POLIMEROS

Glosario Definición Historia Clasificación Propiedades físico químicas Propiedades Eléctricas Propiedades Mecánicas Estructura Cristalina Tipos de Polimerización Elaboración Reciclaje

TABLA DE CONTENIDO

Monómero (del griego mono, uno y meros, parte) es una moléculas de pequeña masa molecular que unida a otros monómeros, a veces cientos o miles, por medio de enlaces químicos, generalmente covalentes, forman macromoléculas llamadas polímeros.

Las fuerzas intermoleculares se producen cuando los átomos pueden formar unidades estables llamadas moléculas mediante el compartimiento de electrones. Las fuerzas intermoleculares, fuerzas de atracción entre moléculas a veces también reciben el nombre de enlaces intermoleculares aunque son considerablemente más débiles que los enlaces iónicos, covalentes y metálicos.

GLOSARIO

Las biomoléculas son las moléculas constituyentes de los seres vivos. Los 4 cuatro bioelementos más abundantes en los seres vivos son el carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, representando alrededor del 99% de la masa de la mayoría de las células.

Los polímeros son macromolécula s (generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros.

El poliuretano (PUR) es un polímero que se obtiene mediante condensación de poli oles combinados con polisocianatos. Se subdivide en dos grandes grupos: termoestables (este artículo) y termoplásticos (poliuretano termoplástico). Los poliuretanos termoestables más habituales son espumas, muy utilizadas como aislantes térmicos y como espumas resilientes; pero también existen poliuretanos que son elastómeros, adhesivos y selladores de alto rendimiento, pinturas, fibras, sellantes, para embalajes, juntas, preservativos, componentes de automóvil, en la industria de la construcción, del mueble y múltiples aplicaciones más.

El estireno es un hidrocarburo aromático de fórmula C8H8 manufacturado por la industrial química. Este compuesto molecular se conoce también como vinil benceno, etenilbenceno, cinameno o feniletileno.

Resiliencia (del verbo latino resilio, resilire: ‘saltar hacia atrás, rebotar’)

Un copolímero es una macromolécula compuesta por dos o más unidades repetitivas distintas, que se pueden unir de diferentes formas por medio de enlaces químicos.

El término termófilo se aplica a organismos vivos que pueden soportar condiciones extremas de temperatura relativamente altas, por encima de los 45ºC o relativamente bajas. Es un subtipo de vida extremófila. Muchos termófilos pertenecen al dominio Archaea.

La Temperatura de transición vítrea (Tg) es la temperatura a la que se da una seudotransición termodinámica en materiales vítreos, por lo que se encuentra en vidrios, polímeros y otros materiales inorgánicos amorfos. Esto quiere decir que, termodinámicamente hablando, no es propiamente una transición

Esferulita pequeños cuerpos esféricos

Dentro de los plásticos de ingeniería podemos encontrarlo como Polimetilmetacrilato, también conocido por sus siglas PMMA. La lámina de acrílico se obtiene de la polimerización del metacrilato de metilo y la presentación más frecuente que se encuentra en la industria del plástico es en gránulos ('pellets' en inglés) o en láminas. Los gránulos son para el proceso de inyección o extrusión y las láminas para termoformado o para mecanizado.

Se denomina abrasión (del lat. abradĕre, "raer") a la acción mecánica de rozamiento y desgaste que provoca la erosión de un material o tejido

Los polímeros son macromoléculas generalmente orgánicas formadas por la unión de moléculas mas pequeñas llamadas monómeros.

POLÍMEROS

POLIMERO

POLI: Varios

MERO: Partes

DEFINICION ETIMOLOGICA

Lo que distingue a los polímeros de los materiales constituidos por moléculas de tamaño normal son sus propiedades mecánicas.

Según su origen Según su mecanismo de polimerización Según su composición química Según sus aplicaciones Según su comportamiento al elevar su

temperatura

CLASIFICACIÓN

Polímeros naturales. Los polímeros naturales reúnen, entre otros, al almidón cuyo monómero es la glucosa y al algodón, hecho de celulosa, cuyo monómero también es la glucosa.

Polímeros semisintéticos. Se obtienen por transformación de polímeros naturales.

Polímeros sintéticos. Muchos polímeros se obtienen industrialmente a partir de los monómeros.

SEGÚN SU ORIGEN

Polímeros de condensación: Si la molécula de monómero pierde átomos

cuando pasa a formar parte del polímero. Por lo general se pierde una molécula pequeña, como agua o HCl gaseoso

SEGÚN SU MECANISMO DE POLIMERIZACIÓN

+ +

Polímeros de adición: Si la molécula de monómero pasa a formar parte del polímero sin pérdida de átomos

+

Polímeros formados por reacción en cadena. Los monómeros pasan a formar parte de la cadena de uno en uno. Primero se forman dímeros, después trímeros, a continuación tetrámeros, etc. La cadena se incrementa de uno en uno, monómero a monómero.

Polímeros formados por etapas: es posible la reacción, por ejemplo, de un dímero con un trímero, un tetrámero con un dímero.

Polímeros vinílicos. La cadena principal de sus moléculas está formada exclusivamente por átomos de carbono. Dentro de ellos se pueden distinguir:◦Polímeros orgánicos. Posee en la cadena

principal átomos de carbono. ◦Poliolefinas, formados mediante la

polimerización de olefinas. ◦Polímeros estirénicos, que incluyen al

estireno entre sus monómeros. ◦Polímeros vinílicos halogenados, que

incluyen átomos de halógenos (cloro, flúor...) en su composición.

◦

SEGÚN SU COMPOSICIÓN QUÍMICA

o Polímeros acrílicos. Ejemplos: PMMA.

Polímeros orgánicos no vinílicos. Además de carbono, tienen átomos de oxígeno o nitrógeno en su cadena principal. Algunas sub-categorías de importancia: ◦ Poliésteres ◦ Poliamidas ◦ Poliuretanos

Polímeros ignorantes. Entre otros: ◦ Basados en azufre.. ◦ Basados en silicio.

Elastomeros. Son materiales con muy bajo módulo de elasticidad y alta extensibilidad; es decir, se deforman mucho al someterlos a un esfuerzo pero recuperan su forma inicial al eliminar el esfuerzo. En cada ciclo de extensión y contracción los elastómeros absorben energía, una propiedad denominada resiliencia.

SEGÚN SUS APLICACIONES

Plásticos. Son aquellos polímeros que, ante un esfuerzo suficientemente intenso, se deforman irreversiblemente, no pudiendo volver a su forma original.

Fibras. Presentan alto módulo de elasticidad y baja extensibilidad, lo que permite confeccionar tejidos cuyas dimensiones permanecen estables.

Recubrimientos. Son sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a la superficie de otros materiales para otorgarles alguna propiedad, por ejemplo resistencia a la abrasión.

Adhesivos. Son sustancias que combinan una alta adhesión y una alta cohesión, lo que les permite unir dos o más cuerpos por contacto superficial.

Termoplásticos: que fluyen (pasan al estado

líquido) al calentarlos y se vuelven a endurecer (vuelven al estado solidó) al enfriarlos. Su estructura molecular presenta pocos (o ningún) entrecruzamientos.

Termoestables: que no fluyen, y lo único que conseguimos al calentarlos es que se descompongan químicamente, en vez de fluir. Este comportamiento se debe a una estructura con muchos entrecruzamientos, que impiden los desplazamientos relativos de las moléculas.

SEGÚN SU COMPORTAMIENTO AL ELEVAR SU TEMPERATURA

PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DE LOS

POLÍMEROS.

ESTRUCTURA MOLECULAR DE LOS POLÍMEROS

Los polímeros presenta en su estructura cadenas, integradas por unidades estructurales repetitivas unidas entre si por enlaces covalentes.

Polímero Lineal Polímero Ramificado

POLIMERO AMORFO Y CRISTALINO

Parámetro Determina Fundamentalmente

Peso molecular (mayor)

Mayor Viscosidad y elasticidad

Mayor tenacidad mecánica

Mayor fragilidad.

Parámetro Determina Fundamentalmente

Distribución de pesos moleculares (mas ancha)

Mayora facilidad de proceso

Menos tenacidad mecánica

Menor resistencia a los agentes activos (detergentes y disolventes)

Peso Molecular y Distribución

Curva de distribución de pesos moleculares (DPM)

La resistencia térmica o temperatura de descomposición corresponde a la temperatura mínima a la cual un polímetro sufre una alteración química y, en consecuencia, de sus propiedades.

La temperatura de transición vítrea se entiende como la temperatura bajo la cual un determinado polímero se comporta como un materia vítreo y por arriba de la cual se comporta como un materia elástico.

La temperatura de fusión depende del peso molecular que correlaciona el numero de átomos de carbono con el punto de fusión.

PROPIEDADES TÉRMICAS

Diagrama de fases del polímero (Tg, Tm)

Polímero Tg en °C Tm en °C

ABS 110 190

Poliacetal -85 175

Nylon 6,6 50 260

Poliacrilonitrilo 87 320

Polibutadieno -121 -

Policarbonato 152 225

Temperatura de transición vítrea (Tg) y Temperatura de fusion (Tm) de los

polímeros mas comunes

Policloruro de vinilideno -20 215

Policloruro de vinilo 80 205

Poliestireno táctico 100 235

Poliéter - 235Polietileno PEAD -35 a -120 135Polietileno PEBD -35 a -120 105

Politereftalato de etileno (PET) 80 265

Polimetilmetacrilato 100 a 120 -

Polipropileno -15 a -25 160

Las propiedades eléctricas de los polímeros industriales están determinadas principalmente, por la naturaleza química del material (enlaces covalentes de mayor o menor polaridad) y son poco sensibles a la micro-estructura cristalina o amorfa del material, que afecta mucho más a las propiedades mecánicas.

PROPIEDADES ELÉCTRICAS

PROPIEDADES MECANICAS DE LOS POLÍMEROS.

Resistencia Un polímero tiene resistencia a la torsión si es

resistente cuando es puesto bajo torsión. También está la resistencia al impacto. Una muestra tiene resistencia al impacto si es fuerte cuando se la golpea agudamente de repente, como con un martillo.

Elongación Pero las propiedades mecánicas de un polímero no se

remiten exclusivamente a conocer cuán resistente es. La resistencia nos indica cuánta tensión se necesita para romper algo. Pero no nos dice nada de lo que ocurre con la muestra mientras estamos tratando de romperla. Ahí es donde corresponde estudiar el comportamiento de elongación de la muestra polimérica. La elongación es un tipo de deformación.

Dureza

La dureza es una propiedad mecánica de los materiales consistente en la dificultad que existe para rayar (mineralogía) o crear marcas en la superficie mediante micro penetración de una punta

Esfuerzo

Tensión

Curva Tensión - Esfuerzo

Dureza

El polímero puede solidificarse formando un sólido amorfo o uno cristalino. Como se sabe los polímeros con fuertes irregularidades en su estructura tienden a formar sólidos amorfos y los polímeros con cadenas muy simétricas tienden a cristalizar.

Un polímero parcialmente cristalino, generalmente tiene mayor resistencia mecánica que el mismo material con estructura amorfa

ESTRUCTURA CRISTALINA

Flexibilidad de las moléculas: Para que un polímero cristalice, sus moléculas deben tener suficiente elasticidad, es decir, la movilidad necesaria para colocarse en posiciones precisas durante el proceso de cristalización

FACTORES CINÉTICOS QUE CONTROLAN LA CRISTALIZACIÓN.

Condiciones de la cristalización: El efecto de la temperatura sobre la cristalización de los polímeros es conflictivo. Por una parte, se requieren temperaturas altas para impartir a las moléculas poliméricas suficiente energía cinética (movilidad) y que puedan acomodarse en la red cristalina. Pero sólo a bajas temperaturas van a permanecer en forma estable en los cristales. El balance entre esas dos condiciones produce una velocidad máxima de cristalización a una temperatura intermedia.

La regularidad de la estructura molecular hace posible que las moléculas se acomoden en una red cristalina

La polaridad de las moléculas aumenta la atracción entre cadenas adyacentes y, en consecuencia, la atracción que tiende a colocarlas ordenadamente en el cristal y mantenerlas firmemente en él.

FACTORES QUE DETERMINAN EL GRADO DE CRISTALINIDAD

En forma de láminas o “lamelas”, la cual es predominante en el caso de polímeros altamente cristalinos, esta forma incrementa la resistencia mecánica.

En forma de esferulita que es una estructura radial simétrica formado por el crecimiento espacial de zonas cristalina a partir de un núcleo central

ESTRUCTURAS CRISTALINAS

POLIMERIZACION A ESCALA INDUSTRIAL:

Para la fabricación de Polímeros sintéticos en escala industrial se emplean principalmente las siguientes reacciones:

Polimerización por adición

Policondensación

TIPOS DE POLIMERIZACIÓN

EN BLOQUE:Se parte de un monómero puro no diluido, que se transforma lentamente en el polímero sólido. Este procedimiento se emplea para la fabricación de polímeros puros sólidos.

EN SOLUCION:En esta polimerización se diluye el monómero con disolventes en los cuales también se disuelve el polímero. Este método también disminuye el problema de la eliminación del calor durante la polimerización.

POLIMERIZACION POR ADICION

EN EMULCION:La reacción se realiza en un reactor en el que se agita convenientemente la mezcla de reacción formada por monómero, agua, iniciador, jabón y otros componentes. . Estos polímeros son de grano muy fino. Además puede controlarse bien técnicamente debido a que la dispersión del plástico se mantiene esca samente viscosa. Los productos contienen residuos de emulsionante que pueden afectar las propiedades eléctricas y la transparencia.

Es el procedimiento clásico para la fabricación de resinas solidificables. En la policondensación se asocian distintas moléculas que poseen grupos reactivos en varias posiciones, realizándose el proceso con separación de agua, amoníaco u otras sustancias volátiles.

POLICONDENSACIÓN

Moldeo por inyección Moldeo por soplado Moldeo por vacío Calandrado Moldeo por extrusión

PROCEDIMIENTOS DE ELABORACIÓN

Un émbolo o pistón de inyección se mueve rápidamente hacia adelante y hacia atrás para empujar el plástico ablandado por el calor a través del es pacio existente entre las paredes del cilindro y una pieza recalentada y situada en el centro de aquél, Bajo la acción combinada del calor y la presión ejercida por el pistón de inyección, el polímero es lo bastante fluido como para llegar al molde frío donde toma forma la pieza en cuestión.

MOLDEO POR INYECCIÓN

Es un proceso usado para hacer formas huecas (botellas, recipientes). Un cilindro plástico de paredes delgadas es extruído y luego cortado en el largo que se desea. Luego el cilindro se coloca en un molde que se cierra sobre el polímero ablandado y le suprime su parte inferior cortándola. Una corriente de aire o vapor es insuflado por el otro extremo y expande el material hasta llenar la cavidad. El molde es enfriado para el fraguado.

MOLDEO DE INSUFLADO DE AIRE

Mediante este proceso se comprime una chapa de resina termoplástica ablandada por el calor contra un molde frío. La chapa toma y conserva la forma del molde. Este méto do se emplea para revestimientos interiores (puertas de heladeras, gabinetes,etc.)

MOLDEO POR VACIO

El proceso se emplea para la fabricación de chapas y películas plásticas. Consiste en pasar un polímero convertido en una masa blanda entre una serie de rodillos calentados. A medida que el polímero pasa a través de los rodillos se forma" un producto uniforme. El último par do rodillos se ajustan para dar el espesor deseado. El sistema de rodi llos de enfriamiento da a las chapas o películas su estructura molecular permanente.

CALANDRADO

En el moldeo por extrusión se utiliza un transportador de tornillo helicoidal. El polímero es transportado desde la tolva, a través de la cámara de calenta miento, hasta la boca de descarga, en una co rriente continua. A partir de gránulos sólidos, el polímero emerge de la matriz de extrusión en un estado blando. Como la abertu ra de la boca de la ma triz tiene la forma del producto que se desea obtener, el proceso es continuo. Posteriormente se corta en la medida adecuada.

MOLDEO POR EXTRUSION

EXTRUSION DE FILM TOBULAR: En esto proceso se funde polietileno de baja densidad. El fundido es extruído a través de una matriz anular. Se introduce aire inflando el tubo del polímero extruído para formar una burbuja del diámetro requerido, la que es en friada por una corriente de aire. El film es arrastrado por un par de rodillos que aplastan la burbuja manteniendo así el aire empleado para inflar la burbuja dentro de ella.

MOLDEO POR COMPRESION: Una vez comenzado el calentamiento, un plástico termorrígido continúa endureciéndose. En el moldeado por compresión, el material se coloca en el molde abierto. Un taco calen tado aplica suficiente calor y presión para ablandar el polímero termorrígido y llenar la cavidad del molde. La temperatura del taco y de la cavidad del molde puede ser de hasta 149 C y la presión de Las cadenas del polímero se entrecruzan rápidamente y el plástico se endurece tomando su forma permanente, pudiendo ser retirado del molde.

ARTICULOS TERMORRIGIDOS

MOLDEADO DE LAMINADOS:El moldeado para chapas se emplea para los laminados empleándose telas u otros materiales impregnados. El material se impregna en la resina, se calienta y se hace entrar a presión en el molde. Mantenidos en posi ción bajo la acción del calor y la presión, los materiales se funden formando una densa y sólida masa en forma de lámina.

PROCESOS DE FUNDICION:En este proceso no se requiere calor ni presión. El plástico fluido se vierte en un molde, o el polímero sólido que puede ser licuado mediante solventes o catalizadores.En la fundición, el polímero se coloca en un molde y se solidifica por una reacción química llamada Vulcanización. Si el plástico se solidifica por el añadido de ciertos catalizadores, se dice que está vulcanizado. El equipo y los moldes necesarios para el proceso son de bajo costo.

PROCESO DE LECHO FLUIDIFICADO: Luego tenemos un interesante proceso, particularmente útil para cubrir una gran variedad de artículos con una capa o envoltura de plástico de grosor bastante uniforme. La pieza metálica a cubrir se calienta en un horno a temperatura superior al punto de fusión del polímero que se va a aplicar. Una vez calentada, se sumerge de inmediato en un recipiente lleno de partículas de polímero en polvo que se tornan.

Como la temperatura del metal es superior al punto de fusión del plástico, enseguida empieza a formarse una capa sobre el metal caliente. El grosor de esa capa está determinado por el tiempo durante el cual la parte metá lica queda sumergida en la masa esponjosa de polvo. Cuando se ha obtenido el grosor que se desea, la pieza se retira y luego se hace pasar por un horno para la fusión final del polímero.

Producción de cauchoLa producción del caucho sigue distintos pasos. En la plantación, los operarios extraen el látex de los árboles con un procedimiento llamado sangrado. Una vez recogido, el látex lechoso se introduce en un tanque de tratamiento en el que el líquido comienza a cuajarse o coagularse, haciéndose más sólido. A continuación, en una trituradora de cilindros, se prensa en forma de láminas llamadas crepés. Finalmente, el caucho es ahumado, secado y embalado para su distribución a los fabricantes.

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RECICLAJE