CURSO DE CURSO DE EXTRUSIONEXTRUSION

PRIMERA PARTEPRIMERA PARTE: ESTRUCTURA Y : ESTRUCTURA Y PROPIEDADES PROPIEDADES DE DE POLIMEROSPOLIMEROS

SEGUNDA PARTESEGUNDA PARTE: MAQUINARIA Y PROCESOS: MAQUINARIA Y PROCESOS

NOTA: SE INTERCALARA AMBAS PARTES DEL NOTA: SE INTERCALARA AMBAS PARTES DEL CURSO CURSO DE ACUERDO A CONVENIENCIA DE ACUERDO A CONVENIENCIA

PRIMERA PARTEPRIMERA PARTE: : PLANIFICACION PLANIFICACION Y Y CONTENIDO CONTENIDO

HISTORIAHISTORIA ESTRUCTURA DE LOS POLIMEROSESTRUCTURA DE LOS POLIMEROS

-ESTRUCTURA DE -ESTRUCTURA DE CADENACADENA

-MICROESTRUCTURAS-MICROESTRUCTURAS PROPIEDADES TERMICASPROPIEDADES TERMICAS PROPIEDADES MECANICASPROPIEDADES MECANICAS

HISTORIAHISTORIADesde las civilizaciones primitivas se han utilizado los Desde las civilizaciones primitivas se han utilizado los POLIMEROSPOLIMEROS NATURALESNATURALES. Por ejemplo: cuero, madera, . Por ejemplo: cuero, madera, algodón, resinas de árboles.algodón, resinas de árboles.

En 1849 se descubre y desarrolla el proceso de En 1849 se descubre y desarrolla el proceso de vulcanización de goma natural (Charles Goodyear)vulcanización de goma natural (Charles Goodyear)

Al inicio del siglo XX, impulsada por dos guerras Al inicio del siglo XX, impulsada por dos guerras mundiales se desarrollan la celulosa modificada, mundiales se desarrollan la celulosa modificada, poliestireno, polietileno, y las resinas fenólicas (Bakelita y poliestireno, polietileno, y las resinas fenólicas (Bakelita y Novolack)Novolack)

En 1922 se establece el concepto de macromolécula En 1922 se establece el concepto de macromolécula propuesto por Stäudinger (Premio Nobel de Química en propuesto por Stäudinger (Premio Nobel de Química en el año 1953)el año 1953)

DEFINICIONESDEFINICIONESMOLECULA DE POLIMEROMOLECULA DE POLIMERO: Los polímeros, como : Los polímeros, como molécula (macromoléculas) están constituidas de molécula (macromoléculas) están constituidas de muchos muchos segmentossegmentos repetidosrepetidos de unidades llamadas de unidades llamadas merosmeros..

MONOMEROMONOMERO: Molécula constituida por un único : Molécula constituida por un único meromero..

POLIMEROPOLIMERO: Macromolécula constituida por varios : Macromolécula constituida por varios merosmeros..

POLIMERIZACIONPOLIMERIZACION: Reacciones químicas : Reacciones químicas intramoleculares mediante las cuales, los intramoleculares mediante las cuales, los monómerosmonómeros son unidos en forma de meros a una estructura son unidos en forma de meros a una estructura molecular de cadena.molecular de cadena.

MONOMERO, MERO Y MONOMERO, MERO Y POLIMEROPOLIMERO

Molécula de polietilenoMolécula de polietileno

OBTENCION DE MATERIALES POLIMERICOSOBTENCION DE MATERIALES POLIMERICOS

POLIMERIZACIONPOLIMERIZACIONLos monómeros reaccionan entre si formando una larga Los monómeros reaccionan entre si formando una larga secuencia de secuencia de unidadesunidades repetitivasrepetitivas (meros). Los mecanismos (meros). Los mecanismos de polimerización pueden ser clasificados en: de polimerización pueden ser clasificados en: por adiciónpor adición y y por condensaciónpor condensaciónLas Las polimerización por adiciónpolimerización por adición (en cadena) involucra las (en cadena) involucra las siguientes etapas (ejemplo de polimerización de polietileno)siguientes etapas (ejemplo de polimerización de polietileno)

1.-1.- IniciaciónIniciación:: formación de formación de un sitio reactivoun sitio reactivo a partir de un iniciador a partir de un iniciador (R) monómero(R) monómero

RR•• + H + H22C=CHC=CH22 R-CH R-CH22-CH-CH22••

2.-2.- PropagaciónPropagación de la reacción a partir de dos centros reactivos de la reacción a partir de dos centros reactivos R-CHR-CH22-CH-CH22•• + n H + n H22C=CHC=CH22 R-(H R-(H22C=CHC=CH22)nCH)nCH22CHCH22··3.-3.- TerminaciónTerminación de la reacción de la reacción R-(CHR-(CH22-CH-CH22)nCH)nCH22CHCH22•• + R’ + R’•• R-(CH R-(CH22-CH-CH22)nCH)nCH22CHCH22-R’-R’

MONOMEROS Y POLIMEROS MAS COMUNESMONOMEROS Y POLIMEROS MAS COMUNESMonómeroMonómero NomenclaturaNomenclatura PolímeroPolímero NomenclaturaNomenclatura CHCH33 CHCH22=C =C C=O C=O OCHOCH33

Metacrilato de metilo (2-Metacrilato de metilo (2-metil-propenoato de metil-propenoato de metilo)metilo)

CHCH33 [[ CH CH22-C ] -C ] C=O C=O OCHOCH33

Polimetacrilato de Polimetacrilato de metilo (acrílico)metilo (acrílico)

HC=CH2

Estireno (vinilbenceno)Estireno (vinilbenceno) [ [ HC-CH2 ] Poliestireno (PS)Poliestireno (PS)

H2C=CH2

Etileno (eteno)Etileno (eteno)

[ H2C-CH2 ]Polietileno (PE)Polietileno (PE)

H2C=CH CH3

Propileno (propeno)Propileno (propeno) [ H2C-CH ] CH3

Polipropileno (PP)Polipropileno (PP)

H2C=CH Cl

Cloruro de vinilo Cloruro de vinilo (cloroetano)(cloroetano) [ H2C-CH ]

Cl

Policloruro de vinilo Policloruro de vinilo (PVC)(PVC)

n

n

n

n

n

POLIMERIZACIONPOLIMERIZACIONPolimerización por condensación (por etapas)Polimerización por condensación (por etapas):: en este proceso las en este proceso las reacciones químicas intermoleculares ocurren por etapas y en general, reacciones químicas intermoleculares ocurren por etapas y en general, involucran mas de un tipo de monómero. Ejemplo: formación de poliéster involucran mas de un tipo de monómero. Ejemplo: formación de poliéster (reacción entre un grupo carboxilo y un grupo hidroxilo)(reacción entre un grupo carboxilo y un grupo hidroxilo)

O O OO HO-CHHO-CH22CHCH22-OH + C-CH-OH + C-CH22CHCH22CHCH22CHCH22C C Dietilenglicol Dietilenglicol HO HO OH OH Acido hexanodioico Acido hexanodioico Grupo carboxiloGrupo carboxilo Grupo hidroxiloGrupo hidroxilo O O O O HO-HO-CHCH22CHCH22CHCH22O-C-CHO-C-CH22CHCH22CHCH22CHCH22C-OHC-OH + H + H22O AguaO Agua

Representación de un paso del proceso de polimerización por Representación de un paso del proceso de polimerización por condensación de un poliéster (este proceso se repite sucesivamente condensación de un poliéster (este proceso se repite sucesivamente produciendo una molécula lineal)produciendo una molécula lineal)

GRUPOS FUNCIONALESGRUPOS FUNCIONALES OBTENIDOS EN PROCESOS OBTENIDOS EN PROCESOS DE POLIMERIZACION POR CONDENSACIONDE POLIMERIZACION POR CONDENSACION

O O O O OO -C-O- -C-N- O-C-N--C-O- -C-N- O-C-N- H HH H

PoliésterPoliéster PoliamidaPoliamida PoliuretanoPoliuretano Ejemplo: Ejemplo: Ejemplo:Ejemplo: Ejemplo: Ejemplo: Botellas de Nylon Aislación yBotellas de Nylon Aislación y gaseosas Kevlar espumasgaseosas Kevlar espumas

MASA MOLARMASA MOLARUn polímero está formado por largas cadenas de Un polímero está formado por largas cadenas de tamaño tamaño nono uniformeuniforme, es decir, , es decir, nono existeexiste una cantidad una cantidad ((ii) de cadenas con masas molares iguales (M) de cadenas con masas molares iguales (Mii).).Masa molar numérica media:Masa molar numérica media: MMnn = = ∑ ∑ xxii . M . Mii

Donde: Donde: xxi i es la fracción numérica del total de moléculases la fracción numérica del total de moléculas que poseen una masaque poseen una masa M Mi.i.Masa molar ordenada media:Masa molar ordenada media: MMww = = ∑ w∑ wii . M . Mii

Donde: wDonde: wii es la fracción es la fracción enen masamasa del total de moléculas del total de moléculas que poseen masa Mque poseen masa Mii (masa molar de cadena). (masa molar de cadena).

Número Promedio

Peso Promedio

Peso Molecular

Can

tidad

de

Polím

ero

POLIDISPERSION Y GRADO DE POLIMERIZACIONPOLIDISPERSION Y GRADO DE POLIMERIZACIONPOLIDISPERSIONPOLIDISPERSION:: Es la relación entre la masa molecular Es la relación entre la masa molecular numérica y la masa molar ordenada media.numérica y la masa molar ordenada media.

-Cuanto mayor variación en el tamaño de las moléculas, mayor -Cuanto mayor variación en el tamaño de las moléculas, mayor será la polidispersión.será la polidispersión.

-Cuando los tamaños de las cadenas son mas próximos, la -Cuando los tamaños de las cadenas son mas próximos, la polidispersión es cercana a 1. polidispersión es cercana a 1.

POLIDISPERCION MOLECULAR : MWD = POLIDISPERCION MOLECULAR : MWD = MwMw MnMn

GRADO DE POLIMERIZACIONGRADO DE POLIMERIZACION:: (n) representa la cantidad (n) representa la cantidad media de meros existentes en una molécula (tamaño medio de media de meros existentes en una molécula (tamaño medio de cadena)cadena)

GRADO DE POLIMERIZACION: GRADO DE POLIMERIZACION: nnn = n = MnMn o o nnw = w = MwMw m m m m Donde: Mn es la masa molar numérica media.Donde: Mn es la masa molar numérica media.

Mw es la masa molar ordenada media.Mw es la masa molar ordenada media. m es la masa molar del mero.m es la masa molar del mero.

ESTRUCTURA DE ESTRUCTURA DE POLIMEROSPOLIMEROS

Estructura de cadenaEstructura de cadena

MicroestructuraMicroestructura

ESTRUCTURA MOLECULARESTRUCTURA MOLECULAR

LinealLineal

RamificadaRamificada

Con uniones cruzadas En redCon uniones cruzadas En red

Macromolécula conteniendo espirales y redes aleatorias producto de las rotaciones de las uniones de cadena

MAQUINARIA Y MAQUINARIA Y PROCESO DE PROCESO DE EXTRUSIONEXTRUSION

o resistencias

o cañón