RECUPERACION POLICARBONATO CD'S FQ

• RESUMEN

En vista del gran volumen de discos compactos que se desechan mundialmente como material obsoleto y la oportunidad de recuperar de éstos el policarbonato presente en más del 90% de su composición, se procuró mejorar una técnica ya empleada para la recuperación de dicho material, la cual consistió en tratar los discos compactos reciclados con soluciones salinas (KOH, NaOH), altas temperaturas y agitación constante. Finalmente se calculó el rendimiento obtenido tras dicho tratamiento, se calculó la densidad del material resultante y se determinaron las mejores condiciones de reacción para lograr el objetivo general del proyecto.

• INTRODUCCION

El policarbonato es un polímero del cual sus primeros estudios datan hacia el año 1928 cuando el investigador químico E. I. Carothers de la mercantil DuPont, realizando un estudio sistemático sobre las resinas de poliéster, buscando un polímero para la producción de nuevos tejidos, empezó a examinar los policarbonatos alifáticos.

Para el año 1952, el científico H. Schell de la firma Bayer, cumple con éxito los primeros estudios en laboratorio para la fabricación de policarbonatos.

Primeras aplicaciones: En 1982, el primer cd de audio fui introducido al mercado, posteriormente la tecnología de los medios ópticos incluían los CD ROM’s, DVD’s entre otros. Todos estos sistemas de almacenaje dependen del policarbonato.

Desde mediados de los 80’s, las botellas de agua de 18 litros hechas de policarbonato llegaron a reemplazar las pesadas y frágiles botellas de vidrio. Estas, por su ligereza, practicidad y resistencia al rompimiento son encontrados muy comúnmente en oficinas, hogares y lugares públicos.

Debido a las excelentes propiedades ópticas, a la absorción de la radiación UV de manera aceptable y la seguridad en comparación con los otros tipos de lentes, el policarbonato pasó a reemplazar los gruesas y antiestéticos lentes de vidrio.

¿Qué es el policarbonato? Es un poliéster con una estructura repetitiva de moléculas de bisfenol A, ligados a otros grupos carbonatos (O-CO-O) en una molécula larga como se ve en la figura No. 1.

Fig 1. Estructura molecular de una cadena de policarbonato.
Los policarbonatos son un grupo particular de termoplásticos (pueden ser moldeado en caliente). Son trabajados, moldeados y termo-reformados fácilmente.


Generación del policarbonato de sodio: El mecanismo general de producción de policarbonato de sodio está representado en las figuras No. 2 y 3.

(2)

(3)

(2)Un grupo bisfenol A se hace reaccionar con NaOH para producir la sal de sodio del bisfenol A. (3) El producto de (2) se hace reaccionar con un mol de fosgeno, obteniendo así el policarbonato de sodio.

Características del policarbonato: Este material presenta una buena resistencia al impacto, a la temperatura (para procesos de esterilización), estabilidad dimensional, buenas propiedades mecánicas y dieléctricas, escasa combustibilidad, amorfo, transparente, estabilidad frente al agua y los ácidos, es un buen aislante térmico, entre otros.

Una de las características, además de las ya mencionadas, es el hecho de ser un material no biodegradable, puesto que es está la mayor preocupación que genera el hecho que alrededor de 100.000 cd’s mensuales sean desechados como residuos sólidos, sin tratamiento o aprovechamiento alguno.

Aplicaciones del policarbonato: El policarbonato es empleado como materia prima en distintos campos de la industria, por ejemplo, el sector electrónico, aplicaciones domésticas, equipos de oficina, en la industria de la construcción, ingeniería automotriz, envases de alimento y bebida, dispositivos médicos y equipos de seguridad.

En la figura No. 4 se aprecia fácilmente la escala de empleo del policarbonato en los diferentes campos de la industria.

Fig 4. Campos de empleo del policarbonato.

Como se ha enunciado en el desarrollo del artículo, uno de los útiles donde más se emplea el policarbonato es en la fabricación de cd’s, éste, además de contener un 2% de materiales diferentes (1,5% tintas de impresión y 0,5% de aluminio/plata, el 98% es policarbonato.

Los efectos negativos de los cd’s que no se reciclan, no son básicamente que sean residuos no tóxicos, ni peligrosos, puesto que son residuos inertes, está radica en el desaprovechamiento del policarbonato como materia prima potencialmente reciclable, el incremento de la producción de cd’s debido a la demanda creciente, entre otros.

Por tanto, es visible la necesidad de reciclar dicho material. Este proceso consiste en introducir los materiales ya usados nuevamente en el proceso de producción como materias primas.

Teniendo en cuenta lo anterior, el hecho de llevar a cabo este proyecto de investigación, estaría reduciendo el índice de consumo en producción de nuevos productos debido a que estos parten del policarbonato recuperado.

• PROCEDIMIENTO

2.1 Recuperación del policarbonato

Pesar en la balanza analítica (Vansolix, Mettler Toledo Al 204) (Precisión ±0,0001) un CD (Sony). Posteriormente triturar el CD y en dos vasos de precipitado de 500mL agregar aproximadamente 10 g de dicho disco triturado a cada uno. Alternamente preparar dos soluciones alcalinas. Agregar una de las solución de a uno de los vasos de precipitado que contenga el CD triturado y agregar la otra solución en el vaso restante.

Llevar los vasos de precipitado con la solución a calentamiento y agitación constante durante 105 min. Transcurridos 60 min de dicho calentamiento agregar la solución preparada restante a cada vaso.

Una vez cumplido el tiempo de calentamiento, retirar inmediatamente los vasos de la plancha y enseguida filtrar su contenido, separando así el policarbonato, la placa metálica y la solución alcalina con tinta. Secar, limpiar y pesar en una caja de petri para calcular el rendimiento de reacción el policarbonato obtenido.

Determinación de la densidad del policarbonato obtenido

Pesar pequeñas partículas del policarbonato obtenido, establecer su masa, posteriormente en una probeta de 25 mL agregar 10 mL de agua destilada, introducir en la probeta las partículas de policarbonato previamente pesadas y calcular el volumen de agua desplazado en la bureta. Por relación masa/volumen, determinar la densidad del material.

• FORMATO DE RESULTADOS

Tabla 1. Porcentaje de rendimiento del policarbonato de sodio con las soluciones alcalinas.

Tabla 2. Densidad del policarbonato obtenido.

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ESPECTROFOTOMETRO FQ

• INTRODUCCIÓN

La interacción de la radiación electromagnética con la materia es el principio fundamental del desarrollo de una serie de técnicas analíticas. La radiación electromagnética es una clase de energía que se transmite por el espacio a enormes velocidades, puede adoptar muchas formas (calor, luz, radiaciones gamma, rayos x, ultravioleta, microondas, etc.).

Fig 1.Espectro electromagnético. Región visible con λ de 400 a 700 nm.

La espectroscopia es una rama de la ciencia en la que la luz se o radiación visible se descompone en sus longitudes de onda originando espectros, que se usan para estudios teóricos de la estructura de la materia. Actualmente este término fue ampliado para incluir la utilización no solo de la luz visible, sino también de otros tipos de radiación electromagnética.

La absorción de la radiación es un proceso en el que la energía electromagnética se transfiere a los átomos, iones o moléculas que constituyen la muestra. La absorción promueve estas partículas desde su estado normal a temperatura ambiente, o estado fundamental a uno o varios estados de energía más elevados o excitados. Para que se produzca la absorción de la radiación, la energía de los fotones excitados debe coincidir exactamente con la diferencias de energías del estado fundamental y uno de los estados excitados de las especies absorbentes.

En la región visible se aprecia el color visible de una solución y que corresponde a las longitudes de onda de la luz que transmite, lo que absorbe. El color que absorbe es el complementario de color que transmite. Por tanto, para realizar mediciones de absorción es necesario utilizar las longitudes de onda en la que absorbe luz la solución coloreada.

Para que una sustancia se activa en el visible debe ser colorida: el que una sustancia tenga color, es debido a que absorbe ciertas frecuencias o longitudes de onda del espectro visible y transmite otras más.

Un espectrofotómetro es un instrumento que tiene la capacidad de manejar un haz de Radiación Electromagnética (REM), comúnmente denominado Luz, separándolo en facilitar la identificación, calificación y cuantificación de su energía. Su eficiencia, resolución, sensibilidad y rango espectral, dependerán de las variables de diseño y de la selección de los componentes ópticos que lo conforman.

Cuando la luz atraviesa una sustancia, parte de la energía es absorbida. El color de las sustancias se debe a que estas absorben ciertas longitudes de onda de la luz blanca que incide sobre ellas, y sólo vemos aquellas longitudes de onda que no fueron absorbidas.

• MATERIALES Y REACTIVOS

Carton Paja

Pintura Negra

Pegamento

Tijeras

Cinta aislante

Linterna

Marcadores

Cd

Azul de metileno (Merck)

Naranja de metilo (Panreac)

2 vasos de precipitado de 50Ml

• PROCEDIMIENTO

Fabricacion del Espectrofotómetro:

1. Realizar el molde del espectrofotómetro en el cartón paja, cuidadosamente realizar un ojal en la parte lateral de 1cm en el cual se observara el espectro, así mismo realizar dos ojales en la parte superior en los cuales se introduce el Cd y se irradia con la luz visible.

2. Recortar y se pegar con silicona y cinta aislante.

3. Introducir un Cd en el ojal de la parte superior.

4. Posteriormente realizar una prueba, la cual consiste en colocar una linterna de luz blanca en la parte superior y observar el espectro en el ojal lateral realizado anteriormente.

5. Seguidamente pasar una solución de azul de metileno la cual se ubica en el lugar donde se irradia la luz blanca y se observa su espectro.

6. Finalmente se pasa una segunda solución, en este caso de naranja de metilo, se irradia con luz blanca y se observa su espectro.

• RESULTADOS

Como resultado de la elaboracion del espectrofotómetro planteada anteriormente se obtuvo:

Fig 2. Espectrofotómetro visible.

El espectro electromagnético generado por el instrumento una vez fue irradiado con luz blanca (linterna):

Fig 3. Espectro electromagnético generado por la luz blanca una vez se irradio el instrumento.

La muestra de azul de metileno una vez analizada en el espectrofotómetro generó como resultado el siguiente espectro:

Fig 4. Solucion de azul de metileno analizada en el espectrofotómetro y espectro generado una vez se irradio con luz blanca (linterna).

Fig 5. Solucion de azul de metileno analizada en el espectrofotómetro y espectro generado una vez se irradio con luz blanca (linterna).

La muestra de naranja de metilo una vez analizada en el espectrofotómetro generó como resultado el siguiente espectro:

Fig 6. Solución de naranja de metilo analizada en el espectrofotómetro y espectro generado una vez se irradio con luz blanca (linterna).

Fig 7. Solucion de naranja de metilo analizada en el espectrofotómetro y espectro generado una vez se irradio con luz blanca (linterna).

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CALORIMETRO FQ

• INTRODUCCIÓN

El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpo. Así mismo es un dispositivo usado para la calorimetría que es la ciencia de medir el calor de reacciones químicas o cambios físicos como la capacidad de calor.


Algunos tipos mas comunes de calorimetros son, los calorímetros de la exploracion diferenciada, los microcalorímetros isotérmicos, los calorímetros de la titulacion y los calorímetros acelerados. Un calorímetro simple consiste en un termometros unido a un envase aislado.

El calorímetro es un sistema adiabático (no permite la transferencia de energía con el medio ambiente) y el calor liberado dentro del calorímetro debe ser absorbido por él.

Para determinar la capacidad calorífica del calorímetro se miden en él las variaciones de temperatura para así calibrarlo.

La capacidad de calor especifico es la habilidad de un material para absorber el calor, se mide en joules por gramos grados Celsius (joule/gr°C).

A continuación se propone la elaboración de un calorimetro, su respectiva calibración y posteriormente se emplea para calcular el calor especifico del acetato de sodio.

El acetato de sodio utilizado en esta práctica tiene varias aplicaciones, en la industria alimentaria se usa para acentuar el sabor y como preservante, en la textil, para neutralizar el ácido sulfúrico, así mismo sirve para hacer calentadores de manos portátiles.

• MATERIALES Y REACTIVOS

· Balanza analítica.

· Plancha de calentamiento.

· 3 vasos de precipitado de 250, 100 y 50 mL.

· Agitador de vidrio hueco con pestañas de metal.

· Termómetro.

· Vasija de icopor con tapa.

· Toalla.

· Cronometro.

· Acetato de sodio.

· Agua destilada.

· Hielo.

• PROCEDIMIENTO

Capacidad calorífica del calorímetro:

1) Se ajusta el tamaño de la vasija de icopor de acuerdo al vaso de 250 mL, de manera que este último quede totalmente aislado del medio externo.


2) En la tapa de la vasija de icopor se perforan dos agujeros, uno del grosor del termómetro y otro del grosor del agitador.


3) Alternamente a este proceso, se calienta aproximadamente 250 mL de agua en una plancha de calentamiento y se mantiene la temperatura superior a los 60°C.


4) Seguidamente se pesan los vasos de precipitado a utilizar durante la práctica.


5) Se agrega hielo al vaso de precipitado que se encuentra dentro de la vasija de icopor, se pesa inmediatamente y se mide la temperatura de este.


6) En un vaso de precipitado distinto, ya pesado, se agrega agua caliente, se pesa nuevamente y se mide la temperatura de este.


7) A continuación, se agrega el agua caliente dentro del vaso con hielo que se encuentra al interior de la vasija de icopor y se hace lectura de la temperatura de la mezcla.


8) Se mantiene una agitación constante, el cambio de temperatura de la mezcla se lee cada dos minutos durante diez minutos o durante el tiempo necesario para que se estabilice la temperatura de la misma.


9) Este procedimiento se repite dos veces y se calcula la capacidad calorífica del calorímetro aplicando la siguiente fórmula:

Fórmula 1. Capacidad calorífica

Donde Cp H₂O corresponde a la capacidad calorífica del agua, que es igual a 1cal/°C.

M₁: Masa de hielo.

M₂: Masa de agua caliente.

T₁: Temperatura del agua destilada a temperatura ambiente.

T₂: Temperatura del agua caliente.

T_f: Temperatura estabilizada.

Calor específico del acetato de sodio:

1) Se pesan todos los vasos de precipitados limpios y secos a utilizar durante la práctica.


2) Se prepara una solución con 0,2 g de acetato de sodio y 50 mL de agua destilada a temperatura ambiente en el vaso de precipitado de 250 mL que va dentro del calorímetro y se pesa dicha solución. Se hace lectura de la temperatura.


3) A continuación, en un vaso de precipitado distinto, ya pesado, se agrega agua caliente, se pesa nuevamente y se mide la temperatura de este.


4) Seguidamente se agrega el agua caliente dentro del vaso con la solución de acetato de sodio que se encuentra en el interior del calorímetro y se hace lectura de la temperatura de la mezcla.


5) Se mantiene una agitación constante, el cambio de temperatura de la solución se lee cada dos minutos durante diez minutos o durante el tiempo necesario para que se estabilice la temperatura de la misma.


6) Este procedimiento se repite tres veces y se calcula el calor específico del acetato de sodio empleando la formula No. 1. Este valor se compara con el calor específico teórico del acetato de sodio permitiendo así hallar el error absoluto y discutir sobre la exactitud y precisión del calorímetro fabricado y del método de experimentación empleado.

• FORMATO DE RESULTADO

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