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CARACTERIZACIÒN, OPTIMIZACIÒN Y MODIFICACION DE LÀTEX NATURAL EN EL DEPARTAMENTO DEL CAQUETA.
ANNY LILIBETH VALBUENA PINEDA
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA BOGOTA D.C
ENERO DE 2005
IQ-2004-II-20
2
CARACTERIZACIÒN, OPTIMIZACIÒN Y MODIFICACION DE LÀTEX NATURAL EN EL DEPARTAMENTO DEL CAQUETA.
ANNY LILIBETH VALBUENA PINEDA
Proyecto de Grado para optar por el titulo de Ingeniería Química.
DIRECTOR
MIGUEL W. QUINTERO
CO-DIRECTOR
RIGOBERTO GOMEZ
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA
BOGOTA, ENERO DE 2005
IQ-2004-II-20
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__________________________________________________________________ MIGUEL W. QUINTERO-ASESOR RIGOBERTO GOMEZ-COASESOR CARLOS ANDRÉS GARNICA-JURADO MIGUEL ANGEL MOLANO-JURADO
BOGOTA D.C, ENERO DE 2005
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“Este trabajo lo dedico a las personas que creyeron en mi y que me apoyaron en todos los
momentos, a mi familia, en especial a mi abuelita que aunque ya no esta desde el cielo me
guía de la mano de Dios, a mi Padre y mi Madre que además de la vida me apoyaron en
todas mis decisiones ayudandome a cumplir mis sueños, y a mis tías por su constante
dedicación”.
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5
Mis agradecimientos y mis mejores deseos a todas las personas que me brindaron
su ayuda y apoyo durante el desarrollo de este proyecto, sin las cuales no hubiera
sido posible terminarlo.
Ing. Miguel W. Quintero.
Rigoberto Gomez.
Al personal técnico del CIPP y de los laboratorios de química, por su
paciencia y ayuda incondicional.
A todos los compañeros a lo largo de mi carrera en especial a los de la
casa estudio.
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TABLA DE CONTENIDO
RESUMEN…………………………..……………………………………………....8
INTRODUCCION…………………………………………………………….........10
1. FUNDAMENTOS……………………………………………………………….11
1.1 LATEX NATURAL………………………………………………………….11
1.2 PRESERVACION Y CALIDAD……………………………………………14
1.3 ADITIVOS…………………………………………………………………...15
1.4 MATERIALES SELECCIONADOS……………………………………….20
2. METODOLOGIA…………………………………………………………………22
2.1 DEFINICION Y ENUNCIACION DEL PROBLEMA……………………...22
2.2 ELECCION DE LOS FACTORES, LOS NIVELES Y LOS RANGOS….23
2.3 SELECCIÓN DE LAS VARIABLES DE RESPUESTA…………………..25
2.4 DISEÑO EXPERIMENTAL………………………………………………….26
3. ANALISIS DE LOS RESULTADOS…………………………………………….32
3.1 CARACTERIZACION DEL LATEX NATURAL………………………........32
3.2 MODIFICACION DEL LATEX NATURAL.................................………….33
3.3 CENTRIFUGACION..............................................................…………….60
4. ESTIMADO DE COSTOS…..………..………………………………………….63
5. CONCLUSIONES………………………………………………………………...71
6. RECOMENDACIONES…………………………………………………………..72
BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………………73
ANEXO A……………………………………………………………………………..75
TABLA DE RESULTADOS…………………………………………………………75
ANEXO B……………………………………………………………………………..78
GRAFICAS COMPLEMENTARIAS………………………………………………..78
ANEXO C………………………………...............................................................82
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7
CURVAS TIPICAS ESFUERZO-DEFORMACION………………………………82
ANEXO D……………………………………………….........................................83
FOTOGRAFIAS DE EXPERIMENTACION………………………………………83
ANEXO E…………………………………………………………………………….85
FLUJO DE CAJA……………………………………………………………………85
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RESUMEN
El proyecto de caracterización, optimización y modificación de látex natural surge
como una oportunidad de negocio para comercializar látex natural centrifugado al
60%.
Objetivos específicos:
Caracterizar el látex natural proveniente de un cultivo de 18 Hectáreas de
Hevea Brasiliensis ubicado en Morelia (Caquetá), en sus propiedades
físicas y químicas de interés.
Plantear una metodología reproducible para la modificación de látex natural.
Seleccionar la mezcla más adecuada de surfactantes y antioxidantes.
Explorar el proceso de centrifugación en escala de laboratorio, identificando
las fases de separación en cuanto a contenido de sólidos totales y
proteínas.
Desarrollar un estimado de costos preliminar para el producto final.
La caracterización del látex natural se hizo con pruebas de la ISO, donde se
cuantificó propiedades químicas y físicas de interés para los procesos y desarrollo
de producto final.
En tanto que para la modificación se planteó una metodología reproducible con el
fin de mejorar la estabilidad coloidal y la resistencia a la oxidación por medio de
surfactantes y antioxidantes respectivamente. Para evaluar el mejoramiento de
estas propiedades se utilizó la estabilidad mecánica y las pruebas de esfuerzo
tensión antes y después de envejecimiento simulado por medio de la UVCON.
Las propiedades con la modificación de aditivos mejoraron además de mostrar
evidencia de soportar la agitación mecánica durante la centrifugación.
El estudio económico reveló que aunque hay un alto costo de inversión por la
maquinaria utilizada, hay rentabilidad por el mercado que existe y que necesita
materia prima nacional para reducir sus costos de producción.
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INTRODUCCION
El cultivo del Hevea Brasiliensis, en la zona amazónica del Caquetá, es la
solución propuesta por el gobierno a la necesidad de reemplazar los cultivos
ilícitos además de apoyar la reforestación de las selvas amazónicas, esta
solución responde como un programa de apoyo a los agricultores y ganaderos
de la zona con ayudas técnicas y de presupuesto, este programa existe bajo el
nombre PLANTE.
La producción de látex natural aun no es un negocio verdaderamente rentable
porque el agricultor no tiene las herramientas ni el conocimiento técnico para
entregar su producto con una calidad estándar y en una presentación
duradera.
En este punto mi proyecto de grado, intenta responder a la necesidad de un
centro de acopio de los diferentes agricultores de la zona donde se realizara un
producto final, con alta calidad inicialmente en la presentación de látex
concentrado por medio de una centrifugación. Con el objetivo de cumplir con
los requisitos para ser proveedores nacionales de empresas conocidas en el
sector de procesamiento de látex y caucho en general, para elaborar un
producto final que requiere materias primas limpias y con ciertos parámetros
sobre todo en la elaboración de elementos que involucran el contacto
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permanente con los seres humanos, tal como lo son guantes, fibras, esponjas,
paños húmedos, biberones, chupos, accesorios para bebe entre otras cosas.
Estas empresas actualmente importan sus materias primas, porque no hay un
proveedor nacional que cumpla con sus requerimientos.
En este trabajo se realiza un estudio para evaluar propiedades de interés
físicas y químicas, que permitan la caracterización de un cultivo de látex
proveniente del Departamento del Caquetá. Con el propósito de cumplir los
objetivos se desea estabilizar el látex natural además de enriquecerlo con la
adición de aditivos, se plantea un diseño experimental para encontrar una
mezcla ideal que permita concentrar un látex con las mejores propiedades
físicas y químicas. Además se explora el proceso de centrifugación a escala
laboratorio para reconocer las variables más importantes en este proceso
conociendo la distribución de sólidos y proteínas de las fases centrifugadas.
Se hizo un estudio económico para encontrar la rentabilidad del producto
modificado, para tomar o no la decisión de invertir en el negocio.
Finalmente se plantean conclusiones y recomendaciones del desarrollo de
proyecto
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1. FUNDAMENTOS
1.1 LÁTEX NATURAL
El látex natural corresponde a un sistema coloidal que contiene partículas sólidas
de cis -1-4- poliisopreno conocidas como caucho natural. “Este coloide se ha
encontrado en 200 especies aproximadamente, de las cuales solo dos han dado
resultado comercialmente: Hevea Brasiliensis y la Guayule (Parthenium
argenatum)” (KIRK, OHMER, Vol 20, Pag 468, 1985).1
Ilustración 1.Sangría de látex Natural. Fuente: Fedecaucho.
El látex natural, es una sustancia compleja de describir por la gran cantidad de sus
componentes debido a su origen natural del sistema capilar de la corteza interna
de los árboles de Hevea Brasiliensis.2 En general este sistema coloide, esta
compuesto por dos fases inmiscibles, una fase en suspensión (interna) que se
encuentra en forma de pequeñas gotas el polímero cis 1,4 poliisopreno contenidas
1 KIRK OTHMER GRAYSON, MARTIN “ Concise encyclopedia of chemical technology”. Wiley 1985, 3a Ed. New York. 2 MAURICE MORTON “ Introduction to Rubber Technology”. Reikhold Publishing Corporation 1994, 5a Ed. New York.
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en una fase externa que esta compuesta de un suero acuoso con contenido de
otros sólidos y demás sustancias orgánicas.
El conjunto de la fase en suspensión y demás sólidos puede variar entre 30 y 40%
dependiendo de la especie, clima y frecuencia de sangrado. El 97% de estos
sólidos son partículas de cis 1,4 polisopreno, los sólidos restantes son en mayoría
partículas llamadas lutoides y Frey-Wisslin3. En menor proporción estos sólidos
están compuestos de proteínas, resinas, azucares, sales inorgánicas y orgánicas.
1.1.1 Propiedades coloidales Para conocer la estructura química y composición del látex natural, es necesario
conocer los parámetros que afectan la estabilidad de este. El estudio de la
estabilidad se debe hacer con base a las propiedades coloidales del látex natural.
El látex natural es un coloide liofobico, que quiere decir que tiene baja o ausente
afinidad entre las partículas y el medio de dispersión. En esta clase de coloide la
estabilidad depende de solo un factor “la carga eléctrica de las partículas”, por lo
tanto pueden presentar floculación o coagulación en presencia de pequeñas
cantidades de electrolitos. Por otro lado las partículas dispersas se encuentran en
un movimiento irregular independiente de los factores externos conocido como
movimiento Browniano (movimiento térmico de las moléculas), que produce
colisiones aleatorias, las cuales pueden provocar floculación o aglomeración de
partículas de no contar con barreras de protección o fuerzas repulsivas que lo
impidan.
1.1.1.1 Doble capa eléctrica alrededor de las partículas
En los sistemas coloidales las partículas en dispersión tienen una carga eléctrica.
Por tanto un sistema neutro debe tener un medio de dispersión que tenga una
carga equivalente de signo opuesto, esas cargas tienen su origen en el exceso de
3 RIPPEL, LEE, PLANTE, GALEMBEU. “ Skim and cream natural rubber particles: Colloidal properties, coalescence and film formation”. Journal of colloidal and Interface Science 268 (2003) Pag 330-340.
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iones en la superficie de las partículas y en el medio exceso de iones de signo
opuesto. En un coloide liofobico las partículas pueden considerarse
separadamente inmersas en un líquido, y estas están rodeadas por una capa
doble eléctrica.4
El látex natural consiste de partículas de cis 1,4 poliisopreno en estado liquido
contenidas en una pequeña capa de este polímero en forma de gel o sólido,
conocido como caucho seco, mostrando una forma de ovalo o pera, que
mantienen un carga aniónica 5. Estas pequeñas gotas están rodeadas de una
capa continua cargada negativamente constituida de un complejo de proteínas y
fosfolipidos. Incluidos se encuentran otras partículas cargadas negativamente,
limitadas por una membrana (lutoides en mayoría, que son vesículas
intracelulares responsables de controlar el Ph y los mecanismos patógenos). De
esta manera el látex natural esta formado por partículas que tienen una doble
capa eléctrica que proporciona estabilidad como se muestra en el siguiente
grafico.
Ilustración 2. Partícula de cis1,4 polisopreno. Fuente: Autor
1.1.1.2 Fuerzas de atracción (Van der Waals-London)
Para tener un claro entendimiento de los aspectos físicos de los polímeros es
necesario considerar las fuerzas que actúan sobre las partículas, además de las
4 OVERBEEK J. TH. G. “ Theory of the stability of lyophobic colloids” Dover Publications, 1999, New York. 5 LONDOÑO LA ROTT, RICARDO. “ Estabilización de Látex Natural”. Universidad Nacional. 1988.
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consideradas alrededor de sus dobles capas eléctricas. Así, las partículas al ser
constituidas por un conjunto de moléculas, experimentan fuerzas de atracción
débiles debido a una polarizacion de un átomo por las fluctuaciones de distribución
de carga en un segundo átomo y viceversa. 6 Es considerada como una fuerza
aditiva por tanto la fuerza es apreciable cuando el número de moléculas aumenta,
es decir la fuerza de atracción entre partículas de un coloide es apreciable por los
millones de moléculas contenidas en esta.
1.1.1.3 Estabilización esterica
En los coloides existen otras “fuerzas de repulsión que ayudan a la estabilidad de
las partículas, estas fuerzas son de carácter entropico, generadas por un
obstáculo esterico de solvatacion de las capas que han sido fijadas por adsorción”.
(KIRK, OHMER, Vol 14, Pag 86, 1985)7
En otras palabras el sistema pierde libertad, termodinámicamente hablando hay
una reducción de entropía, por que las capas iónicas de las partículas adsorben
otros compuestos químicos del látex natural haciéndola mas resistente para
prevenir la atracción entre partículas.
1.2 PRESERVACION Y CALIDAD
El látex natural cuando se encuentra en la corteza de su árbol productor se
encuentra estable y no presenta floculación, porque no tiene factores externos
como el aire que trae consigo microorganismos y otras partículas que pueden
cambiar su composición química. El ataque microbiano disminuye el PH neutro
del coloide hasta alcanzar su punto isoelectrico, que se encuentra entre 3-5 que
corresponde al de muchas de sus proteínas produciendo coalescencia por
destrucción de la doble capa eléctrica, al hacerlas neutras.8
Es necesario estabilizar el látex con una sustancia que aumente el PH y a la vez
inhiba el ataque bacteriano. La sustancia más utilizada hasta el momento es el
6 OVERBEEK J. TH. G. “ Theory of the stability of lyophobic colloids” Dover Publications, 1999, New York 7 KIRK OTHMER GRAYSON, MARTIN “ Concise encyclopedia of chemical technology”. Wiley 1985, 3a Ed. New York. 8 LONDOÑO LA ROTT, RICARDO. “ Estabilización de Látex Natural”. Universidad Nacional. 1988.
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15
amoniaco, “inhibe desarrollo bacterial, actúa como buffer alcalino, disminuye la
viscosidad y neutraliza el ácido formado en el látex” (KIRK, OHMER, Vol 20, Pag
485, 1985)9. Contribuye a estabilizarlo aumentando el grosor de su capa aniónica
al hidrolizar las proteínas a fosfolipidos y posteriormente a ácidos grasos
aniónicos, fosfatos y bases orgánicas.
1.3 ADITIVOS
El látex natural es comercialmente atractivo, cuando tiene una concentración de
sólidos alrededor del 60%, debido a su aplicación industrial para la elaboración de
productos por inmersión (guantes, condones, balones. Catéteres), espumas,
juguetes, adhesivos y en conjunto con otros polímeros para la elaboración de
mezclas con aplicaciones particulares.10
Los procesos utilizados para la concentración del látex natural son principalmente:
centrifugación, cremado, evaporación y electrodecantacion. Siendo el más común
y utilizado por centrifugación, debido a que genera en el látex concentrado las
propiedades necesarias para una gran variedad de productos.
El látex natural debe garantizar estabilidad durante los procesos de concentración
y elaboración de producto final, así mismo optimizando las propiedades de este
ultimo. Para tal fin se ha estudiado el uso de aditivos para estabilizar y preservar
el látex natural y son clasificados según su función:
Surfactantes: Permiten que el látex resista agregación, coagulación,
sedimentación y cremado de partículas. Procesos que son necesarios
cuando se desea concentrar el látex natural al 60 %.
Antioxidantes: Previenen la degradación, entendida como cualquier proceso
químico que altera la estructura química del polímero deteriorando sus
9 KIRK OTHMER GRAYSON, MARTIN “ Concise encyclopedia of chemical technology”. Wiley 1985, 3a Ed. New York. 10BLACKLEY. High Polymer Latices “ Additives for lattices: A review” 2004. Publicado en: www.specialchem4polymers.com/resources/articles/id=1513
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propiedades físicas.11 La degradación ocurre principalmente por
mecanismos de radicales libres por oxigeno o calor.
Buffers: Estos controlan los cambios de PH y además impiden el desarrollo
microbiano, el más utilizado es el amoniaco.
Agentes antimicrobiales, fungicidas y preservativos: Proveen protección al
látex contra el ataque de microbios, gérmenes, entre otros organismos que
se desarrollan en este, debido a su carácter orgánico.
1.3.1 Surfactantes
Los surfactantes son moléculas que tienes un carácter anfifilo, es decir tienen una
parte polar y otra apolar. La parte polar esta compuesta por heteroatomos como
O, S, N, P, en grupos funcionales como alcohol, tiol, eter, ester, ácido, sulfato,
sulfonato, fosfato, amina, amida, etc…, en tanto su parte apolar esta compuesta
por hidrocarburos parafínicos, cicloparafínicos o aromáticos que pueden contener
halógenos12. Los surfactantes son caracterizados por tener la tendencia de migrar
hacia una superficie o una interfase, conocida como adsorción.
Los surfactantes se clasifican de acuerdo a su tipo de molécula, es decir a su
disociación de su molécula en solución.
1.3.1.1Surfactantes aniónicos.
Estos surfactantes están compuestos por moléculas que se disocian en un anión
anfifilo y un catión (metal alcalino o amonio cuaternario). Ejemplos de este son los
oleatos, estereatos, laureatos y ricinoleatos, sufonatos como tetradecilsulfonato de
sodio, sulfatos como lauril sulfato de sodio y polifosfatos de sodio.
1.3.1.2 Surfactantes Cationicos. Estos surfactantes se disocian es un catión anfífilo y un anion generalmente de
tipo halogenado. Ejemplos de este son sales orgánicas de aminas como acetato 11MASCIA, L. “ The Role of additives in plastics”, 1974. New York. 12 Universidad de los Andes (Merida, Venezuela). Laboratorio FIRP (Formulación, Interfase, Reología y Procesos). 2004. Cuaderno FIRP S301-PP “ Modulo de Enseñanza en Fenómenos Interfaciales”
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17
de dodecilamina o especies amonio cuaternario como el bromuro de
cetiltrimetilamonio.
1.3.1.3 Surfactantes No-iónicos.
Estos surfactantes al disociarse no forman iones porque su parte hidrofilica esta
formada por grupos polares no ionizados, como los condensados de oxido de
polietileno.
1.3.2 ANTIOXIDANTES
El látex natural tiene como componente principal el cis 1,4 poliisopreno, que como
cualquier otro polímero es susceptible a la degradación oxidativa, debido a la gran
cantidad de insaturaciones dadas por el grupo dieno sensible al ataque de
sustancias reactivas como lo es el oxigeno. Por tanto es importante prevenir las
reacciones oxidativas con aditivos conocidos como antioxidantes que ayudan a
mantener las propiedades físicas tales como, elongación, flexibilidad, deformación
y abrasión. Aunque el látex natural contiene poderosos antioxidantes como
aminoácidos, fenoles, fosfolípidos, tocotrienol y betainas, muchos de estos se
remueven durante los procesos de concentración o coagulación.13
1.3.2.1 Mecanismo de Oxidación. La degradación polimérica es dada por una “reacción autocatalitica en cadena de
radicales libres” (MORTON, MAURICE, Pag 138, 1994)14. Estos radicales libres
reaccionan con oxigeno o caucho para producir mas radicales que reaccionan con
moléculas de oxigeno o del polímero para producir mas radicales y romper las
cadenas del polímero.
1) Paso inicial: Producción de radicales libres
13 ABAD, RELLEVE, ARANILLA, ALIGANGA, SAN DIEGO. “ Natural antioxidants for radiation vulcanization of natural rubber latex”. Polymer Degradation and Stability 76 (2002). Pag 275-279. 14 MORTON, MAURICE. “ Introduction to Rubber Technology”. Reikhold Publishing Corporation 1994, 5a Ed. New York.
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18
** HRRH +⎯→⎯ 2) Propagación: Radicales interaccionan con las cadenas poliméricas.
*2
**
**
**
*2
*
* ROHRHOHRROHRHRO
OHROROOH
RROOHRHROOROOOR
+⎯→⎯+
+⎯→⎯+
+⎯→⎯
+⎯→⎯+
⎯→⎯+
Esta reacción en cadena rompe las cadenas del cis 1-4 poliisopreno representado
por ROH produciendo tres nuevos radicales libres para desencadenar una
reacción autooxidativa.15
Por tanto los antioxidantes pueden clasificarse de acuerdo a la manera de
interferencia con la oxidación del polímero.16
1) Antioxidantes que compiten con el sustrato para obtener los radicales libres.
Siendo los mas importantes las aminas y los fenoles que actúan por este
mecanismo.
ableradicalestteantioxidan AROOHAHROO ** +⎯→⎯+
Los antioxidantes aminicos también compiten con el oxígeno por los radicales
alquilo, por tanto son mas efectivos pero producen cambios notorios en le color del
producto final.
2) Antioxidantes que compiten con el oxígeno por los radicales alquilo.
3) Antioxidantes preventivos que descomponen los hidroperóxidos.
1.3.3 Evaluación de aditivos
Algunos aditivos pueden ser evaluados en la naturaleza del látex natural como son
los agentes de superficie, plastificantes, espumantes, controladores de PH,
bactericidas y fungicidas, porque intervienen con la estabilización del látex natural
15 MASCIA, L. “ The Role of additives in plastics”, 1974. New York. 16 ABAD, RELLEVE, ARANILLA, ALIGANGA, SAN DIEGO. “ Natural antioxidants for radiation vulcanization of natural rubber latex”. Polymer Degradation and Stability 76 (2002). Pag 275-279.
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19
como coloide. En donde se aumenta la estabilidad del coloide a parámetros que
pueden perturbarlo como adición de electrolitos, agitación mecánica y efectos
térmicos, por medio de aditivos con funciones especificas.
Pero los antioxidantes deben ser evaluados cuando el látex natural pasa a ser
caucho natural, en donde deja de ser un coloide para convertirse en un
elastómero. En donde largas cadenas de cis 1-4 poliisopreno están
entrecruzadas para formar una red polimérica. Estas redes tienen la propiedad
de deformarse elásticamente ciento de veces.17 Para evaluar cualitativa y
cuantitativamente esta propiedad al caucho es sometido a pruebas de esfuerzo
deformación, en donde se obtienen curvas esfuerzo deformación sigmoidales.
Ilustración 3. Curv a Típica esfuerzo deformación para elastómeros.
Fuente: www.lpt.ens.fr/~monasson/Houches/Khokhlov /lecture3.ppt18
Con base a estas curvas se puede conocer el grado de oxidación de los cauchos,
que es una variable que depende del modulo de elasticidad (en un punto dado),
elongación y tensión en el punto de ruptura antes y después de someter el caucho
a un envejecimiento con oxigeno y calor.19
La curva de esfuerzo deformación puede ser descrita cuantitativamente de la
siguiente manera:
17 DI BENEDETTO A.T., “ The structure and properties of materials”. Mc Graw Hill. New Yor 1967. Pag350.” 18 Las graficas obtenidas durante experimentación se encuentran en el ANEXO C. 19 ABAD, RELLEVE, ARANILLA, ALIGANGA, SAN DIEGO. “ Natural antioxidants for radiation vulcanization of natural rubber latex”. Polymer Degradation and Stability 76 (2002). Pag 275-279
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20
)(3
2−−= λλσ oE Donde
oLL
=λ , oE modulo de elasticidad y σ tensión (HOFMANN
WERNER, Pag 474, 1980).20
1.4 MATERIALES SELECCIONADOS
1.4.1 Látex natural
Para cumplir con los objetivos propuestos en este proyecto fue necesario trabajar
con un látex proveniente de un cultivo propio que consta de 18 Ha, con un
contenido aproximado de 7000 arbustos, ubicado en el municipio de Morelia
(Caquetá). Para el transporte y conservación fue preparado con un alto contenido
de amoniaco, aproximadamente en un concentración del 0.07%.
Debido a la falta de conocimiento sobre las propiedades físicas y químicas de
interés de este látex, fue necesario realizar un proceso de caracterización en seis
muestras diferentes que corresponden al número de lotes de recolección. Estos
lotes de recolección son demarcados debido a que los árboles no se pueden
sangrar todos los días, para evitar su deterioro prematuro. Así, la explotación
diaria es proveniente a la sangría de un lote, por eso el número de muestras es
cinco que además de ser significativa existen facilidades en la recolección.
1.4.2Aditivos La selección de los aditivos se hizo teniendo en cuenta realizar un primer
acercamiento a controlar la estabilidad del látex natural, y optimizar las
propiedades físicas del producto final. Por tanto al seleccionar los surfactantes, se
determinó utilizar uno de cada tipo, de acuerdo a la selección del tipo molécula.
Es decir, se evaluó el lauril sulfato de sodio (surfactante aniónico), sal cuaternaria
de amonio (surfactante catíonico) y por último nonil fenol etoxilado (surfactante
no-iónico).
20 HOFMANN, WERNER “ Rubber Technology Handbook”. Hanser Publishers, New York.1980.
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21
En cuanto a los antioxidantes se evaluaron cuatro antioxidantes, uno de estos es
aminico (manchadizo), 2,2,4-trimetil-1,2-dihidroquinolina, polimerizada, conocido
comercialmente como TMQ o Vulcanox 40/20. Igualmente se evaluaron dos de
composición fenolica que son los más utilizados porque no afectan el color del
producto final Estireno fenol o Vulcanox SP y 2,6-Di-tert.butyl-p-cresol o Vulcanox
BHT. Por último con el fin de optimizar el proceso con una producción mas limpia
y amigable con el medio ambiente se evaluara un antioxidante de origen natural
como los es la Cistina, aminoácido que contiene propiedades antioxidantes.
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22
2. METODOLOGIA
Para desarrollar una experimentación válida para cumplir con los objetivos del
proyecto, fue necesario plantear una serie de pruebas repetibles para evaluar las
propiedades físicas y químicas del látex natural. Con el fin de modificar algunas
de estas propiedades se desea diseñar un experimento robusto, en donde el
proceso y los resultados no se vean afectados por factores externos y su variación
(MONTGOMERY, 2002). 21 Finalmente, se desea encontrar parámetros de
concentración en el látex natural después de ser sometido a un proceso de
centrifugación, con el fin de entender y manipularlo a escala industrial.
El diseño de experimento es aplicado a la modificación del látex natural para
conservar sus propiedades físicas y químicas. Este se realizara a partir al modelo
expuesto por Montgomery y en su libro “Diseño y Análisis de experimentos”
2.1 DEFINICION Y ENUNCIADO DEL PROBLEMA Problema: Estabilizar y mantener las propiedades físicas y químicas del látex
natural para poder ser concentrado por centrifugación a una concentración de
sólidos totales del 60%.
Para evaluar la mejora en cuanto a la estabilización del látex natural por medio de
la adición de agentes surfactantes, se utilizará el parámetro de estabilidad
mecánica según ISO 35. En cuanto a los antioxidantes se utilizará el parámetro
de retención de las propiedades de deformación, como la tensión y elongación en
el momento de ruptura, además del modulo de elasticidad a 300% de elongación,
después de un proceso de envejecimiento simulado.
Los objetivos específicos del proyecto son:
Caracterizar el látex natural proveniente de un cultivo de 18 Hectáreas de
Hevea Brasiliensis ubicado en Morelia (Caquetá), en sus propiedades
físicas y químicas de interés. 21 MONTGOMERY, “ Diseño y análisis de Experimentos”. 2ª Ed. Editorial Limusa Wiley. 2002.
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23
Plantear una metodología reproducible para la modificación de látex natural
con el fin de optimizar sus propiedades físicas y estabilizar su estructura
coloidal en los procesos y desarrollo de producto final.
Seleccionar la mezcla mas adecuada de surfactantes y antioxidantes, con
la cual se desarrolle una mejora de las propiedades físicas del látex natural
frente al látex natural sin modificar.
Explorar el proceso de centrifugación en escala de laboratorio, identificando
las fases de separación en cuanto a contenido de sólidos totales y
proteínas.
Desarrollar un estimado de costos preliminar para el producto final.
2.2 ELECCION DE LOS FACTORES, LOS NIVELES Y LOS RANGOS. Los factores son las variables que pueden afectar el sistema, los que hacen variar
el sistema.22 En caso particular, los dos factores principales a controlar son el
porcentaje del aditivo y tipo de aditivo, teniendo en cuenta que los surfactantes y
antioxidantes se consideran como factores independientes, partiendo del hecho en
el cual los surfactantes afectan la fase externa del coloide, actúa en el medio de
dispersión, en tanto los antioxidantes modifican la fase interna del látex natural,
exactamente las partículas del polímero de cis 1-4 poliisopreno.
Los factores escogidos son:
Tipo de antioxidante ( )teantioxidant y de surfactante ( tesurfact tan )
Porcentaje de antioxidante ( )% teantioxidan y de surfactante ( tesurfac tan% )
Hay otros factores que pueden afectar la modificación del látex natural, pero que
para efectos de experimentación son controlados manteniéndolos constantes.
Estos factores se refieren al tiempo de mezclado, velocidad de agitación de la
mezcla, temperatura de incorporación del aditivo y del látex natural, por ultimo el
equipo de mezcla utilizado. Los factores y sus respectivos valores se muestran en
la siguiente tabla:
22 MONTGOMERY, “ Diseño y análisis de Experimentos”. 2ª Ed. Editorial Limusa Wiley. 2002.
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24
Tabla1. Factores de diseño constante del diseño de experimento. Fuente: Autor.
Factor de Diseño Valor
Temperatura de incorporación del látex (°C) 20 ambienteT
Temperatura de incorporación del aditivo (°C) 20 ambienteT
Velocidad de agitación de mezcla (rpm) 2000
Tiempo de mezcla (min) 30
Equipo de mezclado Ultra Turrax T-50
Estado del aditivo Emulsión
Los niveles y rangos que se seleccionaron para los factores elegidos, se muestran
en la tabla 2.
Tabla 2. Factores, niv eles y rangos seleccionados. Fuente: Autor
FACTORES NIVELES* MEDICION 0,40% 1,25%
1.Aniónico
2,10% 0,40% 1,25%
2.No-iónico 2,10%
0,40% 1,25%
Surfactante
3.Catiónico 2,10%
0,40% 1,25%
1.Natural (Cistina) 2,10%
0,40% 1,25%
2.Aminico (TMQ) 2,10%
0,40% 1,25%
3.Fenolico
(SP) 2,10% 0,40% 1,25%
Aditivo
Antioxidante
4.Fenolico
(BHT) 2,10%
Por medio de una balanza analítica.
* Los niveles fueron seleccionados según el rango utilizado en la industria de 0.4-
0.5%. (ROYO, Joaquin. Pag 191.1984) .
IQ-2004-II-20
25
2.3 VARIABLES DE RESPUESTA
La modificación del látex natural se dividió en las siguientes etapas:
1. Estabilización por medio de la incorporación del polímero.
2. Incorporación del antioxidante.*
3. Simulación de envejecimiento de láminas.
* La incorporación del antioxidante y el surfactante son mezclas diferentes e
independientes. Por tanto el envejecimiento simulado se hace en la mezcla con
antioxidantes únicamente.
En todas las etapas se miden las propiedades físicas de interés.
Las variables de respuesta para cada etapa se muestran en la tabla 3.
Tabla3. Variables de respuesta para la modificación del látex natural. Fuente: Autor.
ETAPA EQUIPO PRUEBA VARIABLES DE RESPUESTA
Mezcla con
surfactantes
Ultra-Turrax Estabilidad
química.
Tiempo en presentar las primeras
señales de coagulación.
Elongación en la ruptura
Tensión en la ruptura
Mezcla con
antioxidantes
Instrom 1011 Tensión.
Modulo de Elasticidad a 300%
elongación
Elongación en la ruptura
Tensión en la ruptura
Envejecimiento
de las laminas
Instrom 1011 Tensión.
Modulo de Elasticidad a 300%
elongación
Las variables de respuestas tienen un fundamento teórico que las relaciona con el
efecto causado en el látex natural mediante los aditivos incorporados. El efecto de
los surfactantes, se puede ver cuando se aplica una condición perturbadora en
este caso la agitación mecánica a 10000 rpm, donde se incrementa el número de
IQ-2004-II-20
26
colisiones y la energía de estas entre partículas, que puede en algunas ocasiones
romper las barreras repulsivas provocando la floculación.23 Los surfactantes
aumentan la superficie en las partículas aumenta las fuerzas o barreras repulsivas
entre estas aumentando su estabilidad.
Los antioxidantes protegen la composición química del cis 1-4 poliisopreno, efecto
que es visto cuando existe floculación y estas partículas forman grandes cadenas
lineares con arreglos deformables que proporcionan elasticidad. El ataque con
oxigeno catalizado por la presencia de luz, calor y algunos metales como
manganeso y cobre, rompe los enlaces dobles y los convierte en radicales libres
deteriorando gran parte del material. Este efecto puede ser medido cuando las
láminas provenientes de la floculación del látex son sometidas a deformación por
medio de un esfuerzo. En la medida que los enlaces dobles se rompen las
cadenas son mas cortas y por lo tanto la red polimérica empieza a ser menos
densa provocando que a un menor esfuerzo haya mayor deformación. Por esta
razón las propiedades que se leen de las curvas de esfuerzo-deformación (ASTM
D412) antes y después de envejecer se relacionan con el deterioro de las cadenas
poliméricas.
2.4 DISEÑO EXPERIMENTAL 2.4.1 Diseño experimental escogido, número muestras.
Se utilizaron dos diseños diferentes para la modificación con surfactantes y
antioxidantes. Los diseños tienen dos factores: tipo de aditivo y % de aditivo.
Pero los niveles cambian para cada diseño, es decir para los surfactantes el tipo
de surfactante tiene tres niveles y el porcentaje de este también tiene tres niveles.
Por otro lado en los antioxidantes, el tipo de antioxidante tiene cuatro niveles y el
porcentaje de este tiene tres niveles.
El número de muestras se calculó a partir de:
Niveles tesurfact tan *Niveles eropo lim% Niveles teantioxidant *Niveles teantioxidan%
23 KIRK OTHMER GRAYSON, MARTIN “ Concise encyclopedia of chemical technology”. Wiley 1985, 3a Ed. New York.
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27
93*3 ==N muestras 123*4 ==N muestras
En cada diseño se lleva a cabo un duplicado de muestras por tanto para los
surfactantes 18 muestras y para antioxidante 24 muestras. Con un total de 42 de
muestras.
Se define una nomenclatura para las pruebas realizadas a continuación:
Tabla 4. Nomenclatura de los factores y niv eles para cada prueba
FACTORES NIVELES NOMENCLATURA
1t P1S1
2t P1S2
0,40 %
3t P1S3
1t P2S1
2t P2S2
1,25%
3t P2S3
1t P3S1
2t P3S2
tesurfact tan
2,10%
3t
S
P3S3
1t P1A1
2t P1A2
3t P1A3
0,4%
4t P1A4
1t P2A1
2t P2A2
3t P2A3
1,25%
4t P2A4
1t P3A1
2t P3A2
3t P3A3
teantioxidant
2,10%
4t
A
P3A4 0,40 P1 1,25 P2
eropo lim%
2,10
P
P3
IQ-2004-II-20
28
2.4.2 Protocolo Experimental 2.4.2.1 Caracterización del látex natural
Las pruebas a realizar son ampliamente utilizadas con el fin de caracterizar física y
químicamente las propiedades de interés en el látex natural.
Contenido de materias sólidas totales: Según norma UNE 53531 o ISO
124, se determina secando hasta peso constante una muestra de dos
gramos de látex, a una temperatura de 100°C.
Contenido de caucho: Según norma UNE 53533 o ISO 126, diez gramos
de látex se diluyen con agua y se coagula con ácido acético, el coagulo
formado se lava y se seca a 70°C hasta peso constante.
Estabilidad Mecánica: Según norma UNE 53523 o ISO 35. Se define
como el tiempo en segundos, hasta que se aprecian los primeros síntomas
de floculación, o los primeros coágulos en una masa aun líquida, en una
muestra de látex sometida a 10000 rpm.
Contenido de Cobre y Manganeso: Según norma ISO 1654 – ISO 1655.
Se basa en técnicas analíticas de espectrofotometría por la formación de
complejos coloreados; respecto al cobre con la adición de
dietilditiocarbamato de zinc y en cuanto al manganeso con la adición de
peryodato potasico. Para cumplir con los siguientes procedimientos se
deben preparar las muestras con tratamientos de carbonización y
calcinación. La carbonización consiste en quemar el látex con una pequeña
llama o en la mufla teniendo en cuenta en subir la temperatura lentamente
mientras se desprenden los vapores inflamables, hasta calcinar que
consiste en mantener una temperatura de 550°C por un tiempo prudente.
Se enfría el crisol en un desecador y se pesa con exactitud de 0.1 mg.
Determinación de la viscosidad: Según norma ISO 1652, emplea un
viscosímetro Brookfield a una velocidad de 100 rpm para látex natural no
centrifugado.
IQ-2004-II-20
29
Contenido de proteínas: Para la determinación del contenido de proteínas
es necesario hacer una prueba Lowry modificada. El contenido de proteína
es importante para conocer el potencial alergénico del látex natural.
Entre otras pruebas se encuentra la densidad y el seguimiento de PH para medir
la preservación del látex natural bajo el solo efecto del amoniaco.
2.4.2.2 Modificación del látex natural
En el siguiente diagrama de flujo se resume el protocolo que se desarrolló y aplicó
para la modificación del látex natural por medio de
aditivos.
Ilustración 4. Procedimiento de modificación con surfactantes y ev aluación
Preservación del látex natural provenientede sangría, con una adición de amoniaco al0.07% y formaldehído al 0.01%.
Tarar el recipiente y tomar una muestra de500 gr de látex natural.
Calculo de la dosificación del surfactante.
Agitación constante a 2000 rpm en el Ultra-Turrax T-50.
Incorporación lenta del surfactante ymantener la agitación durante 30 minutos.
Aumento de la velocidad hasta 10000 rpm ytomar el tiempo en segundos hasta que sepresente los primeros síntomas defloculación. Según ISO 35.
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30
de la estabilidad mecánica. Fuente: Autor.
Ilustración 5. Procedimiento para la preparación de la emulsión
de los antioxidantes utilizados. Fuente: Autor.
Ilustración 6. Procedimiento de modificación con antioxidantes. Fuente: Autor.
Calculo de la dosificación del antioxidante,para la preparación de la emulsión.
Calentamiento del antioxidante hasta llegar al punto de fusión respectivo.
Se realiza la siguiente mezcla A: 50 partes en peso del antioxidante con 1.5 partes en peso de ácido oleico. B: 48.2 partes en peso de agua y 0.3 partes en peso de KOH.
La mezcla A se agrega en B lentamente y con constante agitación manual hasta lograr una solución jabonosa.
Tomar 500 ml de látex natural amoniacado,diluir al doble de volumen con agua para llegara una concentración aproximada de 15 % desólidos totales.
Calculo de la dosificación del antioxidante.
Agitación a 2000 rpm en el Ultra-Turrax T-50incorporando lentamente la emulsión delantioxidante durante 45 minutos.*
Incorporar la mezcla en moldes de coagulación agregar 5 ml de ácido fórmico.
Dejar en reposo durante 24 horas con el fin de obtener una coagulación completa.
IQ-2004-II-20
31
* Tiempo establecido según pruebas realizadas para cada antioxidante, tomando
tiempos distintos de agitación hasta que no se presentara ninguna precipitación o
cristalización del aditivo.
Ilustración 7. Procedimiento de laminación y env ejecimiento del látex natural. Fuente:
Autor.24
24 ABAD, RELLEVE, ARANILLA, ALIGANGA, SAN DIEGO. “ Natural antioxidants for radiation vulcanization of natural rubber latex”. Polymer Degradation and Stability 76 (2002). Pag 275-279
El látex coagulado se enjuaga con agua previamentea ser sometido a un proceso de calandrado paraproducir láminas de 1-2 mm de grosor.
Las láminas son secadas al aire atmosférico, durante24 horas.
Las láminas se someten por 2 horas en un horno a80° C.
Se cortan probetas TIPO IV (elastómeros) parasometer a las pruebas a esfuerzo- tensión, segúnASTM D412.en la Instrom 1101.
Otra parte de las laminas son sometidos aenvejecimiento simulado e la UVCON durante 24horas en temperaturas que alcanizan lo 50°C.
IQ-2004-II-20
32
3. ANALISIS DE LOS RESULTADOS
3.1 CARACTERIZACIÓN DEL LATEX NATURAL. El proceso de caracterización se llevó acabo y se encontraron magnitudes para las
propiedades físicas y químicas evaluadas, que se encuentran a continuación.
Tabla 5. Propiedades físicas y químicas del látex natural.
Propiedad Promedio Desv iación Estándar Correlación %TSC ( Sólidos Totales) 27,79 1,5232 0,007 %DRC (Contenido de sólidos de Caucho)
27,09 1,3730 0,0548
Densidad 0,99 4,6043E-04 4,6749E-04 Viscosidad(CP) --------- ------------- ---------------
20°C 12,66 3,7237 0,2939 30°C 12,33 3,4448 0,2793 50°C 9,66 3,2041 0,3314
Estabilidad Mecánica (seg) 182,16 19,4465 0,1067 Concentración (mgCu/mglatex) 2,08E-05 2,8229E-06 0,1357
% Cu 0,0021 2,8229E-04 0,1357 Concentración (mgMn/mglatex) 9,98E-06 1,2731E-06 0,1275
%Mn 0,0009 1,2731E-04 0,1275
Concentración proteínas(mg/mglatex) 19,26 0,5326 0,0276
La caracterización es un procedimiento importante para conocer las propiedades
importantes del látex natural, que afectan su procesabilidad y sus propiedades
físicas en el producto final.
En la literatura es posible encontrar intervalos de estas magnitudes. Son
intervalos porque varían dependiendo del clon cultivado, las propiedades del
suelo, el clima y las condiciones de sangrado. El látex natural tiene un contenido
de sólidos totales entre 30-40%, debido a su gran contenido de agua la densidad
tiene un valor de 0,98 g/cm3-1 g/cm3, las proteínas comprenden alrededor de
1-1,5% del sistema. Por ultimo las concentraciones de metales en especial Mn y
IQ-2004-II-20
33
Cu se encuentran en niveles menores al 0,005%, y son poco constantes porque
dependen del suelo en el que se encuentren los arbustos. 25
Con base a la anterior descripción se observa que los datos obtenidos de la
caracterización se encuentran dentro de los intervalos presentando homogeneidad
porque su origen natural permite que haya muchas interferencias en cuanto a los
resultados porque cada arbusto difiere genéticamente y por tanto su producto
debe tener diferente cantidad de proteínas, carbohidratos, y demás sustancias
orgánicas que afectan parámetros como la estabilidad mecánica, el contenido de
sólidos, las concentraciones de metales y proteínas.
El contenido de sólidos totales es más pequeño que lo esperado debido al clima
húmedo que se presenta en la región selvática del Caquetá presentando mayor
contenido de agua y menor de sólidos. Por otro lado el contenido de metales es
significativo para el Cu 0,0021% y Mn 0,0009% debido a que trazas del 0,001%
de esos metales son capaces de acelerar la autooxidación en las láminas de
caucho.
3.2 MODIFICACIÓN DEL LÁTEX NATURAL El análisis de los datos obtenidos durante la experimentación hecha según el
diseño de experimentos se realizó con MiniTab ®14.
3.2.1 Surfactantes. A continuación se presentan las gráficas de los efectos principales en la variable
de respuesta en este caso la estabilidad mecánica medida en segundos.
Los datos graficados corresponden al promedio de los datos obtenidos y sus
replicas y su desviación respecto al promedio obtenido de todas las mezclas
representado por la línea horizontal.
25 KIRK OTHMER GRAYSON, MARTIN “ Concise encyclopedia of chemical technology”. Wiley 1985, 3a Ed. New York.
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34
Tabla 6. Resultados promedio de la Estabilidad Mecánica.
Surfactante
Polímero (%) Tipo 1 ( Aniónico) Tipo2 (no-iónico) Tipo3 (Catiónico)
0.4 224,000 200,025 50,830
1.25 313,725 298,125 0
2.10 401,745 397,020 0
Esta
bilid
ad M
eca
nica
(s)
21
400
350
300
250
200321
Tipo de surfactante % surfactante
Efectos principales de los factores en la Estabilidad Mecanica
Ilustración 8. Efectos principales de los factores en la Estabilidad Mecánica.
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35
% surfactante
Esta
bili
dad
Mec
anic
a (s
)
321
400
350
300
250
200
Tipo desurfactante
12
Interaccion de los factores en la estabilidad mecanica
Ilustración 9. Interacción de los factores en la Estabilidad Mecánica.
En el análisis anterior no se tomó en cuenta las variables de respuesta para el
surfactante Catiónico, porque su efecto es contrario al deseado, este provoca
floculación a partir del segundo nivel del porcentaje de surfactante. Cuando se
diseño el experimento para la evaluación de surfactantes se predecía el efecto
desestabilizador de los surfactates cationicos, pero la intención era observar su
efecto real para la aplicación en el cremado de látex natural que como se había
nombrado es otro procedimiento utilizado para la concentración de sólidos.
En cuanto a las gráficas se puede ver que el tipo de surfactante no afecta la
variable de respuesta en tanto que al aumentar el porcentaje de este la estabilidad
aumenta. Por lo tanto es indiferente el surfactante a utilizar aunque para
tratamientos que necesiten un largo tiempo de conservación del látex natural es
preferible usar un surfactante no-iónico porque no causa efecto en las cargas del
coloide, en tanto su efecto se basa en ampliar la superficie de la capa protectora
ofreciendo una estabilidad estérica. Además no son susceptibles a la presencia
IQ-2004-II-20
36
de electrolitos. (FIRP, 2004). Se dice que se aumenta la estabilidad porque
presenta magnitudes mayores a las encontradas en la caracterización física.
Por otro lado los surfactantes aniónicos presentan mayor estabilidad por ser el
látex natural un coloide de tipo aniónico, pero estos surfactante pueden afectar la
carga de la capa que envuelve las partículas del polímero y desestabilizarlas a
largo plazo.
Al desarrollar un análisis ANOVA para la estabilidad mecánica se obtienen los
siguientes resultados. Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Tipo de surfactante 1 654 654 654 246,67 0,000 % surfactante 2 70215 70215 35108 13238,49 0,000 Tipo de surfactante*% surfactante 2 186 186 93 35,13 0,000 Error 6 16 16 3 Total 11 71072 S = 1,62848 R-Sq = 99,98% Term Coef SE Coef T P Constant 305,773 0,470 650,44 0,000 Tipo de surfactante 7,3833 0,4701 15,71 0,000 % surfactante -93,7608 0,6648 -141,03 0,000 Tipo de surfactante*% surfactante 4,6042 0,6648 6,93 0,000
En el anterior análisis el término R-Sq, es conocido como el coeficiente de
determinación múltiple, mide el ajuste de la regresión con los datos
experimentados. (TRIOLA, Pag 520, 2000).
Con base a esta definición tenemos un 9998,02 =R , por lo tanto el modelo se
ajusta bien a la experimentación obtenida. Además el valor P nos da el valor de la
significancia de cada uno de los parámetros del modelo, este valor se relaciona
con la confiabilidad de rechazar la hipótesis nula (TRIOLA, Pag 364,2000). La
hipótesis nula es 005,0/ 22
210 == σσH , así si P<0.005 con una confiabilidad del
99.5% se rechaza la hipótesis nula.
IQ-2004-II-20
37
Así el modelo se regresión obtenido para el comportamiento de los surfactantes es
2121 6042,47608,933833,7773,305 xxxxy +−+= , donde 1x es el tipo de antioxidante y
2x el porcentaje del surfactante.
3.2.2 Antioxidantes
Tabla 7. Resultados promedios de las v ariables de respuesta en la ev aluación de antioxidantes.
Sin env ejecer Env ejecido
NOMENCLATURA
% Elongacion Tension Modulo
% Elongacion Tension Modulo
P0A0 783,3818693 1082,83716 3362,43122 246,196849 283,492314 1412,98862 P1A1 782,5441567 1106,88412 3605,90064 342,259835 295,18397 1638,09878 P2A1 775,8107693 1278,76753 3622,21442 423,627595 308,265199 1818,10158 P3A1 780,0285743 1252,31189 3524,41596 437,084309 299,815075 1787,53874 P1A2 783,6706875 1095,55974 3385,78617 470,220395 284,71298 1801,79065 P2A2 797,0387853 1059,77176 2626,77715 489,247972 279,924762 1723,90082 P3A2 810,9962035 864,839226 2085,8966 509,060463 289,234748 1623,61661 P1A3 805,7498935 973,394221 2629,6937 435,795776 352,554221 2298,24761 P2A3 805,046455 1308,64949 3234,88761 356,464828 407,608662 2997,51129 P3A3 811,0515543 1342,13744 3183,97811 363,646805 419,792422 3309,16552 P1A4 818,5249223 1368,70439 3210,59966 372,662508 437,986586 3601,05955 P2A4 826,8022328 1406,56846 3224,34364 389,292174 424,061796 3516,51476 P3A4 829,313405 1407,37105 3216,79733 403,199207 402,438624 3489,76533
Evaluación de los antioxidantes antes del envejecimiento simulado.
% Elongación Máxima sin envejecimiento simulado
A continuación se presenta las gráficas de los efectos principales en el porcentaje
de elongación máxima antes de someterse a envejecimiento simulado.
IQ-2004-II-20
38
% E
long
acio
n M
axim
a
4321
940
920
900
880
860
840
820
800
321
T ipo de Antioxidante % de Antioxidante
Efectos principales en el % Elongacion Maxima sin envejecimiento
Ilustración 10. Efectos principales de los factores en % Elongación Máxima
sin env ejecimiento simulado.
% de A ntioxidante
Elon
gaci
on m
axim
a (%
)
321
1000
950
900
850
800
Tipo de
34
A ntiox idante12
Interaccion de los factores en el % Elongacion Maxima sin envejecimiento
Ilustración 11. Interacción de los factores en el % Elongación Máxima
sin env ejecimiento simulado.
El ANOVA de la experimentación para el porcentaje de elongación máxima se
muestra a continuación.
IQ-2004-II-20
39
Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Tipo de Antioxidante 3 133086 133086 44362 297,83 0,000 % de Antioxidante 2 14584 14584 7292 48,95 0,000 Tipo de Antioxidante* 6 15945 15945 2658 17,84 0,000 % de Antioxidante Error 36 5362 5362 149 Total 47 168977 S = 12,2046 R-Sq = 96,83% Term Coef SE Coef T P Constant 850,849 1,762 483,00 0,000 Tipo de Antioxidante 1 16,183 3,051 5,30 0,000 2 -60,690 3,051 -19,89 0,000 3 77,728 3,051 25,47 0,000 % de Antioxidante 1 -24,650 2,491 -9,89 0,000 2 12,477 2,491 5,01 0,000 Tipo de Antioxidante*% de Antioxidante 1 1 -18,918 4,315 -4,38 0,000 1 2 -4,503 4,315 -1,04 0,304 2 1 10,301 4,315 2,39 0,022 2 2 -18,966 4,315 -4,40 0,000 3 1 -3,451 4,315 -0,80 0,429 3 2 35,049 4,315 8,12 0,000 En las anteriores graficas es posible ver que no hay ninguna relación entre las
respuestas y los niveles de los factores, razón por lo cual no se puede definir que
interacciones son validas.
En justificación a este hecho se encuentra la diferencia de los mecanismos de
reacción de los antioxidantes26, por tanto sus efectos en el % de elongación en el
momento de ruptura varían y no se relacionan. Donde antioxidante 1 y 2
reaccionan compitiendo con el sustrato (cis 1-4 poliisopreno) y con el oxígeno, en
tanto que los antioxidantes 3 y 4 derivados fenólicos que sustituyen el oxígeno
para estabilizar los radicales libres.
Con base a estos mecanismos de reacción se hará un análisis según su
mecanismo de reacción para encontrar el modelo que más se ajuste a los
resultados de la experimentación.
26 ABAD, RELLEVE, ARANILLA, ALIGANGA, SAN DIEGO. “ Natural antioxidants for radiation vulcanization of natural rubber latex”. Polymer Degradation and Stability 76 (2002). Pag 275-279
IQ-2004-II-20
40
A continuación se presentan las graficas de los efectos de los factores en el % de
elongación máxima o en el momento de ruptura reduciendo los niveles del tipo de
antioxidante a dos, antioxidantes 1 y 2. E
lon
gaci
on (
%)
21
820
815
810
805
800
795
790
321
Tipo de Antioxidante % Antioxidante
Efectos principales en el % elongacion maxima sin envejecimiento
Ilustración 12. Efectos principales de los factores en el % Elongación Máxima
sin env ejecimiento simulado. (Antioxidantes 1 y 2)
% Antioxidante
Elo
ngac
ion
(%)
321
980
960
940
920
900
880
860
840
820
Tipo deAntiox idante
12
Interaction de los factores en el % Elongacion Maxima sin envejecimiento
Ilustración 13. Interacción de los factores en el % Elongación Máxima
sin env ejecimiento simulado. (Antioxidantes 1 y 2).
IQ-2004-II-20
41
En las gráficas anteriores es posible ver que el antioxidante 2 responde a un
porcentaje de elongación más alto con respecto al antioxidante 1, pero en
contraste la interacción demuestra que después del tercer nivel de porcentaje del
antioxidante 2 el porcentaje de elongación baja. Esto se puede ver que cuando el
antioxidante no reacciona con los radicales libres, hay exceso responsable de la
modificación de las cadenas poliméricas produciendo el efecto contrario.
Al desarrollar un análisis ANOVA reduciendo los niveles del tipo antioxidante a 1 y
2 se obtienen los siguientes resultados. Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Tipo de Antioxidante 1 2263,64 2263,64 2263,64 31,58 0,001 % Antioxidante 2 1814,20 1814,20 907,10 12,65 0,007 Tipo de Antioxidante*% Antioxidante 2 141,42 141,42 70,71 0,99 0,426 Error 6 430,13 430,13 71,69 Total 11 4649,39 S = 8,46692 R-Sq = 90,75% Term Coef SE Coef T P Constant 803,894 2,444 328,90 0,000 Tipo de Antioxidante -13,735 2,444 -5,62 0,001 % Antioxidante -13,465 3,457 -3,90 0,007 Tipo de Antioxidante*% Antioxidante -3,693 3,457 -1,07 0,426
La regresión se ajusta bien a los resultados de la experimentación con un
9075.02 =R y existe significancia de los factores mas no de su interacción con una
confiabilidad del 99.5 %. Por tanto el modelo de regresión obtenido es
21 465,13735,13894,803 xxy +−= donde 1x es el tipo de antioxidante y 2x el
porcentaje del antioxidante.
A continuación se presentan las gráficas de los efectos de los factores en el
porcentaje de elongación máxima, reduciendo los niveles del tipo de antioxidante a
dos, antioxidantes 3 y 4.
IQ-2004-II-20
42
Elo
ngac
ion
(%)
43
930
920
910
900
890
880
870
860
321
T ipo de Antioxidante % Antioxidante
Efectos principales en el % de Elongacion Maxima sin envejecimiento
Ilustración 14. Efectos principales de los factores en el % Elongación Máxima
sin env ejecimiento simulado. (Antioxidantes 3 y 4)
% A ntioxidante
Elo
nga
cio
n (
%)
321
980
960
940
920
900
880
860
840
820
Tipo deA ntiox idante
34
Interaccion de los factores en el % de elongacion maxima sin envejecimiento
Ilustración 15. Interacción de los factores en el % Elongación Máxima
sin env ejecimiento simulado. (Antioxidantes 3 y 4).
IQ-2004-II-20
43
En las gráficas anteriores es posible ver un comportamiento similar en el
antioxidante 4 presenta mayor elongación respecto al promedio obtenido, pero
después del segundo nivel de porcentaje el efecto empieza a ser reversible.
Además se causa el mismo efecto antioxidante si se usa el porcentaje 1 o 3 del
antioxidante 4.
Al desarrollar un análisis ANOVA reduciendo los niveles del tipo antioxidante a 3 y
4 se obtienen los siguientes resultados.
Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Tipo de Antioxidante 1 11363,2 11363,2 11363,2 52,25 0,000 % Antioxidante 2 8478,3 8478,3 4239,2 19,49 0,002 Tipo de Antioxidante*% Antioxidante 2 4830,6 4830,6 2415,3 11,11 0,010 Error 6 1304,7 1304,7 217,5 Total 11 25976,9 S = 14,7464 R-Sq = 94,98% Term Coef SE Coef T P Constant 897,805 4,257 210,90 0,000 Tipo de Antioxidante -30,772 4,257 -7,23 0,000 % Antioxidante -15,835 6,020 -5,95 0,002 Tipo de Antioxidante*% Antioxidante -19,776 6,020 -3,28 0,010 El modelo de regresión lineal obtenido para la experimentación es
21 835,15772,30805,897 xxy −−= , la interacción entre los factores no es significativa
con un 99.5% de confiabilidad. Así, el modelo se ajusta a la regresión obtenido
porque tenemos un 9498,02 =R .
Tensión máxima sin envejecimiento simulado.
Cuando se evalúan antioxidantes la variable de respuesta más utilizada es la
fuerza de tensión en el momento de ruptura porque muestra más independencia a
los factores que se consideraron fijos en el diseño del experimento como el grosor
de las probetas o interferencias en el laminado, por otro lado la tensión nos da la
magnitud de la resistencia del material en el momento de la falla. A continuación
IQ-2004-II-20
44
se presenta las gráficas que muestran la influencia de los factores en esa variable
de respuesta. Igualmente el análisis se hace por separado según los mecanismos
de reacción para encontrar un modelo que represente los datos obtenidos durante
la experimentación.27 Te
nsio
n M
axim
a (K
N/m
2)
21
1400
1350
1300
1250
1200
1150
1100
321
Tipo de Antioxidante % Antioxidante
Efectos principales en la tension maxima sin envejecimiento
Ilustración 16. Efectos principales de los factores en la Tensión Máxima
sin env ejecimiento simulado. (Antioxidantes 1 y 2).
% A n tio x id a n t e
Tens
ion
Ma
xim
a (
KN/
m2)
321
140 0
130 0
120 0
110 0
100 0
90 0
80 0
T ip o d eA n t io x id an te
12
In te r a c c io n d e los f ac t o r e s e n la T en s io n M a xim a
Ilustración 17. Interacción de los factores en la Tensión Máxima
sin env ejecimiento simulado. (Antioxidantes 1 y 2).
27 El ANOVA que muestra la influencia en la tensión de todos los niveles originalmente planteados se encuentra en el ANEXO B.
IQ-2004-II-20
45
Las gráficas anteriores muestran comportamientos curiosos en donde el
antioxidante 2 presenta mejorías al presentar mayor esfuerzo a la tensión, pero el
antioxidante solo debe ser utilizado en porcentajes menores o iguales al primer
nivel para no causar efecto contrario deteriorando la red polimérica así resistiendo
menor tensión.
Realizando un análisis ANOVA se obtienen los siguientes resultados para la
variable de respuesta del esfuerzo a la tensión en los antioxidantes 1 y 2. Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Tipo de Antioxidante 1 238323 238323 238323 14,72 0,009 % Antioxidante 2 50469 50469 25234 1,56 0,285 Tipo de Antioxidante*% Antioxidante 2 131519 131519 65759 4,06 0,077 Error 6 97165 97165 16194 Total 11 517476 S = 127,257 R-Sq = 81,22% Term Coef SE Coef T P Constant 1220,65 36,74 33,23 0,000 Tipo de Antioxidante -140,93 36,74 -3,84 0,009 % Antioxidante 73,06 51,95 1,41 0,285 Tipo de Antioxidante*% Antioxidante 125,99 51,95 2,43 0,077 El modelo no se ajusta bien a los datos obtenidos durante la experimentación
porque se tiene un 8122,02 =R en donde el coeficiente significante para la variable
de respuesta se refiere al tipo de antioxidante, por tanto el modelo obtenido es
193,1401220 xy −= .
Las graficas a continuación muestran el efecto de los factores en la respuesta de
fuerza de tensión cuando las láminas han sido tratadas con los antioxidantes 3 y 4.
Se puede observar en las graficas que cuando el antioxidante 3 es utilizado la
tensión máxima lograda es mayor que cuando se utiliza el antioxidante 4,
igualmente después del segundo nivel de porcentaje el efecto es reversible.
IQ-2004-II-20
46
Tens
ion
Max
ima
(KN
/m2)
43
1300
1200
1100
1000
900321
T ipo de Antioxidante Porcentaje(%)
Efectos Principales en la Tension Maxima sin envejecimiento
Ilustración 18. Efectos principales de los factores en la Tensión Máxima
sin env ejecimiento simulado. (Antioxidantes 3 y 4).
Porcentaje(%)
Tens
ion
Max
ima
(KN
/m2)
321
1600
1500
1400
1300
1200
1100
1000
900
800
Tipo deAntioxidante
34
Interaccion de los factores de la tension maxima
Ilustración 19. Interacción de los factores en la Tensión Máxima
sin env ejecimiento simulado. (Antioxidantes 3 y 4).
IQ-2004-II-20
47
El análisis ANOVA proporciona los siguientes resultados cuando los niveles de
antioxidante se reducen a 2, antioxidante 3 y 4.
Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Tipo de Antioxidante 1 291714 291714 291714 89,90 0,000 Antioxidante(%) 2 198942 198942 99471 30,66 0,001 Tipo de Antioxidante*Antioxidante(%) 2 101007 101007 50504 15,56 0,004 Error 6 19469 19469 3245 Total 11 611133 S = 56,9636 R-Sq = 96,81% Term Coef SE Coef T P Constant 1095,68 16,44 66,63 0,000 Tipo de Antioxidante 155,92 16,44 9,48 0,000 Antioxidante (%) -170,32 23,26 -7,32 0,001 Tipo de Antioxidante*Antioxidante(%) -72,05 23,26 -3,10 0,004 El modelo se ajusta a los datos experimentados demostrado porque se tiene un
9681,02 =R y el modelo obtenido es 2121 05,7232,17092,1551095 xxxxy −−+= , los
coeficientes de tipo de antioxidante, porcentaje de antioxidante y su interacción
son significativos con una confiabilidad del 99.5%.
Modulo de elasticidad sin envejecimiento simulado.
El modulo de elasticidad es una constante de proporcionalidad que en producto
con estimulo o deformación constante aplicada nos da la magnitud de la
respuesta del material que se manifiesta como la fuerza ejercida para lograr la
elongación.28 En el caso de los elastómeros el módulo de elasticidad no es
constante y cambia dependiendo la deformación, por tanto se toma de referencia
un 300 % de elongación que es el utilizado comercialmente29. En otras palabras el
módulo de elasticidad es una magnitud de elasticidad del material, si el modulo es
pequeño el material es más elástico que rígido.
28 MANGONON, “ The principles of Materials Selection for Engineering Design”. Prentice Hall, 1999. 29 www.rubbertape.com.tw
IQ-2004-II-20
48
A continuación se presentan algunas gráficas para evaluar el efecto de los
factores en el módulo de elasticidad antes de ser sometido a un envejecimiento
simulado. M
odul
o de
Ela
stic
idad
(KN
/m2)
4321
4500
4000
3500
3000
2500
2000
321
Tipo de Antioxidante % Antioxidante
Efectos principales en el modulo de elasticidad sin envejecimiento
Ilustración 20. Efectos principales de los factores en el Modulo de Elasticidad sin
env ejecimiento simulado.
% A nt ioxid ante
Mo
dulo
de
Ela
stic
ida
d (K
N/m
2)
321
6000
5000
4000
3000
2000
Tipo d e
34
An tio xid an te12
Interac cion de los fac tor es en el modulo de elasticidad
Ilustración 21. Interacción de los factores en el Modulo de Elasticidad
sin env ejecimiento simulado.
IQ-2004-II-20
49
Las gráficas demuestran que el porcentaje del antioxidante no es un factor que
influye en el módulo de elasticidad, pero el tipo de antioxidante tiene un efecto en
el módulo de elasticidad.
Las características elásticas del material quieren mantenerse por tanto un efecto
optimo sería que el módulo no variará con la adición de antioxidantes. Pero en las
graficas es claro que el antioxidante 3 causa rigidez en las láminas en tanto el
antioxidante 4 provee más elasticidad al material, en sus últimos niveles de
porcentaje.
A continuación se presenta el ANOVA realizado para las respuestas del modulo de
elasticidad. Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Tipo de Antioxidante 3 14315109 14315109 4771703 101,73 0,000 % Antioxidante 2 179507 179507 89754 1,91 0,190 Tipo de Antioxidante*%Antioxi 6 7890794 7890794 1315132 28,04 0,000 Error 12 562858 562858 46905 Total 23 22948268 S = 216,575 R-Sq = 97,55% Term Coef SE Coef T P Constant 3114,43 44,21 70,45 0,000 Tipo de Antioxidante 1 -83,13 76,57 -1,09 0,299 2 106,33 76,57 1,39 0,190 3 1076,37 76,57 14,06 0,000 % Antioxidante 1 -19,36 62,52 -0,31 0,762 2 -94,91 62,52 -1,52 0,155 Tipo de Antioxidante*% Antioxidante 1 1 610,3 108,3 5,64 0,000 1 2 449,4 108,3 4,15 0,001 2 1 33,5 108,3 0,31 0,762 2 2 84,7 108,3 0,78 0,449 3 1 -495,3 108,3 -4,57 0,001 3 2 -702,8 108,3 -6,49 0,000
El modelo se ajusta no es un buen modelo porque tiene en cuenta todas las
interacciones, es decir no hay una correlación entre los factores y por tanto no se
pude crear un modelo linear para el modulo de elasticidad.
IQ-2004-II-20
50
Elongación (%) después del envejecimiento simulado
Después de realizar un envejecimiento simulado el polímero es susceptible al
ataque del oxígeno y los antioxidantes empiezan a cumplir su función en la
estabilización de los radicales libres a largo plazo. Por tanto esta variable de
respuesta es la más importante cuando se desean fabricar productos de una
grande vida útil como neumáticos, balones, espumas y otras mezclas de interés.
Elon
gaci
on (
%)
21
470
460
450
440
430
420
410
400
390
380
321
Tipo de Antioxidante % de Antioxidante
Efectos Principales de los factores en el % de elongacion despues de envejecimiento
Ilustración 22. Efectos principales de los factores en el % Elongación Máxima con
env ejecimiento simulado. (Antioxidantes 1 y 2).
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51
% de Antioxidante
Elo
nga
cio
n (%
)
321
525
500
475
450
425
400
375
350
Tipo deAntioxidante
12
Interaccion de los factores en el % Elongacion maxima envejecido
Ilustración 23. Interacción de los factores en el % Elongación máxima
con env ejecimiento simulado. (Antioxidantes 1 y 2).
En cuanto a las gráficas anteriores de interacción y efectos en la tensión máxima
con antioxidantes 1 y 2 se deduce que el antioxidante 2 proporciona una tensión
mayor que el antioxidante 1. Además a mayor nivel de porcentaje del antioxidante
se aumenta la variable respuesta.
Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Tipo de Antioxidante 1 44608,3 44608,3 44608,3 732,45 0,000 % de Antioxidante 2 1962,6 1962,6 981,3 16,11 0,004 Tipo de Antioxidante* 2 137,8 137,8 68,9 1,13 0,383 % de Antioxidante Error 6 365,4 365,4 60,9 Total 11 47074,1 S = 7,80401 R-Sq = 99,22% R-Sq(adj) = 98,58% Term Coef SE Coef T P Constant 355,041 2,253 157,60 0,000 Tipo de Antioxidante -60,970 2,253 -27,06 0,000 % de Antioxidante 18,085 3,186 5,68 0,004 Tipo de Antioxidante*% de Antioxidante -0,478 3,186 -0,15 0,383
IQ-2004-II-20
52
El modelo se ajusta bien a los datos obtenidos durante la experimentación porque
se obtiene un 9922.02 =R . Por otro lado se encuentra significante el efecto de los
factores pero no de su interacción por tanto el modelo de regresión obtenido es
21 085,18970,60041,355 xxy +−= con una confiabilidad del 99.5%.
Elo
ng
acio
n (
%)
43
550
525
500
475
450
425
400
321
Tipo de Antioxidante % de Antioxidante
Efectos principales de los factores en el % Elongacion Maxima de envejecimiento
Ilustración 24. Efectos principales de los factores en el % Elongación Máxima con
env ejecimiento simulado. (Antioxidantes 3 y 4).
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53
% de A ntioxidante
Elon
gaci
on (
%)
321
600
550
500
450
400
350
300
Tipo deAntioxidante
34
Interaccion de los factores en % de Elongacion Maxima envejecido
Ilustración 25. Interacción de los factores en el % Elongación máxima
con env ejecimiento simulado. (Antioxidantes 3 y 4).
En las anteriores gráficas se muestra que le antioxidante 4 tiene mayor efecto que
el antioxidante 3 proporcionando mayor tensión, en tanto que el aumento de nivel
del porcentaje aumenta la variable de respuesta.
El ANOVA que se obtiene a partir de los datos del porcentaje de elongación
máxima reducido a los niveles antioxidante 3 y 4 se muestra a continuación. Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Tipo de Antioxidante 1 63717 63717 63717 508,23 0,000 % de Antioxidante 2 15691 15691 7845 62,58 0,000 Tipo de Antioxidante* 2 128 128 64 0,51 0,586 % de Antioxidante Error 6 752 752 125 Total 11 80289 S = 11,1969 R-Sq = 99,06% Term Coef SE Coef T P Constant 343,821 3,232 106,37 0,000 Tipo de Antioxidante 72,868 3,232 22,54 0,000 % de Antioxidante -44,696 4,571 -9,78 0,000 Tipo de Antioxidante*% de Antioxidante -2,632 4,571 -0,58 0,586
IQ-2004-II-20
54
El ajuste del modelo con los datos obtenidos es bueno con un 9906,02 =R y para
el modelo de regresión el efecto de los factores son significativos en tanto que la
interacción por lo tanto el modelo es 21 696,44868,72821,343 xxy −+= .
Tensión máxima después de envejecimiento simulado.
La tensión después del envejecimiento simulado es otra variable de respuesta
para evaluar el comportamiento de los antioxidantes a lo largo del tiempo.
En las gráficas a continuación se observa que las mezclas con el antioxidante 2
presentan mayor tensión que las del antioxidante 1, en tanto que después del nivel
1 el efecto del antioxidante es contrario al esperado.
Ten
sio
n (K
N/m
2)
21
420
400
380
360
340
320
300
321
Tipo de Antioxidante % de Antioxidante
Efectos principales de los factores en la tension maxima envejecida
Ilustración 26. Efectos principales de los factores en la Tensión Máxima con
env ejecimiento simulado. (Antioxidantes 1 y 2).
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55
% de A ntioxidante
Tens
ion
(K
N/m
2)
321
450
425
400
375
350
325
300
Tipo deAntioxidante
12
Interaccion de los factores en la Tension Maxima envejecido
Ilustración 27. Interacción de los factores en la Tensión Máxima
con env ejecimiento simulado. (Antioxidantes 1 y 2).
Los resultados del ANOVA para los datos obtenidos de la tensión máxima de los
antioxidantes 1 y 2 se presentan a continuación. Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Tipo de Antioxidante 1 44608,3 44608,3 44608,3 732,45 0,000 % de Antioxidante 2 1962,6 1962,6 981,3 16,11 0,004 Tipo de Antioxidante* 2 137,8 137,8 68,9 1,13 0,383 % de Antioxidante Error 6 365,4 365,4 60,9 Total 11 47074,1 S = 7,80401 R-Sq = 99,22% Term Coef SE Coef T P Constant 355,041 2,253 157,60 0,000 Tipo de Antioxidante -60,970 2,253 -27,06 0,000 % de Antioxidante 18,085 3,186 5,68 0,004 Tipo de Antioxidante*% de Antioxidante -3,891 3,186 -1,22 0,383
El modelo se ajusta a los datos de la tensión máxima obtenidos de la
experimentación con un 9922,02 =R . Además se encuentran significativos el
efecto de los factores pero el de la interacción no es significativa por tanto el
modelo de la regresión se muestra a continuación 21 085,18970,60041,355 xxy +−= .
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56
Tens
ion
(KN/
m2)
43
425
400
375
350
325
300
275
250321
Tipo de Antioxidante % de Antioxidante
Efectos Principales de los factores en la tension maxima envejecido
Ilustración 28. Efectos principales de los factores en la Tensión Máxima con
env ejecimiento simulado. (Antioxidantes 3 y 4).
% de A ntioxidante
Tens
ion
(KN
/m2)
321
450
400
350
300
250
200
Tipo deAntioxidante
34
Interaccion de los factores en la Tension Maxima envejecido
Ilustración 29. Interacción de los factores en la Tensión Máxima
con env ejecimiento simulado. (Antioxidantes 3 y 4).
IQ-2004-II-20
57
En la gráfica de los factores apoyada con las interacciones cuando los niveles de
antioxidantes se reducen a antioxidantes 3 y 4, se observa que el efecto del
antioxidante 3 muestra mayor tensión en la muestra, en tanto que al aumentar el
porcentaje de antioxidante la tensión máxima aumenta.
El ANOVA realizado para los datos de la experimentación con antioxidantes 3 y 4,
teniendo como variable de respuesta la tensión máxima se muestra a
continuación.
Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Tipo de Antioxidante 1 63717 63717 63717 508,23 0,000 % de Antioxidante 2 15691 15691 7845 62,58 0,000 Tipo de Antioxidante* 2 128 128 64 0,51 0,586 % de Antioxidante Error 6 752 752 125 Total 11 80289 S = 11,1969 R-Sq = 99,06% Term Coef SE Coef T P Constant 343,821 3,232 106,37 0,000 Tipo de Antioxidante 72,868 3,232 22,54 0,000 % de Antioxidante -44,696 4,571 -9,78 0,000 Tipo de Antioxidante*% de Antioxidante -2,632 4,571 -0,58 0,586
El modelo se ajusta bien a los datos obtenidos durante la experimentación con un
9906,02 =R . La regresión lineal del modelo obtenido hay significancia de los
factores pero no de su interacción por tanto el modelo es el siguiente
21 696,44862,72821,343 xxy −+= , con una confiabilidad del 99.5%.
Modulo de elasticidad con envejecimiento simulado.
Finalmente el último análisis se hace a los módulos de elasticidad después del
envejecimiento simulado para evaluar la conservación de la elasticidad de la red
polimérica, en las graficas a continuación se observa que los antioxidantes 2 y 3
conservan las propiedades elásticas en tanto que los antioxidantes 1 y 4 no
IQ-2004-II-20
58
retienen tanto las propiedades. El efecto del porcentaje del antioxidante no es
significativo.
Mod
ulo
de E
last
icid
ad (
KN/m
2)
4321
3600
3200
2800
2400
2000
321
Tipo de Antioxidante % de Antioxidante
Efectos principales en el modulo de Elasticidad
Ilustración 30. Efectos principales de los factores en el Modulo de Elasticidad con
env ejecimiento simulado.
% de Antioxidante
Mod
ulo
de E
last
icid
ad (
KN/m
2)
321
3500
3000
2500
2000
1500
Tipo de
34
A ntioxidante12
Interacciones de los factores en la Tension Maxima envejecido
Ilustración 31. Interacción de los factores en el Modulo de Elasticidad
con env ejecimiento simulado.
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59
El ANOVA realizado para los datos de modulo de elasticidad como variable de
respuesta se muestra a continuación. Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Tipo de Antioxidante 3 11706409 11706409 3902136 975,25 0,000 % de Antioxidante 2 644197 644197 322099 80,50 0,000 Tipo de Antioxidante* 6 1301776 1301776 216963 54,22 0,000 % de Antioxidante Error 12 48014 48014 4001 Total 23 13700397 S = 63,2548 R-Sq = 99,65% Term Coef SE Coef T P Constant 2487,39 12,91 192,64 0,000 Tipo de Antioxidante 1 -739,55 22,36 -33,07 0,000 2 875,39 22,36 39,14 0,000 3 492,70 22,36 22,03 0,000 % de Antioxidante 1 -126,76 18,26 -6,94 0,000 2 231,34 18,26 12,67 0,000 Tipo de Antioxidante*% de Antioxidante 1 1 197,02 31,63 6,23 0,000 1 2 -177,39 31,63 -5,61 0,000 2 1 -238,51 31,63 -7,54 0,000 2 2 6,94 31,63 0,22 0,830 3 1 208,87 31,63 6,60 0,000 3 2 276,48 31,63 8,74 0,000 De la misma manera que con los módulos de elasticidad sin envejecimiento
simulado no existe una relación entre los factores que se capaz de determinar un
modelo que se ajuste por lo tanto del anterior análisis se quieren observar las
tendencias sin predecir un modelo en especial. Aunque el 9965,02 =R no se
puede hablar de un modelo de regresión que incluya solo el efecto de los factores
y no de los niveles.
En general el análisis para los antioxidantes se hace un paralelo entre antes y
después del envejecimiento simulado, en comparación con sus propiedades en el
blanco que se encuentran en le ANEXO A. Cuando se toman las curvas de
esfuerzo tensión después del coagulado hay un ataque a corto plazo del oxigeno y
temperatura que puede provocar una pequeña rata de oxidación, que puede ser
aplicado a productos de corta vida útil como las bombas, guantes desechables,
IQ-2004-II-20
60
entre otros. En tanto que después del envejecimiento simulado es aplicado a
productos de largo tiempo de vida útil como los pegamentos, guantes industriales
y cuero artificial.
Antes del envejecimiento simulado el antioxidante 3 presenta en nivel 2 de
porcentaje del mismo, presenta la mayor tensión en el momento de la ruptura,
apoyado con las graficas del modulo de elasticidad que las mezclas con
antioxidante 3 presenta las características de mayor rigidez en el material.
Después del envejecimiento simulado el antioxidante 2 en el nivel del porcentaje 1
y antioxidante 3 en el nivel del porcentaje 3 presentan la mayor tensión en el
momento de la ruptura, corroborado con las graficas del modulo de elasticidad en
donde las mezclas con antioxidantes 2 y 3 mantienen los módulos de elasticidad
siendo las mezclas mas rígidas.
El tanto que el antioxidante 2 aunque presenta buenas propiedades, su origen
aminico presenta en el producto final manchas que alteran el color, por tanto su
aplicación debe ser restringida.
Por otro lado el antioxidante 1 aunque presenta mejoras menores en las
propiedades estas se encuentran muy cercanas, por tanto se evidencia su poder
antioxidante y por tanto puede ser utilizado con el fin de hacer el proceso más
amigable con el medio ambiente para desplazar los antioxidantes comerciales. Lo
importante es encontrar fuentes naturales para reducir los costos de materias
primas, ya que el utilizado durante las pruebas fue de origen analítico.
3.3 CENTRIFUGACION.
El proceso de centrifugación es el determinante para la concentración a un
porcentaje de sólidos totales del 60-62%, para lograr esta separación
fundamentada en la diferencia de densidades, en donde los sólidos cauchosos
tienen una densidad de 0,92 g/cm3 respecto al suero acuoso que es en mayoría
agua. Industrialmente se necesita altas revoluciones por minuto (5000-7000rpm)
para lograr la separación de dos fases una concentrada y otro un suero de
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61
contenido de 15% de sólidos. Una centrifugadora de discos es la utilizada para
esta aplicación cumpliendo con el mismo proceso para descremar la leche.
Una de las preocupaciones en los procesos de concentración es el contenido de
proteínas causantes de las alergias al látex natural.
Ilustración 32. Fases del látex natural después de centrifugación.30
Tabla 8. Distribución de sólidos y proteínas de las muestras caracterizadas después de una
centrifugación a 4000 rpm.
2 horas 3 horas
Fase Total sólidos
(%) Cil (mg/ml) Total sólidos (%) Ci (mg/ml)
1 Cauchosa 82,59800948 4,807596202 90,67816658 4,57556936 1 C-serum 25,50513333 13,02134647 17,49414265 15,5272364 1 Fondos 8,496901315 0,770329121 6,696332239 0,9559506 2 Cauchosa 81,88906745 5,225244521 85,65183226 5,45727136 2 C-serum 30,25033982 12,32526594 23,01886801 13,4854002 2 Fondos 7,96933557 1,002355965 6,661570039 2,76575998 3 Cauchosa 86,42208899 7,406296852 93,00125653 7,96316128 3 C-serum 29,42255379 9,169700864 27,74963619 11,4435639 3 Fondos 10,57632187 2,069679446 10,88549661 2,34811166 30 YEANG,ARIF,YUSOF. “ Allergenic proteins of natural rubber latex”. Methods 18 Marzo 2002.
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62
4 Cauchosa 83,88322158 7,220675377 88,25412048 6,71021632 4 C-serum 23,27994302 10,37624045 21,0137241 11,3043478 4 Fondos 9,278680978 0,723923752 5,415632544 0,90954523 5 Cauchosa 87,51407799 6,71021632 90,52937777 4,8075962 5 C-serum 32,65317383 10,42264582 33,18289668 12,6036982 5 Fondos 6,753477288 0,677518384 5,151351728 0,90954523 6 Cauchosa 95,49510152 6,617405583 98,43544573 7,26708075 6 C-serum 23,31775034 10,7474834 18,27358407 12,0468337 6 Fondos 8,438349456 2,162490183 8,197270857 2,11608481
Di st r i bucion d e soli do s y pro t ei nas d esp ues d e ser so met ido a Cent r if ugacio n
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Cauchosa C- Serum Fondos
Fases de separ aci on
Sol idos (%) 2 horas
sol idos (%) 3 horas
Ci protei nas (mg/ ml ) 2 horas
Ci protei nas (mg/ ml ) 3 horas
Ilustración 23. Distribución de sólidos y proteínas del látex natural después de ser
sometido a centrifugación.
El contenido de sólidos no debe aumentar el 60% porque el coloide es muy
inestable y presenta coagulación inmediata, por otro lado el contenido mayor de
proteínas se encuentra en la fase intermedia conocida como C-serum. A escala
industrial se quiere que el mayor contenido de estas proteínas pase a los fondos
en tanto que los demás componentes continúen en la fase concentrada o
sobrenadante.
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63
4. ESTIMADO DE COSTOS En Colombia no se produce látex sintético ni se ha desarrollado la tecnología para
producir látex natural concentrado y estable, por esta razón las industrias
manufactureras que utilizan látex sintético o natural como materia prima, se ven
en la obligación de importarlo. Por otro lado la producción de caucho (derivado del
látex natural) es muy pequeña comparada con las importaciones que son
principalmente de Guatemala. Por ejemplo en “el año 2000 se produjeron en
Colombia 1000 toneladas de caucho natural y se importaron 26432, lo cual
representa solo el 3.7% del caucho importado”.31 Con base a los anteriores
antecedentes no se cubre la demanda de caucho laminado a nivel nacional
entonces no se ha pensado en suplir la demanda de látex natural concentrado.
El mercado del látex natural comprende empresas diversas que lo utilizan como
materia prima para fabricar una gran variedad de productos como espuma ó
esponja de caucho (65% del látex natural usado en los Estados Unidos se emplea
en esta Industria), objetos formados por inmersión, revestimientos de telas,
impregnación, artículos moldeados y adhesivos, entre otros. Así mismo, el cultivo
del caucho contribuye al desarrollo agroindustrial del país y es una alternativa para
la sustitución de cultivos ilícitos, razón por la cual es apoyado con capital e
investigación por las entidades a cargo del Ministerio de Agricultura.
Las empresas que se interesarían en este producto se encuentran ubicadas en
Bogota, Cali, Barranquilla, Bucaramanga y Medellín principalmente. En los
sectores de bombas decorativas y publicitarias, guantes industriales, domésticos
y quirúrgicos, adhesivos, engomado de tapetes, hilo elástico, cuero artificial, entre
otros.
31 Acuerdo Sectorial de competitvidad. “ CADENA PRODUCTIVA DEL CAUCHO NATURAL Y SU INDUSTRIA”, 2002. Disponible en www.fedecaucho.com.
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64
Ilustración 34. Segmentación del Mercado del látex natural
Tomamos de referencia el consumo en el año 2001 de látex concentrado que se
reduce a una importación total de 3643 toneladas al año de látex natural
concentrado32, a partir de este dato tomaremos inicialmente una participación del
5% de este mercado, teniendo como objetivo la reducción parcial de las
importaciones. Por tanto la producción inicial es de 182,150 toneladas al año.
Algunas de las empresas interesadas en el producto se nombran en la siguiente
tabla.
Tabla 9. CRM de los clientes comerciales para ser convertidos en contacto.
Empresa Sector Teléfono Dirección
Cauchos
farmacéuticos de
Colombia
(CAFARCOL)
Farmacéutico,
cosmético,
alimentación,
construcción
6157655
Fax 5207650
Cr 39 # 133-44
Andina de
Tapizados LTDA.
Tapicería 2047083
2047225
Dg 42 Sur 53-47
32 Esta cifra se obtuvo con base a la información de la importación por partidas arancelarias del DANE.
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65
ACOLFA Autopartes 2842409 Cr 10 27-27 Of 1010
DUROCAUCHO 7820916 Tr 6 14-80 Cazucá
Bosa
ESPUMLATEX
LDTA
Espumas 4150700
4182838
Cr 93 27-36
ETERNA S.A Productos de aseo,
médicos, calzado,
automotriz y
construcción.
3491454
3491769
Cl 46 52-39 Bdg 1
Prodicauchos Pisos, guantes,
accesorios
7113666 Dg 6Bis 5-01 Soacha
Indulatex LDTA 8277244 Cr 3 4-10 Brr El
Diamante Mosquera
Cauchosol Calzado, adhesivos 3690305
7198735
Cr 42 # 12-64
Latexport S.A Guantes 2355733 Cr 10 72-33 Trr B Of
406
Globos de Látex
Universal LTDA
Globos inflables 7766734 Tr 70G 63A-55 Sur
Con base al anterior estudio de mercado se quiere estimar el costo de inversión
inicial para una planta de producción de látex natural concentrado, que en
arranque cubra el 10% de las importaciones totales de este producto.
Como se puede ver en el siguiente diagrama de bloques se necesita un centro de
acopio en los vecinos del sector del cultivo para cumplir con los requerimientos de
materia prima, después del almacenamiento se necesita pasar por un proceso de
filtración para eliminar partículas de tamaño mayor a 250 µm, que se deben a
polvo, partículas orgánicas (hojas, corteza, insectos). Por lo tanto se utilizara un
filtrador Batch. Después el látex es sometido a un proceso de mezclado con los
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66
aditivos (antioxidante y surfactante) en dos tanque de agitación con un impeller de
capacidad de 20m^3, por ultimo se utiliza una centrifugadora de discos para la
concentración con un diámetro de 24 in, de donde se obtienen dos productos un
látex concentrado al 60% TSC y un suero que contiene 15% TSC, en un
proporción de un tercio.
Ilustración 35. Diagrama de Bloques para la producción de látex natural
centrifugado. Inversión inicial Para realizar un costo estimado de la planta, con los datos que son obtenidos
hasta el momento y según requerimientos del proyecto, se hará un estimado de
estudio (principales equipos), en donde se usa un listado de equipos principales y
con base a los costos de adquisición, por talla de equipo se calcula la inversión
total por factores.
Existen varios métodos para estimar la inversión de capital, en este caso se
utilizara el método C, conocido como Porcentaje del Costo del Equipo
Entregado33. Este método parte de la base de costo de adquisición de los
equipos, los demás costos directos se calculan como porcentaje directo del costo
33 Timmerhauss Pag 126
ALMACENAMIENTO
FILTRACIÓN
MEZCLADO
ADITIVOS
CENTRIFUGACIÓN
LATEX CONCENTRADO 60-62 (%TSC).
SUERO LATEX 15-10(%TSC).
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67
base. Los componentes adicionales de la inversión de capital se basan en
porcentajes promedio del costo directo total de la planta, en los costos totales
directos e indirectos o en la inversión total del capital. Todo se resume bajo la
siguiente ecuación:
[ ] )1(....)321( fIEfEfEfECn +++++= ∑∑
Tabla 10. Costo de los equipos involucrados.
CB (Dólares) Índice 1 índice 2 Costo Total
Filtrador-1970 $ 800,00 109,1 715,8 $ 5.248,76 2 tanques de agitación-2002 $ 31.761,00 411,52 449,2 $ 69.338,26 Centrifugadora-1970 $ 30.000,00 109,1 715,8 $ 196.828,60
Costo de equipos $ 271.415,62
Tabla 11. Costo de la Inversión inicial para el montaje de una planta de producción de látex
natural centrifugado
Costo de equipos
$ 271.415,62
Costos Directos Instalación f1 47% $127.565,34
Cañerías y tuberías f3 66% $179.134,31 Instalaciones eléctricas f4 11% $29.855,72
Obras civiles f5 18% $48.854,81 Mejoras del terreno f6 10% $27.141,56
Terreno f8 6% $16.284,94 Costo Directo Total $428.836,69 Costos Indirectos
Gastos de construcción f10 10% $27.141,56 Total de costos indirectos y
directos $455.978,25 Honorarios del contratistas f11 5%(D+I) $22.798,91 Inversiones de capital fijo $478.777,16
Capital de trabajo f13 15%(ITC) $71.816,57 Pesos Inversión del total del capital $550.593,74 $1.376.484.338,22
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68
En cuanto a l precio de producto se guía por el precio de importación para llegar al
mercado con competitividad.
Actualmente nuestros clientes potenciales adquieren su materia prima en este
caso látex natural concentrado por centrifugación por medio de distribuidores que
importan este producto generalmente de Guatemala. Los principales
distribuidores y por tanto la competencia en nuestro mercado objetivos son los
siguientes.
Tabla 12. Precios actuales del látex natural centrifugado importado por distribuidor.
Empresa Teléfono Producto Precio
Proquimort 4111916 Látex natural tambor
210 kilos y por unidad.
Tambor a $
3800/kilo.
Unidad $ 4400/kilo
Enfeter 6586640 Látex natural tambor de
200 kilos y de 500 kilos
2.10 dólar/kilo
Fabrica de solución de
caucho. Ldta
2051866 Látex natural tambor
200 kilos
2.20 dólar/kilo
Formulaciones34 2153429 Látex sintético
tambores de 1000 kilos
y de 200 kilos
1.58 dólar/kilo
SYGLA COLOMBIA Ldta.
7773955-
7775213
Látex sintético
tambores de 200 y
1000 kilos.
Látex natural tambores
220 kilos
Látex sintético
1.60 dólar/kilo
Látex natural 2.10
dólar/kilo
Parabor 6007777 SCDR (látex natural)
tambores 220 kilos
2.20 dólares/ kilo
34 Permite hacer formulaciones respecto alas necesidades del cliente pero es por medio de una visita técnica.
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69
Algunos de nuestros clientes potenciales realizan las compras de su materia prima
por importación directa y estos son algunos de los precios de compra de algunas
empresas de mayor producción, en la siguiente tabla solo se encuentra el numero
Nit única información encontrada en la base de datos.
Tabla 13. Precios actuales del látex natural centrifugado importado directamente.
Nit Valor fob US$/año
Peso en kilos netos/año Kilos/día
Precio /kilo US$
19117843 88999 99120 275,333333 0,897891445
800023533 218540 251280 698 0,8697071
802006540 154783 179950 499,861111 0,860144485
811006981 265989 323630 898,972222 0,821892284
860002274 708192 981640 2726,77778 0,721437594
Los anteriores precios son los que el cliente esta dispuesto a pagar por nuestro
producto. Por tanto el precio de venta inicial es de 1 US $/litro.
Producto Cantidad Anual (Kg) Valor unitario ($) Ventas anuales
Látex Natural Centrifugado 18215 2500 45537500
El crecimiento anual del mercado para el látex natural en los próximos años es en
promedio 4%, según las expectativas del mercado del caucho en general, los costos
de operación al igual que el precio del producto crecerán con la inflación que en
este momento se encuentra en un 8%.
Como se ve a continuación en el flujo de caja se tiene una TIR del 12% que
comparada con la DTF 7.79% la Tio de referencia del inversionista el negocio es
rentable apoyado de un VPN de $ 264.847.952,61.
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70
Tabla 14. Costos operacionales anuales de la producción de látex natural concentrado.
Costos Operacionales Ingeniero 18000000 Operarios 9144000 Servicios industriales 7200000 Materias primas Surfactantes 51002000 Antioxidantes 94718000 Látex Natural sin concentrar 145720000 Total 325784000
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71
5 CONCLUSIONES
Las propiedades mas importantes que se deben tener en cuenta cuando se
produce o se procesa un látex natural son la estabilidad mecánica,
viscosidad, TSC %, DRC%, contenido de metales y concentración de
proteínas.
En la evaluación de aditivos, es notorio que para la variable de respuesta
tiene más efecto el tipo de aditivo, que el porcentaje de este, en tal caso
que niveles mayores de 0.4% del aditivo causan el efecto contrario en las
propiedades de interés.
Para la producción de látex natural centrifugado, la mejor combinación de
aditivos es el antioxidante 3 en niveles de porcentaje 2, es decir
antioxidante fenolico SP, en una proporción de 1.25 %. El surfactante
utilizado debe ser de tipo no-iónico en este caso nonil fenol etoxilado en
proporción 2.10%.
El aminoácido Cistina posee propiedades antioxidantes auque no
comparados con los de origen comercial. Pero puede ser utilizada a nivel
industrial para disminuir los daños al medio ambiente.
Para modificar las características de las fases de separación después de la
centrifugación, es necesario aumentar las rpm para lograr mayor
separación de sólidos y proteínas.
La viabilidad económica del proyecto es buena con un VPN de
$ 264.847.953 y una TIR de 12%.
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6. RECOMENDACIONES
En el látex natural aun queda mucho por explorar, para su optimización y
modificación. Estudios sobre reducción de la concentración de proteínas y
búsqueda de fuentes rentables para extraer antioxidantes naturales como la
Cistina que puede extraerse de la queratina que se encuentra en las plumas de las
aves.
Analizar comportamientos a diferentes velocidades y tiempos en el proceso de
centrifugación para obtener las variables de respuesta de distribución de sólidos y
proteínas.
El estudio de los antioxidantes tiene mayor efecto cuando el caucho ha sido
vulcanizado, por tanto se recomienda evaluar antioxidantes en cauchos
vulcanizados.
Por último se recomienda recalcular el costo de la inversión inicial para ofrecer
mayor rentabilidad al proyecto.
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73
BIBLIOGRAFIA
Additives for lattices: a review. SpecialChem. Polymer Additives & colors. Enero 26 2004. Disponible www.specialchem4polymers.com.
ABAD, RELLEVE, ARANILLA, ALIGANGA, SAN DIEGO “Natural
antioxidants for radiation vulcanization of natural rubber latex”. Polymer Degradation and Stability 76 (2002). Pag 275-279.
DI BENEDETTO. The structure and properties of materials. Mc Graw Hill.
New York 1967. HOFMAN, Werner. “Rubber Technology Handbook”. Hanser Publishers,
New York.1980. KIRK, Raymond Eller. Othmer, Donald Frederick. Concise enciclopedia of
chemical technology. Mexico: Limusa; Noriega Editores, 1998. Volumen 14 Pag 82-97. Volumen 20 Pag. 468-487. Volumen 3 Pag. 128-148.
LABORATORIO FIRP (Formulación, Interfase, Reología y Procesos).
Cuaderno FIRP S301-PP “Modulo de Enseñanza en Fenómenos Interfaciales”. Universidad de los Andes (Merida, Venezuela), 2004.
LEON, William. Concentración de látex de caucho natural por método
químico. Tesis Ingeniero Químico. Universidad Nacional. 1997. LONDOÑO LA ROTTA, Ricardo. La Estabilización de látex natural. Tesis
Ingeniero Químico. Universidad Nacional. 1988. MARCIA M. RIPPEL, LAY THENG LEE, PLANTE and GALEMBEU. “Skim
and cream natural rubber particles: Colloidal properties, coalescence and film formation”. Journal of colloidal and Interface Science 268 (2003) 330-340.
MASCIA L, The role of additives in plastics. Edward Arnold. London 1974.
MORTON, Maurice “Introduction to Rubber Technology”. Reikhold
Publishing Corporation. New York 5a Edition.1694 MONTGOMERY, Diseño y análisis de experimentos. Ed 2. Editorial Limusa
Wiley.
IQ-2004-II-20
74
OVERBEEK. Theory of the stability of lyophobic colloids. Dover Publications. New York ,1999. ROYO, Joaquin. Manual de iniciación a la tecnología del caucho.
Consorcio Nacional De Industriales del Caucho. 1984. Tema VIII LATEX.
SALI Yip, Dsc and CACIOLI. “The manufacture of gloves from natural rubber latex”. Kuala Lumpur, Malaysia.
SCOTT, Gerald. “Atmospheric oxidation and antioxidants”. Elsevier
Publishing Company. London 1965.
[W.J.S Naunton. Ciencia y Tecnología del Caucho (The Applied science of Rubber). México: Compañía Editorial Continental S.A, 1967. Cuarta Edición.
YEANG, YUSOF, SUNDERASAN. Allergenic proteins of natural rubber
latex. Methods, 18 Marzo 2002.
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75
ANEXO A
TABLAS DE RESULTADOS
A continuación se presentan las tablas completas de todos los resultados
obtenidos durante el proceso de la experimentación.
CARACTERIZACION DEL LATEX NATURAL. Tabla 15. Resultados totales de la caracterización del látex natural. Fuente: Autor
Muestra TSC% DRC% Densidad
PH-1 PH-2
Estabilidad mecánica
(seg) 1 26,2721598 25,5077725 0,9856 10,23 10,07 196 2 25,6787049 25,23411307 0,9849 10,45 10,31 169 3 28,5916824 28,14374774 0,9851 10,12 9,8 178 4 28,6592284 27,75456407 0,9842 9,9 9,84 152 5 27,9193921 27,47509279 0,9849 10,3 10,16 195 6 29,6404367 28,42360079 0,9847 10,89 10,7 203
Muestra (gCu/gdelatex) (gMn/gdelatex) 1 0,484923969 0,000950542 2 0,427786372 0,000847635 3 0,40466314 0,000718922 4 0,344740614 0,000621052 5 0,45398553 0,000826177 6 0,445168879 0,000783097
MODIFICACIÓN DE LATEX NATURAL En el cuerpo de trabajo se presentaron los promedios de los resultados obtenidos
en la experimentación, pero en la modificación se realizaron las pruebas por
duplicado que se pueden ver a continuación en las siguientes tablas.
El nombre de la mezclas se encuentra codificado según la nomenclatura del
documento con el fin de simplificar el análisis de los datos.
IQ-2004-II-20
76
Tabla 16. Resultados de la estabil idad mecánica con la modificación con surfactantes.
Fuente: Autor.
Mezcla Estabilidad Mecánica
(seg) 1S1P1 222,64 2S1P1 225,36 1S1P2 312,56 1S1P2 314,89 1S1P3 402,24 2S1P3 401,25 1S2P1 52,68 2S2P1 48,98 1S2P2 ----- 2S2P2 ----- 1S2P3 ----- 2S2P3 ----- 1S3P1 198,69 2S3P1 201,36 1S3P2 298,69 2S3P2 297,56 1S3P3 398,57 2S3P3 395,47
En la siguiente tabla la mezcla 1PoAo y 2PoAo, corresponden a las propiedades
medidas en los blancos, es decir en el caucho laminado sin agregar ningún
antioxidante. En tanto que los blancos del surfactante se encuentran en la tabla
de caracterización debido a que es una propiedad física de interés.
IQ-2004-II-20
77
Tabla 17. Resultados de las curvas esfuerzo deformación en las mezclas modificadas con
antioxidantes. Fuente: Autor.
sin env ejecer
env ejecido
Nomenclatura Elongación
(%) Tensión Modulo Elongación
(%) Tensión Modulo 1P0A0 773,795253 1120,57214 3417,86236 247,771652 282,4303526 1410,54891 2P0A0 792,968486 1045,10218 3307,00009 244,6220457 284,5542745 1415,42833 1P1A1 772,119828 1168,66606 3904,8012 439,8976244 305,8136651 1860,76923 2P1A1 779,501711 1388,86899 3339,62764 407,357565 310,716733 1775,43393 1P2A1 780,555438 1115,7548 3709,20427 466,8110536 288,9134175 1799,64355 2P2A1 786,785938 1075,36468 3062,36806 473,6297362 280,5125425 1803,93776 1P3A1 807,291633 1044,17885 2191,18624 504,866208 279,336981 1643,86389 2P3A1 814,700774 685,499599 1980,60696 513,2547175 299,132514 1603,36933 1P1A2 796,799013 1261,28884 3278,78044 358,3368335 405,9759275 2993,1259 2P1A2 813,293897 1356,01014 3190,99479 354,5928215 409,2413971 3001,89668 1P2A2 808,809212 1328,26473 3176,96144 372,700789 430,3434463 3616,43437 2P2A2 828,240633 1409,14405 3244,23788 372,624227 445,6297265 3585,68472 1P3A2 825,363833 1403,99288 3204,44941 405,960121 402,4938655 3447,34479 2P3A2 833,262978 1410,74923 3229,14525 400,4382935 402,3833825 3532,18587 1P1A3 841,763762 1062,56872 3785,20528 313,9133843 370,9246044 3026,33123 2P1A3 805,165328 985,150823 3567,05766 308,6614173 367,79704 3098,08131 1P2A3 888,188976 1183,23191 3460,30348 371,2126008 409,5411144 3425,46797 2P2A3 861,826143 1234,61508 3325,7938 357,2677134 434,7156327 3550,36849 1P3A3 911,213172 1450,05343 5279,75469 462,9921024 350,0332704 2431,26435. 2P3A3 894,039009 1593,969 5726,70905 496,5905378 367,1218496 2349,03601 1P1A4 894,165581 813,757317 1941,34398 480,8425063 228,0964879 1456,99586 2P1A4 906,786499 839,982562 1752,78986 477,5433835 229,6817129 1672,41967 1P2A4 971,133831 984,225313 2002,50106 517,3573415 257,3363715 1993,86381 2P2A4 981,073852 918,245302 2174,81712 525,3137785 277,0069882 1974,44183 1P3A4 906,806988 1074,92706 2110,85697 597,270136 310,0992836 1993,86381 2P3A4 911,497328 1007,47394 2106,8532 615,2887875 323,494581 2061,48761
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78
ANEXO B GRAFICAS COMPLEMENTARIAS
En el cuerpo del documento se hizo un análisis por separado para encontrar
modelos lineares que se ajustaran a los datos experimentados. Por tanto los
gráficos a continuación muestran el análisis completo del efecto de los cuatro tipos
de antioxidantes.
Elongación (%) sin envejecimiento simulado.
Mea
n of
% E
long
acio
n
4321
940
920
900
880
860
840
820
800
321
T ipo de Antioxidante % Antioxidante
Main Effects Plot (data means) for % Elongacion
Ilustración 36. Efectos principales de los factores en el % Elongación máxima sin envejecimiento
simulado.
% Antioxidante
Mea
n
321
1000
950
900
850
800
Tipo d e
34
Antio xidan te12
Interaction Pl ot (data means) for % Elongacion
Ilustración 37. Interacción de los factores en el % Elongación máxima sin envejecimiento simulado.
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79
Tensión máxima sin envejecimiento simulado
Mea
n of
Ten
sion
4321
1400
1300
1200
1100
1000
900321
Tipo de Antioxidante % Antioxidante
Main Effects Plot (data means) for Tension
Ilustración 38. Efectos principales de los factores en la Tensión máxima sin envejecimiento
simulado.
% Antioxidante
Mea
n
321
1600
1500
1400
1300
1200
1100
1000
900
800
dante3412Interaction Plot (data means) for Tension
Ilustración 39. Interacción de los factores en la Tensión máxima sin envejecimiento simulado.
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80
Elongación (%) con envejecimiento simulado
Mea
n of
Elo
nga
cio
n
4321
550
500
450
400
321
Tipo de Antioxidante % de Antioxidante
Main Effects Plot (data means) for Elongacion
Ilustración 40. Efectos principales de los factores en el % Elongación máxima con envejecimiento
simulado.
% de Ant ioxidante
Mea
n
321
600
550
500
450
400
350
300
T ipo de
34
An tio xid an te12
Interaction Plot (data means) for Elongacion
Ilustración 41. Interacción de los factores en el % Elongación máxima sin envejecimiento simulado.
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81
Tensión máxima con envejecimiento simulado
Me
an o
f Te
nsio
n
4321
425
400
375
350
325
300
275
250321
Tipo de Antioxidante % de Antioxidante
Main Effects Plot (data means) for Tension
Ilustración 41. Efectos principales de los factores en la Tensión máxima con envejecimiento
simulado.
% de Ant ioxidante
Mea
n
321
450
400
350
300
250
200
T ipo de
34
An tio xid an te12
Interaction Plot (data means) for Tension
Ilustración 42. Interacción de los factores en la Tensión Máxima con envejecimiento simulado.
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82
ANEXO C
CURVAS TIPICAS DE ESFUERZO-DEFORMACION
SIN ENVEJECIMIENTO SIMULADO
S t r e ss- st r ai n c ur v e s
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850
El ongat i on per cent
Ilustración 43. Curva típica esfuerzo-deformación sin envejecimiento simulado.
CON ENVEJECIMIENTO SIMULADO
Curva esf uerz o def o rmaci on
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 100 200 300 400 500 600
P or centaj e de el ongaci on
Ilustración 44. Curva típica esfuerzo-deformación con envejecimiento simulado.
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83
ANEXO D
FOTOGRAFIAS DE EXPERIMENTACION
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ANEXO E
FLUJO DE CAJA
LANACO Flujo de Caja Año 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Inversión 1376484338 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Ventas 455375000 511477200 574491191 645268506 724765586 814056706 914348492 1026996226 1153522161 1295636092 1455258458 Costos operacionales 325784000 351846720 379994458 410394014 443225535 478683578 516978264 558336526 603003448 651243723 703343221 Utilidad antes de impuestos 129591000 159630480 194496733 234874492 281540050 335373128 397370228 468659701 550518714 644392368 751915237 impuestos 45356850 55870668 68073856,7 82206072 98539017,6 117380595 139079580 164030895 192681550 225537329 263170333 Utilidad Neta 84234150 103759812 126422877 152668420 183001033 217992533 258290648 304628805 357837164 418855039 488744904 Flujo de caja -1292250188 103759812 126422877 152668420 183001033 217992533 258290648 304628805 357837164 418855039 488744904 TIR 12% VPN $ 264.847.953
