POLÍMEROS Y METERIALES INORGÁNICOS: COPOLÍMERO DE SILICONA-BORATO Y COPOLÍMERO PVA-BORATO

POLÍMEROS Y METERIALES INORGÁNICOS: COPOLÍMERO DE SILICONA-BORATO Y COPOLÍMERO PVA-BORATO

Introducción:

Un polímero es una molécula que se constituye de una repetición de moléculas más simples, llamados monómeros.1 Existen polímeros conocidos como homopolímeros y otros conocidos como copolímeros, los primeros están conformados por monómeros idénticos y los copolímeros, están conformados por dos o más monómeros diferentes.2

La formación de los polímeros puede ocurrir por dos procesos definidos por Flory (1953) y Carothers (1940) conocidos como polimerización de condensación y polimerización por adición.1 La primera también es conocida como polimerización de reacción por etapas, y es la que se ocurre en la formación de los polímeros de este experimento, en esta dos monómeros se condensan, es decir, forman enlaces con la pérdida de una molécula pequeña, para formar un dímero, estos para formar un tetrámeros y así sucesivamente.2 La reacción continúa hasta que uno de los reactivos ha sido utilizado por completo y se establece un equilibrio que puede desplazarse por la temperatura o cambio en las condiciones de la reacción.1

Los enlaces covalentes que ocurren en la unión de estas moléculas se conocen como entrecruzamientos. Estos entrecruzamientos son responsables de muchas de las propiedades químicas y físicas de los polímeros, por ejemplo, la reacción de los polímeros con el calor. 3 De acuerdo a las propiedades térmicas los polímeros se pueden clasificar en termoplásticos, se vuelven moldeables con el calor; polímeros amorfos, cuando se calientan a altas temperaturas o vidrios a temperaturas muy bajas.2

En este experimento se sintetizaron dos copolímeros inorgánicos, uno de silicona-borato y otro de PVA-borato. Ambos muy utilizados industrialmente, y vendidos como juguetes.

Sección experimental:

        Se utilizó el procedimiento propuesto por Szafran, Pike y Singh (1991, p 161,176). Para la realización del copolímero de silicona-borato en un balón de 2 bocas,  a una de ellas se le unió un Claisen, para poder colocar el condensador y el embudo de adición. En un balón de fondo redondo con una pastilla de agitación adentro, se agregó éter etílico (40 mL). Con una jeringa, lavada previamente con heptano, se adicionó el diclorometilsilano (20 mL, en dos porciones de 10 mL). Se ajustó un condensador de reflujo, dentro de la capilla extractora de gases. Se montó este equipo sobre una plantilla para mantener agitación constante.

        Se agregó cuidadosamente agua destilada (40 mL), gota a gota, con agitación constante por medio del embudo de adición. Al finalizar la adición, se dejó en reposo la mezcla por 10 minutos. Se desajustó el condensador y mediante un embudo de separación  se removió la mayor cantidad posible de capa etérea. Se ajustó el condensador de nuevo, y se adicionó una solución de NaOH al 10% (10 mL). Se observó burbujeo durante esta adición, se esperó a que este cesara para remover nuevamente la fase etérea con el embudo de separación. Se obtuvo un pH de 8 al probar la neutralización completa del medio ácido con un papel de tornasol.

        La capa etérea fue transferida a un beaker con una punta de espátula de sulfato de sodio anhidro. Fue necesario agregar más cantidad de desecante antes de pasar la disolución por decantación a un beaker con sílica gel. Se lavó el beaker de sílica y de sulfato de sodio anhidro con éter etílico y se agregó a la disolución inicial en un balón para rotavapor. Se evaporó el éter por medio del rotavapor.

Se obtuvo 7.87 g de fluido de silicona; el 5% de esta masa correspondió a la cantidad de ácido bórico (0.39 g, 6.36mmol) agregado con agitación continua. Se agitó por 5 minutos con un agitador de vidrio y se calentó la muestra hasta obtener una masa blanca de contextura dura y pegajosa. Se dejó enfriar a temperatura ambiente y se obtuvo 6.16 g del copolímero de silicona-borato.

En la realización del copolímero PVA-Borato se preparó una disolución de ácido bórico al 4% m/v, por lo que se disolvió ácido bórico (1.01 g, 16.33 mmol) en agua (25 mL) en un beaker de 100 mL. En otro beaker, se preparó una disolución al 4% m/v, agregando alcohol polivinílico (4.01 g) en agua (100 mL), para disolver la completamente se calentó esta disolución. Se dejó enfriar la disolución y se agregó verde malaquita como indicador. La disolución con ácido bórico se agregó con agitación a la disolución polivinilalcohólica y agregó NaOH gota a gota para basificar el medio, agitando con un policía, hasta obtener la textura gelatinosa deseada.  

Resultados y discusión

        Para la realización del polímero de silicona-borato se utilizó éter etílico como disolvente, producto de su bajo punto de ebullición, 34.5°C, 5 se colocó el condensador, para mantener un reflujo constante. Al agregar el diclodimetilsilano se realizó con una jeringa y se agregó en dos porciones de 10 mL, dentro de la capilla extractora de gases para evitar intoxicaciones ya que es un producto que libera gases. Se agregó el agua gota a gota, el diclorodimetilsilano se hidroliza con  el agua para formar el silanol correspondiente, como se observa en la reacción (1).6

[pic 1]

        Los polímeros por condensación pueden ser degradados por la reacción inversa, es decir, son sensibles a una hidrólisis en condiciones ácidas.7 Por lo tanto, la formación de HCl se neutraliza con NaHCO3, en una reacción con burbujeo producto del CO2 liberado, como se observa en la reacción (2).

[pic 2]

        Al finalizar el burbujeo, se separó la fase acuosa de la fase etérea. Para comprobar una neutralización completa se midió el pH con un papel tornasol, el pH obtenido fue 8, por lo tanto, la disolución se encontraba ligeramente básica.

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