posee grandes ventajas como que se usan probetas muy
pequeñas ahorrando así material, es muy rápido, tiene un rango muy amplio de
medición, es capaz de medir otras propiedades térmicas como calor especifico
y conductividad térmica y puede hacer pruebas a temperaturas altas, incluso
cuando se llega al punto de fusión del material analizado.
Sin embargo, presenta dos grandes desventajas, el equipo es bastante caro y
presenta problemas con materiales porosos o no homogéneos. Lo anterior, no
quiere decir que no se puedan analizar, pero las probetas requerirán un
tratamiento adicional comparado a otros materiales. En este caso se requiere
probar materiales poliméricos, los cuales resultan traslucidos ante el principio
de funcionamiento del equipo. Sin embargo, existe una solución para que se
pueda hacer el experimento. La solución contempla dos tratamientos
adicionales para la muestra.
Primero, el espécimen debe ser opaco ante los rayos infrarrojos, por
recomendaciones del fabricante se usará una pintura negra sobre una
superficie del plástico, y se probará la opacidad de la muestra (antes de correr
la prueba) con un rayo láser en un cuarto oscuro. Segundo, como los polímeros
no son buenos conductores eléctricos y los sensores de temperatura requieren
de esta condición, la otra superficie de la muestra se recubrirá con pintura de
plata incrementando así la conductividad eléctrica para que los sensores
funcionen correctamente.
Por otro lado, existen otros procedimientos que no miden directamente la
difusividad térmica, pero que pueden medir variables con las que se puede
encontrar esta propiedad. Como por ejemplo: DSC y el método “Hot wire” (dos
Santos, de Sousa, & Gregorio Jr, 2013).
3.3. Mecanismos de la difusividad térmica en polímeros. Con las técnicas experimentales anteriormente enunciadas se pueden encontrar los
valores de difusividad térmica de un material. Así pues, es preciso entender el método
o mecanismo que utiliza esta propiedad dentro de los polímeros para poderse
evidenciar. Esto quiere decir, de qué modo la difusividad se ve reflejada en las
estructuras o elementos del material. Diversas teorías respecto a este tema, para las
propiedades termo-físicas, se han discutido. Entre las anteriores están la teoría de
conducción de calor por fonones y la de las vibraciones elásticas no armónicas de red.
Adicionalmente, para temperaturas altas se espera que aparezca un nuevo
mecanismo llamado conducción por fotones (dos Santos, de Sousa, & Gregorio Jr,
2013).
Para solidos aislantes la conductividad térmica, la cual es directamente proporcional a
la difusividad, se puede modelar como se ve en la ecuación (2).
𝑘 =1
3𝜌𝐶𝑝𝑣𝜆 (2)
Donde, la conductividad térmica (𝑘)resulta ser proporcional a la capacidad calorífica
(𝑐𝑝), la densidad (𝜌), la velocidad media (𝑣) y el camino libre medio (𝜆) de los
fonones.
La teoría de los fonones fue implementada para cerámicos. En este caso para
cerámicos cristalinos, cuando la temperatura se incrementa, el calor específico
también y en consecuencia el camino libre de los fonones decrece. Con la ecuación (2)
se puede deducir que la conductividad térmica decrecerá. El mecanismo que domina
la conductividad térmica entonces será el de las vibraciones en las redes.
𝑘 =𝐴
𝑇+ 𝐵 Para cristalinos
Por otro lado, para materiales cerámicos amorfos el paso libre para los fonones puede
considerarse constante. Por esta razón, con aumentos de temperatura la conducción
de calor aumentará con la capacidad calorífica de forma proporcional. Y si el material
es semi-cristalino, será una combinación de las anteriores consideraciones.
𝑘 = 𝐶𝑇 + 𝐷 Para amorfos
𝑘 =1
𝐴𝑇+𝐵+𝐶
𝑇
Para semi-cristalinos
Así pues, para materiales poliméricos estas ecuaciones pueden considerarse validas, al
asumir que en la transferencia de calor de estos materiales los fonones son los
principales responsables. Se debe considerar que en polímeros existen otras
particularidades que hacen que las propiedades relacionadas con la transferencia de
calor varíen, por ejemplo: la distribución del peso molecular, la orientación de la
cristalización, el grado de cristalinidad, el tamaño de partícula, la historia termo-
mecánica entre otros. Así pues, se espera que existan particularidades en el
comportamiento de estas propiedades en temperaturas donde se presenten cambios
de fase en los polímeros como lo serían la transición vítrea en amorfos y fusión en
semi-cristalinos. Un ejemplo de análisis previos hechos a un polietileno de alta
densidad validan que estos cambios se presentan cerca a la temperatura de fusión del
mismo (ver Figura 3).
Figura 3. Conductividad térmica, difusividad térmica y capacidad calorífica en función de la temperatura para el HDPE (dos Santos, de Sousa, & Gregorio Jr, 2013).
3.4. Modelos y relaciones analíticas para propiedades termo-físicas
de compuesto poliméricos. Las propiedades termo-físicas de los polímeros termoplásticos tienen una gran
importancia en el diseño de equipos de producción y procesamiento de los mismos,
para determinar parámetros de energía y eficiencia de equipos y planificaciones de la
operación. Dentro de estas propiedades están incluidos la conductividad térmica, el
calor específico y la difusividad térmica. En general, para los plásticos estas
propiedades dependen fuertemente de la estructura, naturaleza y parámetros de sus
componentes así como de la historia de manufactura de los mismos.
La conductividad térmica, por ejemplo, depende de la estructura y el estado físico del
polímero. Normalmente, para los polímeros el rango de esta propiedad es de 0,1-0,4
W/m∙K. Sin embargo, debido a la adición de otros componentes, se puede dar una
variación entre 0,023-18 W/m∙K. Una razón por la cual se pueden dar cambios en los
valores de esta propiedad es por la adición de materiales con partículas esféricas. El
cambio en la propiedad para un polímero con algún aditivo se puede determinar de la
siguiente manera (Mikulenok, 2012):
𝝀𝑻𝑷 = 𝝀𝒑 [𝟏 + 𝝋𝒇 (𝟏−𝝋𝒇
𝟑+
𝝀𝒑
𝝀𝒇−𝝀𝒑)
−𝟏
] (2)
En donde, 𝜑𝑓 es la fracción de volumen del aditivo.
𝜆𝑓 es la conductividad térmica del aditivo.
𝜆𝑝 es la conductividad térmica del polímero base.
𝜆𝑇𝑃 es la conductividad térmica del material final.
Por otro lado, el calor especifico también cuenta con este tipo de relaciones
analíticas. Cuando se adiciona un aditivo a un polímero. En este caso, se sigue la regla
de adición de la siguiente manera (Mikulenok, 2012).
𝐶 =𝑛1𝐶1+𝑛2𝐶2+⋯+𝑛𝑛𝐶𝑛
𝑀 (3)
En donde, n es el número de átomos de un elemento en la formula química.
C es la capacidad calorífica atómica.
M es la masa molar del compuesto.
De forma similar la densidad también puede ser caracterizada de esta forma teórica,
teniendo en cuenta en este caso la fracción másica de cada uno de los componentes
del polímero compuesto y su densidad medida o teórica evaluada a las mismas
condiciones (Mikulenok, 2012).
𝜌𝑇𝑃 =𝜌𝑃𝜌𝑓
𝑥𝑓̅̅̅̅ 𝜌𝑃+(1−𝑥𝑓̅̅̅̅ )𝜌𝑓 (4)
Por último, la difusividad térmica que puede ser determinada mediante la
conductividad térmica, el poder calorífico y la densidad presenta una relación similar.
Es común que para materiales semi-cristalinos como el HDPE la difusividad térmica
decrezca con el incremento de la temperaturasiguiendo la relación mostrada en la
ecuación (5) (Mikulenok, 2012).
𝛼𝑇𝑃 = [∑ (𝜑𝑖
√𝛼𝑖)] 𝑛
𝑖=1
−2(5)
En donde, 𝜑𝑖 es la fracción de volumen del aditivo.
𝛼𝑖 es la difusividad térmica del componente.
𝛼𝑇𝑃 es la difusividad térmica del polímero compuesto.
3.5. Efectos sobre las propiedades de los materiales poliméricos por
la adición de pigmentos.
o Efectos en microestructura y propiedades
Uno de los procesos de manufactura utilizados para materiales poliméricos es el
moldeo rotacional, en este proceso usualmente se agregan pigmentos a los
materiales trabajados. Sin embrago, debido a que en este proceso ocurren
esfuerzos de corte y tazas de enfriamiento más bajos es difícil realizar el
pigmentado. Por otro lado, estos factores sumados a los efectos de otros aditivos,
hacen que diferentes propiedades y estructuras del polímero se vean afectadas
durante el proceso. Un ejemplo, que sucede con el HDPE, es que al ser un material
semi-cristalino se forman esferulitas a partir de un punto de nucleación en la parte
que entra en mayor contacto con el pigmento.
Muchos pigmentos y aditivos pueden actuar como agentes de nucleación en
polímeros semi-cristalinos. Los efectos de nucleación dependen fuertemente del
sistema polímero/aditivos que se esté trabajando (Fagelman & Guthrie, 2006). Por
ejemplo, el dióxido de titanio actúa como agente nucleante cuando es agregado a
polipropileno (PP) pero no hace esto mismo con el PE, en cambio, si se adiciona
estearato de potasio tendrá un efecto contrario (Oliveira, Cramez, & Crawford,
1998). Así mismo, el uso de agentes nucleantes causa que el tamaño de las
esferulitas se reduzca y que la temperatura de cristalización aumente respecto al
polímero base.
En la Figura 4 se pueden apreciar los efectos de algunos pigmentos sobre la
microestructura de un polietileno. Uno de los pigmentos (cromophtal scarlet)
actúa como agente nucleante Figura 4 (e) mientras que el otro (Sulfosilicate Al-Na)
no tiene el mismo efecto (b). En la Figura 4, se ve que la estructura del polímero al
cual se le aplico el pigmento nucleante cambio su configuración, la concentración
del pigmento en los límites de las partículas originales, creo texturas
transcristalinas alrededor de ellas (e). En contraste, el otro pigmento no genero
ningún cambio en el polímero base (b).
Figura 4. Estructura polimérica de dos HDPE con adición de pigmentos (b) pigmento no nucleante y (e) pigmento nucleante (Oliveira, Cramez, & Crawford, 1998).
Estas modificaciones además generan cambios en las propiedades térmicas del
material como se ve en la Figura 5. Por otro lado, se puede ver que la cantidad
agregada de pigmento, en esta prueba, no generó cambios notorios en las
propiedades térmicas del polietileno (ver Figura 5).
Figura 5. Efectos sobre propiedades térmicas del HDPE con la adición de los pigmetnos. Identificación de materiales (izquierda) y propiedades térmicas (derecha) (Oliveira, Cramez, &
Crawford, 1998).
o Efecto en la morfología y desempeño de las propiedades.
Algunos materiales poliméricos se utilizan para aplicaciones donde se requiere
absorción de calor solar, reemplazando a los comúnmente usados cobre y
aluminio. Estos polímeros son pigmentados con negro de humo, un tipo de
pigmento caracterizado por tener alta tasa de absorción de radiación solar.
En la Figura 6 se puede ver un ejemplo de como la adición del pigmento modifica
la morfología de un PP. Se puede ver que a medida que se aumenta la
concentración del pigmento la aglomeración del mismo es menos notoria, es decir
se esparce más homogéneamente sobre el polímero base.
Figura 6. Micrografías ópticas de PP pigmentado con carbon black a diferentes concentraciones. Menor a mayor concentración (a, b y c) (Povacz, Wallner, & Lang, 2014).
Adicionalmente la adición de este pigmento genera algunos cambios en las
transiciones térmicas del material reduciendo las temperaturas de fusión y de
oxidación, como se puede ver en la Figura 7.
Figura 7. Termogramas que muestran los efectos de la adición de carbon black sobre la temperatura de fusión (Arriba) y de oxidación (Abajo) de un PP pigmentado (Povacz, Wallner, & Lang, 2014).
Además, el negro de humo también afecta algunas propiedades que tienen que
ver con la absorción y reflexión de luz solar e infrarroja como se verá a
continuación en la Tabla 4.
Tabla 4. Propiedades de transferencia de calor modificadas debido a la adición de carbon black a un PP (Povacz, Wallner, & Lang, 2014).
o Efectos de cristalización en semi-cristalinos.
En el proceso de inyección es muy común el uso de PP y HDPE pigmentados. Se
tiene conocimiento que los pigmentos orgánicos tienen un efecto sobre el
encogimiento en el molde de los materiales plásticos. Por ejemplo, para el HDPE
se presenta el encogimiento del material con diferentes pigmentos en la Figura 8.
Figura 8. Variación en el encogimiento en distintas direcciones para un HDPE pigmentado con diferentes compuestos (Suzuki & Mizuguchi, 2004).
Además se puede encontrar una relación entre el tiempo medio de cristalización
con el encogimiento del material plástico como se ve en la Figura 9. De esto, se
puede concluir que los pigmentos pueden modificar diferentes procesos dentro de
la manufactura de los polímeros, al hacer que se incremente la frecuencia de
nucleación en el polímero.
Figura 9. Porcentaje de encogimiento contra el tiempo medio de cristalización, afectados por los diferentes pigmetnos agregados a la matriz de HDPE (Suzuki & Mizuguchi, 2004).
o Efecto sobre la conductividad térmica.
Se ha podido apreciar cómo se producen cambios en la microestructura del
material. Estos cambios afectarán directamente las propiedades termo-físicas,
entre ellas la difusividad térmica. Por esta razón se han realizado estudios para
evaluar estos cambios. En este caso se puede apreciar la variación de la
conductividad térmica, que es directamente proporcional a la difusividad, con la
adición de un pigmento de dióxido de titanio. En la Figura 10 se puede ver que en
realidad si se produce un cambio significativo a partir de determinadas
concentraciones de pigmento.
Figura 10. Variación en la conductividad térmica de un HDPE debido a la adición de dióxido de titanio (Agrawal, 2011).
4. Materiales y métodos En esta investigación se utilizaron diferentes técnicas de caracterización para los
materiales utilizados. Se dividieron en dos grupos unas técnicas para caracterización
química y de composición y otro para medición de propiedades termo-físicas. Lo anterior
se ve reflejado en la Tabla 5.
Tabla 5. Resumen de las técnicas de caracterización y medición utilizadas.
Técnica Uso Unidades
Caracterización insumos
Termogravimetría Determinación de la cantidad másica de carga mineral presente en cada uno de los “masterbatch”. Adicionalmente se pudo utilizar para corroborar que las materias primas tuvieran la misma matriz polimérica.
%masa
Cenizas Validación de la cantidad de carga mineral presente en cada uno de los “masterbatch”. Además los residuos servirán para el análisis de fluorescencia.
%masa
Fluorescencia de rayos x Identificación de los elementos químicos presentes en los diferentes pigmentos. De esta forma, se podrá evidenciar la diferencia de la naturaleza de cada aditivo.
Cualitativa
Medición difusividad térmica
Pulso láser de Xenón Medición directa de la difusividad térmica de las muestras poliméricas preparadas.
cm2/s
Como se mencionó anteriormente la técnica experimental que se usó es conocida como
pulso láser de xenón. Mediante este método la difusividad térmica puede ser encontrada
de forma directa al dirigir un rayo láser de xenón sobre una superficie de la muestra, del
otro lado se mide el cambio de temperatura por medio de dos sensores. Con el espesor de
la muestra y el tiempo que tarda en aumentar la temperatura, el equipo DXF200 de TA
Instruments realiza los cálculos para encontrar la difusividad térmica del material.
Lo anterior, se logra mediante la ecuación de transferencia de calor en las condiciones de
frontera de la superficie que está en contacto con los sensores de temperatura. Una
simplificación de esta ecuación (6) se puede lograr con la definición de un número
adimensional w y las condiciones de frontera. Para finalmente obtener la expresión (7)
que permite encontrar la difusividad térmica a partir de las mediciones realizadas por el
equipo. Para entender el significado de cada uno de los parámetros de la ecuación ver la
Figura 2.
Para las anteriores ecuaciones 𝐿- Espesor de la muestra 𝑡- Tiempo de respuesta
𝑡1
2
- Tiempo medio máximo que le toma a la segunda superficie alcanzar el máximo de temperatura
𝑇- Temperatura 𝑄- Flujo de calor a traves de la muestra 𝜌- Densidad de la muestra 𝐶- Capacidad calorífica de la muestra 𝛼- Difusividad térmica de la muestra
Figura 11. Medición del tiempo medio máximo contra el numero adimensional w (TA instruments, 2012).
Para el uso de esta técnica se requiere de una muestra plana, con una superficie lisa y en
lo posible cilíndrica de un diámetro de ½”. Las anteriores condiciones favorecerán las
correctas mediciones en el equipo. El espesor de la muestra depende del tipo de material
que se esté tratando, en este caso para polímeros es recomendable un espesor entre 2 a 4
cm. En la siguiente sección se mostrará cómo se prepararon las muestras de HDPE puro y
las diferentes concentraciones de “masterbatch” rojo, azul y gris.
(6)
(7)
Se emplearon otras técnicas para la caracterización de los insumos, más concretamente de
los pigmentos en forma de “masterbatch” utilizados. La primera de ellas es la
termogravimetría (TGA). Esta técnica fue usada para la determinación de la masa de un
material dependiente de la variación de la temperatura o del tiempo. En este caso, lo que
se encontró fue la cantidad de carga mineral en el “masterbatch”. Para tal fin, se generó
un programa que llevara la muestra de 24°C hasta 950°C con una rampa de calentamiento
constante de 10°C/min, en una atmosfera inerte de nitrógeno.
Así mismo, se realizó una prueba de cenizas. Ésta sirvió para confirmar los datos
obtenidos con la técnica de TGA. Para esta prueba se tararon los crisoles a una
temperatura de 800°C, luego de adicionar la muestra, se quemaron debido a la gran
cantidad de material orgánico presente, después se procedió a llevarlos a una mufla hasta
una temperatura de 800°C con el fin de quemar todo el material orgánico y que al final
solo quedaran las cenizas de la carga mineral. El anterior procedimiento se realizó para
todas las muestras de acuerdo a la norma ASTM D2584 Standard Test Method for Ignition
Loss of Cured Reinforced Resins (ASTM International).
Ahora bien, ya que con los métodos anteriores se estableció la cantidad de carga mineral
que está presente en el “masterbatch” de pigmentación, se hace necesario tener certeza
de la naturaleza del pigmento. Por esta razón, se identificaron los materiales o elementos
que están presentes en el pigmento. Para tal fin, se usó la técnica de fluorescencia de
rayos x para hacer el análisis. La anterior posee prácticas especiales para los materiales
que se quieren probar y se generó un procedimiento especial siguiendo las normas ASTM
D5381-93(2014) Standard Guide for X-Ray Fluorescence (XRF) Spectroscopy of Pigments
and Extenders (ASTM International, 2014) y ASTM E1621-13 Standard Guide for Elemental
Analysis by Wavelength Dispersive X-Ray Fluorescence Spectrometry (ASTM International).
4.1. Diseño experimental A continuación se mostrará el procedimiento diseñado y utilizado para obtener los datos
experimentales de la difusividad térmica del polietileno de alta densidad, puro y con la
adición de pigmentos en distinta concentración.
4.1.1. Definición de variables Las propiedades termo-físicas de los materiales son sensibles a diferentes cambios.
Por esto, en este experimento en el cual se pretende medir la difusividad térmica de
un polímero variando las concentraciones adicionadas de pigmentos, se deben tener
presentes las variables que tendrán efecto sobre las mediciones. En estudios
anteriores se ha demostrado que esta propiedad tiene cambios particulares
dependiendo de la temperatura a la cual se estén haciendo las mediciones, como se
puede ver en la Figura 1.
Así mismo, como lo que se pretende es apreciar el cambio de la difusividad con el
cambio en la concentración de aditivo esta será una variable fundamental en el
diseño. De esta forma, el experimento que se diseñara es de tipo factorial con 3
variables principales y otros elementos constantes como se muestra en la Tabla 6.
Tabla 6. Variables y constantes para el experimento de medición de difusividad térmica.
Variables Constantes
Temperatura Naturaleza de pigmento Concentración de pigmento
Material base. Equipo de medición. Técnica para preparación de probetas.
Específicamente, se definieron las siguientes variables a evaluar.
Temperatura
Se realizaron las mediciones empezando desde temperatura ambiente (25°C) hasta
llegar a una temperatura cercana a la fusión del HDPE (125°C). Dentro de este
intervalo se hicieron mediciones en incrementos de 10°C hasta llegar a la última
temperatura mencionada.
Concentración másica del “masterbatch”
Para esta variable se tuvo en cuenta la concentración que se utiliza normalmente en
la industria. Las concentraciones de “masterbatch” adicionadas por los fabricantes de
sillas del sistema de transporte masivo de Bogotá son de 2%-3% de concentración
másica (Espumlatex, 2015). Los anteriores porcentajes corresponden al 0,0074%,
0,3412% y 0,1415% de fracción másica de los pigmentos rojo, azul y gris
respectivamente como se ve en la Tabla 7. Por este motivo, las primeras cuatro
concentraciones se hicieron para realizar un estimativo para poder ser aplicado a
nivel industrial, y las siguientes con fines académicos para encontrar el umbral en
donde se puede presentar cambios en la difusividad térmica del material.
Tabla 7. Concentración real de pigmento agregado con la concentración de “masterbatch” adicionado a la mezcla. Resultados obtenidos a partir del análisis de cenizas.
Concentración “masterbatch”
% Pigmento
Rojo
% Pigmento
Azul
% Pigmento
Gris
0% 0,0000 0,00 0,00
1% 0,0026 0,11 0,05
3% 0,0077 0,34 0,15
6% 0,0154 0,68 0,31
15% 0,0385 1,70 0,76
40% 0,1025 4,55 2,03
75% 0,1923 8,52 3,81
100% 0,2564 11,36 5,09
Naturaleza del pigmento
Estos fueron seleccionados debido a que son los mayormente empleados en la
industria de la pigmentación del polietileno de alta densidad. Adicionalmente, debido
a que se espera que sus propiedades teóricas aporten un cambio significadito a la
difusividad térmica que se mida.
o Rojo
o Azul
o Gris
4.1.2. Preparación de las probetas El procedimiento que se siguió para la preparación de las probetas fue el siguiente. Es
importante resaltar que se decidió hacer 4 réplicas de cada una de las combinaciones
de tipo de pigmento y concentración de pigmento para asegurar la confiabilidad de
los datos que se obtendrán.
1. Se realizaron las mezclas de polímero y “masterbatch” explicadas en el
iteral anterior con ayuda de una balanza digital.
Figura 12. Mezcla de HDPE con el “masterbatch” gris.
2. Para poder hacer la mezcla homogénea del polímero con el pigmento se
procedió a realizar la combinación con un mezclador interno el cual
funcionó para todos los casos con las siguientes condiciones: Temperatura
del moldeo 190°C y velocidad de los tornillos 60 rpm, durante cuatro
minutos de mezclado.
Figura 13. HDPE pigmentado (arriba) luego del proceso en el mezclador interno (abajo).
3. Para poder formar las probetas requeridas por el equipo se hizo un
moldeo por compresión para cada mezcla realizada. Asegurando que las
muestras tuvieran la geometría plana adecuada para la realización de la
prueba. Para este procedimiento se utilizaron las siguientes condiciones:
Precalentado a 180°C de la prensa por 12 minutos, 5 venteos por 5
segundos cada uno para eliminar posibles porosidades, aplicación de dos
intervalos de presión: el primero de 15 bar y el segundo de 85 bar cada
uno por dos minutos. Finalmente un enfriamiento con agua por 15
minutos. Lo anterior se definió siguiendo la norma ASTM D4703
Compression Molding Thermoplastics for test specimens, pllaques and
sheets (ASTM International).
Figura 14. HDPE laminado luego del proceso de moldeo por compresión (derecha). Equipo de moldeo por compresión (izquierda).
4. Así mismo, se cortaron las probetas al diámetro adecuado requerido por
el equipo. Lo anterior, se realizó con un sacabocados de ½” con el fin de
evitar realizar cortes con métodos térmicos que pudieran afectar de
alguna forma las propiedades del material.
5. Recubrimiento de la probeta con cuatro capas de pintura opaca negra.
Esto es indispensable para que la medición sea adecuada debido a que el
láser del equipo de medición atraviesa el material polimérico sin generar
el efecto de calentamiento de una superficie como es requerido por la
prueba.
6. Recubrimiento de la probeta con dos capas de pintura de plata. Este
recubrimiento es necesario debido a que en el punto donde los sensores
de temperatura tienen contacto con la probeta, estos deben tener una
comunicación eléctrica entre sí. Lo anterior, no se puede conseguir con el
polietileno ya que es un pobre conductor eléctrico. De esta forma, la
pintura de plata soluciona este inconveniente.
Figura 15. Probetas de HDPE pigmentadas cortadas con las dimensiones especificadas por el equipo.
Figura 16. Probetas con el recubrimiento de pintura negra opaca.
Figura 17. Recubrimientos de plata para las probetas (arriba) las marcas en la muestra son debidas a los sensores de temperatura (abajo).
4.1.3. Configuración del equipo En cuanto al alistamiento del equipo y la programación para las pruebas se realizó el
siguiente procedimiento.
1. Medición del espesor de las probetas. Es requerido por el equipo para
realizar una correcta medición de la difusividad térmica.
2. Programación del equipo. En este punto se deben asignar los nombres a
las pruebas y su descripción. Además, es aquí donde se ingresan las
temperaturas en las cuales se realizará la medición. Se definieron tres
mediciones por cada temperatura para poder obtener datos más
confiables. Es importante asignar el tiempo de estabilización y medición
del equipo, ya que los materiales transportan la energía en forma de calor
a distintas velocidades. Para este caso en particular el tiempo definido en
el equipo es de 60 segundos.
3. Se da inicio a la prueba y cuando el equipo termine se extraen los
resultados obtenidos.
Figura 18. Equipo de medición de difusividad térmica DXF200 de TA Intruments.
5. Caracterización “masterbatch” y pigmentos Los pigmentos utilizados para dar coloración al HDPE puro son adicionados en forma de
“masterbatch”. El anterior, consta de una matriz polimérica (la cual ayuda a un correcto
esparcimiento del pigmento cuando se usa en algún polímero en específico) y la carga
mineral (es la que se adicionará al polímero para generar un cambio en sus propiedades
físicas), en este caso los tres “masterbatch” usados tienen matriz de polietileno de baja
densidad. Sin embrago, la carga mineral era desconocida y la cantidad de la misma en el
“masterbatch” también. Por este motivo se realizó una caracterización de este insumo
para tener certeza de los elementos con los que se está trabajando y las cantidades reales
de pigmento que se están adicionando.
5.1. Termogravimetría (TGA) Con el procedimiento definido anteriormente se obtuvieron los siguientes resultados
para cada uno de los “masterbatch”.
“Masterbatch” Rojo
Figura 19. Resultados TGA de “masterbatch” rojo.
En la Figura 19 se puede apreciar el termograma para el “masterbatch” rojo, de este
se concluye que el polímero se descompone a una temperatura de 420°C
aproximadamente y que el porcentaje de carga mineral en este insumo es de 0,27%
en masa. Cabe aclarar que se asumirá que la masa que quede en cada análisis se
espera sea el pigmento usado en la preparación del “masterbacth”.
“Masterbatch” Azul
Figura 20. Resultados TGA “masterbatch” azul.
De la Figura 20 se puede apreciar el termograma para el “masterbatch” azul. Se
observa que el polímero se descompone a una temperatura de 420°C
aproximadamente, lo cual nos indica que la matriz usada en este “masterbatch”
efectivamente es la misma que la usada en el “masterbatch” rojo. Por otro lado, se ve
que el porcentaje de carga mineral en este compuesto es de 11,35% en masa.
“Masterbatch” Gris
Figura 21. Resultados TGA “masterbatch” gris.
En la Figura 21 se puede apreciar el termograma para el “masterbatch” gris, de este
se concluye que el polímero se descompone a una temperatura de 400°C
aproximadamente. Resulta un poco diferente a los anteriormente analizados, sin
embrago se puede estimar que el material matriz orgánico debe ser muy similar. En
este caso el porcentaje de carga mineral es de 5,46% en masa.
5.2. Análisis de cenizas A continuación se muestran los resultados obtenidos de la prueba de cenizas. Cabe
aclarar que se realizaron 5 repeticiones para cada uno de los “masterbatch”.
Tabla 8. Resultados de análisis de cenizas para los “masterbatch”.
“Masterbatch” %Cenizas (%) Error (%)
Rojo 0,25 0,05
Azul 11,38 0,08
Gris 4,72 0,02
De la Tabla 8 se puede ver que los resultados obtenidos con las cenizas son acordes a
los obtenidos en la prueba de TGA debido a que los resultados obtenidos en esta
experimentación caen dentro del rango de error de los resultados mostrados en la
prueba de cenizas. Cabe aclarar que el error mostrado en la Tabla 8 corresponde al
error experimental aleatorio de la medición en la prueba de cenizas.
De esta forma, se puede recalcular el porcentaje en masa de pigmento que en
realidad se agregará a la mezcla polimérica. Así pues, en la Tabla 9 se pueden ver los
porcentajes de “masterbatch” a adicionar y sus equivalentes en porcentajes de
pigmento adicionado.
Tabla 9. Fracción másica adicionada de los diferentes pigmentos.
Concentración “masterbatch”
% Pigmento Rojo % Pigmento Azul % Pigmento Gris
0% 0,0000 0,00 0,00
1% 0,0026 0,11 0,05
3% 0,0077 0,34 0,15
6% 0,0154 0,68 0,31
15% 0,0385 1,70 0,76
40% 0,1025 4,55 2,03
75% 0,1923 8,52 3,81
100% 0,2564 11,36 5,09
5.3. Fluorescencia de rayos x (XRF) Para esta prueba el análisis se realizó sobre el pigmento directamente, es decir que se
usó la técnica de obtención de cenizas para obtener el pigmento puro, sublimando la
parte orgánica o polimérica del “masterbatch”. Sin embargo, no se obtuvo una gran
cantidad de material como para generar las probetas recomendadas en los
procedimientos mencionados, por lo cual se tuvo que recurrir al uso de parafina para
poder hacer las probetas óptimas para la medición. Debido al anterior problema y
modificación de las probetas el análisis se tuvo que hacer de forma cualitativa
obteniendo los siguientes resultados (Tabla 10). Cabe aclarar que el signo (+) quiere
decir que el elemento está presente en el pigmento y el (-) significa lo contrario.
Tabla 10. Resumen de resultados arrojados por el análisis cualitativo de FRX.
Elemento Pigmento
Azul Pigmento
Gris Pigmento
Rojo
Na + + +
Mg + + +
K + + +
Ca + + +
Cu + - +
Ti + + +
V - - -
Cr + + +
Mn + - -
Fe + + +
Co - - -
Ni - - -
Zn - + +
Zr - - -
Al + + +
Si + + +
P + + +
Sn - - +
Sb - - -
Bi - - -
Pb - + +
De la Tabla 10 se puede concluir que la naturaleza de los pigmentos seleccionados es
diferente debido a que presentan distintos elementos en su composición. Lo anterior,
debería hacer que cada pigmento tenga diferentes propiedades por separado y que al
mezclarse con el polímero base cada uno genere diferentes efectos. A partir de los
resultados obtenidos en el análisis de fluorescencia y una lista de compuestos de
pigmentos (Müller, 2003) se puede intuir que posiblemente se está trabajando con
los siguientes compuestos.
Azul (𝑁𝑎8𝐴𝑙6𝑆𝑖6𝑂24𝑆2)
Gris (Fe2𝑇𝑖𝑂4)
Rojo (𝑃𝑏𝐶𝑟𝑂4 ó 𝑍𝑛𝐹𝑒2𝑂4)
6. Resultados y análisis experimental Inicialmente, se realizó una prueba T-Student para los datos obtenidos con un intervalo de
confianza del 95%. Así pues, las barras de error de las figuras de las siguientes secciones
son el intervalo de confianza en donde se espera estén el 95% de las mediciones.
Ahora bien, se procedió a realizar las gráficas de los datos obtenidos y así observar su
comportamiento. Así mismo, se realizó el análisis de error y propagación del error para el
caso de la aplicación del modelo teórico con los datos experimentales. De esta forma, en
este caso el error aleatorio en la medición viene por la toma de datos directamente por el
equipo DXF200, mientras que los errores sistemáticos vienen dados por las resoluciones
de los equipos de medición empleados.
6.1. Relación de la difusividad con la temperatura La dependencia de la difusividad térmica con la temperatura a la cual se encuentra el
material es evidente como se ha podido observar a lo largo de este trabajo. Lo
anterior, se puede explicar por los cambios generados en la microestructura debidos a
los cambios de temperatura. Por ejemplo, al aumentar la temperatura de un material
su red estructural cristalina se deformará y de este modo dificultará o retrasará la
transferencia de energía de un átomo a otro debida a la vibración entre átomos
vecinos. Por esta razón, la difusividad térmica la cual basa su principio de
funcionamiento en la interacción de los átomos dentro de las estructuras que
componen al material también se verá afectada.
Así pues, resulta conveniente encontrar en los datos experimentales esta relación la
cual puede compararse con los datos teóricos encontrados en el caso del HDPE puro
(ver Figura 22). Cabe resaltar que las barras de error asociadas a cada uno de los datos
tomados corresponden al intervalo de confianza del 95% para cada experimento.
En la Figura 22 se puede apreciar que el comportamiento esperado se reproduce en
los datos experimentales. Es decir que se puede apreciar el decrecimiento de la
difusividad térmica con respecto al aumento de la temperatura de medición. Así
mismo, al comparar los datos teóricos con los experimentales se puede concluir que el
método es efectivo y confiable para las mediciones realizadas. Además se puede decir
que es preciso debido a que los intervalos de confianza son pequeños.
Figura 22. Resultados experimentales para el HDPE puro y su comparación con valores teóricos encontrados (Osswald & Menges, 2003).
Una vez verificada la técnica de medición y asegurar que la reproducibilidad es buena,
se procede a realizar el mismo análisis para el material compuesto de pigmentos y
polímero con el fin de corroborar que este comportamiento dependiente de la
temperatura se replique en las demás muestras. De la experimentación se obtuvieron
los siguientes resultados.
Primero se realizó la medición de los “masterbatch” sin ser adicionados a la mezcla
con polietileno de alta densidad. Los resultados de estas mediciones demostraron que
la difusividad térmica de estos materiales es menor a la del HDPE puro. Por lo cual se
esperaría que al agregar estos aditivos al polímero base la difusividad térmica del
material se vea reducida. En la Figura 23 se pueden ver los resultados obtenidos para
los diferentes “masterbatch” usados.
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0 20 40 60 80 100 120 140
Dif
usi
vid
ad t
érm
ica
(cm
2 /s)
Temperatura (°C)
Difusividad térmica del HDPE puro
Experimental
Literatura
Figura 23. Resultados experimentales para las tres muestras de “masterbatch”.
Se puede ver claramente que para los tres pigmentos (rojo Figura 24, gris Figura 25,
azul Figura 26) hay una tendencia al decremento del valor numérico de la difusividad
con respecto al incremento de temperatura. Esta tendencia se puede evidenciar para
la mayoría de las muestras independientemente de la concentración y el tipo de
pigmento utilizados.
Sin embrago, se puede ver que para una concentración de pigmento en particular en
rangos de temperaturas altas (acercándose al punto de fusión del material) hay
cambios en la tendencia anteriormente mencionada. Cabe resaltar que se trata de las
concentraciones comerciales utilizadas en la industria. El cambio encontrado puede
deberse a la competencia existente entre las fases cristalina y amorfas presentes
simultáneamente dentro del material.
0,0005
0,0007
0,0009
0,0011
0,0013
0,0015
0,0017
0,0019
0 20 40 60 80 100 120 140
Dif
usi
vid
ad t
érm
ica
(cm
2/s
)
Temperatura (°C)
Difusividad térmica masterbatch
MB Azul
MB Rojo
MB Gris
Figura 24. Relación entre la difusividad térmica y la temperatura para los resultados experimentales de HDPE pigmentado de rojo.
Figura 25. Relación entre la difusividad térmica y la temperatura para los resultados experimentales de HDPE pigmentado de gris.
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0 20 40 60 80 100 120 140
Dif
usi
vid
ad t
érm
ica
(cm
2 /s)
Temperatura (°C)
Difusividad térmica HDPE Rojo
0,001%
0,01%
0,02%
0,04%
0,10%
0,19%
0,26%
0,00%
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0 20 40 60 80 100 120 140
Dif
usi
vid
ad t
érm
ica
(cm
2/s
)
Temperatura (°C)
Difusividad térmica HDPE Gris
0%
0,05%
0,15%
0,31%
0,76%
2,03%
3,81%
5,09%
Concentración Másica Pigmento
Concentración Másica Pigmento
Figura 26. Relación entre la difusividad térmica y la temperatura para los resultados experimentales de HDPE pigmentado de azul.
6.2. Relación de la difusividad con la concentración de pigmento Ahora bien, de las gráficas presentadas en el iteral anterior se puede observar que hay
una tendencia particular para cada temperatura de medición variando la
concentración de pigmento en la mezcla. Así pues, resulta conveniente observar el
efecto que tiene la cantidad de aditivo agregado sobre la difusividad del polietileno.
En este caso la mejor forma de observar el comportamiento que tendrá la difusividad
térmica es tomando los datos reportados en una temperatura constante y apreciar el
comportamiento de la propiedad termo-física con el cambio de concentración de cada
uno de los pigmentos.
Para lo anterior, se decidió tomar temperaturas extremas de análisis (25°C y 105°C) ya
que como se ve en las gráficas en la sección 6.1. en estas temperaturas el
comportamiento de la difusividad difiere. Cabe aclarar que en las gráficas que se verán
a continuación se pueden apreciar dos series, la primera la experimental (roja) con sus
intervalos de confianza correspondientes y la segunda llamada T+E (verde) la cual hace
referencia al uso del modelo teórico mostrado con anterioridad y usando los datos
experimentales del HDPE puro y de los “masterbatch” puros, las barras de error para
este caso corresponden a la propagación del error de las mediciones realizadas.
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0 20 40 60 80 100 120 140
Dif
usi
vid
ad t
érm
ica
(cm
2 /s)
Temperatura (°C)
Difusividad térmica HDPE Azul
0%
0,34%
1,70%
4,55%
8,52%
11,36%
Concentración Másica Pigmento
En la Figura 27 se puede ver el comportamiento de la difusividad térmica con el
incremento de pigmento rojo agregado. En la temperatura de 25°C se puede apreciar
que la tendencia es decreciente iniciando en el valor de difusividad del HDPE puro
hasta acercarse al valor de la difusividad térmica del “masterbatch” rojo a esa misma
temperatura.
Figura 27. Relación entre la difusividad térmica y la concentración de pigmento rojo agregado a una temperatura de 25°C.
Por otro lado, en la Figura 28 se puede apreciar lo que se detallaba para temperaturas
altas en el iteral anterior de forma más clara. En este caso se puede ver que la
tendencia es que en valores cercanos a la concentración usada comercialmente hay un
comportamiento creciente de la difusividad del polímero, mientras en
concentraciones mayores se vuelve a ver la tendencia decreciente como en la Figura
27.
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0,00% 0,05% 0,10% 0,15% 0,20% 0,25% 0,30%
Dif
usi
vid
ad t
érm
ica
(cm
2 /s)
Concentracion másica pigmento
Difusividad a 25°C HDPE rojo
Experimental
T+E
Figura 28. Relación entre la difusividad térmica y la concentración de pigmento rojo agregado a una temperatura de 105°C.
Para los casos de los pigmentos gris (Figura 29 y Figura 30) y azul (Figura 31 y Figura
32) se puede apreciar exactamente el mismo comportamiento en ambas gráficas que
con los pigmentos rojos. Sin embrago, se puede resaltar que el cambio a
temperaturas altas en estos pigmentos no es tan drástico como se ve en las
concentraciones comerciales de pigmento rojo. Es decir que el incremento en la
difusividad no es tan notorio como en el caso anterior (Figura 28). De nuevo, estas
alteraciones en las temperaturas altas se pueden explicar por la presencia de dos
fases en el polímero una amorfa y una cristalina, las cuales generan una competencia
en el material por la transferencia y la retención de la energía en forma de calor como
se puede ver en los resultados obtenidos por (dos Santos, de Sousa, & Gregorio Jr,
2013) en la Figura 3.
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0,00% 0,05% 0,10% 0,15% 0,20% 0,25% 0,30%
Dif
usi
vid
ad t
érm
ica
(cm
2 /s)
Concentracion másica pigmento
Difusividad a 105°C HDPE rojo
Experimental
T+E
Figura 29. Relación entre la difusividad térmica y la concentración de pigmento gris agregado a una temperatura de 25°C.
Figura 30. Relación entre la difusividad térmica y la concentración de pigmento gris agregado a una temperatura de 105°C.
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0% 1% 2% 3% 4% 5% 6%
Dif
usi
vid
ad t
érm
ica
(cm
2 /s)
Concentracion másica pigmento
Difusividad a 25°C HDPE gris
Experimental
T+E
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0% 1% 2% 3% 4% 5% 6%
Dif
usi
vid
ad t
érm
ica
(cm
2 /s)
Concentracion másica pigmento
Difusividad a 105°C HDPE gris
Experimental
T+E
Figura 31. Relación entre la difusividad térmica y la concentración de pigmento azul agregado a una temperatura de 25°C.
Figura 32. Relación entre la difusividad térmica y la concentración de pigmento azul agregado a una temperatura de 105°C.
Después de apreciar detenidamente estos datos, se puede afirmar que el modelo
matemático encontrado se ajusta a las tendencias esperadas para la difusividad
térmica de un polímero compuesto por HDPE y pigmentos en un rango de
temperaturas antes de acercarse a fusión. Es importante aclarar que este modelo solo
es capaz de mostrar una tendencia, o mejor una aproximación a la realidad, pero para
saber el valor real de la difusividad térmica a una concentración especifica de
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0% 2% 4% 6% 8% 10% 12%
Dif
usi
vid
ad t
érm
ica
(cm
2 /s)
Concentración másica pigmento
Difusividad a 25°C HDPE azul
Experimental
T+E
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0% 2% 4% 6% 8% 10% 12%
Dif
usi
vid
ad t
érm
ica
(cm
2/s
)
Concentración másica pigmento
Difusividad a 105°C HDPE azul
Experimental
T+E
pigmento o cualquier aditivo es recomendable realizar la experimentación. Lo
anterior, debido a que se pueden presentar singularidades como las observadas en las
Figura 28, Figura 30 y Figura 32. Esto puede explicarse por el hecho de que el modelo
solo considera los efectos de la concentración polímero-aditivo y no tiene en cuenta
variables como las microestructuras que también pueden influir en el valor de esta
propiedad.
6.3. Relación de la difusividad con la naturaleza del pigmento Se pudieron apreciar dos hechos importantes: el primero es que la difusividad térmica
de los “masterbatch” es claramente diferente entre los tres (Figura 23), y el segundo
es que evidentemente esto genera un cambio distinto en la misma propiedad del
polímero base. Por este motivo resulta importante identificar los cambios generados
en la difusividad debido a la adición de pigmentos de diferente naturaleza.
Así pues, en la Figura 33 se puede apreciar el comportamiento de la difusividad del
polietileno de alta densidad con la adición de los diferentes pigmentos. Se puede
notar que el cambio en la propiedad termo-física generado por el pigmento rojo es
más grande que el cambio generado por los otros dos pigmentos. Adicionalmente,
esta alteración se presenta a una concentración mucho más baja comparada a los
otros dos pigmentos. Con lo cual se puede concluir que la naturaleza de cada uno de
los pigmentos afecta de una forma diferente las estructuras del material y en
consecuencia terminan interfiriendo en el paso de energía a través del mismo.
Figura 33. Comportamiento de la difusividad térmica con la variación de la naturaleza del pigmento agregado en una temperatura de 25°C.
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0% 2% 4% 6% 8% 10% 12%
Dif
usi
vid
ad t
érm
ica
(cm
2 /s)
Fracción másica pigmento
Difusividad 25°C
Azul
Rojo
Gris
Figura 34. Comportamiento de la difusividad térmica con la variación de la naturaleza del pigmento agregado en una temperatura de 105°C.
Adicionalmente, se pudo realizar el análisis del modelo teórico con los datos
experimentales del HDPE puro y los “masterbatch”. De la Figura 35 se puede extraer
que la tendencia es decreciente al igual que en los datos experimentales mostrados en
las Figura 33 y Figura 34. Sin embargo, se puede ver que en los datos experimentales
(sobre todo en los pigmentos azul y gris) la tendencia es a estabilizarse alrededor de
un valor de difusividad térmica y no tener un patrón netamente decreciente como lo
muestra el modelo matemático.
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0% 2% 4% 6% 8% 10% 12%
Dif
usi
vid
ad t
érm
ica
(cm
2 /s)
Fracción másica pigmento
Difusividad 105°C
Azul
Rojo
Gris
Figura 35. Tendencia obtenida aplicando el modelo teórico con los datos experimentales de HDPE puro y “masterbatch”.
Por otro lado, se recolecto la información de concentraciones similares de los
pigmentos agregados sobre el HDPE. Con estos datos se hace mucho más evidente el
hecho de que una composición distinta del aditivo genera un efecto distinto sobre la
difusividad térmica original del polímero. Lo anterior se puede apreciar en la Figura 36.
Figura 36. Comparación de la tendencia de los datos experimentales para las diferentes muestras pigmentadas de HPDE.
6.4. Modelo matemático y datos experimentales Con el fin de mostrar el ajuste del modelo teórico encontrado para predecir los
cambios en difusividad térmica de un polímero al adicionarle algún aditivo, se realizó
una prueba de ajuste sobre los datos experimentales y la curva teórica para cada uno
de los tres casos. Es importante aclarar que el ajuste mostrado sobre las gráficas que
se verán a continuación son hechos sobre los datos experimentales.
En las Figura 37,Figura 38 y Figura 39 se pueden apreciar que se pudieron realizar
buenos ajustes sobre los datos experimentales teniendo un valor de R2 muy cercano a
1. Por otro lado, se pueden ver diferencias claras entre el modelo teórico y los datos
experimentales en los casos de los pigmentos azul y gris. Mientras que para el
pigmento rojo se puede observar una coincidencia muy cercana a lo predicho por el
modelo. Estos hechos indican y confirman que el modelo teórico puede usarse como
herramienta de predicción de la difusividad térmica de un material al adicionarle un
pigmento, pero solo serán aproximaciones y generalizaciones a lo que en realidad
ocurre en el material. Por lo cual, para definir un valor certero de difusividad térmica
la experimentación resultaría indispensable.
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0,0035
0 20 40 60 80 100 120 140
Dif
usi
vid
ad t
érm
ica
(cm
2 /s)
Temperatura (°C)
Difusividad térmica HDPE pigmentado
Azul 0,34%
Rojo 0,26%
Gris 0,31%
0%
Literatura
Figura 37. Comparación entre la tendencia obtenida con el modelo teórico y la real encontrada con los datos experimentales para el HDPE rojo.
Figura 38. Comparación entre la tendencia obtenida con el modelo teórico y la real encontrada con los datos experimentales para el HDPE azul.
y = -16461x3 + 189,79x2 - 0,9056x + 0,0028 R² = 0,972
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0,00% 0,10% 0,20% 0,30%
Dif
usi
vid
ad t
érm
ica
(cm
2 /s)
Fracción másica pigmento rojo
Modelo HDPE rojo
Teórico rojo
Experimental rojo
Polinómica(Experimental rojo)
y = -0,5027x3 + 0,1803x2 - 0,0215x + 0,0027 R² = 0,9926
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0% 2% 4% 6% 8% 10% 12%
Dif
usi
vid
ad t
érm
ica
(cm
2 /s)
Fracción másica pigmento (%)
Modelo PEAD azul
Teórico azul
Experimental azul
Polinómica(Experimental azul)
Figura 39. Comparación entre la tendencia obtenida con el modelo teórico y la real encontrada con los datos experimentales para el HDPE gris.
7. Conclusiones Se logró implementar la técnica de medición de laser de Xenón con el principio de
pulsos térmicos. Definiendo una metodología clara, para la preparación de las
muestras con recubrimientos especiales y la determinación de los tiempos de
estabilización en la medición. La anterior, fue validada desde el punto de vista
experimental y estadístico en términos de precisión e incertidumbre para
materiales puros (HDPE).
Existe un modelo general que permite hacer una aproximación al cambio de la
difusividad térmica de un polímero cuando se le agrega un aditivo. Sin embargo, se
comprobó que este modelo sirve como una aproximación general a la realidad, ya
que se pudo ver que existen particularidades en donde no se ajusta de manera
correcta. Más precisamente el modelo no tiene cabida en las condiciones donde
las estructuras amorfas y cristalinas compiten por el dominio del fenómeno de
transferencia y retención de calor, tal como se puede apreciar en temperaturas
cercanas a la fusión del material y concentraciones de pigmento próximas a las
usadas comercialmente (2% - 3%) de “masterbatch”.
Se encontró que la adición de pigmentos genera cambios sobre el valor de
difusividad térmica del HDPE. Estos cambios están asociados con la concentración
y = -9,9282x3 + 1,2159x2 - 0,0526x + 0,0027 R² = 0,9626
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0% 2% 4% 6%
Dif
usi
vid
ad t
érm
ica
(cm
2 /s)
Fracción másica pigmento (%)
Modelo PEAD gris
Teórico gris
Experimental gris
Polinómica(Experimental gris)
de pigmento y la naturaleza de los mismos. Al aumentar la concentración másica
del pigmento el valor de difusividad del polímero base decrece acercándose al
dato de difusividad del pigmento para cualquier caso. Mientras que al variar la
naturaleza del pigmento se obtienen resultados notablemente diferentes sobre el
comportamiento de la difusividad térmica, en donde el pigmento rojo tiene un
efecto más notable sobre la propiedad termo-física a comparación de los otros dos
pigmentos utilizados.
Bibliografía Agrawal, S. (2011). Effective thermal conductivity of epoxy matrix composites filled with titania
power. Rourkela: Department of Mechanical Engineering, NIT Rourkela.
ASTM International. (2014). ASTM D5381-93(2014) Standard Guide for X-Ray Fluorescence (XRF)
Spectroscopy of Pigments and Extenders. Recuperado el 16 de May de 2015, de ASTM International:
http://compass.astm.org.ezproxy.uniandes.edu.co:8080/download/D5381.11568.pdf
ASTM International. (s.f.). ASTM D2584-11 Standard Test Method for Ignition Loss of Cured
Reinforced Resins. Recuperado el 16 de May de 2015, de ASTM International:
http://compass.astm.org.ezproxy.uniandes.edu.co:8080/download/D2584.2467.pdf
ASTM International. (s.f.). ASTM D4703-10a Standard Practice for Compression Molding
Thermoplastic Materials into Test Specimens, Plaques, or Sheets. Recuperado el 10 de February de
2015, de ASTM International:
http://compass.astm.org.ezproxy.uniandes.edu.co:8080/download/D4703.20012.pdf
ASTM International. (s.f.). ASTM E1461-13 Standard Test Method for Thermal Diffusivity by the
Flash Method. Recuperado el 22 de Enero de 2015, de Normas Técnicas:
http://compass.astm.org.ezproxy.uniandes.edu.co:8080/EDIT/html_annot.cgi?+11
ASTM International. (s.f.). ASTM E1621 - 05 Standard Guide for X-Ray Emission Spectrometric
Analysis. Recuperado el 16 de May de 2015, de ASTM International:
http://compass.astm.org.ezproxy.uniandes.edu.co:8080/EDIT/html_historical.cgi?E1621+05
ASTM International. (s.f.). ASTM E1952-11 Standard Test Method for Thermal Conductivity and
Thermal Diffusivity by Modulated Temperature Differential Scanning Calorimetry. Recuperado el 22
de Enero de 2015, de Normas Técnicas:
http://compass.astm.org.ezproxy.uniandes.edu.co:8080/EDIT/html_annot.cgi?+13
Cengel, Y. (2003). Heat Transfer. McGraw Hill.
dos Santos, W. N., de Sousa, J. A., & Gregorio Jr, R. (2013). Thermal conductivity behaviour of
polymers around glass transition and crystalline melting temperatures. Polymer testing , 987-994.
Espumlatex. (2015). Coloración sillas transporte público. Bogotá.
Fagelman, K., & Guthrie, J. (2006). The effect of pigmentation on the mechanical properties and the
crystallisation behaviour of polymer blends. Dyes and Pigments, 62-73.
Li, X., Tabil, L., Oguocha, I., & Panigrahi, S. (2008). Thermal diffusivity, thermal conductivity, and
specific heat of flax fiber–HDPE biocomposites at processing temperatures. Composites Science and
Technology, 1753-1758.
Matweb. (s.f.). MatWeb Material Property Data. Recuperado el 21 de Enero de 2015, de MatWeb
Material Property Data: HDPE:
http://www.matweb.com/search/datasheet.aspx?MatGUID=fce23f90005d4fbe8e12a1bce53ebdc8
Mikulenok, I. O. (2012). Determining the thermophysical properties of thermoplastic composite
materials. International Polymer Science and Technology, 9-13.
Müller, A. (2003). Coloring of Plastics. Munich: Hanser.
Oliveira, M., Cramez, M., & Crawford, R. (1998). Effect of pigmentation on the microstructure and
properties of rotationally molded polyethylene. Journal of Materials Science, 4869-4877.
Osswald, T., & Menges, G. (2003). Materials Science of Polymers for Engineers. Munich: Hanser.
Peacock, A. (2000). Handbook of Polyethylene: Structures, Properties and Applications. New York:
Marcel Dekker Inc.
Povacz, M., Wallner, G., & Lang, R. (2014). Black-pigmented polypropylene materials for solar
thermal absorbers – Effect of carbon black concentration on morphology and performance
properties. Solar Energy, 420-426.
S. SURIÑACH, M. D.-M. (1992). Universidad Autonoma de Barcelona. Recuperado el 21 de Enero de
2015, de Calorimetria Diferencial de Barrido y su Aplicación :
http://boletines.secv.es/upload/199231011.pdf
Smith, W. (2006). Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales. Mexico D.F.: McGraw Hill
interamericana.
Suzuki, S., & Mizuguchi, J. (2004). Pigment-induced crystallization in colored plastics based on
partially crystalline polymers. Dyes and Pigments, 69-77.
TA instruments. (2012). TA instruments. Recuperado el 21 de Enero de 2015, de TA instruments:
Thermal Diffusivity by the Flash Method:
http://thermophysical.tainstruments.com/PDF/technotes/TPN-
68%20Thermal%20Diffusivity%20by%20the%20Flash%20Method.pdf
Tricon Energy. (2013). Tricon Energy. Recuperado el 20 de Enero de 2015, de Tricon Energy: Global
Polymer Business: http://www.petrochemconclave.com/presentation/2013/Mr.SMoolji.pdf
Vasile, C., & Pascu, M. (2005). Practical Guide to Polyethylene. Shawbury: Rapra.
