clase 9-los polimeros unt

CURSO: INGENIERIA DE MATERIALES

DOCENTE: ALEX DIAZ DIAZ

didialfanet@hotmail.com

TEMA: MATERIALES POLIMÉRICOS

INGENIERÍA INDUSTRIAL

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Al término de la clase, el estudiante, será capaz de:

Conocer los métodos de obtención de los polímeros: Reacciones de polimerización de adición y condensación.

Conocer las diferentes clasificaciones de los polímeros:

termoplástico, termoestable y elastómeros.

LOGRO DE LA CLASE:

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¿Porqué los plásticos tienen elevada ductilidad?

¿Por qué son livianos?

¿Por qué son aislantes eléctricos?

¿Por qué son resistentes a la corrosión?

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POLIMEROS O PLÁSTICOS

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¿POR QUE UTILIZAR PLÁSTICOS?

• Resistencia a la corrosión y a ataques químicos

• Baja conductividad térmica y eléctrica

• Baja densidad

• Alta resistencia mecánica respecto al peso

• Transparencia y amplia gama de colores

• Fácil de fabricar formas complejas

• Bajo costo28/04/23 INGENIERIA DE MATERIALES-UNT 15

POLÍMEROSMACROMOLÉCULAS

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POLÍMEROMolécula de peso molecular elevado, con una estructura compleja, formado por la repetición de una estructura menor, llamada monómero, (producto generalmente orgánico).

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Polímeros o macromoléculas

• Son moléculas muy grandes, con una masa molecular que puede alcanzar millones de UMAs que se obtienen por la repeticiones de una o más unidades simples llamadas “monómeros” unidas entre sí mediante enlaces covalentes.

• Forman largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas y por puentes covalentes.

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Tipos de macromoléculas

•Naturales:•Caucho•Polisacáridos.

•Almidón.•Celulosa.

•Proteínas.•Ácidos nucleicos

•Artificiales:•Plásticos•Fibras textiles sintéticas

•Poliuretano•Baquelita

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Tipos de polímeros

• Según su composición:Según su composición:• Homopolímeros

Un sólo monómero• Copolímeros

Dos o más monómeros• Según su estructura:Según su estructura:

• Lineales• Ramificados

Si algún monómero se puede unir por tres o más sitios.

• Por su comportamiento ante el calor:Por su comportamiento ante el calor:• Termoplásticos

Se reblandecen al calentar y recuperan sus propiedades al enfriar.

• TermoestablesSe endurecen al ser enfriados de nuevo por formar nuevos enlaces.

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Propiedades de los polímeros sintéticos.

• Plásticos.• Termoplasticos: se moldean en caliente de forma repetida.• Termoestables: una vez moldeados en caliente, quedan rígidos y no pueden volver a

ser moldeados.

• Fibras. • Se pueden tejer en hilos (seda).

• Elastómeros.• Tienen gran elasticidad por lo que pueden estirarse varias veces su longitud (caucho).

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Tipos de polimerización.

•Adición.Adición.• La masa molecular del polímero es un múltiplo exacto de la masa molecular

del monómero.

•Condensación.Condensación.• Se pierde en cada unión de dos monómeros una molécula pequeña, por

ejemplo agua.• Por tanto, la masa molecular del polímero no es un múltiplo exacto de la

masa molecular del monómero.

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Reacción de adición (Cloruro de vinilo)

• Iniciación:CH2=CHCl + catalizador ·CH2–CHCl·

• Propagación o crecimiento:2 ·CH2–CHCl· ·CH2–CHCl–CH2–CHCl·

• Terminación:• Los radicales libres de los extremos se unen a impurezas o bien se unen dos

cadenas con un terminal neutralizado.

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Polímeros de adición.

• MONÓMEROS (Iupac)• Eteno• Propeno• cloroeteno• tetraflúoreteno• propenonitrilo• butadieno• fenileteno• metacrilato de metilo• 2-clorobutadieno

• POLÍMEROS• Polietileno• Polipropileno• policloruro de vinilo• teflón• poliacrilonitrilo• polibutadieno• poliestireno• polimetilmetacrilato• neopreno

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MONÓMEROMONÓMERO POLÍMERO POLÍMERO USOS PRINCIPALESUSOS PRINCIPALES CH2=CH2 –CH2–CH2–CH2–CH2– Bolsas, botellas, juguetes...

etileno polietileno CH2=CH–CH3 –CH2–CH–CH2–CH– Películas, útiles de cocina,

| | CH3 CH3 aislante eléctrico... propileno polipropileno

CH2=CHCl –CH2–CHCl–CH2–CHCl– Ventanas, sillas, aislantes.cloruro de vinilo policloruro de vinilo

CH2=CH –CH2–CH–CH2–CH– Juguetes, embalajes estireno aislante térmico y acústico.

poliestireno

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Estructura y usos de algunos polímeros de adición (2)

MONÓMEROMONÓMERO POLÍMERO POLÍMERO USOS PRINCIPALESUSOS PRINCIPALES CF2=CF2 –CF2–CF2–CF2–CF2– Antiadherente, aislante...tetraflúoretileno PTFE (teflón) CH2=CCl–CH=CH2 –CH2–CCl=CH–CH2– Aislante térmico,2-clorobutadieno cloropreno o neopreno neumáticos...CH2=CH–CN –CH2–CH–CH2–CH– Tapicerías, alfombras | | CN CN tejidos... acrilonitrilo poliacrilonitrilo CH3 CH3 CH3 Muebles, lentes y equipos | | |CH2=C–COOCH3 –CH2–C—CH2—C— ópticos | | COOCH3 COOCH3 metacrilato de metilo PMM (plexiglás)

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POLÍMEROS COTIDIANOS

Poli-Estireno

Poli-Butadieno

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Poli-Carbonato

Poli-Cloro-Vinilo

PVC

POLÍMEROS COTIDIANOS

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CH2=CH2

PoliEtileno

POLÍMEROS COTIDIANOS

PoliPropileno

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POLÍMEROS COTIDIANOS

PET

PoliAcriloNitrilo

Teflon

Nylon 6628/04/23 INGENIERIA DE MATERIALES-UNT 31

Ejemplo: Una muestra de polibutadieno tieneuna masa molecular media aproximada de 10000 UMAs ¿Cuántas unidades de monómero habrá en la muestra?

• CH2=CH–CH=CH2 ·CH2–CH=CH–CH2· ·CH2–CH=CH–CH2–CH2–CH=CH–CH2·

• Masa molecular monómero: 4·12 + 6·1 = 54 UMAn = 10000/54 = 185

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Polimerización cis–transMonómero:

CH3 metil butadieno |CH2=C–CH=CH2 (isopreno)

Polímero:

CH3 H CH3 H CH3 H \ / \ / \ / C=C C=C C=C / \ / \ / \ –CH2 CH2–CH2 CH2–CH2 CH2– Cis–isopreno (caucho natural) ó poliisopreno

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Polimerización cis–trans CH3 |

CH2=C–CH=CH2 metil butadieno (isopreno)

–CH2 H \ / C=C / \

CH3 CH2–CH2 H \ / C=C / \ CH3 CH2–CH2 H \ / C=C / \ Trans–isopreno CH3 CH2–

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Tf TgMATERIAL

27 -55 CAUCH0

68 -73 PLASTICO

ISO

SINDIO

ATACTICO

cis 1,4

trans 1,4

1,2

3,4

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Polimerización estereoespecífica.TACTICIDAD

AtácticaCH3

H

H

CH3

CH3

H

CH3

H

H

CH3

H

CH3

H

CH3

CH3

H

IsotácticaCH3

H

CH3

H

CH3

H

CH3

H

CH3

H

CH3

H

CH3

H

CH3

H

CH H CH H CH H CH H

Sindiotáctica3

H CH3

3

H CH3

3

H CH3

3

H CH3

Uso de estereocatalizadores (TiCl4)

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Reacción de condensación

• Polietilenglicol• Siliconas.• Baquelitas (Fenol - Fornaldehídos)• Poliésteres (PET, Tejidos).• Poliamidas (Nylon).

Poliéster

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Tipos de polímeros

• Homopolímeros:- Un tipo de monómero.PE, PP, PS, PAN, PVC, etc.

• Copolímeros: Para tener materiales con propiedades adecuadas- Mas de un monómeroABS, SBR, SAN, EVA, etc.

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Homopolímeros

-CH2- CH2

- -CH2- CH2

- -CH2- CH2

- -CH2- CH2

-

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COPOLIMEROS

ABS

SAN

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Adición

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FACTORES QUE DEFINEN UTILIDAD POLIMEROS (basado en las propiedades)

- FLEXIBILIDAD DE LA CADENA POLIMERICA En Pol. Adición: Según el tipo de sustituyente – grupo pendiente o ramificación.

- INTENSIDAD INTERACCIONES INTERMOLECULARES mayor en cadenas más largas y con bajo volumen de los sustituyentes

- GRADO DE REGULARIDAD: Uniones Normal/anormal (cabeza - cola), Tácticidad, etc.

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PLASTICOS LINEALES: TERMOPLASTICOS

Tg>>Tamb

ENTRECRUZADOS: TERMOESTABLES

CAUCHOS

Tg<Tamb ; Tf>Tamb ENTRECRUZADOS

FIBRASTg>Tamb ; Tf>Tamb POLIMEROS CRISTALINOS REORDENADOS

MEDIANTE TENSION EXTERNA

La Tg se puede entender de forma bastante simple cuando se entiende que en esa ºT el polímero deja de ser rígido y comienza a ser ahulado o blando.

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Configuración y Conformación de Polímeros

Se refieren al ordenamiento geométrico de los átomos en la cadena polimérica

CONFIGURACION-Ordenamiento espacial de los sustituyentes de un átomo particular.

- Se refiere a la estructura química permanente de un polímero.

- Ordenamiento fijado por los enlaces químicos de la molécula.

-Un polímero tiene su configuración hasta que reacciona químicamente; es decir, un cambio en la configuración implica rotura de enlaces químicos.(Ej. “ISOMERÍA CIS y TRANS en el Isopreno”; también configuración cabeza - cola de PP, PE, etc. Tacticidad),

En un determinado instante

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CONFORMACION Es la responsable de la forma final del polímero (3D).

-Ordenamiento que surgen por rotación alrededor de enlaces simples.

-Esta queda definida por las diferentes disposiciones espaciales que son producidas por la rotación de átomos y grupos atómicos alrededor de un enlace simple C - C. Toda la secuencia de conformaciones posibles se llama conformación molecular o macroconformación.

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