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Polímeros Polímeros 1º seminario de Química orgánica 2. Cuarto semestre. Grupo b. Facultad de ingeniería, arquitectura, arte y diseño. Programa de ingeniería química. 20 de octubre del 2011. Cartagena, bolívar Presentado por: Katherine E. Watt Ayola. Félix A. Utria Garcia Yessith A. Alzamora Pupo

Polímeros - Diapositívas

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  • Polmeros

    1 seminario de Qumica orgnica 2.Cuarto semestre.Grupo b.Facultad de ingeniera, arquitectura, arte y diseo.Programa de ingeniera qumica.20 de octubre del 2011.Cartagena, bolvarPresentado por: Katherine E. Watt Ayola. Flix A. Utria Garcia Yessith A. Alzamora Pupo

  • Introduccin

    Un polmero es un macromolcula orgnica disponible en nuestras vidas a travs de diferentes formas, ellos nos facilitan la calidad de vida.

    Con esta presentacin se pretende comprender la estructura de las diferentes especies polimricas, resaltando sus caractersticas, teniendo en cuenta el tipo de reaccin de polimerizacin de la cual provengan como sus diversos usos.

  • Objetivos

    GENERALES: Conocer la estructura general de los polmeros como sus caractersticas comunes.

    ESPECFICOS:

    Reconocer la importancia del estudio de los polmeros en la elaboracin de los diversos productos derivados.

    Identificar algunos mecanismos industriales para la obtencin de los diversos polmeros artificiales.

  • PolmerosLos polmeros son macromolculas que contienen una cantidad muy grande de tomos y tienen un alto peso molecular formadas principalmente por pequeas unidades, a estas unidades se les conoce como monmeros, los cuales se repiten de forma mas o menos organizada.Cuando los monmeros son iguales entre si, al polmero formado por ellos se le conoce como Homopolmero, de lo contrario se le llama Heteropolmero o Copolmero.

  • La unidad que se repite (Monmero), se indica entre parntesis

    Polmeros

  • Importancia industrialActualmente los polmeros son importantes en la industria debido a su utilizacin masiva en la vida cotidiana. Por esta razn constantemente se desarrollan tecnologas que permitan un mejor aprovechamiento, esto ha dado lugar a la necesidad de modificarlos qumicamente dando lugar al desarrollo de la industria de los polmeros sintticos.Gracias ha estos avances hoy se conocen miles de polmeros sintticos, algunos con las propiedades de los polmeros naturales y otros con nuevas caractersticas.

  • NomenclaturaUn sistema alterno a la IUPAC permite nombrarlos de acuerdo a los monmeros que los constituyen. Se nombra el prefijo poli seguido del nombre del monmero.Ejemplo:

    Estructura del poli(cloruro de vinilo) (PVC)Estructura del polipropileno

  • En el caso de los copolmeros se nombra uno de los monmeros constituyentes seguido de un guion y el nombre del otro monmero. Ejemplos: acrilonitrilo butadieno estireno; caucho estireno-butadieno; resina fenol-formaldehdo.

    Sntesis del fenol- formol = BaquelitaNomenclatura

  • Clasificacin de los PolmerosDe acuerdo conTipo de reaccinOrigenEstructura PropiedadesPoliadicionadosPolicondensados

    LinealRamificadoEntrecruzadosReticulados NaturalesSemisintticos Sintticos Termoplsticos Termoestables Elastmeros

  • Segn su origenPolmeros naturales: Son aquellos que se pueden presentar en la naturaleza como por ejemplo la celulosa.Estructura de la celulosa Celulosa

  • cidos grasos LpidosAminocidos ProtenasNucletidos ADN, ARNMonosacridos Polisacridos

  • Polmeros semisintticos: Son los polmeros obtenidos por la transformacin o configuracin qumica de los polmeros naturales. Un ejemplo de este tipo de polmeros es la nitrocelulosa la cual se obtiene mediante la nitracin de la celulosa.Estructura de la nitrocelulosaNitrocelulosaSegn su origen

  • Polmeros sintticos: Son los que se obtienen por va puramente artificial partir de sustancias de bajo peso molecular como son todos los plsticos, como el nylon, el poliestireno, el policloruro de vinilo (PVC) y el polietileno. Estructura del policloruro de vinilo (PVC)Policloruro de vinilo (PVC)Segn su origen

  • Segn su estructura molecular Polmeros Lineales: Formados por largas cadenas de macromolculas no ramificadas. Ejemplos: Polietileno, seda, etc.

    Polmeros ramificados: La cadena principal est conectada lateralmente con otras cadenas. Ejemplos: Policloruro de vinilo, poliestireno, etc. Estructura del polietilenoEstructura del poliestireno

  • Polmeros entrecruzados: Son cadenas lineales adyacentes que se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlaces covalentes. Ejemplo: caucho. Estructura del cauchoSegn su estructura molecular

  • Polmeros reticulados: Estn formados por macromolculas con cadenas y ramificaciones entrelazadas en las tres direcciones del espacio. Ejemplo: Baquelita. Estructura qumica de la baquelitaSegn su estructura molecular

  • Segn sus propiedades

    Termoplsticos: Son los polmeros que al calentarse se ablandan y se pueden moldear y al enfriarse se vuelven a endurecer. Termoestables: Son los polmeros que una vez moldeados por el calor, no pueden modificar su forma. Si se calientan de nuevo, no se funden sino que se degradan.Elastmeros: Son polmeros que se caracterizan por su gran elasticidad.

  • Termoplsticos Termoestables Elastmeros EstructuraLineal o ramificada.Con forma de red de malla con muchos enlaces.Con forma de red de malla con pocos enlaces.PropiedadesSe funden y se pueden moldear varias veces.Se moldean solo una vez y a la segunda se rompe.Muy elstico. Se deforma hasta 8 veces su tamao y vuelve al original.

  • Segn su sntesis Poliadicionados: Son polmeros cuyas macromolculas se han formado por unin de molculas monmeras no saturadas(polietileno).Policondensados: Son polmeros cuyo enlace entre las macromolculas son multifuncionales, con separacin de algn producto de bajo peso molecular (Nylon, protenas).

  • Reacciones de polimerizacin

    Las reacciones de polimerizacin responden principalmente a dos tipos distintos:

    Polimerizacin por adicin o en cadena.Polimerizacin por condensacin o por etapas.

  • Polimerizacin por adicin

    Es una reaccin de adicin de dos o mas monmeros que presentan enlaces mltiples.

    CH2=CH2 + CH2=CH2 -[CH2-CH2-CH2-CH2]n Etileno Etileno Polietileno

  • La polimerizacin por adicin se efecta mediante tres mecanismos diferentes, Polimerizacin radicalar, polimerizacin catinica o polimerizacin aninica.Cada mecanismo de reaccin transcurre en tres distintas etapas:

    Iniciacin: En esta etapa se forman los monmeros activados.Propagacin: En esta etapa de la reaccin se forma la cadena activada.Terminacin: Esta fase se caracteriza por la prdida de actividad y produccin del polmero.Polimerizacin por adicin

  • Polimerizacin radicalar: Para que suceda la polimerizacin mediante este mecanismo, debe agregarse un iniciador de radicales al monmero para convertir en radicales algunas de las molculas del mismo.

    - Iniciacin La etapa de iniciacin es la etapa en la que se van a crear los radicales libres. La formacin de dichos radicales puede producirse de varias formas:Por accin del calor.Por accin fotoqumica.Por accin de compuestos productores de radicales libres.Polimerizacin por adicin

  • Ejemplo de iniciadores radicales Inorgnicos (persulfato de potasio)

  • Orgnicos(perxido de benzoilo).

    Ejemplo de iniciadores radicales

  • Suelen necesitar agentes reductores para activar su ruptura homolitica.

    Hidroperxidos:Ejemplo de iniciadores radicales

  • El iniciador se rompe homoliticamente y convierte el monmero en un radical.Azocompuestos:Ejemplo de iniciadores radicales

  • Iniciacin y propagacin

  • Estereoqumica de la reaccin

  • Los grupos que estabilizan los radicales promueven tambin la formacin de los radicales mas sustituidos. Por medio de resonancia o efecto inductivo.

    Estereoqumica de la reaccin

  • Terminacin

  • Transferencia de cadena: tiene lugar cuando la cadena en crecimiento reacciona con una molcula XY que sufra ruptura homolitica donde X termina la cadena y Y inicia otra cadena.Terminacin

  • Terminacin

  • Polimerizacin por adicin

  • Reordenacin de los tomosComo cualquier carbocatin, pueden tener reordenamientos de los grupos hidruros y metilos, si el reordenamiento lleva al carbocatin a ser mas estable.

  • Propagacin

  • Terminacin

  • Los monmeros que mas se prestan en una polimerizacin por el mecanismo catinico son aquellos con sustituyentes que puedan estabilizar la carga positiva donando electrones por resonancia.Monmeros con polimerizacin catinica

  • Polimerizacin aninica: el iniciador es un nucleofilo que reacciona con el alqueno para formar un anin. El nucleofilo debe ser bueno y el alqueno debe tener un grupo sustituyente atractor de electrones. -Iniciacin

    Polimerizacin por adicin

  • -PropagacinPolimerizacin de aninica

  • -TerminacinEl crecimiento de la cadena puede terminar tomando un protn del disolvente, en este caso del amoniaco.

    Polimerizacin de aninica

  • En tal caso es muy probable que existan las condiciones favorables para que finalice la reaccin; entonces el sitio de propagacin de la cadena continuara activo y no habr finalizado la reaccin. A este tipo de cadenas sin terminar se les llama polmeros vivos.Polimerizacin de aninica

  • Polimerizaciones por apertura del anillo: los epxidos pueden tener reacciones de adicin. A travs de bases y cidos.

    Polimerizacin por adicin

  • Polimerizacin por adicin

  • Polimerizacin por coordinacin.Ocurre a condiciones de temperatura y presin moderada.Permite la sntesis de materiales con caractersticas superiores a los mismos materiales sintetizados por las otras reacciones de adicin.Se lleva acabo a travs de compuestos organometalicos (catalizadores de ziegler-natta) mas un alqueno monosustituido.Se obtienen polmeros con estereoqumicas: isotactico y sindiotactico.

  • Estereoqumicas de la polimerizacinLos polmeros que se forman a partir de alquenos monosustituidos pueden tener 3 configuraciones espaciales:

  • Atactica: orden aleatorio.

    Las configuraciones isotactico y sindiotactico se asocian fuertemente entre si debido a las fuerzas de van der Waals, dando como resultado la constitucin de materiales mas resistentes y rgidos.

    Por su arte las configuraciones atacticas no se asocian con tanta fuerza dando como resultados materiales menos rgidos y blandos.

    Estereoqumicas de la polimerizacin

  • Reaccin de coordinacin:

    Estereoqumicas de la polimerizacin

  • Polimerizacin por condensacin Reaccin entre dos monmeros que presentan grupos funcionales reactivos y que durante la reaccin desprenden una molcula pequea, por lo general agua, alcohol o HCL.Hay 2 tipos de esta reaccin:

  • En esta reaccin se forma una mezcla de pequeas cadenas (oligomeros); que son reactivos por los grupos funcionales que tiene en sus extremos que reaccionan entre si y forman cadenas mas largas.

    Polimerizacin por condensacin

  • Policondensados sintticosEntre los diferentes procesos de condensacin nos vamos a limitar al estudio de las reacciones que conducen a la formacin de los denominados policondensados sintticos, que vamos a agrupar para su estudio en:

    Poliamidas.Polisteres.Poliuretanos.Resinas fenlicas.

  • PoliamidasEs un tipo depolmeroque contiene enlaces de tipoamida. Las poliamidas se pueden encontrar en la naturaleza, como la lana laseda, y tambin ser sintticas, como elnailono el la Kevlar. ( ..-NH-C(=O)-(CH2)n-C(=O)-NH-(CH2)m-...)

  • Caractersticas generales de las poliamidasPoca higroscopicidad, absorbe el sudor, pudiendo producir dermatitis a las personas de piel delicada.

    Fibra termoplstico, o sea deformable por el calor.

    Con esta fibras se fabrican multitud de artculos textiles desde medias, ropa interior, vestidos, camisera, paracadas, artculos de pesca, etc.

    Buena resistencia a la fatiga, desgaste.

    Las poliamidas aromticas presentan adems mejores niveles de resistencia mecnica y de resistencia qumica que las alifticas.

  • Sntesis de las poliamidasLas poliamidas que definen los materiales plsticos de inters industrial se obtienen de la siguiente forma:

    Reaccin de diaminas con cidos dicarboxilicos.

    Condensacin de los aminocidos.

    Apertura del anillo de una lactama.

  • Reaccin de diaminas con cidos dicarboxilicos:

    Sntesis de las poliamidas

  • Mecanismo:

    Reaccin de diaminas con cidos dicarboxilicos

  • Reaccin de diaminas con cidos dicarboxilicos

  • Reaccin de diaminas con cidos dicarboxilicos

  • Condensacin de los aminocidos

  • Se sabe a travs de la difraccin de rayos x que los enlaces pepitidicos son rgidos, planos, y cortos. esto se debe a el carcter parcial que tiene el enlace de ser doble (son hbridos de resonancia).Condensacin de los aminocidos

  • Condensacin de los aminocidos

  • Los puentes de hidrogeno le transfieren rigidez y resistencia a la molcula.Condensacin de los aminocidos

  • El nylon 6 se obtiene calentando caprolactama a unos 250 C en presencia de aproximadamente 5-10% de agua. El oxgeno del carbonilo toma uno de los tomos de hidrgeno del agua.Apertura del anillo de una lactama

  • Mecanismo:

    1111Apertura del anillo de una lactama

  • 1111Apertura del anillo de una lactama

  • 1111Apertura del anillo de una lactama

  • 1111Apertura del anillo de una lactama

  • 1111Apertura del anillo de una lactama

  • Polisteres

    Es una categora de polmeros el cual contiene elgrupofuncional ster en su cadena principal.

    Los grupos ster en la cadena de polister son polares, donde el tomo de oxgeno del grupo carbonilo tiene una carga negativa y el tomo de carbono del carbonilo tiene una carga positiva.

  • Caractersticas generales de los polisteres.Se usa en la fabricacin de fibras, recubrimientos de lminas, esmaltes y pinturas para casas, automviles.

    Las fibras de polister son poco higroscpicas, lo que las hace poco absorbentes del sudor y de difcil tintura.

    Es tambin termoplstico.

    Materiales resistentes a la humedad, a los productos qumicos y a las fuerzas mecnicas.

  • Sntesis de los polisteres.Generalmente se logra mediante una reaccin de policondensacin. Transesterificacion de dioles con diesteres.

  • Mecanismo:

    1111Sntesis de los polisteres.

  • 1111Sntesis de los polisteres

  • PoliuretanosSon polmeros que contienen gruposuretano. se obtienen mediante la condensacin de dioles o diaminas y un diisocianto.Un diisocianato es un compuesto orgnico que est compuestos por dos gruposCianatos(-N=C=O). Ej..:

  • Caractersticas generales de los poliuretanos.Son los polmeros mejor conocidos para hacer espumas.ej.: cojines, alfombras, almohadas, fabricacin de telas elsticas (lycra).

    Son los nicos polimeros de condensacin de los que se ha descrito, en los que no se pierde una molcula pequea durante la reaccin.

    Los poliuretanos forman parte de los llamados polmeros termoestable.

    Los poliuretanos son capaces unirse perfectamente por enlace por puente de hidrgeno y as pueden ser muy cristalinos.

  • Sntesis de los poliuretanos.Se sintetizan haciendo reaccionar diisocianatos con dialcoholes o diaminas:

  • Mecanismo:

    El DABCO es un muy buen nuclefilo, es decir, tiene un par de electrones no compartidos a quienes les encantara atacar algn ncleo vulnerable.

    Sntesis de los poliuretanos

  • Sntesis de los poliuretanos

  • Sntesis de los poliuretanos

  • Sntesis de los poliuretanos

  • Resinas fenolicasSe forma por la reaccin de policondensacin de fenol con formaldehido con desprendimiento de agua.

    El formaldehdo reacciona fcilmente con el fenol, adicionndose en las posiciones orto y/o para. Anillos fenlicos quedan unidos mediante puentes metilnicos.

  • Caractersticas generales de las Resinas fenolicas Tienen un olor caracterstico que se intensifica al calentarlas.

    Son resinas termoestables.

    Elevada resistencia trmica , una elevada dureza y estabilidad trmica.

    Son bastante resistentes a disolventes acuosos, tienen baja toxicidad y emisin de humos.

    Son ms utilizadas que las resinas epoxidas, pero Presentan propiedades mecnicas inferiores a las epoxdicas.

  • Sntesis de las resinas fenolicas.Reaccin entre el fenol y el formaldehido.

    Cuando la reaccin es lleva a cabo bajo condiciones acidas con exceso molar de fenol Se obtiene una novolaca.

    Cuando la reaccin se lleva a cabo bajo condiciones bsicas con exceso molar en formaldehido se obtiene un resol.

  • NovolacaMecanismo de reaccin:1. Hidratacin del formaldehido en solucin acida.

  • Sntesis de la novolacaH3O+ HO-CH2-OH CH2OH + 2H2O2. La adicin se produce en las posiciones orto y para del fenol.

  • Sntesis de la novolaca3. Estos productos reaccionan con el fenol dando dihidroxifenilmetanos:

  • ResolEl formaldehido perdie su oxgeno por sufrir dos condensaciones sucesivas, mientras que las molculas de fenol pierden dos o tres de sus tomos de hidrgeno, enorto y para. cada formaldehido se conecta con dos fenoles, y cada fenol con dos o tres formaldehidos.

  • Degradacin de los polmerosEn esta presentacin tomamos el sentido degradacin como la reduccin de el peso molecular de los polmeros, mas que el deterioro de sus propiedades. Esto constituye en cierta medida una solucin al problema de la disposicin de muchos materiales cuya estructura se mantiene inalterada y deteriora el medio ambiente. Ej.: los plsticos.

  • Reacciones qumicas de degradacin

  • Despolimerizacin por adicin - va trmicaPirlisis (500-900C): proceso por el cual la macromolcula se rompe homoliticamente por adicion de calor:

    A continuacin, estos radicales pueden sufrir una serie de reacciones: dismutacion.

  • Hidrlisis: reaccin que depende de reactividad hidrolitica del enlace.Es un proceso que conduce a la despolimerizacin total por accin del agua en presencia de cidos o lcalis.

    Despolimerizacin por condensacin

  • Despolimerizacin por condensacin

  • Medio acido:Despolimerizacin por condensacin

  • Medio bsico:Despolimerizacin por condensacin

  • Metanolisis: es un proceso de transesterificacion. Es la ruptura de cadenas por accin del metanol.

    Despolimerizacin por condensacin

  • Despolimerizacin por condensacin

  • Glicolisis: se lleva a cabo por la accin de un glicol. En este proceso se obtiene una mezcla de oligomeros. Ej.: Despolimerizacin del PET.

    En este caso los oligomeros resultantes se utilizan para la fabricacin de polisteres insaturados.

    Despolimerizacin por condensacin

  • Reacciones generalesTanto los Policondensados como los poliadicionados sufren oxidacin trmica con el oxigeno. Para ello se tiene en cuenta lo permeabilidad del oxigeno en el polmero:

  • Oxidacin trmicaConsideraciones generales:

    Grupos polares como carbonilos, carboxlicos, -CN, hacen sensibles los enlaces adyacentes.

    Polmeros saturados son mas resistentes a la oxidacin trmica.

  • ConclusinLos polmeros sintticos son de gran importancia en la actualidad debido a su versatilidad que los hace considerable en la intervencin de muchos procesos industriales. Adems de ser verstiles no son biodegradables razn por La cual su disponibilidad se convierte en una amenaza para el medio ambiente.

  • Referencias

    [1]. Fred Wallace Billmeyer, JR. Ciencia de los polmeros. Editorial Revert, S.A. Barcelona - Espaa. 2004. [2]. Raimond B. Seymour y Charles E. Carraher, JR. Introduccin a la qumica de los polmeros. Editorial Revert, S.A. Espaa. 2002. [3]. Silvia lvarez Blanco,Jos Luis Zaragoz Carbonell. Principales polimeros comerciales. Universidad politcnica de valencia. Valencia - Espaa.

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