13.- polimeros

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POLMEROS

1 DefinicinLa palabra polmeros tambin se origina en el griego poli que significa muchas y meros significa partes. As, un material polimrico consiste de varias partes unidas para formar un entero. Cada parte o unidad es llamada un monmero.

Los monmeros y la repeticin de sus unidades moleculares son diferentes, debido al proceso de polimerizacin

La funcionalidad (numero de locales donde una molcula monomrica puede ligarse a otras molculas monomricas) determina el tipo y largo de la cadena polimrica.

El peso molecular de un polmero es el grado de polimerizacin (nmero de veces que ocurre la repeticin de una unidad), multiplicado por el peso molecular de la unidad repetida.

El peso molecular promedio y la distribucin estadstica son muy importantes en el comportamiento resultante del polmero; o sea, aumentando el peso molecular promedio se obtiene:

- Aumento de la resistencia textil;- Aumento en la elongacin; - Aumento en la resistencia al impacto; - Aumento en la resistencia al agrietamiento;

- Aumento en la resistencia al calor; - Reduccin de la capacidad de escurrimiento; - Reduccin en la procesabilidad.

Similarmente, estrechando la distribucin molecular, se obtiene:

- Aumento en la resistencia al impacto; - Reduccin en el comportamiento al escurrimiento; - Reduccin en la procesabilidad.

Fcilmente se observa que las opciones son ilimitadas, hecho que explica porque se fabrican aproximadamente 50.000 tipos de polmeros alrededor del mundo.

2 Estructuras polimericasLa principal caracteristica es su gran tamao ( en consecuencia, su gran peso molecular) comparado con el de los hidrocarburos normales.

Se trata pues de macromoleculas constituidas por largas cadenas de entidades estructurales mas pequeas (monomeros) que se repiten un gran numero de veces.

Como ejemplo el caso del etileno, primer hidrocarburo insaturado de la serie de los alquenos, cuya formula es C2H4. A temperatura y presion ambientales el etileno es un gas, pero en condiciones apropiadas de temperatura y presion se transforma en polietileno ( PE), material polimerico solido, constituyente de las bolsitas plsticas comunes:

Tipos de Polietileno

Si en la estructura del PE se reemplaza todos los atomos de H por atomos de F, obtenemos el politetrafluoroetileno ( PTFE), que es el famoso tefln.

Si en la estructura del PE reemplazamos uno de cada 4H por Cl, obtenemos el tambien conocido cloruro de polivinilo ( polivinil cloruro o PVC), constituyente de las tuberas de agua y desague en las instalaciones sanitarias de nuestras modernas construcciones.

Si sustituimos los atomos de Cl del PVC por radicales metilo ( CH3) se genera el polipropileno (PP) constituyente de las botellas esterizables.

Un polmero se denomina homopolmero si todas las unidades monomericas de la cadena son del mismo tipo. Sin embargo, nada impide que puedan disearse cadenas polimricas de dos o ms unidades monomericas, en cuyo caso el polmero se denomina copolimero.

Las unidades monomericas pueden ser bifuncionales si tienen capacidad de enlazarse a otras dos unidades para formar estructuras moleculares bidimensionales y trifuncionales si pueden enlazarse a tres unidades para formar estructuras tridimensionales.

Estructura molecular Las caracteristicas fisicas dependen no solo del peso molecular y la forma, sino tambien de la estructura de las cadenas moleculares.

Polimeros lineales Unidades monomericas forman largas cadenas sencillas y flexibles, que se comportan como una mas de fideos.

Polmeros ramificadosCadena principal est conectada lateralmente con otras cadenas secundarias. Las ramas, que forman parte de la cadena molecular principal, son el resultado de las reacciones locales que ocurren durante la sntesis del polmero. La eficacia del empaquetamiento de la cadena se reduce con las ramificaciones y, por tanto, tambin disminuye la densidad del polmero.

Polmeros entrecruzadosCadenas lineales adyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlaces covalentes. El entrecruzamiento se realiza durante la sntesis o por reacciones qumicas irreversibles que normalmente ocurren a elevada temperatura. A menudo el entrecruzamiento va acompaado por la adicin mediante enlace covalente de tomos o molculas a las cadenas.

Polmeros reticulados Las unidades monomricas trifuncionales, que tienen tres enlaces covalentes activos, forman redes tridimensionales en lugar de las cadenas lineales generadas por las unidades monomricas bifuncionales. Los polmeros compuestos por unidades trifuncionales se denominan polmeros reticulados. Un polmero entrecruzado, prcticamente, se puede clasificar como polmero reticulado. Estos materiales tienen propiedades mecnicas y trmicas especficas.

Conviene recordar que algunos polmeros no pertenecen a un solo grupo. Por ejemplo, un polmero predominantemente lineal puede tener algn nmero limitado de ramas y de entrecruzamiento o de reticulacin bidimensional

A continuacin se encuentra una tabla con los nombres y las estructuras de las molculas de algunos de los principales polmetros sintticos.

Polietileno ( PE) Polipropileno ( PP)

Poliuretano Cloruro de polivinilo Poli(cloruro de vinilo) (PVC)

Poliestireno (PS)

Poliacrilato de metilo

Polimetacrilato de metilo (PMMA)

Poli(4,4-isopropilidendifenol Carbonato (lexan)

Polioximetileno

Nylon

Poli(sulfuro de fenileno)

3 Tipos de Polmeros Ms ComunesPOLMEROS TERMOPLSTICOS Los termoplsticos son polmeros de cadenas largas que cuando se calientan se reblandecen y pueden moldearse a presin. Representan el 78-80% de consumo total. Los principales son:

Polietileno ste es el termoplstico ms usado en nuestra sociedad. Los productos hechos de polietileno van desde materiales de construccin y aislantes elctricos hasta material de empaque.

Polipropileno El polipropileno es un material econmico que ofrece una combinacin de propiedades fsicas, qumicas, mecnicas y elctricas que no es posible encontrar en otro termoplstico.

Debido a su amplio rango de ventajas el polipropileno tiene muchas aplicaciones, entre ellas: Tanques y depsitos para qumicos, mobiliario de laboratorio, placas de presin para filtros, componentes para bombas, prtesis, apoyos, artculos para limpieza, etc.

Cloruro de polivinilo (PVC) Existen dos tipos de cloruro de polivinilo, el flexible y el rgido.. Las resinas de PVC casi nunca se usan solas, sino que se mezclan con diferentes aditivos.

El PVC flexible se destina para hacer manteles, cortinas para bao, muebles, alambres y cables elctricos; El PVC rgido se usa en la fabricacin de tuberas para riego, juntas, techado y botellas.

Poli estireno (PS) El poli estireno(PS) es el tercer termoplstico de mayor uso debido a sus propiedades y a la facilidad de su fabricacin.

El poliestireno(PS) - polimerizacin del estireno. Existen cuatro tipos principales: - PS cristal, que es transparente, rgido y quebradizo; el poliestireno de alto impacto, resistente y opaco, el poliestireno expandido, muy ligero, y el poliestireno extrusionado, similar al expandido pero ms denso e impermeable.

Las aplicaciones principales del PS choque y el PS cristal son la fabricacin de envases y de objetos diversos.

Las formas expandida y extruida se emplean principalmente como aislantes trmicos en construccin

RESINAS TERMOFIJAS

Estos materiales se caracterizan por tener cadenas polimricas entrecruzadas, formando una resina con una estructura tridimensional que no se funde.

Los polmeros termo fijo pueden reforzarse para aumentar su calidad, dureza y resistencia a la corrosin. El material de refuerzo ms usado es la fibra de vidrio(la proporcin varan entre 20-30%) El 90% de las resinas reforzadas son de polister.

Poliuretanos Los poliuretanos pueden ser de dos tipos, flexibles o rgidos. Usos espumas, aislantes, elastmeros, adhesivos selladores de alto rendimiento, pinturas, fibras textiles, sellantes, embalajes, juntas, en la industria de la construccin.

Urea, resinas y melaninaLa urea se produce con amonaco y bixido de carbono; La melanina est constituida por tres molculas de urea.

Se usan principalmente como adhesivos para hacer madera aglomerada, gabinetes para radio y botones. Las resinas melaninaformaldehdo se emplean en la fabricacin de vajillas y productos laminados que sirven para cubrir muebles de cocina, mesas y escritorios.

Resinas fenlicas La reaccin entre el fenol y el formaldehdo tiene como resultado las resinas fenlicas o fenoplast. Existen dos tipos de resinas fenlicas, el resol y el novolac.

Se usan para producir controles, manijas, aparatos, pegamentos, adhesivos, material aislante. , Laminados para edificios, muebles, tableros y partes de automviles. Estas resinas son las ms baratas y las ms fciles de moldear.

Pueden reforzarse con aserrn de madera, aceites y fibra de vidrio. Las tuberas de fibra de vidrio con resinas fenlicas pueden operar a 150'C y presiones de 10 kg/cm.

Resinas epxicasCasi todas las resinas epxicas comerciales se hacen a partir del bisfenol A (obtenido a partir del fenol y la acetona), y la epiclorhidrina (producida a partir del alcohol arlico. Se usan principalmente en recubrimientos de latas, tambores, superficies de acabado de aparatos y como adhesivo.

Resinas polister Estas resinas se hacen principalmente a partir de los anhdridos malfico y ftlico con propilenglicol y uniones cruzadas con estireno. E uso de estas resinas con refuerzo de fibra de vidrio ha reemplazado a materiales como los termoplsticos de alta resistencia, madera, acero al carbn, vidrio y acrlico, lmina, cemento, yeso, etc.

Las industrias que ms la utilizan son la automotrices, marina y la construccin. Las resinas de polister saturado se usan en las lacas para barcos, en pinturas para aviones y en las suelas de zapatos.

4 Clasificacion de polimeros

Por su origenNaturales y artificiales. Entre los naturales se hallan sustancias muy comunes de las que suele ignorarse su naturaleza polimrica: Los hidratos de carbono o polisacridos, como el almidn o la celulosa; la lana, la seda y otras protenas, y otras sustancias tales como el caucho, derivadas de pequeas molculas de hidrocarburos.

Con el desarrollo de la tecnologa y la industria qumica: hombre imitar a la naturaleza - incluso la mejora, sintetizando nuevos polmeros artificiales inexistentes en ella, normalmente a partir de derivados del petrleo.

El primero polmero artificial ,1909, la baquelita, aunque con anterioridad se haban obtenido algunos, como el celuloide, mediante la modificacin de polmeros naturales, celulosa en este caso. En la actualidad materiales polimricosimportante rama de la industria qumica presentes en nuestra vida cotidiana.

Algunos polmeros usuales y frecuentes: el polietileno y el polipropileno: bolsas de plstico; el poliestireno, o corcho blanco, para embalajes; el PVC, o policloruro de vinilo, para envases y tuberas; el PET (polietilentereftalato), tambin para envases; el tefln, como aislante; las poliamidas (nailon) y los polisteres (tergal), como fibras sintticas; el metacrilato, como sustitutivo del vidrio; el caucho sinttico, para neumticos... Tambin existen polmeros artificiales de naturaleza inorgnica, como las siliconas, donde el carbono ha sido sustituido por tomos de silicio encadenados con tomos de oxgeno.

Como es fcil apreciar, la vida actual no sera imaginable sin los materiales polimricos. Grave problema: resistencia a la degradacin una vez usados, lo que dificulta su eliminacin e incluso su reciclado. Aunque actualmente se est intentando sustituir los polmeros ms perniciosos, como el PVC y en general los que contienen flor y cloro, por otros ms inocuos, y se ha comenzado a implantar polmeros biodegradables, todava hoy un porcentaje muy importante de nuestras basuras est constituido por polmeros de difcil eliminacin.

Por sus propiedadesPodemos clasificarlos en plasticos, elastmeros (cauchos), fibras recubrimientos, adhesivos, espumas y pelculas. Dependiendo de sus propiedades un polimero podria utilizarse en dos o mas de estas aplicaciones

a) Plasticos

Este grupo incluye el mayor nmero de polmeros. Aqu encontramos el PE, PP, PVC, PS, fluorocarbonato, epoxis, fenolitos y polisteres. Presentan propiedades muy diversas, algunos son muy duros y frgiles, otros son plsticos y flexibles.

Normalmente se subdividen en termoplsticos ( se pueden recalentar y volver a fundir varias veces) y termoestables ( tienen muchos enlaces cruzados para producir una estructura de red resistente).

b) ElastmerosUn requisito estructural importante para el comportamiento elastomerito es el entrecruzamiento, que se consigue mediante el proceso de vulcanizacin que consiste en adicionar en caliente compuestos de azufre que entrecruzan enlaces de cadenas vecinas.

El caucho sin vulcanizar es blando y pegajoso y tiene poca resistencia a la abrasin, propiedades que mejoran mediante el vulcanizado. La elasticidad aumenta proporcionalmente al nmero de enlaces entrecruzados. Los materiales elastomeritos son termoestables por naturaleza

c) FibrasLos polmeros fibrosos se obtiene con relacin longitud: dimetro = 100: 1 mediante trefilado. Se utilizan mayormente en la industria textil.

d) Otras aplicaciones Los recubrimientos se aplican a superficies de materiales con la finalidad de : 1) proteger el material del ambiente que puede eventualmente producir corrosin o degradacin 2) mejorar la apariencia 3) proporcionar aislamiento elctrico. Ejemplos: pinturas, barnices, esmaltes, lacas y goma laca.

Los adhesivos son sustancias utilizadas para unir las superficies de dos materiales slidos mediante una unin de elevada resistencia a la cizalladura . Para este fin se utilizan polmeros termoplsticos, resinas termoestables, compuestos elastomeritos y los adhesivos naturales ( cola animal, casena, almidn y colofonia)

El principal inconveniente de los adhesivos polimricos es la temperatura de uso, pues mantienen su integridad mecnica solo a temperaturas bajas.

e) Pelculas Se fabrican pelculas de 0.025 y 0.125 nm que se utilizan en las bolsas para contener productos alimentarios y otras mercancas.

f) Espumas Los plsticos muy porosos se producen por espumacion, que bsicamente consiste en expandir un termoplstico o termoestable adicionando en el bao una sustancia que descomponga con generacin de gas.

Las burbujas de gas se conservan como poros al enfriar el material, adquiriendo una forma esponjosa. Ejemplo: polimetano, caucho, poliestireno y PVC.

5 Caractersticas Generales de los PolmerosLos polimeros se caracterizan por una relacin resistencia/densidad alta, unas propiedades excelentes para el aislamiento trmico y elctrico y una buena resistencia a los cidos, lcalis y disolventes.

Las enormes molculas de las que estn compuestos pueden ser lineales, ramificadas o entrecruzadas, dependiendo del tipo de polimero. Las molculas lineales y ramificadas son termoplsticos (se ablandan con el calor), mientras que las entrecruzadas son termoendurecibles (se endurecen con el calor).