informe polimeros

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES

FACULTAD DE INGENIERIA

INGENIERIA INDUSTRIAL

POLIMEROS

MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA

NOMBRE : DELGADILLOS QUISBERT JOSEPH ADRIAN

DOCENTE : ING. FRANZ ZENTENO

AUXILIAR : QUISPE TICONA FELIX ROLY

03/08/2015

http://i.mkt.lu/cont/77684/280/240/polimeros.jpg

https://mundoplasticos.files.wordpress.com/2010/06/planchas_intro446c455bc97191.jpg

http://www.ve.all.biz/img/ve/catalog/5259.jpeg




INDICE

1. OBJETIVO........................................................................................................................3

2. POLIMEROS.....................................................................................................................3

3. ESTRUCTURA.................................................................................................................4

3.1. ESTEREORREGULARIDAD.........................................................................................4

3.2. POLÍMEROS lineales, ramificados y de cadena transversal.........................................5

COMPOSICION DE LOS POLIMEROS................................................................................7

4. ELASTOMEROS.............................................................................................................11

Propiedades de los materiales elastómeros.......................................................................12

Clasificación de materiales elastómeros.............................................................................12

Algunos materiales elastómeros.........................................................................................13

Ejemplos y aplicaciones de materiales elastómeros...........................................................14

5. TERMOPLASTICOS.......................................................................................................14

5.1. CARACTERÍSTICAS...................................................................................................15

5.2.Propiedades de los termoplásticos...............................................................................16

5.3. EJEMPLOS de termoplásticos.....................................................................................17

6. TERMOFIJOS.................................................................................................................18

6.1.PROPIEDADES GENERALES Y CARACTERÍSTICAS...............................................18

6.2. POLÍMEROS TERMOFIJOS IMPORTANTES.............................................................19

AMINORRESINAS..............................................................................................................19

EPÓXICOS.........................................................................................................................20

FENOLICOS.......................................................................................................................20

7. ADITIVOS Y RELLENOS................................................................................................21

7.1. RELLENADORES........................................................................................................23

7.2. PLASTIFICANTES.......................................................................................................23

7.3ColoraNtes.....................................................................................................................23

8. PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS DE LOS POLIMEROS.....................................24

8.1. PROPIEDADES FISICAS............................................................................................24

8.2. PROPIEDADES eléctricas...........................................................................................25

8.3.LAS PROPIEDADES MECÁNICAS..............................................................................25

9.CONCLUSION.................................................................................................................26

10.BIBLIOGRAFIA..............................................................................................................26

2 POLIMEROS




POLIMEROS1. OBJETIVO

Dar a conocer la estructura de los polímeros y como están conformados. Dar a conocer las definiciones del los elastómeros, termofijos, termoplásticos. Dar a conocer las propiedades físicas y químicas de los polímeros.

2. POLIMEROS

Un polímero es un compuesto que consiste en moléculas de cadena larga, cada molécula está hecha de unidades repetitivas que se conectan entre sí. Puede haber miles o millones de unidades en una sola molécula de polímero. El término se deriva de las palabras griegas poly, que significa muchos, y meros que significa parte.

La mayoría de los polímeros se basan en el carbono y, por consiguiente, son considerados sustancias químicas orgánicas. Sin embargo, el grupo también incluye un número de polímeros inorgánicos.

Los polímeros forman organismos vivos y son parte de los procesos vitales de todos los seres vivos sobre la Tierra. Los polímeros biológicos eran la fuente de alimentos, vestidos, así como de muchos implementos de los antiguos seres humanos. Sin embargo, nuestro interés en este capítulo se centra en materiales diferentes a los polímeros biológicos. Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeras.

El almidón, la celulosa, la seda y el ADN son ejemplos de polímeros naturales, entre los más comunes de estos y entre los polímeros sintéticos encontramos el nailon, el polietileno y la baquelita.

3 POLIMEROS

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Polystyrene_linear.svg




3. ESTRUCTURA

Existen diferencias estructurales entre las moleculas de los polimeros, aun entre moleculas del mismo polimero. En esta seccion examinaremos tres aspectos de la estructura molecular: 1) estereorregularidad, 2) ramificacion y encadenamiento transversal

3.1. ESTEREORREGULARIDAD

La estereorregularidad tiene que ver con el arreglo espacial de los atomos y grupos de atomos en las unidades repetitivas de la molecula del polimero. Un aspecto importante de la estereorregularidad es la forma en que se localizan estos grupos de atomos a lo largo de la cadena del polimero, cuando un atomo de H de sus meros ha sido reemplazado por otro atomo o grupo de atomos. Por ejemplo, el polipropileno es un compuesto similar al polietileno, excepto que uno de los cuatro atomos de H en sus meros esta sustituido por un grupo metilo, CH3.

Son posibles tres arreglos tacticos, como se ilustra en la figura 10.6: a) isotactico, en el cual los grupos impares de atomos se colocan del mismo lado de la cadena; b) sindiotactico, donde los grupos de atomos se alternan en lados opuestos; y c) atactico, en el cual los grupos se colocan aleatoriamente a cualquier lado.

La estructura tactica es importante para la determinacion de las propiedades del polimero.

Tacticidad de poliestireno, atáctico, sindiotáctico, isotáctico.

4 POLIMEROS

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tacticidad_de_polimeros.jpg




Influye tambien en la tendencia del polimero a cristalizar (seccion 10.1.3). Si continuamos con el ejemplo del polipropileno, este polimero puede sintetizarse en cualquiera de las tres estructuras tac ticas. En su forma isotáctica es fuerte y funde a 347 °F (175 °C); en la estructura sindiotáctica es también fuerte, pero funde a 268 °F (131 °C); el polipropileno atáctico es suave y funde alrededor de 165 °F (75 °C), y tiene muy poco uso comercial .

3.2. POLÍMEROS LINEALES, RAMIFICADOS Y DE CADENA TRANSVERSAL

Hemos descrito los procesos de polimerización que producen macromoléculas con una estructura en forma de cadena, llamada ' polímero lineal. Ésta es la estructura característica de un polímero termoplástico. Otras estructuras son posibles como se muestra en la figura 10.7. Una alternativa son las cadenas ramificadas laterales que se forman a lo largo de la cadena, el resultado es un polímero ramificado similar al que ;

se muestra en la parte (b) de la figura. Esto ocurre en el polietileno cuando los átomos de hidrógeno son reemplazados por átomos de carbono en puntos aleatorios de la cadena, y en dichos lugares se inicia el crecimiento de las ramificaciones. En ciertos polímeros, los enlaces primarios se forman en determinados puntos de contacto entre las cadenas y otras moléculas, que constituyen a los polímeros de cadena transversal, como se muestra en la figura 10.7(c) y (d). Las cadenas transversales se originan debido a que una cierta proporción de los monómeros. que se utilizan para formar el polímero, son capaces de enlazarse a monómeros adyacentes en más de dos lados, permitiendo así la adición de otras moléculas ramificadas. Las estructuras con un ligero encadenamiento transversal son características de los elastómeros. Cuando decimos que un polímero tiene un alto encadenamiento transversal nos referimos a que tiene una estructura de red, como se muestra en la pane (d) de la figura: en efecto, la masa entera es una macromolécula gigante. Los plásticos termofijos adoptan esta estructura después del curado.

5 POLIMEROS




La presencia de ramificaciones transversales en los polímeros tiene un efecto significativo en sus propiedades. Ésta es básicamente la diferencia entre las tres categorías de polímeros: TP. TS y E. Los polímeros termoplásticos siempre poseen estructuras lineales, ramificadas o una mezcla de ambas. Las ramificaciones aumentan el enmarañamiento entre las moléculas, haciendo que los polímeros sean generalmente más fuertes en el estado sólido y más viscosos en el estado plástico o líquido a una temperatura dada. Los plásticos termofijos y los elastómeros son polímeros encadenados transversalmente. El encadenamiento transversal es la causa de que el polímero fije su estructura química o fragüe. Como la reacción es irreversible, el efecto es un cambio permanente en la estructura del polímero; si se somete a calentamiento puede degradarse o quemarse, pero no fundirse. Los plásticos termofijos tienen un alto grado de encadenamiento transversal, mientras que en los elastómeros es bajo. Los termofijos son duros y frágiles, en tanto que los elastómeros son elásticos y con una gran capacidad para absorber energía elástica (resilencia).

Varias estructuras de moléculas de polímeros: (a) lineal, característica de los termoplásticos,(b) ramificada; (c) encadenamiento transversal suelto, como en un elastómero; y (d) encadenamiento transversal firme o estructura de red, como en los termofijos.

6 POLIMEROS




Los enlaces de carbono en los polímeros no son equivalentes entre sí, por eso dependiendo del orden estereoquímico de los enlaces, un polímero puede ser: atáctico (sin orden), isotáctico (mismo orden), o sindiotáctico (orden alternante) a esta conformación se la llama tacticidad. Las propiedades de un polímero pueden verse modificadas severamente dependiendo de su estereoquímica.

En el caso de que el polímero provenga de un único tipo de monómero se denomina homopolímero y si proviene de varios monómeros se llama copolímero o heteropolímero. Por ejemplo, el poliestireno es un homopolímero, pues proviene de un único tipo de monómero, el estireno, mientras que si se parte de estireno y acrilonitrilo se puede obtener un copolímero de estos dos monómeros.

En los heteropolímeros los monómeros pueden distribuirse de diferentes maneras, particularmente para polímeros naturales, los monómeros pueden repetirse de forma aleatoria, informativa (como en los polipéptidos de las proteínas o en los polinucleótidos de los ácidos nucleicos) o periódica, como en el peptidoglucano o en algunos polisacáridos.

Los monómeros que conforman la cadena de un copolímero se pueden ubicar en la cadena principal alternándose según diversos patrones, denominándose copolímero alternante, copolímero en bloque, copolímero aleatorio, copolímero de injerto. Para lograr este diseño, la reacción de polimerización y los catalizadores deben ser los adecuados.

COMPOSICION DE LOS POLIMEROS

Los polímeros fueron clasificados originalmente por Carothers en polímeros de condensación y adición, basándose en la diferencia de composición entre el polímero y los monómeros de los cuales fue sintetizado. Los polímeros de condensación eran esos polímeros que fueron formados de monómeros polifuncionales por las diversas reacciones de condensación de química orgánica con la eliminación de algunas pequeñas moléculas como el agua.

Un ejemplo de un polímero de condensación es la formación de las poliamidas de diaminas y diácidos con la eliminación de agua, de acuerdo a:

7 POLIMEROS

http://laenciclopediagalactica.info/2012/10/25/composicion-y-estructura-de-los-polimeros/reaccion-1/




Reacción 1.

Donde R y R’ son grupos aromáticos o alifáticos. La unidad en paréntesis en la fórmula de la poliamida se repite varias veces en la cadena polimérica y es denominada la unidad de repetición. La composición elemental de la unidad de repetición difiere de los dos monómeros por los elementos del agua. La poliamida sintetizada del hexametilendiamina, R = (CH2)6, y el ácido adípico, R’ = (CH2)4, es la fibra y plástico usada ampliamente, conocida comúnmente como nylon 6/6 o poli(hexametilendipamida). Otros ejemplos de polímeros de condensación son los poliésteres formados de diácidos y dioles con la eliminación de agua y el policarbonato de la reacción de un dihidróxido aromático reactivo y fosgeno con la eliminación de ácido clorhídrico.

Reacción 2.

Reacción 3.

Algunos polímeros que se presentan en forma natural como la celulosa, almidón, lana y seda, son clasificados como polímeros de condensación, dado que cada uno puede postular si síntesis desde ciertos reactivos hipotéticos por la eliminación de agua. Así, la celulosa puede ser considerada como el poliéster formado por la deshidratación de la glucosa. Carothers incluyó esos polímeros definiendo los polímeros de condensación como aquellos en los cuales la fórmula de la unidad de repetición carece de ciertos átomos que están presentes en el (los) monómero (s) del (de los) que estén formados o de los cuales se degradó. En este sentido, la celulosa es considerada un polímero de condensación, dado que su hidrólisis produce glucosa, la cual contiene la unidad de repetición de la celulosa más los elementos del agua.

8 POLIMEROS






Reacción 4.

Los polímeros de adición fueron clasificados por Carothers como aquellos formados de la adición de monómeros sin la pérdida de una pequeña molécula. A diferencia de los polímeros de condensación, la unidad de repetición de un polímero de adición tiene la misma composición que el monómero. Los mayores polímeros de adición son aquellos formados por la polimerización de monómeros conteniendo el doble enlace carbón-carbón. Esos monómeros son conocidos como monómeros de vinil (Aunque el término vinil, estrictamente hablando, se refiere al grupo CH2=CH- adjunto a algún sustituyente. También se les denomina substitutos de etilenos). Los monómeros de vinil pueden hacerse para reaccionar consigo mismos para formar polímeros por la conversión de su doble enlace en enlaces saturados, por ejemplo

Reacción 5.

Donde Y puede ser cualquier grupo sustituto tal como un hidrógeno, alquilo, arilo, nitrilo, éster, ácido, cetona, éter o halógeno. La Tabla 2 muestra muchos de los polímeros de adición comunes y los monómeros de los cuales son producidos.

Típicos polímeros de adición

El desarrollo de la ciencia de polímeros con el estudio de los nuevos procesos de polimerización y polímeros ha mostrado que la clasificación original de Carothers no era adecuada por completo y deja mucho que desear. Por ejemplo, consideremos los poliuretanos, los cuales se forman por la reacción de dioles con diisocianatos sin la eliminación de ninguna estructura pequeña

9 POLIMEROS






Reacción 6.

Utilizando la clasificación original de Carothers, se podrían clasificar como polímeros de adición, dado que el polímero tiene la misma composición estructural que la suma de los monómeros. Sin embargo, los poliuretanos tienen una estructura mucho más similar con los polímeros de condensación que con los de adición. La cadena uretano (-NH-CO-O-) tiene más en común con la de éster (-CO-O) y amida (-NH-CO-).Para evitar la obviamente incorrecta clasificación de poliuretanos así como algunos otros polímeros como polímeros de adición, han sido clasificados considerando la estructura química de los grupos presentes en las cadenas del polímero. Los polímeros de condensación han sido definidos como aquellos polímeros cuyas unidades de repetición se han unido por unidades funcionales de un tipo u otro tal como el éster, amida, uretano, sulfuro y otras cadenas. En consecuencia, la estructura de los polímeros de condensación han sido definidos por

-R-Z-R-Z-R-Z-R-Z-R-Z

Donde R es un grupo aromático o alifático y Z es una unidad funcional tal como –OCO-, -NHCO-, -S-, -OCONH-, -O-, -OCOO-, y –SO2-. Los polímeros de adición, por su parte, no contienen tal grupo funcional como parte de la cadena del polímero. Esos grupos pueden, sin embargo, estar presentes en los polímeros de adición como sustituyentes dependientes colgando de la cadena del polímero. De acuerdo a esta clasificación, los poliuretanos son clasificados en seguida y más adecuadamente como polímeros de condensación.No debe tomarse como garantía que todos los polímeros definidos como de condensación por Carothers puedan ser definidos por una consideración en la estructura de su cadena polimérica. Algunos polímeros de condensación no contienen grupos funcionales tales como éster o amida en la cadena polimérica. Un ejemplo de ello es el fenol-formaldehido producido por la reacción del fenol (O fenoles sustitutos) con formaldehido.

10 POLIMEROS





Reacción 7.

Esos polímeros no contienen un grupo funcional dentro de la cadena polimérica pero son clasificados como polímeros de condensación, puesto que el agua se separa durante el proceso de polimerización. Otro ejemplo es el poli (p-xileno), el cual es producido por el acoplamiento oxidativo (dehidrogenización) del p-xileno.

Reacción 8.

Un polímero es clasificado como un polímero de condensación si su síntesis involucra la eliminación de partículas pequeñas o, si contiene grupos funcionales como parte de la cadena polimérica, o su unidad de repetición carece de átomos que estén presentes en el (hipotético) monómero al cual puede ser degradado. Si un polímero no cumple alguno de estos requisitos, es clasificado como un polímero de adición.

4. ELASTOMEROS

Los elastómeros suelen ser normalmente polímeros termoestables pero pueden ser también termoplásticos. Las largas cadenas poliméricas enlazan durante el curado. La estructura molecular de los elastómeros puede ser imaginada como una estructura de "espaguetis con albóndigas", en dónde las albóndigas serían los enlaces. La elasticidad proviene de la habilidad de las cadenas para cambiar su posición por sí mismas y así distribuir una cierta tensión aplicada. El enlace covalente asegura que el elastómero retornará a su posición original una vez deje de aplicarse la tensión. Como resultado de esa extrema flexibilidad, los elastómeros pueden alargarse de un 5 % a un 700 %, dependiendo del material en

11 POLIMEROS






concreto. Sin los enlaces o con pocos de ellos, la tensión aplicada puede provocar una deformación permanente.

Los elastómeros que han sido enfriados llevándolos a una fase vítrea o cristalina tendrán menos movilidad en las cadenas, y consecuentemente menos elasticidad que aquellos manipulados a temperaturas superiores a la temperatura de transición vítrea del polímero.

Es también posible para un polímero exhibir elasticidad que no es debida a los enlaces covalentes, sino a razones termodinámicas.

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES ELASTÓMEROS

No se pueden derretir, antes de derretirse pasan a un estado gaseoso Se hinchan ante la presencia de ciertos solventes Generalmente insolubles Son flexibles y elásticos Menor resistencia al fenómeno de fluencia que los termoplásticos

12 POLIMEROS

http://www.ve.all.biz/img/ve/catalog/5259.jpeg

http://i.mkt.lu/cont/77684/280/240/polimeros.jpg

https://mundoplasticos.files.wordpress.com/2010/06/planchas_intro446c455bc97191.jpg

http://www.koepp.de/wSpanisch/img/bilder/Spezialelastomere.jpg

http://www.plastico.com/documenta/imagenes/101032/elastomeros-1200.jpg

http://idata.over-blog.com/2/67/76/66/elastomeros.jpg




CLASIFICACIÓN DE MATERIALES ELASTÓMEROS

Elastómeros termoestables: Son aquellos elastómeros que al calentarlos no se funden o se deforman.

Elastómeros termoplásticos: Son aquellos elastómeros que al calentarlos se funden y se deforman. Son una clase de copolimeros o mezcla física de polímeros (generalmente un plástico y un caucho) que dan lugar a materiales con las características termoplasticas y elastomericas. El entrecruzamiento en elastómeros termoplásticos se forman a partir de dipolos débiles o de enlaces por puentes de hidrógeno.

ALGUNOS MATERIALES ELASTÓMEROS

POLIISOPRENOCaracterísticas: Es muy elástica y flexible y además de ser extremadamente impermeable. El caucho bruto en estado natural es un hidrocarburo blanco o incoloro.

Nombre comercial: Caucho natural.

Propiedades: Elevado valor de fricción, propiedad de resistencia al desgaste más uniforme, sensible al ozono. A bajas temperaturas se vuelve rígido y cuando se congela en estado de extensión adquiere estructura fibrosa.

Densidad: la densidad del caucho a 0ºC es de 0,950, a 20ºC es de 0,934.

Otra información: Posee buena resistencia al amoniaco, sales orgánicas, ácidos débiles y álcalis.

POLISILOXANOCaracterísticas: Polímero inodoro e incoloro, hecho principalmente de silicio, es inerte y estable a altas temperaturas

Nombre comercial: silicona

Propiedades:Tiene una excelente resistencia al envejecimiento, no es afectada por la luz solar ni el ozono, posee poca resistencia mecánica, así como también al vapor, hidrocarburos alifáticos, aromáticos.

Densidad: 1,19 gr/cm3

13 POLIMEROS




Otra información: La temperatura para este material va de los -100ºC a los +260º.

ESTIRENO - BUTADIENOCaracterísticas: El caucho estireno butadieno más conocido como caucho SBR es un copolimero (polímero formado por la polimerización de una mezcla de dos o más monómeros) del estireno y el 1,3-butadieno. Este es el caucho sintético mas utilizado a nivel mundial.

Nombre comercial: Goma sintética

Propiedades: Moderada resiliencia,excelente resistencia a la abrasión,moderada resistencia al desgarro,excelente resistencia al impacto,excelente resistencia eléctrica.

Densidad: 0,909gr/cm3

Otra información: Es el caucho más importante en el mercado, entre sus aplicaciones mas importantes son: neumáticos para automóviles y suelas de zapatos.

EJEMPLOS Y APLICACIONES DE MATERIALES ELASTÓMEROS

Goma natural: Material usado en la fabricación de juntas, tacones y suelas de zapatos.

Poliuretanos: Los poliuretanos son usados en el sector textil para la fabricación de prendas elásticas como la lycra, también se utiliza como espumas, materiales de ruedas, etc.

Polibutadieno: Material elastómero utilizado en las ruedas o neumáticos de los vehículos dada la extraordinaria resistencia al desgaste

Neopreno: Material usado principalmente en la fabricación de trajes de buceo, también es utilizado como aislamiento de cables, correas industriales, etc.

Silicona: Material usado en una gama amplia de materiales y áreas dado a sus excelentes propiedades de resistencia termina y química las siliconas se utilizan en la fabricación de chupetes, prótesis medicas, lubricantes, moldes, etc.

5. TERMOPLASTICOS

14 POLIMEROS




Un termoplástico es un plástico que, a temperaturas relativamente altas, se vuelve deformable o flexible, se derrite cuando se calienta y se endurece en un estado de transición vítrea cuando se enfría lo suficiente. La mayor parte de los termoplásticos son polímeros de alto peso molecular, los cuales poseen cadenas asociadas por medio de fuerzas de Van der Waals débiles (polietileno); fuertes interacciones dipolo-dipolo y enlace de hidrógeno, o incluso anillos aromáticos apilados (poliestireno). Los polímeros termoplásticos difieren de los polímeros termoestables o termofijos en que después de calentarse y moldearse pueden recalentarse y formar otros objetos.

5.1. CARACTERÍSTICAS

Se diferencian de los termoestables o termofijos (baquelita, goma vulcanizada) en que éstos últimos no funden al elevarlos a altas temperaturas, sino que se queman, siendo imposible volver a moldearlos.

Muchos de los termoplásticos conocidos pueden ser resultado de la suma de varios polímeros, como es el caso del vinilo, que es una mezcla de polietileno y polipropileno.

Cuando se enfrían, partiendo del estado líquido y dependiendo de la temperaturas a la cual se expongan durante el proceso de solidificación (aumento o disminución), podrán formarse estructuras sólidas cristalinas o no cristalinas.

En función del grado de las fuerzas intermoleculares que se producen entre las cadenas poliméricas, estas pueden adoptar dos tipos diferentes de estructuras, estructuras amorfas o estructuras cristalinas, siendo posible la existencia de ambas estructuras en un mismo material termoplástico.

Estructura amorfa - Las cadenas poliméricas adquieren una estructura liada, semejante a de la un ovillo de hilos desordenados, dicha estructura amorfa es la responsable directa de las propiedades elásticas de los materiales termoplástico.

Estructura cristalina - Las cadenas poliméricas adquieren una estructura ordenada y compacta, se pueden distinguir principalmente estructuras con forma lamelar y con forma micelar. Dicha estructura cristalina es la responsable directa de las propiedades mecánicas de resistencia frentes a esfuerzos o cargas así como la resistencia a las temperaturas de los materiales termoplástico.

15 POLIMEROS




Si el material termoplástico dispone de una alta concentración de polímeros con estructuras amorfas, dicho material tendrá una pobre resistencia frente a cargas pero una excelente elasticidad, si por el contrario el material termoplástico dispone de una alta concentración de polímeros con una estructura cristalina, el material será muy resistente y fuerte incluso superior a los materiales termoestables, pero con poca elasticidad aportándole la característica de fragilidad en dichos materiales.

5.2.PROPIEDADES DE LOS TERMOPLÁSTICOS.

Comportamiento Elástico. En los polímeros termoplásticos la deformación elástica es el resultado de dos mecanismos. Un esfuerzo aplicado hace que se estiren y distorsionen los enlaces covalentes de las cadenas, permitiendo que estas se alarguen elásticamente. Al eliminar el esfuerzo se recuperan de esta distorsión prácticamente de manera instantánea.

Comportamiento Plástico. Los polímeros termoplásticos se deforman plásticamente cuando se excede al esfuerzo de cadencia. Sin embargo la deformación plástica no es una consecuencia de movimiento de dislocación. En lugar de eso las cadenas se estiran, se deslizan bajo la carga, causando una deformación permanente.

Viscoelasticidad.La capacidad de un esfuerzo para provocar el deslizamiento de cadenas y la deformación plástica esta relacionada con el tiempo y la rapidez de deformación. Si el esfuerzo se aplica lentamente, las cadenas se deslizan fácilmente una al lado de otra; si se aplica con rapidez, no ocurre deslizamiento y el polímero se comporta de manera frágil.

Impacto. El comportamiento viscoelástico también ayuda a comprender las propiedades al impacto de los polímeros. A muy altas velocidades de deformación, como en una prueba

16 POLIMEROS




de impacto, no hay tiempo suficiente para que las cadenas se deslicen causando deformación plástica. En estas circunstancias, los termoplásticos se comportan de manera frágil y tienen valores pobres al impacto. A bajas temperaturas en un ensayo al impacto se observa el comportamiento frágil en tanto que a temperaturas más elevadas donde las cadenas se mueven con mayor facilidad, se observa un comportamiento más dúctil.

Corrosión. El ataque por una diversidad de insectos y microbios es una forma de corrosión en los polímeros. El polietileno, el propileno y el poliestireno son resistentes a este tipo de corrosión.

Propiedades eléctricas. Los polímeros termoplásticos son materiales aislantes pero algunos polímeros termoplásticos complejos como el acetal poseen una conductividad térmica útil.

5.3. EJEMPLOS DE TERMOPLÁSTICOS.

LOS POLIETILENOS DE ALTA DENSIDAD se hacen de tal forma que las cadenas de polímero son rectas, lo que permite que están apiñadas, produciendo un material de alta densidad. Al estar las cadenas muy juntas las fuerzas de atracción entre ellas son muy grandes y tienen menos libertad para moverse. El resultado es un plástico bastante rígido, fuerte y resistente. Se ablanda a una temperatura bastante alta (120–130ºC) y es resistente al ataque químico. Aplicaciones: Cajas, juguetes, tuberías, botellas…

LOS POLIETILENOS DE BAJA DENSIDAD se fabrican mediante un proceso que produce en las cadenas del polímero bifurcaciones laterales. Estas bifurcaciones impiden que las cadenas se apiñen, y como consecuencia la atracción entre ellas es más débil. El

17 POLIMEROS




plástico es más blando y más flexible que el polietileno de alta densidad. Hace falta menos energía para separar las cadenas, lo que se traduce en que se ablanda a una temperatura inferior (85ºC). Este polímero puede ser transparente u opaco y es muy buen aislante. Es el plástico que probablemente más “consumimos” nosotros.

Aplicaciones: Bolsas, sacos de dormir, invernaderos…

POLIPROPILENO. Pertenece a la misma familia de plásticos que los polietilenos. Sin embargo es más resistente y más rígido que el polietileno de alta densidad. También presenta mayor resistencia al calor, ablandándose aproximadamente a 150ºC.Otra de sus características más valiosa es su capacidad de ser doblado miles de veces sin romperse.

Aplicaciones: Entre otros productos se fabrican con polipropileno los cubiertos

desechables, los cascos de seguridad, sillas apilables, etc.

PVC. Se presenta en forma rígida o flexible. El PVC rígido es muy duradero y se usa para hacer canalones y tuberías. El PVC flexible se consigue añadiendo un producto plastificante al PVC. El producto plastificante tiene moléculas pequeñas que separan las cadenas de polímero haciendo que se atraigan con menos fuerza. Como consecuencia de esta menos atracción el polímero se vuelve más blando y flexible.

ACRÍLICOS. Probablemente el acrílico más conocido es el metacrilato también conocido como plexiglás. El metacrilato puede tener una transparencia parecida a la del cristal o ser opaco. Las dos formas se pueden teñir con pigmentos de color. Sin embargo se puede agrietar y se raya con facilidad. Se le puede dar forma, doblar y torcer cuando se calienta a temperaturas entre 165 y 175ºC.

6. TERMOFIJOS

Los polímeros termofijos (TS) se distinguen por su estructura tridimensional de alto encadenamiento transversal. En efecto, la parte formada (por ejemplo, el mango de una olla o la cubierta de un interruptor) se convierte en una gran macromolécula. Los termofijos san siempre amorfos y no exhiben temperatura de transición vítrea. En esta sección examinaremos las características generales de los plásticos TS e identificamos los materiales más importantes en ésta categoría.

6.1.PROPIEDADES GENERALES Y CARACTERÍSTICAS

Debido a Ias diferencias en la composición química y estructura molecular, las propiedades de los plásticos termofijos son diferentes de los termoplásticos. En general,

18 POLIMEROS




los termofijos son I) más rígidos, con módulos de elasticidad dos o tres veces más grandes; 2) frágiles, prácticamente no poseen ductilidad; 3) menos solubles en los solventes comunes; 4) capaces de funcionar a temperaturas más altas; y 5) no pueden ser refundidos, en lugar de esto se degradan o se queman. Las diferencias en las propiedades de los plásticos termofijos se atribuyen a las cadenas transversales que forman enlaces envalentes tridimensionales térmicamente estables. El encadenamiento transversal se logra en tres formas :

I) Sistemas activados por temperatura. En los sistemas más comunes, los cambios son causados por fuentes de calor durante las operaciones de conformado de la pieza (por ejemplo, moldeado). La materia prima es un polímero lineal en forma granular suministrado por la planta química. El material se somete al calentamiento para ablandarlo y moldearlo, una mayor exposición al calor causa el encadenamiento transversal del polímero. el término termofraguado se aplica apropiadamente a estos polímeros.

2) Sistemas activados catalíticamente. El encadenamiento transversal en estos sistemas ocurre cuando se añaden en forma líquida pequeñas cantidades de un catalizador al polímero. Sin el catalizador el polímero permanece estable, pero una vez combinado con el catalizador, cambia a la forma sólida.

3) Sistemas activados por mezcla. La mayoría de las resinas epóxicas son ejemplos de estos sistemas. El mezclado de dos sustancias químicas genera una reacción que forma un polímero sólido con cadenas transversales. Las temperaturas elevadas se usan algunas veces para acelerar las reacciones.

Las reacciones químicas asociadas con el encadenamiento transversal se llaman curado o fraguado. El curado se ejecuta en la planta de fabricación donde se hacen las partes, y no en la planta química que surte la materia prima al fabricante.

6.2. POLÍMEROS TERMOFIJOS IMPORTANTES

Los plásticos termofijos no se usan tan ampliamente como los termoplásticos, quizá por las complicaciones adicionales relacionadas con el proceso de curación de los polímeros. Los termofijos con mayor volumen de uso son las resinas fenólicas, cuyo volumen anual es cerca del 6% del total tic plásticos en el mercado, cantidad significativamente menor al de los principales termoplásticos como el polietileno. que tiene alrededor del 35% del mercado.

AMINORRESINAS

19 POLIMEROS




Los aminoplásticos se caracterizan por el grupo amino (NH2); consisten en dos polímeros termofijos, urea formaldehído y melamina formaldehído que se producen mediante la reacción del formaldehído (CH2O) ya sea con urea [CO(NH2)2) o melamina (C3H6N6,), respectivamente. La importancia comercial de las aminorresinas está en segundo lugar con respecto a otra resina de formaldehído, el fenol formaldehído que analizaremos después. La resina urea formaldehído compile con los fenoles, particularmente en ciertas aplicaciones como maderas enchapadas y adhesivos para aglomerados. Estas resinas se usan también como compuesto moldeable. Es ligeramente más costosa que el material fenólico. El plástico melamina formaldehído es un material resistente al agua y con gran importancia en el manejo de vajillas de mesa y recubrimientos laminados para mesas y puertas (como la Fórmica, una marca registrada de Cyanamid Co). Cuando se usan para productos moldeados, los aminoplásticos contienen generalmente proporciones significativas de relleno como la celulosa.

EPÓXICOS

Las resinas epóxicas se basan en un grupo químico llamado epóxicos. La formulación más simple de los epóxicos es el óxido de etileno (C2H3O), la epiclorhidrina (C3H5OCI) es un epóxico mucho más utilizado para producir resinas epóxicas. Los epóxicos no curados tienen un bajo grado de polimerización. Se necesita usar un agente de curado para incrementar el peso molecular y encadenar transversalmente al epóxico. Los posibles agentes de curado incluyen a las poliamidas y a los anhídridos ácidos. Los epóxicos curados son notables por su resistencia, adhesión, resistencia al calor y a los agentes químicos. Sus aplicaciones incluyen recubrimientos superficiales, pisos industriales, compuestos reforzados con fibra de vidrio y adhesivos. Las propiedades aislantes de los epóxicos termofijos los hacen útiles en varias aplicaciones electrónicas como el encapsulado de transistores y en la laminación de tarjetas para circuitos impresos.

FENOLICOS

20 POLIMEROS




Los polímeros fenólicos (C6H5OH) son compuestos acídicos que pueden reaccionar con aldehídos (alcoholes deshidrogenados), siendo el formaldehído (CH2O) el más reactivo. El fenol formaldehído es el más importante de los polímeros fenólicos; se comercializó a principios del siglo XX bajo la marca registrada Bakelita. Cuando se utiliza como material de moldeado se combina con rellenos como aserrín, fibras de celulosa y minerales. Es frágil y posee buena estabilidad térmica, química y dimensional. Su capacidad de aceptar colorantes es limitada y se encuentra disponible solamente en colores obscuros. Los productos moldeados-constituyen solamente un 10% del total de los fenólicos usados. Otras aplicaciones incluyen adhesivos para maderas contra chapadas, tarjetas para circuitos impresos, contratapas y adhesivos pira-bátalas y piedras abrasivas.

7. ADITIVOS Y RELLENOS

La degradación o envejecimiento se reduce adicionando al material cargas que absorban los rayos UVA y que reciben el nombre de estabilizantes.Estas sustancias forman parte de los llamados aditivos, que son sustancias ajenas a la formulación química del polímero y que se añaden para mejorar algunas propiedades, como se ha señalado anteriormente. Entre los aditivos más extendidos destacan:

Cargas y refuerzos como fibras, esferas... orgánicas o inorgánicas que aumentan propiedades mecánicas resistentes, acabado superficial y abaratan costes.

Colorantes y pigmentos se emplean para dar color y opacidad. Tiñen las piezas o semiacabados transparentes con el 0,5-2% que no alteran el cuadro general de propiedades.Estabilizantes que impiden el deterioro del polímero provocado por el medio ambiente y la luz UVA.Agentes antiestáticos pues al ser aislantes eléctricos generan electricidad estática. Estos atraen la humedad del aire hacia la superficie del polímero, reduciendo la posibilidad de chispa o descarga.Lubricantes como cera o estearato de calcio, que reducen la viscosidad del polímero y mejoran las características de conformabilidad.Plastificantes de moléculas de bajo peso molecular que reducen la Tg y mejoran las ¡propiedades y características de conformabilidad del polímero.Agentes espumantes. Algunos polímeros como el poliestireno pueden ser expandidos en forma de espumas con huecos. El plástico se produce en

21 POLIMEROS




forma de pequeñas gotas sólidas que contienen el agente expansor o insuflador. Cuando las gotas se calientan, el polímero se vuelve plástico, el agente se descompone para formar gas dentro de la gota y las paredes de esta se expanden. Dentro del molde se pegan entre si y conforman excelentes materiales aislantes con una densidad excepcionalmente baja.Rellenos. Son muy variados. Se usan para diversos fines. El más conocido es el negro de humo que se añade al caucho para mejorar la resistencia y el desgaste de neumáticos. Otros como los extensores permiten que se introduzca una gran cantidad de volumen de polímero con poca resina como la sílice, arcilla y carbonato de calcio.Refuerzos. La resistencia y rigidez de los polímeros se mejora introduciendo fibras de vidrio, polímero o grafito. Estos presentan unas propiedades excepcionales respecto al polímero que refuerzan.

Aditivos y rellenos: Son los materiales que se incluyen en la formulación de los polímeros para modificar y mejorar sus propiedades físicas, mecánicas y de proceso.La mayor parte de los polímeros contienen aditivos, que les proporcionan características especiales.

Los aditivos en los polímeros son sustancias que se añaden a estos para mejorar sus propiedades. Dichas propiedades pueden variar de manera considerable al incorporar los aditivos. Así por ejemplo, objetos tan diversos como puede ser un neumático, el látex utilizado en los tapizados, o diferentes gomas, se encuentran preparados partiendo de un solo material, el caucho de origen natural, pudiendo ser también sintético; precisamente los aditivos son los que conceden al caucho propiedades concretas y necesarias para cada una de las utilizaciones a las que va a ir encaminado el producto final.

Los aditivos pueden llegar a constituir en torno al 50% del peso total del producto cuando éste ha llegado a su estado final de producción, otorgando funciones específicas. Por ejemplo, en los plastificantes ( disolventes de tipo orgánico que no son volátiles y aceites), los aditivos se hacen necesarios para otorgarles flexibilidad a los polímeros, preparándolos así para cada una de las diferentes aplicaciones a las que van destinados. Para los lubricantes (que suelen ser ceras y ácidos orgánicos), se hace más fácil su procesado consiguiendo que no se adhiera a las superficies de metal. Los estabilizantes térmicos, poseen la misión de proteger los materiales poliméricos de las altas temperaturas; son sales de diferentes elementos de tipo metálicos, o aceites de origen natural insaturadas.

Otros tipos de aditivos dan protección a los materiales ante posibles procesos oxidativos (antioxidantes) o haciendo que no pueda acumularse carga eléctrica en ellos (electrostática), en este caso se les conoce como agentes antiestáticos.

22 POLIMEROS




En procesos de producción de objetos de plástico, para conseguir que el producto final sea más fuerte y posea una mayor resistencia, al polímero principal se le mezcla con otro tipo de polímeros que posean más consistencia, aunque en ocasiones también se usan materiales de relleno como puede ser el talco o el carbonato de calcio. Son numerosos los aditivos que son agentes ignífugos, los cuales tienen la misión de hacer que se retarde la combustión para estos materiales.

Para fabricar las espumas plásticas, a menudo se difunden gases en el polímero que debe estar fundido, pero también se incorporan productos químicos que se descomponen en condiciones de polimerización para llegar a dar lugar a un gas de tipo inerte como puede ser el dióxido de carbono o el nitrógeno, los cuales quedarán encapsulados en la masa del polímero. Los agentes de fotodegradación dan lugar a compuestos químicos con gran reactividad, a través de la acción de la luz de tipo ultravioleta que fragmentan el polímero a nivel molecular, haciendo que este pase a ser biodegradable. En última instancia, también es frecuente el uso de colorantes, por lo general se trata de compuestos orgánicos altamente complejos, así como también algunos tipos de pigmentos de tipo inorgánico

7.1. RELLENADORES

Los rellenadores (rellenos) son materiales solidos que se anaden a un polímero generalmente en forma fibrosa o de particula para alterar sus propiedades mecanicas, o simplemente para reducir el costo del material. Los rellenadores tambien se usan para mejorar la estabilidad dimensional y termica de los polimeros. Algunos rellenadores que se utilizan para los polímeros son las fibras y polvos celulosicos (por ejemplo, fibras de algodon y aserrin, respectivamente); polvos de silice (SiOi), carbonato de calcio (CaC03) y arcilla (silicato hidratado de aluminio); fibras de vidrio, metal, carbono, asbesto u otros polimeros. Los rellenadores que mejoran las propiedades mecanicas se llaman agentes reforzadores, y nos referimos a los compuestos asi creados como plásticos reforzados', estos compuestos tienen una rigidez, resistencia, dureza y tenacidad mas altas que los polimeros originales. Las fibras son los agentes que proporcionan el mayor efecto reforzante.

7.2. PLASTIFICANTES

Los plastificantes son productos quimicos que se anaden a un polimero para hacerlo mas suave y flexible, mejorando sus caracteristicas de fluidez durante su conformacion. Los plastificantes reducen la temperatura de transicion vitrea por debajo de la temperatura ambiente. Si bien el polimero es duro y quebradizo (o fragil) por debajo de Tg, por encima de esta temperatura es suave y tenaz. La adicion de plastificante al cloruro de polivinilo

23 POLIMEROS




(PVC) es un buen ejemplo; el PVC puede adoptar propiedades que van desde rigido y fragil, hasta flexible y de consistencia ahulada, dependiendo de la proporcion de plastificante en la mezcla.

7.3COLORANTES

Una ventaja de muchos polimeros sobre los metales o los ceramicos es que el material en si puede obtenerse en casi cualquier color. Esto elimina la necesidad de operaciones secundarias de recubrimiento. Los colorantes para polimeros son de dos tipos, 1) pigmentos y 2) tintes. Los pigmentos son materiales insolubles finamente pulverizados que se distribuyen uniformemente en la masa del polimero en bajas concentraciones, en general menos del 1%. Añaden opacidad y color al plastico. Los tintes son sustancias quimicas surtidas en forma liquida y generalmente son solubles en el polimero. Se usan normalmente para colorear plasticos transparentes como el estireno y los acrilicos.

Otros aditivos Los lubricantes se anaden algunas veces a los polimeros para reducir la { friccion y promover la fluidez en las interfases del molde. Son tambien convenientes en el moldeo por inyeccion para desprender del molde la parte conformada. Los agentes antiadherentes se rocian en la superficie del molde y frecuentemente se usan para el mismo proposito.

8. PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS DE LOS POLIMEROS

Las propiedades físicas y químicas de los polímeros son:

8.1. PROPIEDADES FISICAS

Estudios de difracción de rayos X sobre muestras de polietileno comercial, muestran que este material, constituido por moléculas que pueden contener desde 1.000 hasta 150.000 grupos CH2 – CH2 presentan regiones con un cierto ordenamiento cristalino, y otras donde se evidencia un carácter amorfo: a éstas últimas se les considera defectos del cristal. En este caso las fuerzas responsables del ordenamiento cuasicristalino, son las llamadas fuerzas de van der Waals. En otros casos (nylon 66) la responsabilidad del ordenamiento recae en los enlaces de H.

La temperatura tiene mucha importancia en relación al comportamiento de los polímeros. A temperaturas más bajas los polímeros se vuelven más duros y con ciertas características vítreas, debido a la pérdida de movimiento relativo entre las cadenas que forman el material. La temperatura a la que funden las zonas cristalinas se llama

24 POLIMEROS




temperatura de fusión (Tf). Otra temperatura importante es la de descomposición y es conveniente que sea bastante superior a Tf.

a) Termoestables: son polímeros que no se pueden fundir a través de un proceso de calentamiento simple, puesto que su masa es tan dura que necesita temperaturas muy elevadas para sufrir algún tipo de destrucción.

b) Elastómeros: son polímeros que aunque pueden ser deformados, una vez que desaparece el agente que causó la pérdida de su forma pueden retornar a ella. tienen la propiedad de recuperar su forma al ser sometidos a una deformación de ella. Ej. Caucho vulcanizado.

c) Termoplásticos: este es un tipo de polímeros que tienen facilidad para ser fundidos, y por lo tanto pueden ser moldeados. Si tienen una estructura regular y organizada, pertenecen a la subdivisión de los cristalinos, pero si su estructura es desorganizada e irregular, se consideran amorfos.

d) Resinas = Son polímeros termoestables que sufren una transformación química cuando se funden, convirtiéndose en un sólido que al volverse a fundir, se descompone. Ej. PVC, Baquelita y Plexiglas.

e) Fibras = Tienen la forma de hilos. Se producen cuando el polímero fundido se hace pasar a través de unos orificios de tamaño pequeño de una matriz adecuada y se le aplica un estiramiento.

8.2. PROPIEDADES ELÉCTRICAS

Los polímeros industriales en general suelen ser malos conductores eléctricos, por lo que se emplean masivamente en la industria eléctrica y electrónica como materiales aislantes. Las baquelitas (resinas fenólicas) sustituyeron con ventaja a las porcelanas y el vidrio en el aparellaje de baja tensión hace ya muchos años; termoplásticos como el PVC y los PE, entre otros, se utilizan en la fabricación de cables eléctricos, llegando en la actualidad a tensiones de aplicación superiores a los 20 KV, y casi todas las carcasas de los equipos electrónicos se construyen en termoplásticos de magníficas propiedades mecánicas, además de eléctricas y de gran duración y resistencia al medio ambiente, como son, por ejemplo, las resinas ABS.

Para evitar cargas estáticas en aplicaciones que lo requieran, se ha generalizado el uso de antiestáticos que permite en la superficie del polímero una conducción parcial de cargas eléctricas.Evidentemente la principal desventaja de los materiales plásticos en estas aplicaciones está en relación a la pérdida de características mecánicas y geométricas con

25 POLIMEROS

http://www.monografias.com/trabajos10/macroecon/macroecon.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTRO

http://www.monografias.com/trabajos28/propiedad-intelectual-comentarios-tendencias-recientes/propiedad-intelectual-comentarios-tendencias-recientes.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCE




la temperatura. Sin embargo, ya se dispone de materiales que resisten sin problemas temperaturas relativamente elevadas (superiores a los 200 °C).

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 microestructura cristalina o amorfa del material, que afecta mucho más a las propiedades mecánicas. Su estudio se acomete mediante ensayos de comportamiento en campos eléctricos de distinta intensidad y frecuencia. Seguidamente se analizan las características eléctricas de estos materiales.

8.3.LAS PROPIEDADES MECÁNICAS

Son una consecuencia directa de su composición, así como de la estructura molecular, tanto a nivel molecular como supermolecular. Actualmente las propiedades mecánicas de interés son las de los materiales polímeros y éstas han de ser mejoradas mediante la modificación de la composición o morfología: por ejemplo, cambiar la temperatura a la que los polímeros se ablandan y recuperan el estado de sólido elástico o también el grado global del orden tridimensional. Normalmente el incentivo de estudios sobre las propiedades mecánicas es generalmente debido a la necesidad de correlacionar la respuesta de diferentes materiales bajo un rango de condiciones con objeto de predecir el comportamiento de estos polímeros en aplicaciones prácticas.

Durante mucho tiempo los ensayos han sido realizados para comprender el comportamiento mecánico de los materiales plásticos a través de la deformación de la red de polímeros reticulados y cadenas moleculares enredadas, pero los esfuerzos para describir la deformación de otros polímeros sólidos en términos de procesos operando a escala molecular son más recientes. Por lo tanto, se considerarán los diferentes tipos de respuesta mostrados por los polímeros sólidos a diferentes niveles de tensión aplicados; elasticidad, viscoelasticidad, flujo plástico y fractura.

9.CONCLUSION

Es muy importante el conocimiento d las propiedades físicas de los polímeros y que sus divisiones en elastómeros ,termoplásticos,termofijos tienen diferentes aplicaciones.

Se aplican a variedad de usos y materiales de la vida cotidiana.

10.BIBLIOGRAFIA

26 POLIMEROS




Aditivos de polímeros | La Guía de

Químicahttp://quimica.laguia2000.com/compuestos-quimicos/aditivos-de-

polimeros#ixzz3asTpwyva

http://www.resistenciaselectricaspresis.com/?

vc=1&ver=1&idconte=1830&[email protected]

http://www.losadhesivos.com/elastomero.htm

http://www.monografias.com/trabajos93/sobre-los-polimeros/sobre-los-

polimeros.shtml#ixzz3asVL5GeD

27 POLIMEROS

http://www.resistenciaselectricaspresis.com/?vc=1&ver=1&idconte=1830&[email protected]

http://www.resistenciaselectricaspresis.com/?vc=1&ver=1&idconte=1830&[email protected]

informe polimeros

Documents

Transcript of informe polimeros