Laboratorio de Propiedades en Disolución y Resistencia a la Fractura Ambiental


Determinación de pesos moleculares en polímeros: Método de cromatografía de permeación de gel (GPC)

Un flujo constante de disolvente arrastra una disolución de polímero a través de una serie de columnas termostatizadas a alta temperatura en las que se lleva a cabo la separación de las cadenas poliméricas en función de su tamaño. El posterior análisis mediante un detector de índice de refracción y otro de viscosidad permite cuantificar la cantidad de polímero presente en función del tiempo de retención. Un calibrado previo (calibración universal) relaciona dicho tiempo de retención con la masa molecular. De este modo se determina la distribución de masas moleculares, y a partir de ella se calculan magnitudes fundamentales para los polímeros como son las masas moleculares promedio y la polidispersidad. El LATEP dispone de dos equipos de GPC de alta temperatura Waters Alliance2000 y Agilent PL-GPC220.


Determinación de pesos moleculares en polímeros: Método de dispersión de luz en multiángulo (GPC-MALS)

La utilización conjunta de las técnicas cromatografía de permeación de gel y dispersión de luz permite determinar pesos moleculares absolutos de polímeros (sin necesidad de calibrado previo), el radio de giro cuadrático medio, que nos proporciona una idea del tamaño del polímero, y el valor del segundo coeficiente virial, lo que nos da una idea de la conformación del polímero en disolución. El LATEP dispone de un equipo de DAWN EOS (Wyatt Technology, Santa Barbara, CA).


Distribución de ramificaciones de cadena corta en poliolefinas mediante GPC-IR

La utilización de un detector infrarrojo con múltiples filtros permite la determinación simultánea de la señal de infrarrojo a distintas longitudes de onda. Este detector es ideal para el análisis de poliolefinas al permitir, además de obtener la distribución de masas moleculares, averiguar el número de ramificaciones cortas promedio para cada fracción de masa molecular. La introducción en línea de un viscosímetro proporciona también un análisis sobre el número de ramificaciones largas, obteniéndose información completa sobre la composición del polímero. El LATEP dispone de un equipo GPC-IR5 de Polymer Char para la determinación simultánea de la masa molecular y la composición química del polímero.

Fraccionamiento analítico por elución mediante aumento de temperatura (TREF)

En polímeros semicristalinos, la distribución de la composición química (DCC) junto con la distribución de pesos moleculares determinará la microestructura del polímero. En poliolefinas la presencia, contenido y distribución de cadenas laterales determinará en gran medida sus propiedades, siento crítico su caracterización estructural previa. En la técnica de TREF se realiza en disolución una primera etapa de enfriamiento sobre un soporte inerte, para el fraccionamiento del polímero de acuerdo a su capacidad de cristalización. En una segunda etapa, etapa de elución, se irá aumentando la temperatura y pasando flujo sobre la columna de fraccionamiento de modo que las fracciones de polímero eluyan en el tiempo de acuerdo con su capacidad de cristalización.

Fraccionamiento por análisis de la temperatura de cristalización (CRYSTAF)

La técnica de CRYSTAF busca de un modo rápido la determinación de la composición química del polímero (DCC). En la técnica de CRYSTAF, a diferencia de TREF, el análisis consta de una única etapa, en la que se realiza la cristalización en continuo de las cadenas de un polímero a partir de una disolución diluida. El análisis se realiza midiendo la concentración del polímero en la disolución durante la cristalización a medida que se reduce la temperatura. El análisis será la medida de la concentración del polímero que permanece disuelto en la disolución a cada temperatura.

El LATEP dispone de un equipo de TREF-CRYSTAF analítico Polymer Char (modelo 200+) totalmente automatizado para la caracterización de la DCC del polímero.

Fraccionamiento preparativo por composición

El fraccionamiento preparativo por composición permitirá la separación física de las diferentes familias que determinan la distribución de composición química del polímero de acuerdo a su capacidad de cristalización. Esto permitirá disponer de cada una de esas familias para una posterior caracterización de cada una de ellas a través de diferentes técnicas analíticas como pueden ser GPC, TREF, CRYSTAF, RMN, DSC, TGA, etc...

El LATEP dispone de un equipo Polymer Char PREPmc2, totalmente automatizado para realizar el fraccionamiento del polímero ya sea por composición o por peso molecular.

Resistencia al agrietamiento por tensión ambiental (ESCR)

El ensayo de ESCR es un ensayo específico para polietilenos y consiste en evaluar su resistencia al agrietamiento cuando el material está sometido a tensión ambiental. Las resinas de polietileno son altamente resistentes a la mayoría de los químicos y solventes en ausencia de esfuerzos. Sin embargo, muchos polietilenos muestran agrietamiento cuando son expuestos al mismo ambiente químico bajo esfuerzos poliaxiales. El ensayo ESCR está descrito en la norma ASTM D1693, donde una placa de polietileno a la que se le ha introducido previamente una entalla y se ha doblado a fin de aumentar la concentración de tensiones en la región de la entalla es sometida a la acción de un agente tensioactivo a una temperatura en general de 50 °C. El ensayo consiste en evaluar el tiempo que tarda en crecer una grieta en la muestra.

Ensayo PENT: Resistencia al proceso de crecimiento lento de grieta en polietileno

El ensayo PENT (Pennsylvania Notch Tensile test) es exclusivo de los polietilenos que vayan a utilizarse para fabricación de tuberías para la conducción de agua o gas. El ensayo determina la resistencia al crecimiento lento de grieta del material. En el ensayo, descrito en las normas ASTM F1473 e ISO 16241, una muestra con forma de prisma rectangular, a la que previamente se le han introducido tres entallas coplanares, es sometida a un esfuerzo axial perpendicular al plano de la entalla a una temperatura de 80 °C. Tras un cierto periodo de tiempo se originará una grieta en el material que crecerá en su interior. El ensayo PENT determina el tiempo al que se produce el fallo final de la probeta.

El LATEP dispone de varios equipos para el ensayo PENT, alguno de ellos desarrollado por el propio laboratorio para la observación del proceso de formación y evolución de la grieta.

Full Notch Creep Test (FNCT)

El ensayo Full Notch Creep Test (FNCT) es, al igual que el ensayo PENT, muy habitual para polietilenos que vayan a ser utilizados para la fabricación de tuberías. Mediante este ensayo se evalúa de manera directa la resistencia al fenómeno de crecimiento lento de grieta del material. El ensayo está descrito en la normativa internacional ISO 16770, donde sobre una muestra con forma de prisma rectangular se le introducen cuatro entallas coplanares y se le somete a un esfuerzo axial perpendicular al plano de las entallas hasta evaluar el tiempo final de fallo del material. El ensayo generalmente se lleva a cabo a una temperatura de 80 °C y con el material introducido en un baño con una disolución en la que existe un agente tensioactivo encargado de acelerar el proceso de fallo.

Resistencia al agrietamiento por ozono

El ensayo de resistencia al ozono evalúa la resistencia al agrietamiento por ozono en muestras de caucho. El ozono ataca generalmente el caucho oxidando y rompiendo los dobles enlaces siguiendo una reacción de escisión oxidativa que lleva consigo la degradación del polímero. Para evaluar la resistencia se utiliza una cámara de ozono en la que se genera una concentración generalmente de 50 ó 200 ppcm a una temperatura de 40 °C. Generalmente se evalúan probetas de caucho a las que se le han introducido algún tipo de deformación inicial para favorecer la acción del ozono sobre la muestra. Por inspección visual se determina la evolución del estado del material con el tiempo y la posible aparición de grietas.

El LATEP cuenta con una cámara de ozono HAMPDEM 2000AM, capaz de generar una concentración de ozono controlada de hasta 200 ppcm.