Determinación de la solubilidad entre polímeros y aditivos

Quiles, Luis; Gómez, Jaume; Moreno Garcia, Virginia; Ivorra Martínez, Juan; Garcia Garcia, Daniel.

Introducción

El estudio de los parámetros de solubilidad tiene especial interés para determinar si existe miscibilidad entre dos materiales. En este caso se lleva a cabo el estudio de la solubilidad entre un polímero y un aditivo a partir de los parámetros de solubilidad de cada uno de ellos. En relación al aditivo, es necesario establecer los parámetros de solubilidad dispersivos (δd), polares (δp) y de puentes de hidrógeno (δh). De esta forma se establece una coordenada en un espacio tridimensional que define al aditivo.

En el caso del polímero se establecen estos mismos parámetros y adicionalmente un radio de solubilidad que marca el límite que permite la solubilidad del polímero dando lugar así a una esfera. En este contexto, cualquier aditivo que se encuentre dentro de dicha esfera será soluble con el polímero.

Para la visualización de este tipo de parámetros es habitual trabajar con gráficos en 2D de forma que se facilita su visualización. Es por ello que es habitual graficar en el eje de las x el módulo de los parámetros δd y δp. En el eje de las y, se grafica la componente de puentes de hidrógeno.

Finalmente, se puede hacer un cálculo cuantitativo a partir de la distancia entre el polímero y el aditivo. Para ello se calcula el parámetro Ra a partir de la ecuación propuesta en el laboratorio virtual. Adicionalmente se puede calcular el parámetro RED tomando como referencia el radio de solubilidad del polímero. De esta manera cualquier valor inferior a 1, implica solubilidad debido a que la distancia Ra es inferior al radio de solubilidad y que por lo tanto se encuentra por dentro de la esfera de solubilidad.


Objetivos

1. Cálculo de la distancia tridimensional (Ra) entre los parámetros de solubilidad del polímero y el aditivo.
2. Cálculo de la energía relativa (RED) entre el polímero y el aditivo.
3. Graficar los parámetros de solubilidad de polímero y aditivo para observar de forma gráfica la solubilidad.


Instrucciones

El Laboratorio Virtual tiene dos partes diferenciadas. La primera parte es en la que se deben introducir los parámetros con los que se desea resolver el laboratorio virtual. En la segunda parte se obtienen los resultados.

1. Introducir los parámetros de solubilidad para el polímero.
2. Introducir los parámetros de solubilidad para el aditivo.
3. Presionar el botón calcular.

Tras haber realizado este proceso se calculará el parámetro Ra y RED de forma numérica y el resultado aparecerá. Adicionalmente en el gráfico aparecerá la esfera de solubilidad y la coordenada de solubilidad del aditivo. Cualquier valor RED inferior a la unidad y una coordenada de solubilidad dentro de la esfera del polímero dará lugar a una mezcla soluble, en otro caso no existirá solubilidad.

Si se desea realizar otro cálculo, se debe modificar el parámetro deseado y volver a realizar el cálculo para obtener los resultados con los nuevos parámetros.


Conclusiones

Tras haber llevado a cabo el estudio de los parámetros de solubilidad de un polímero con diferentes aditivos, será posible determinar de forma teórica el funcionamiento de un aditivo con un polímero. De no llevar a cabo este tipo de estudio teórico, sería necesario realizar las mezclas y determinar su funcionamiento en el laboratorio. Por lo tanto, con esta metodología se puede ahorrar tiempo y costes de materiales.

Adicionalmente, se puede de forma justificada mostrar el motivo por el cual algunos aditivos no aportan el efecto esperado sobre algunos polímeros. Siempre que el aditivo no tenga una buena solubilidad con el polímero, las propiedades no serán las esperadas.