introdroduccion a los polimeros

7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros

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Polmeros

Santa Cruz, 31 de Octubre de 2014


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POLIMEROS

Introduccin y clasificacin

Estructura y propiedades
http://../indice.ppt


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Qumica de polmeros

Qu es un polmero?

Tipos de polmeros


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- Qumica Orgnica - Qumica de los compuestosdel carbono - Qumica del enlace coalente

- !os polmeros - "on molculas de gran tama#oformadas por la unin de compuestos orgnicos$monmeros% mediante enlaces coalentes&

- 'e todas las especialidades de la QumicaOrgnica( la principal es la Qumica de polmeros&

Tanto por el n)mero de Qumicos Orgnicos *ue ladesarrollan en el mundo como por ser la *ue e+ige

una formacin ms especfica en Qumica Orgnica&

Qumica de ,olmeros

.na especialidad de la Qumica Orgnica


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- /l principio intentaron obtener compuestossimilares a las macromolculas de los organismos

ios generando enlaces anlogos entre molculas&,or e0emplo si las protenas contienen uniones

amida entre aminocidos( obtuieron nylon$sustitutos de la seda% con cidos y aminas sintticas

- 1asta finales del siglo pasado los QumicosOrgnicos consideraban *ue las substancias de alto

peso molecular *ue a eces aparecan en suse+perimentoseran simplemente el resultado de

reacciones fallidas&

Qumica de ,olmeros



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-'esde la segunda guerra mundial se 2an desarrolladocientos de polmeros&

3ran parte del cauc2o usado en."/ es una ariedad sintticaobtenida a partir de estireno y

butadieno empleando sodiometlico como iniciador& Este cauc2o se conoce como4una-" y durante la II 3uerra 5undial( se obtuieroncientos de miles de toneladas de l&

'e 2ec2o 2oy( traba0an en *umica de polmeros msQumicos Orgnicos Industriales *ue en cual*uier otro

campo&

Qumica de ,olmeros



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Qumica de polmeros

Qu es un polmero?

Tipos de polmeros


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Que es un polmero?

Es una macromolcula formada por la unin demolculas de menor tama!o "ue se conocen

como monmeros#

6 5O7O5E8On n

9 'I5E8O : T8I5E8O

; -9< O!I3O5E8O" = 9< ,O!I5E8O



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Que es un polmero?

$os oli%meros tienen pesos moleculares inferiores a1&00 ' lon%itudes de cadena inferiores a &0 (, son

solubles ' pueden destilarse

n n ; -9< O!I3O5E8O"



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Que es un polmero?

n n 9


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Que es un polmero?

n n 6


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Que es un polmero?

n n =6


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Qumica de polmeros

Qu es un polmero?

Tipos de polmeros


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Tipos de polmerosnaturalea de los monmeros

*omopolmerosTodos los monmeros *ue los constituyen son iguales &

Copolmeros

Estn formados por 9 o ms monmeros diferentes&



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Tipos de polmeros @opolmeros

Copolmero aleatorio)Est formado por una disposicinaleatoria de dos ms monmeros&


Copolmeros de in-erto),oseen una cadena principal deun solo tipo de monmero con ramas de otros monmeros&

Copolmero en blo"ues) Tiene blo*ues de monmeros delmismo tipo&


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Tipos de polmeros Estructura de la cadena

$ineal)"e repite siempre el mismo tipo de unin &


amificado)@on cadenas laterales unidas a la principal#

Entrecruzado)"i se forman enlaces entre cadenas ecinas&


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Tipos de polmeros 8amificados

1ay muc2os tipos entre los *ue cabe destacar las estructurasEn rbol o en estrella


endrmeros) ,olmeros con un alto grado de ramificacin&


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Tipos de polmeros Entrecruados

nin directa)"i se forman directamente entre lasmismas cadenas&

tra.s de una tercera molcula) @uando lo 2acencon un in0erto


/un*ue nos son tan fuertes como los enlaces dentro dela cadena( estos entrecruamientos tienen un

importante efecto sobre el polmero&


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Tipos de polmeros Estereoregularidad

I"OTA@TI@OEs una disposicin donde todos lossustituyentes estn en el mismo lado de la cadena&



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"I7'IOTA@TI@O !os grupos estn alternadamenteaun lado u otro de la cadena


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/TA@TI@O!os grupos estn aleatoriamente a un ladou otro de la cadena


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POLIMEROS



,olimeriacin por crecimiento en etapas

,olimeriacin por crecimiento de la cadena

/nlisis

'escripcin y utiliacin@urado de resinas
http://pol4.ppt/http://pol2.ppt/http://pol7.ppt/http://pol6.ppt/http://pol5.ppt/http://pol5.ppt/http://pol6.ppt/http://pol7.ppt/http://pol2.ppt/http://pol4.ppt/


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,lsticos y elastmeros

,eso molecular y propiedades mecnicas

5orfologa en estado slido

,ropiedades trmicas

Estado l*uido y otras propiedades


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,!/"TI@O"

!a celulosa es un e0emplo de polmero no plstico


,lsticos&-"on polmeros *ue( ba0o condiciones apropiadas depresin y temperatura( pueden ser modelados&

Todos los plsticos son polmeros( pero no todos los polmerosson plsticos&

/l contrario de los elastmeros( los plsticos tienen una

rigide superior y carecen de elasticidad reersible&

Termoplsticos&- "e ablandan con el calor y se endurecenenfrindolos&


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7O ,!/"TI@O"


Elastmeros&- /nte una deformacin( uelen a la formaoriginal cuando cesa la fuera *ue la prooca& Tienen unaestructura entrecruada dbil& Este tipo de estructura es lacausa de la memoria del elastmero& @omo promedio se

entrecruan alrededor de 6 cada 6


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E!/"TB5E8O"

!os polmeros entrecruados tienen memoria&!as cadenas del polmero pueden enderearsesometindolas a una fuera( pero una e *ue la fueracesa( las cadenas uelen a su posicin original y el

ob0eto regresa a su forma original&



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E!/"TB5E8O"


Elastmeros#El cauc2o es el ms importante&El cauc2o natural es un polmero

cuya unidad es el isopreno&"e e+trae del lte+ de laHevea( y se2a sido utiliado durante siglos&"in embargo( no fue 2asta 6C9: cuando el cauc2o seconirti en el material *ue 2oy conocemos& En ese a#o(

@2arles 3oodyear trat con aufre elemental en calienteel cauc2o natural en un proceso llamado ulcaniacin(*ue introduce puentes de aufre entre las cadenas delpolmero& El trmino ulcaniacin se utilia para

describir el entrecruamiento de todos los elastmeros&


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7O E!/"TO5E8O"


Termofraguables&- @on calor( forman materiales rgidos*ue no se ablandan con futuros calentamientos&

Termorrgidos&- 7o se ablandan con calor&


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,ropiedades trmicas



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,E"O 5O!E@.!/8

!os polmeros presenta una distribucin gausiana de pesosmoleculares $mayor n)mero de molculas con el ms probable


,E"O 5O!E@.!/8 ,8O5E'IO E7 7.5E8O D 5n

,eso total de las molculas de la muestra diidido por eln)mero de molculas&

,E"O 5O!E@.!/8 ,8O5E'IO E7 ,E"O D 5Es la suma de los productos de cada peso molecular por su

abundancia en tanto por uno&

,E"O 5O!E@.!/8 ,8O5E'IO FI"@O"I'/' D 5,eso molecular *ue tendria una disolucin de igual iscosidad

con todas las molculas de igual peso molecular&


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,E"O 5O!E@.!/8

!a distribucin ideal de pesos moleculares seria gausiana


!as distribuciones reales no son tan perfectas

7)mero

demolculas

,eso molecular

5n 5

5


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,E"O 5O!E@.!/8

Tambin distribuciones como


Incluso pueden no 2aber molculas con peso molecularD5n

5n 5

5

7)mero

demoleculas

,eso molecular


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,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"

8esistencia


Tensin @ompresin Gle+inTensin

5uestra de polmero

!o

5uestra de polmero5uestra de polmero

!e

5uestra de polmero

!ma+


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,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"

8esistencia



'eformacin por tensin D Elongacin

H Elongacin elsticaD !e !o + 6


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,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"

8esistencia



Tensin D Guera/rea D 7cm9D 5pa D 3pa6 megapascal D 6


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,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"

8esistencia


Tensin @ompresin Gle+in

@ompresin D Guera/rea D 7cm9D 5pa D 3pa

6 megapascal D 6


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,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"

8esistencia


Tensin @ompresin Gle+in

5uestra5uestra5uestra5uestra

8esistencia a la fle+in D Gle+in necesariapara romper la muestra


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,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"

@uras de resistencia frente a deformacin


Tensin

5odulo grande D 8esistente a la deformacin

Tensin

Elongacin

5dulo tensil D pendiente de la grfica tensin-elongacin

8esistencia m+ima a latensin

/ eces la forma de la grfica no es una recta


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,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"



Tensin

!os plsticos fle+iblesdan curas como esta

Tensin

Elongacin

5dulo tensil inicial


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,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"



Tensin

5odulo Tensil /lto J GibrasJ ,lsticos rgidos

5odulo Tensil intermedio J ,lsticos fle+ibles

Tensin

Elongacin

5odulo Tensil 4a0o - Elastmeros

,lsticos fle+ibles

,lsticos 8gidosGibras

Elastmeros


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,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"



@ompresin-fle+ion

5odulo /ltoJ ,lsticos rgidos

5odulo intermedio J ,lsticos fle+ibles5odulo 4a0o - Elastmeros

@ompresion -5odulo 4a0o

Gle+in -5odulo altoGibras Tensin -5odulo 4a0o JEn otras direcciones

Tensin -5odulo /lto JEn la direccin de las fibras

/nlogamente a

tensin


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,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"


'urea Es el rea ba0o la cura resistencia - deformacin

'urea es una medida de la energa *ue unamuestra puede absorber antes de *ue se rompa

Tensin

8esistencia + 'eformacin D Guera + 'istancia D Energa

Elongacin

'urea D

Tensin + Elongacin


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,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"



,ueden ser resistentes y poco duros

Tensin

Elongacin

,lsticos fle+ibles


Elastmeros

- ,oca rea D,oco duros

- ,oca rea D,oco duros


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,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"



Tensin

Elongacin

,lsticos fle+ibles


- 8esistentes y poco duros

- ,oco resistentes y,oco duros

Elastmeros

- 8esistentes y duros

- ,oliestireno( policarbonatos( polimetacrilatos etc&

- ,olietileno( polipropileno( plastificantes K ,F@ etc&

- ,oliisopreno( polibutadieno( poliisobutileno etc&


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,ropiedades trmicas


E i d d


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5orfologa en estado slidoEl idrio es un material amorfo y el

2ielo es una sustancia cristalina#/ pesar de la com)n apariencia delos dos( se comportan de forma

distinta cuando los obseramos atras de polariadores cruados&!a estructura cristalina altamenteordenada del 2ielo cambia la

propiedades de la lu polariada( yel 2ielo aparece claro& El idrio y elagua carecen de ese orden y ambosaparecen oscuros&


E t t i d d


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5orfologa en estado slidoEstructura y propiedades

E t t i d d


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5orfologa en estado slido!as raones de los diferentes comportamientos se encuentranen la estructura de los slidos&!os materiales cristalinos tienen sus molculas dispuestas enpatrones repetidos& "al( a)car( 2ielo y la mayora de los

metales son materiales cristalinos& @omo tales( todos ellostienden a tener estructura regular&!os materiales amorfos( por contra( tienen sus molculasdispuestas aleatoriamente y las cadenas se enroscan y curan

a su anto0o&




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!a morfologa de lamayora de lospolmeros es semi-cristalina&Es decir( formanmeclas depe*ue#os cristalesy materiales

amorfos y fundenen un rango detemperatura( enlugar de un punto

de fusin&




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!a estructura amorfa tipo idriopresenta las cadenas enredadas&


El material cristalino muestra un altogrado de orden formado por

plegamiento y apilamiento de lascadenas del polmero&



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3rado de ,olimeriacin $',% y morfologa&En el proceso de cristaliacin( se 2a obserado *ue

cadenas relatiamente cortas se organian en

estructuras cristalinas mas rpidamente *ue molculasms grandes&,olmeros con un alto grado de polimeriacin $',%tienen dificultad de organiarse en capas por*ue la

tendencia es de enredarse&

,or consiguiente( el ', en un factor importante paradeterminar la cristalinidad del polmero&

s uc u y p op ed des



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3rado de ,olimeriacin $',% y durea&!os polmeros con peso molecular ba0o $cadenas cortas%son( generalmente( ms dbiles&

!as fueras de intermoleculares *ue mantienen lascapas 0untas son pocas y adems forman cristalesfacilmente&Esto puede 2acer *ue las capas cristalinas se deslicen(causando un corte en el material&

!os polmeros con peso molecular alto $cadenas largas%sin embargo( tienen mayor durea por*ue las molculasse enredan entre las capas& "on polmeros amorfos&

y p p



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Gueras intermoleculares y durea&!as fueras de Fan der Faals mantienen las capas

0untas si el polmero es de alto ',&

Gueras polares o puentes de 2idrgeno mantienenme0or unidas las cadenas entre s &Transferencia de carga entre anillos y grupos dadores yaceptores entre las cadenas tambin aumentan lafueras de unin entre ellas

y p p



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Tama#o y forma del monmero y morfologa&"i los monmeros son grandes e irregulares( se 2ace msdifcil *ue las cadenas del polmero se dispongan de una

manera ordenada( resultando un slido ms amorfo&

y p p

Igualmente( monmeros ms pe*ue#os y monmeros *uetienen una estructura muy regular formarn polmeros

cristalinos&


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,ropiedades trmicas




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,ropiedades trmicas

Felocidad de enfriamiento y morfologa&Enfriamiento lento proporciona una cantidad mayor de

cristaliacin&

.n ritmo rpido produce materiales muy amorfos&Temperatura de transicin itrea $Tg%

Es a*uella a al cual el polmero se endurece como slidoamorfo&

"e denomina as por*ue el slido amorfo tienepropiedades similares al idrio&

y p p



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,ropiedades trmicas

y p p

Estado treo

Estado cristalino

!*uido

Estado de goma

En un materialamorfo( a la Tg(

2ay un cambio enla pendiente de lacura del olumenespecfico frente a

la temperatura

En el enfriamientode un material

cristalino 2ay uncambio brusco en

el olumen alpasar por el punto

de fusin



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,ropiedades trmicasy p p

Estadotreo

!*uido

Estado de goma

!a Tg depende de laelocidad de enfriamiento&

"e obtienen alores msaltos de Tg conenfriamientos ms rpidos&



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Temperatura de transicin itrea $Tg%/l descender la temperatura por deba0o de la de su Tg( elpolmero se 2ace cada e ms *uebradio&"i la temperatura aumenta por encima de Tg( el polmero

adopta una aspecto de goma&En general,olmeros rgidos&-alores de Tgmuy por encima de latemperatura ambiente

Elastmeros &- alores de Tg( muy por deba0o de latemperatura ambiente&



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Tg y propiedades mecnicas&Otra propiedad importante de los polmeros( *ue tambindepende de la temperatura( es la respuesta a la aplicacinde una fuera&

1ay dos tipos de respuesta elstica y plstica&

!a mayora de los materiales presentan una combinacinde los dos comportamientos( mostrando un carcterplstico despus de sobrepasar el lmite elstico&El idrio es uno de los pocos materiales completamenteelstico mientras la temperatura es inferior a su Tg $entreL6< y LM< N@%&/ temperatura ambiente $muy por deba0o de su Tg% el

idrio ser un slido frgil&



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Tg y propiedades mecnicas,or comparacin( el ,F@ *ue tiene una Tg de C:N@

sire para embotellar agua fra( pero es in)til paraalmacenar agua caliente&

,F@ tambin ser un slido frgil a temperatura ambiente&

,lastificantes"on molculas pe*ue#as *ue penetran entre las cadenas

del polmero y las separan

E0emplos disulfuro de carbono( nitrobenceno( salicilato denaftilo( benoato de etilo( monmeros no polimeriables etc&



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,ropiedades trmicasy

/#adiendo una pe*ue#a cantidad de plastificante al ,F@puede ba0ar su Tg desde C:N@ a -;


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,ropiedades trmicas

Temperatura de transicin trea $Tg%'ependencia de la estructura

- Gle+ibilidad de la cadena principal- / mayor fle+ibilidad menor Tg

- Efecto de los grupos unidos a la cadena

,olidimetilsilo+ano

"i

@1:

@1:O

TgD-69N@"

O

O

,oli$fenilensulfona%

TgD L


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,ropiedades trmicas


- 3rupos unidos a la cadena *ue aumentan Tg- /umentan la unin entre cadenas

,or e0emplo grupos muy oluminosos y rgidos como eladamantano

/trapan a las molculas ecinas y dificultan la moilidad$/ct)an como anclas%

TgD 66PN@

O O

@

O

O O

@

O

TgD 99LN@



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,ropiedades trmicas


- 3rupos unidos a la cadena *ue disminuyen Tg"i fle+ibles act)an como plastificantes

TgD 69

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