poli meros
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INDICE
I.
_Introduccion ……………………………………………………………………………… 3
II._Definicion ..............................................................................................................................4
III._Clasificacion.........................................................................................................................5
3.1. Según su origen........................................................................................5
3.2.según se mecanismo de polimerizacion....................................................6
3.3.Segun su composición quimica...................................................................7
3.4.Según sus aplicaciones............................................................................10
3.5.según su comportamiento al elevar su temperatura.................................10
IV._Estructura...........................................................................................................................16
4.1.Estructura quimica....................................................................................16
4.2.Estructura fisica........................................................................................25
V._Propiedades comunes.......................................................................................................31
VI._Proceso de polimerizacion...............................................................................................38
6.1.Polimerización por adición:......................................................................39
6.2.Polimerización por condensación:...........................................................40
VII._Efectos socioeconómicos y ambientales de la producción de polímeros.................41
VIIIConclusion...........................................................................................................................43
IX._Fuentes...............................................................................................................................44
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INTRODUCCION
La materia está formada por moléculas que pueden ser de tamaño normal o
moléculas gigantes llamadas polímeros. Los polímeros provienen de las
palabras griegas Poly y Mers, que significa muchas partes, son grandes
moléculas formadas por la unión de muchas pequeñas moléculas.
Los polímeros son la base de todos los procesos de la vida, y nuestra sociedad
tecnológica es dependiente en gran medida de los polímeros
Los compuestos orgánicos son en general sustancias de constitución simple,
porque se forman por moléculas con un número muy reducido de átomos.
La polimerización es una reacción química realizada mayormente en presencia
de un catalizador que se combina para formar moléculas gigantes.
Los polímeros tienen propiedades físicas y químicas muy diferentes
constituidas por moléculas sencillas. Los que se obtienen industrialmente se
conocen como plásticos, éstos también pueden ser llamados homopolímeros,
que se producen cuando el polímero formado por la polimerización de
monómeros iguales.
Muchos monómeros también forman polímeros con pérdida simultánea de una
pequeña molécula, como la del agua, la del monóxido de carbono o del cloruro
de hidrógeno. Estos polímeros se llaman polímeros de condensación y
sus productos de descomposición no son idénticos a los de las unidades
respectivas de polímero. Así la polimerización de glucosa la celulosa, un
polímero natural, va acompañado por pérdida de agua y la celulosa es un
polímero típico de condensación.
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DEFINICION
Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas
pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las
formas más diversas. Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones.
algunas más se asemejan a las escaleras de mano y otras son como redes
tridimensionales.
La reacción por la cual se sintetiza un polímero a partir de sus monómeros se
denomina polimerización. Según el mecanismo por el cual se produce la
reacción de polimerización para dar lugar al polímero, ésta se clasifica como
polimerización por pasos o como polimerización en cadena. En cualquier caso,
el tamaño de la cadena dependerá de parámetros como la temperatura o el
tiempo de reacción, teniendo cada cadena un tamaño distinto y, por tanto, una
masa molecular distinta, por lo que se habla de masa promedio para el
polímero.
Sus propiedades son:
-Fotoconductividad
-Electrocromismo
-Fotoluminiscencia (fluorescencia y fosforescencia)
-Propiedades Físicas de los Polímeros.
-Las propiedades mecánicas
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CLASIFICACIÓN
Existen varias formas posibles de clasificar los polímeros, sin que sean
excluyentes entre sí.
Según su origen
Polímeros naturales
Existen en la naturaleza muchos polímeros y las biomoleculas que forman los
seres vivos son macromoléculas poliméricas. Por ejemplo, las proteínas, los
ácidos nucleicos, los polisacáridos (como la celulosa y la quitina), el hule o
caucho natural, la lignina, etc.
Los polímeros naturales son todos aquellos que provienen de los seres vivos, y
por lo tanto, dentro de la naturaleza podemos encontrar una gran diversidad de
ellos. Las proteínas, los polisacáridos, los ácidos nucleicos son todos polímeros
naturales que cumplen funciones vitales en los organismos y por tanto se les
llama biopolímeros.
Otros ejemplos son la seda, el caucho, el algodón, la madera (celulosa), la
quitina, etc.
Polímeros semisintéticos. Se obtienen por transformación de polímeros
naturales. Por ejemplo, la nitrocelulosa, el caucho vulcanizado, etc.
Polímeros sintéticos. Muchos polímeros se obtienen industrialmente a
partir de los monómeros. Por ejemplo, el nailon, el poliestireno, el Policloruro
de vinilo (PVC), el polietileno, etc.
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Los polímeros sintéticos son los que se obtienen por síntesis ya sea en una
industria o en un laboratorio, y están conformados a base de monómeros
naturales, mientras que los polímeros semisinteticos son resultado de la
modificación de un monómero natural. El vidrio, la porcelana, el nailon, el
rayón, los adhesivos son ejemplos de polímeros sintéticos, mientras que la
nitrocelulosa o el caucho vulcanizado, lo son de polímeros semisinteticos.
SEGÚN SU MECANISMO DE POLIMERIZACIÓN
En 1929 Carothers propuso la siguiente clasificación:
Polímeros de condensación. La reacción de polimerización implica a cada
paso la formación de una molécula de baja masa molecular, por ejemplo
agua.
Polímeros de adición. La polimerización no implica la liberación de ningún
compuesto de baja masa molecular. Esta polimerización se genera cuando un
"catalizador", inicia la reacción. Este catalizador separa la unión doble
carbono en los monómeros, luego aquellos monómeros se unen con otros
debido a los electrones libres, y así se van uniendo uno tras uno hasta que la
reacción termina.
Clasificación de Flory (modificación a la de Carothers para considerar la
cinética de la reacción):
Polímeros formados por reacción en cadena. Se requiere un iniciador
para comenzar la polimerización; un ejemplo es la polimerización de
alquenos (de tipo radicalario). En este caso el iniciador reacciona con una
molécula de monómero, dando lugar a un radical libre, que reacciona con
otro monómero y así sucesivamente. La concentración de monómero
disminuye lentamente. Además de la polimerización de alquenos, incluye
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también polimerización donde las cadenas reactivas son iones
(polimerización catiónica y aniónica).
Polímeros formados por reacción por etapas. El peso molecular del
polímero crece a lo largo del tiempo de manera lenta, por etapas. Ello es
debido a que el monómero desaparece rápidamente, pero no da
inmediatamente un polímero de peso molecular elevado, sino una
distribución entre dímeros, trímeros, y en general, oligómeros;
transcurrido un cierto tiempo, estos oligómeros empiezan a reaccionar
entre sí, dando lugar a especies de tipo polimérico. Esta categoría
incluye todos los polímeros de condensación de Carothers y además
algunos otros que no liberan moléculas pequeñas pero sí se forman
gradualmente, como por ejemplo los poliuretanos.
SEGÚN SU COMPOSICIÓN QUÍMICA
Polímeros orgánicos. Posee en la cadena principal átomos de carbono.
Polímeros orgánicos vinílicos. La cadena principal de sus moléculas
está formada exclusivamente por átomos de carbono.
Dentro de ellos se pueden distinguir:
Poliolefinas, formados mediante la polimerización de olefinas.
Ejemplos: polietileno y polipropileno.
Polímeros estirénicos, que incluyen al estireno entre sus monómeros.
Ejemplos: poliestireno y caucho estireno-butadieno.
Polímeros vinílicos halogenados, que incluyen átomos de halógenos
(cloro, flúor...) en su composición.
Ejemplos: PVC y PTFE.
Polímeros acrílicos. Ejemplos: PMMA.
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Polímeros orgánicos no vinílicos. Además de carbono, tienen átomos
de oxígeno o nitrógeno en su cadena principal.
Algunas sub-categorías de importancia:
Poliésteres
Poliamidas
Poliuretanos
Polímeros inorgánicos. Entre otros:
Basados en azufre. Ejemplo: polisulfuros.
Basados en silicio. Ejemplo: silicona.
La silicona
Es un polímero inodoro e incoloro hecho principalmente de silicio. La silicona
es inerte y estable a altas temperaturas, lo que la hace útil en gran variedad de
aplicaciones industriales, como lubricantes, adhesivos, moldes,
impermeabilizantes, y en aplicaciones médicas y quirúrgicas, como prótesis
valvulares cardíacas e implantes de mamas.
También se denomina silicona a la familia de compuestos químicos
sintetizados por primera vez en 1938.
Frederick Kipping es el químico pionero en el estudio de compuestos orgánicos
que contiene moléculas de carbono y silicio y fue quien acuñó el término
silicona[
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Estructura química de polidimetilsiloxano (PDMS).
El producto primario para la elaboración de siliconas es la sílice (dióxido de
silicio), bastante abundante en la arenisca, en la arena de playa y otras rocas
similares; la sílice también es el principal ingrediente del vidrio. Las siliconas se
elaboran a partir de clorosilanos, tetraetoxisilano y otros compuestos de silicio
similares. Dependiendo de las condiciones de su obtención y de posteriores
procesos químicos, la silicona puede tomar una variedad de formas físicas que
incluyen aceite, gel y sólido.
Usos
Por su versatilidad ha sido usado con éxito en múltiples productos de consumo
diario. Tal es el caso de lacas para el cabello, labiales, protectores solares y
cremas humectantes.
Dada su baja reactividad ha sido ampliamente usada en la industria
farmacéutica en confección de cápsulas para facilitar la ingestión de algunos
medicamentos, en antiácidos bajo la designación de meticona. Hay más de
1000 productos médicos en los cuales la silicona es un componente.
También es una sustancia comúnmente usada como lubricante en la superficie
interna de las jeringas y botellas para la conservación de derivados de la
sangre y medicamentos intravenosos. Los marcapasos, las válvulas cardíacas
y el Norplant usan recubrimientos de silicona. Son también fabricados con
silicona artefactos implantables como las articulaciones artificiales (rodillas,
caderas), catéteres para quimioterapia o para la hidrocefalia, sistemas de
drenaje, implantes.
Otra aplicación es la silicona para moldes como alternativa al látex en la
fabricación de moldes por sus propiedades flexibles y antiadherentes. Ficha de
seguridad MSDS Silicona para moldes Ficha técnica TDS Silicona para moldes
Uno de los derivados de la silicona es la silicona platino. Un material común
para uso médico (tetinas de los biberones) y que en los últimos años se ha
aplicado en productos para la cocina (vaporeras y estuche de vapor
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Según sus aplicaciones
Atendiendo a sus propiedades y usos finales, los polímeros pueden clasificarse
en:
Elastómeros . Son materiales con elasticidad y alta extensibilidad; es decir, se
deforman mucho al someterlos a un esfuerzo pero recuperan su forma inicial
al eliminar el esfuerzo. En cada ciclo de extensión y contracción los
elastómeros absorben energía, una propiedad denominada resiliencia.
Plásticos . Son aquellos polímeros que, ante un esfuerzo suficientemente
intenso, se deforman irreversiblemente, no pudiendo volver a su forma
original. Hay que resaltar que el término plástico se aplica a veces
incorrectamente para referirse a la totalidad de los polímeros.
Fibras . Presentan alto módulo de elasticidad y baja extensibilidad, lo que
permite confeccionar tejidos cuyas dimensiones permanecen estables.
Recubrimientos . Son sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a la
superficie de otros materiales para otorgarles alguna propiedad, por ejemplo
resistencia a la abrasión.
Adhesivos . Son sustancias que combinan una alta adhesión y una alta
cohesión, lo que les permite unir dos o más cuerpos por contacto superficial.
SEGÚN SU COMPORTAMIENTO AL ELEVAR SU TEMPERATURA
Para clasificar polímeros, una de las formas empíricas más sencillas consiste
en calentarlos por encima de cierta temperatura. Según si el material funde y
fluye o por el contrario no lo hace se diferencian tres tipos de polímeros:
Termoplásticos , que fluyen (pasan al estado líquido) al calentarlos y se
vuelven a endurecer (vuelven al estado sólido) al enfriarlos. Su estructura
molecular presenta pocos (o ningún) entrecruzamientos. Ejemplos: polietileno
(PE), polipropileno (PP), cloruro de polivinilo PVC.
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POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS
Los termoplásticos son polímeros de cadenas largas que cuando se calientan
se reblandecen y pueden moldearse a presión. Representan el 78-80% de
consumo total. Los principales son:
- Polietileno
Éste es el termoplástico más usado en nuestra sociedad. Los productos
hechos de polietileno van desde materiales de construcción y aislantes
eléctricos hasta material de empaque. Es barato y puede moldearse a casi
cualquier forma, extruírse para hacer fibras o soplarse para formar películas
delgadas. Según la tecnología que se emplee se pueden obtener dos tipos
de polietileno.
- Polietileno de Baja Densidad: Dependiendo del catalizador, este polímero
se fabrica de dos maneras: a alta presión o a baja presión. En el primer caso
se emplean los llamados iniciadores de radicales libres como catalizadores de
polimerización del etileno. El producto obtenido es el polietileno de baja
densidad ramificado; Cuando se polimeriza el etileno a baja presión se
emplean catalizadores tipo Ziegler Natta y se usa el buteno-1 como
comonómero. De esta forma es como se obtiene el propileno de baja
densidad lineal, que posee características muy particulares,
como poder hacer películas más delgadas y resistentes.
- Polietileno de alta densidad (HDPE): Cuando se polimeriza el etileno a baja
presión y en presencia de catalizadores ZieglerNatta, se obtiene el polietileno
de alta densidad (HDPE). La principal diferencia es la flexibilidad, debido a las
numerosas ramificaciones de la cadena polimérica a diferencia de la rigidez
del HDPE. Se emplea para hacer recipientes moldeados por soplado, como
las botellas y los caños plásticos (flexibles, fuertes y resistentes a
la corrosión). El polietileno en fibras muy finas en forma de red sirve para
hacer cubiertas de libros y carpetas, tapices para muros, etiquetas y batas
plásticas.
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Polipropileno
El polipropileno se produce desde hace más de veinte años, pero su
aplicación data de los últimos diez, debido a la falta de producción directa
pues siempre fue un subproducto de las refinerías o de la desintegración del
etano o etileno.
Como el polipropileno tiene un grupo metilo (CH3) más que el etileno en su
molécula, cuando se polimeriza, las cadenas formadas dependiendo de la
posición del grupo metilo pueden tomar cualquiera de las
tres estructuras siguientes:
1. Isotáctico, cuando los grupos metilo unidos a la cadena están en un
mismo lado del plano.
2. Sindiotáctico, cuando los metilos están distribuidos en forma alternada
en la cadena.
3. Atáctico, cuando los metilos se distribuyen al azar.
Posee una alta cristalinidad, por lo que sus cadenas quedan bien
empacadas y producen resinas de alta calidad.
El polipropileno se utiliza para elaborar bolsas de freezer y microondas ya
que tienen una buena resistencia térmica y eléctrica además de baja
absorción de humedad. Otras propiedades importantes son su dureza,
resistencia a la abrasión e impacto, transparencia, y que no es tóxico.
Asimismo se usa para fabricar carcazas, juguetes, valijas, jeringas, baterías,
tapicería, ropa interior y ropa deportiva, alfombras, cables, selladores, partes
automotrices y suelas de zapatos.
Cloruro de polivinilo (PVC)
Este polímero se obtiene polimerizando el cloruro de vinilo. Existen dos tipos
de cloruro de polivinilo, el flexible y el rígido. Ambos tienen alta resistencia a
la abrasión y a los productos químicos. Pueden estirarse hasta 4 veces y se
suele copolimerizar con otros monómeros para modificar y mejorar la calidad
de la resina. Las resinas de PVC casi nunca se usan solas, sino que se
mezclan con diferentes aditivos.
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El PVC flexible se destina para hacer manteles, cortinas para baño,
muebles, alambres y cables eléctricos; El PVC rígido se usa en la
fabricación de tuberías para riego, juntas, techado y botellas.
Poliestireno (PS)
El poliestireno (ps) es el tercer termoplástico de mayor uso debido a sus
propiedades y a la facilidad de su fabricación. Posee baja densidad,
estabilidad térmica y bajo costo. El hecho de ser rígido y quebradizo lo
desfavorecen. Estas desventajas pueden remediarse copolimerizándolo con
el acrilonitrilo (más resistencia a la tensión).
Es una resina clara y transparente con un amplio rango de puntos de fusión.
Fluye fácilmente, lo que favorece su uso en el moldeo por inyección; Posee
buenas propiedades eléctricas, absorbe poco agua (buen aislante eléctrico),
resiste moderadamente a los químicos, pero es atacado por
loshidrocarburos aromáticos y los clorados. Se comercializa en tres
diferentes formas y calidades:
De uso común, encuentra sus principales aplicaciones en los mercados de
inyección y moldeo.
Poliestireno de impacto (alto, medio y bajo) que sustituye al de uso general
cuando se desea mayor resistencia. Utilizada para fabricar
electrodomésticos, juguetes y muebles. Expandible se emplea en la
fabricación de espuma de poliestireno que se utiliza en la producción de
accesorios para la industria de empaques y aislamientos.
Los usos más comunes son:
Poliestireno de medio impacto: Vasos, cubiertos y platos
descartables, empaques, juguetes.
Poliestireno de alto impacto: Electrodomésticos (radios, TV,
licuadoras, teléfonos lavadoras), tacos para zapatos, juguetes.
Poliestireno cristal: piezas para cassettes, envases desechables,
juguetes, electrodomésticos, difusores de luz, plafones.
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Poliestireno Expandible: envases térmicos, construcción
(aislamientos, tableros de cancelería, plafones, casetones, etc.).
Estireno-acrilonitrilo (SAN)
Este copolímero tiene mejor resistencia química y térmica, así como mayor
rigidez que el poliestireno. Sin embargo no es transparente por lo que se usa
en artículos que no requieren claridad óptica. Algunas de sus aplicaciones
son la fabricación de artículos para el hogar.
Copolímero acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS)
Estos polímeros son plásticos duros con alta resistencia mecánica, de los
pocos termoplásticos que combinan la resistencia con la dureza. Se pueden
usan en aleaciones con otros plásticos. Así por ejemplo, el ABS con el PVC
nos da un plástico de alta resistencia a la flama que le permite encontrar
amplio uso en la construcción de televisores. Sus cualidades son una
baja temperatura de ablandamiento, baja resistencia ambiental y baja
resistencia a los agentes químicos
Termoestables , que no fluyen, y lo único que conseguimos al
calentarlos es que se descompongan químicamente, en vez de fluir.
Este comportamiento se debe a una estructura con muchos
entrecruzamientos, que impiden los desplazamientos relativos de las
moléculas.
Elastómero , plásticos con un comportamiento elástico que pueden ser
deformados fácilmente sin que se rompan sus enlaces o modifique su
estructura.
La clasificación termoplásticos / termoestables es independiente de la
clasificación elastómeros / plásticos / fibras. Existen plásticos que presentan un
comportamiento termoplástico y otros que se comportan como termoestables.
Esto constituye de hecho la principal subdivisión del grupo de los plásticos y
hace que a menudo cuando se habla de "los termoestables" en realidad se
haga referencia sólo a "los plásticos termoestables". Pero ello no debe hacer
olvidar que los elastómeros también se dividen en termoestables (la gran
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mayoría) y termoplásticos (una minoría pero con aplicaciones muy
interesantes).
ESTRUCTURA DE LOS POLIMEROSPara abordar el estudio de la estructura de los polímeros se suelen considerar
dos niveles, estructura química y estructura física. La estructura química se
refiere a la construcción de la molécula individual y la estructura física al
ordenamiento de unas moléculas respecto a otras. Comenzaremos abordando
la estructura química de los polímeros, y por tanto, estudiaremos el efecto de la
naturaleza de los átomos que constituyen la cadena principal y los
sustituyentes de la misma, las uniones entre monómeros, el peso molecular y
su distribución y el efecto delas ramificaciones y entrecruzamientos en la
cadena principal. Igualmente las diferentes configuraciones que puedan
adoptar los sustituyentes de la cadena principal condicionan notablemente las
propiedades de los polímeros y son parte de su estructura química.
Cuando se hace referencia a la estructura física de los polímeros se trata
básicamente de la orientación el comportamiento del material durante el
procesado y durante su vida de servicio.
1. ESTRUCTURA QUIMICA a) TIPO DE ATOMOS EN LA CADENA PRINCIPAL Y SUSTITUYENTES
En los polímeros la unión entre monómeros se realiza siempre mediante
enlaces covalentes. Los átomos de carbono que constituyen la cadena principal
presentan una configuración sp3, por tanto sus orbitales se dispondrán
formando un tetraedro en torno al átomo de carbono y el ángulo de enlace dos
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Termoplásticos- poricloruro de vinillo PVC
- polietileno PE- polimetacrilatos PMMA
- poliamidas PA - siliconas
- fluorados PTFE- policarbonatos PC
Termoestables- resinas fenolicas PF - resinas de urea UF
- resinas de melamina MF - resinas de poliester UP
- resinas epoxi EP- poliuretanos PUR
carbonos consecutivos será de aproximadamente 109°, aunque en las
siguientes representaciones consideraremos que se trata de moléculas planas.
Sin embargo, las fuerzas de la cohesión entre cadenas deferentes pueden ser
de naturaleza muy diversa y están fuertemente condicionadas por las
características de los átomos y de los sustituyentes de la cadena principal. La
polaridad y el volumen de estos átomos afectaran especialmente a las fuerzas
de cohesión entre cadenas, que a su vez determinaran la flexibilidad del
material, temperatura de transición vítrea, temperatura de fusión y capacidad
de cristalización entre otras propiedades.
En el caso de la molécula de polietileno (PE), molécula sencilla no polar, las
cadenas diferentes se atraen entre sí por fuerzas intermoleculares débiles de
tipo London (dipolo inducido – dipolo inducido). En consecuencia el polietileno
es un material blando y tiene una temperatura de fusión relativamente baja.
Para moléculas polares, tales como el PVC, las cadenas se mantienen unidas
mediante interacciones fuertes de tipo dipolo – dipolo resultantes de la
atracción electrostática entre los átomos de cloro de una molécula y los de
hidrogeno de otra, lo que resulta en un polímero muy rígido.
Las cadenas de moléculas altamente polares que contienen átomos de oxigeno
o nitrógeno se traen entre por puentes de hidrogeno, como es el caso del poli
óxido de metilo (POM).
En general, cuando mayor sean las fuerzas de cohesión entre las cadenas,
tanto más rígido resultara el polímero y tanto mayor será la temperatura de
fusión en el caso de polímeros cristalinos o la temperatura de reblandecimiento
en el caso de polímeros no cristalinos.
En la poliamidas, por ejemplo, las fuerzas de cohesión entre las moléculas son
el resultado de una combinación de enlaces por puentes de hidrogeno, fuerzas
dipolo – dipolo y fuerzas de tipo London, lo que confiere una elevada
temperatura de fusión al polímero.
La introducción en la cadena principal de grupos aromáticos (grupos
voluminosos y fácilmente polarizables) aumenta la rigidez de la misma como es
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el caso del polietilenterftalato (PET). Igualmente ocurre con la introducción de
grupos voluminosos como constituyentes de la cadena principal, como es el
caso del prolipropileno (PP) o del poliestireno (PS).
GRAFICO: estructura de los diferentes polímeros
b) UNIONES ENTRE MONOMEROS
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H
HC
H
H
En los procesos de polimerización por condensación los monómeros se unen
unos con otros siempre de la misma forma. No ocurre siempre así en la
polimerización por adición.
Por ejemplo, en la polimerización del metacrilonitrilo para dar poliacrilonitrilo
(PAN) la mayoría de los monómeros polimerizan vía el doble enlace:
GRAFICO:
CH2 CH
NC
CH)n(CH2n C N
NCCHCH2
NC
CH2CH
Los grupos químicos que resultan de estas reacciones son generalmente
menos estables que los producidos por las uniones normales de dobles
enlaces carbono – carbono. Aparecen así uniones débiles que pueden tener
mucha importancia en la estabilidad térmica del polímero.
También pueden formarse enlaces lábiles como consecuencia de uniones
cabeza – cabeza o cola – cola en lugar de las uniones normales cabeza – cola.
Este tipo de uniones, como la mostrada para el PVC, son responsables de la
baja estabilidad térmica de este polímero.
GRAFICO:
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C C C C
H H H H
H HCl Cl
c) PESO MOLECULAR Y SU DISTRIBUCION
Muchas de las propiedades de los polímeros, como por ejemplo la resistencia
mecánica, la elasticidad de los cauchos, la temperatura de transición vítrea de
plásticos amorfos o la temperatura de fusión de fibras y materiales
semicristalinos, se deben al alto peso molecular de los mismos. En la tabla se
muestra a modo de ejemplo, el estado de agregación de una serie de
moléculas de alcanos de la misma estructura química y creciente peso
molecular.
Número de unidades -
CH2-CH2-
Peso molecular Estado físico a 20 ºC
1 30 gas
6 170 líquido
35 1000 grasa
430 >12000 resina
La molécula del etano (1 unidad de repetición) es gaseosa, pero al aumentar su
tamaño hasta 6 unidades de repetición pasa a ser liquida, y conforme se van
adicionando más monómeros se convierte en un aceite, una cera y finalmente
en un material sólido.
El polietileno de peso molecular entre 1000 y 5000 es un sólido céreo que
adquiere propiedades útiles como plástico solo cuando su peso molecular
supera los 10000. El nailon (PA), por ejemplo, de peso molecular 1000 – 2000
es un sólido frágil, mientras que a pesos moleculares más elevados es
altamente tenaz.
Los polímeros sintéticos y la mayoría de los naturales están formados por una
mezcla de moléculas que han alcanzado diferente grado de polimerización, y
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por tanto, diferente peso molecular. En los polímeros sintéticos obtenidos por
polimerización en cadena, la longitud de la cadena viene determinada por el
tiempo que la cadena está creciendo. Las etapas de terminación, iniciación,
propagación y transferencia, responden a fenómenos al azar. En el caso de las
reacciones de polimerización por etapas, la longitud de la cadena viene
determinada principalmente por la disponibilidad local de grupos reactivos en
los extremos de las cadenas de crecimiento. En cualquier caso, el polímero
contiene moléculas que poseen longitudes de cadena muy diferentes; de modo
que en una muestra de polímero siempre nos encontraremos con una
distribución de pesos moleculares.
d) COPOLIMEROS
Cuando en un proceso de polimerización se utilizan dos o más monómeros
químicamente diferentes, el polímero resultantes e denomina copolimero.
Comúnmente se emplean tan solo 2, o como máximo tres monómeros
diferentes. Los copolimeros se clasifican según la secuencia de los monómeros
como copolimeros de bloque, de injerto y al azar.
GRAFICO:
ABS SAN
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HIPS
El ABS, por ejemplo es un copolimero generalmente de bloque formado por
secuencias de acrilonitrilo, butadieno y estireno; el HIPS (poliestireno de alto
impacto) es un copolimero de injerto que consta de una cadena principal de
poliestireno y cadenas de polibutadieno injertadas. Un ejemplo típico de
copolimero al azar es el SAN (estireno – acrilonitrilo).
La estructura química de los copolimeros es lógicamente mucha más compleja
que la de los polímeros, pues al estar formado por más de un monómero,
pueden variar además de su composición y en la longitud de secuencia. Lo que
condiciona las propiedades finales.
e) RAMIFICACIONES Y ENTRECRUZAMIENTOS
Cuando durante las reacciones de polimerización no existen reacciones
segundarias se obtienen polímeros lineales, no ramificados como el que se
muestra en la figura (a). Bajo ciertas condiciones de polimerización se pueden
obtener ramificaciones que pueden ser cortas o largas (figura b y c). las
propiedades de los polímeros pueden variar considerablemente dependiendo
de si existen o no ramificaciones y de la longitud de las mismas.
GRAFICO:
a) Polímero lineal sin ramificaciones b) con ramificaciones cortas c) con ramificaciones largas d) polímero entrecruzado
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A modo de ejemplo cabe destacar el pilietileno lineal no ramificado, que se
conoce como polietileno de alta densidad (HDPE). Conviene recordar que se
emplea el término lineal aunque los ángulos de enlace serán próximos a 109°
como consecuencia de la configuración tetraédrica de los átomos de carbono
de la cadena principal.
Bajo ciertas condiciones de polimerización se puede obtener una serie de
ramificaciones en el polietileno, generalmente de cadena corta (C1 – C4), y que
se encuentran más o menos espaciadas (1 ramificación por cada 20 a 100
átomos de carbono de la cadena principal). En este caso se trata de polietileno
de baja densidad (LDPE). Otra variedad de polietileno comercial muy frecuente
es el polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) que es un polímero casi lineal
con ramificaciones de cadena larga.
Las ramificaciones proporcionan volumen libre y aumentan la separación entre
las cadenas, de ahí su relación con la densidad del polímero. Y, como e vera
más adelante, con la capacidad de cristalizar del mismo. Los polímeros lineales
y ramificados funden y son, en general, solubles en ciertos disolventes.
Cuando unas cadenas se unen con otras vecinas a través de otras cadenas de
igual o diferente naturaleza se llega a obtener una red tridimensional y el
polímero se hace insoluble y no funde. Se habla entonces de polímeros
entrecruzados o reticulados. Para la formación de la red tridimensional es
necesario que cada molécula se una en dos o más puntos a otras moléculas.
Las redes entrecruzadas verdaderas se logran cuando existen muchos puntos
de unión por cadena primaria, de modo que los polímeros entrecruzados que
forman redes tridimensionales se consideran formados por una sola molécula
de tamaño infinito.
Estas estructuras, polímeros lineales con o sin ramificaciones, y polímeros
entrecruzados se corresponden en la práctica con dos grupos de materiales
denominados termoplásticos y termoestables. Su constitución estructural
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determina propiedades bien diferentes y también métodos de transformación
distintos.
Los materiales termoplásticos son básicamente polímeros lineales no
entrecruzados, pudiendo hacerse fluidos por calentamiento y tomar una forma
determinada, forma que mantienen una vez fríos. Este proceso de
calentamiento, toma de forma y enfriamiento puede repetirse, en principio,
indefinidamente (considerando, naturalmente, que no tienen lugar procesos de
descomposición térmica). Son, por tanto, reciclables.
Por otro lado, los materiales termoestables, debido a su estructura
entrecruzada, no funden y son insolubles. En la práctica, para poder dar forma
a estos materiales se parte de un intermedio (plástico termoendurecible) que
todavía es capaz de fundir, teniendo lugar la polimerización y el
entrecruzamiento en el propio proceso de toma de forma. La gran mayoría de
los polímeros de adición son termoplásticos.
Entre los polímeros de condensación, algunos son termoplásticos (poliamidas,
policarbonatos, poliésteres, lineales, poliuretanos lineales, etc.9 y otros
típicamente termoestables (poliésteres insaturados, resinas epoxi, resinas
fenólicas, resinas de urea, etc.).
f) CONFIGURACION
La configuración es la ordenación en el espacio de los sustituyentes alrededor
de un átomo particular.
En la figura se muestra la cadena de un polímero (en este ejemplo,
polipropileno) en su configuración en zigzag plana, completamente extendida.
La configuración resultante cuando todos los grupos de sustituyentes de la
cadena principal, en este caso CH3-, quedan por encima o por debajo del plano
de la cadena principal se llama isotactica. Si los grupos sustituyentes quedan
alternativamente por encima o por debajo del plano, la configuración se
denomina sindiotactica, mientras que la secuencia al azar corresponde a la
configuración atactica.
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El tipo de configuración también condiciona el comportamiento del material.
Por ejemplo, el polipropileno isotactico es un polímero semicristalino comercial
que se utiliza como plástico y como fibra. El polipropileno atactico es amorfo,
tipo cera, sin consistencia para su uso como material plástico. Estos ejemplos
dejan ver una vez más la influencia de la estructura del polímero sobre sus
propiedades.
GRAFICO: configuración
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2. ESTRUCTURA FISICA
a) ESTADO AMORFO Y ESTADO CRISTALINO
Los términos cristalino y amorfo se utilizan normalmente para indicar las
regiones ordenadas y desordenadas de los polímeros, respectivamente. En
estado sólido algunos polímeros son completamente amorfos, otros son
semicristalinos y, dependiendo de las condiciones de cristalización, un polímero
con capacidad de cristalizar puede ser amorfo o semicristalino.
Con frecuencia se utiliza el término cristalino en lugar de semicristalino,
aunque ningún polímero es completamente cristalino.
GRAFICO
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(a ) (b ) (c)
a) Sistema amorfo, b) semicristalino y c) cristalino
Los polímeros con capacidad de cristalizar son aquellos cuyas moléculas son
químicas y geométricamente regulares en su estructura. Las irregularidades
ocasionales, tales como las ramificaciones de la cadena, o la copolimerizacion
de una pequeña cadena de otro monómero limitan el alcance de la
cristalización, pero no evitan que ocurra. Por el contrario, los polímeros no
cristalinos típicos son aquellos en los que existe una clara irregularidad en la
estructura: polímeros ramificados, polímeros atacticos y copolimeros con
cantidades significativas de dos o más constituyentes monomericos bastante
diferentes.
b) TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA Y TEMPERATURA DE
FUSION
En el estado líquido o fundido las moléculas del polímero se encuentran por lo
general ovilladas y enmarañadas si no hay una fuerza externa que las obligue
a orientarse en una dirección. Si la energía disponible es suficiente, las
moléculas podrán moverse y los átomos de las cadenas podrán rotar alrededor
de los ángulos de enlace, produciéndose cambios de conformación.
En una situación de este tipo el volumen no ocupado (volumen libre) asociado
con cada molécula es alto. En las moléculas reales, la capacidad de rotación
de los enlaces de cadena está más o menos limitada por impedimentos
estéricos.
En la figura se representa la variación del volumen específico de dos polímeros
a y b con la temperatura. A temperaturas elevadas los polímeros termoplásticos
se encuentran en un estado líquido o fundido en el que puedan pasar
rápidamente de una conformación a otra. En esta situación el volumen libre
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asociado a las moléculas es grande y por tanto el volumen específico también
lo será. Para que un segmento de cadena de polímero se mueva con respecto
a otro se requiere energía térmica y en las condiciones descritas hay suficiente
energía para que estos movimientos sean posibles.
A medida que la temperatura desciende y hay menos energía disponible,
el cambio de conformación es más lento, y el volumen especifico
disminuye gradualmente. De acuerdo con las leyes de la termodinámica,
cuando se alcanza una temperatura determinada todos los sistemas
tienden a ordenar sus moléculas formando redes cristalinas sólidas. El
polímero de la figura es un material con capacidad de cristalizar y presenta una
temperatura de cristalización Tc, a la que se produce un cambio de fase desde
el estado fundido amorfo al estado sólido cristalino, y una temperatura de
fusión, Tm, muy próxima a la temperatura de cristalización cuando la transición
se realiza desde el estado sólido al fundido.
Las moléculas de polímero que poseen una estructura muy compleja e irregular
(ramificaciones, fuertes interacciones entre cadenas, etc.) presentan
viscosidades muy elevadas en el estado líquido. Cuando estas moléculas se
enfrían, a la temperatura a la que cabría esperar que el estado cristalino fuese
más estable que el amorfo, la viscosidad de las moléculas es demasiado
elevada, y/o su geometría demasiado compleja para adquirir una conformación
cristalina. De modo que, en estos casos, en el estado sólido persiste la
conformación desordenada típica de los líquidos.
Es el caso del polímero amorfo b representado en la figura, en el que, como se
puede ver, la disminución del volumen especifico se produce de forma gradual
con la temperatura. En estos polímeros existe una temperatura, la temperatura
de transición vítrea, Tg, a partir de la cual el material sufre un marcado
cambio de propiedades. A temperaturas por encima de la Tg segmentos
relativamente grandes de 10 o 50 unidades de repetición se pueden mover con
libertad en movimientos conjuntos, logrando modificar su conformación,
mientras que por debajo de esta temperatura los movimientos quedan limitados
a segmentos muy pequeños, impidiendo una reorganización.
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Por debajo de la temperatura de transición vítrea (estado vítreo), los
polímeros amorfos tienen muchas de las propiedades asociadas con los
vidrios inorgánicos ordinarios, incluida la rigidez, fragilidad y
transparencia. Mientras por encima de su Tg los polímeros amorfos se
comportan como cauchos o elastómeros.
Figura: variación del volumen especifico en función de la temperatura para a)
un polímero cristalino y b) un polímero amorfo.
El termino temperatura de fusión se debe emplear solo para polímeros
cristalinos o semicristalinos. En el caso de los polímeros amorfos, a
temperaturas por encima de la Tg las cadenas adquieren mayor movilidad,
llegando a hacerse fluidas, si bien realmente no hay fusión, por lo que se habla
de intervalo de reblandecimiento y estrictamente hablando no se puede decir
que el polímero se encuentra fundido.
Los polímeros cristalinos pueden presentar también temperatura de transición
vítrea pues la cristalización solo ocurre hasta una cierta extensión y siempre
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habrá regiones amorfas en un polímero sólido. Hasta cierto punto las
propiedades de los polímeros cristalinos dependerán de si las regiones amorfas
residuales se encuentran en el estado vítreo (por debajo de Tg) o en el estado
caucho (por encima de la Tg).
La tabla muestra las temperaturas de transición vítrea y de fusión de varios polímeros de uso frecuente.
c) RELACION ENTRE CRISTALINIDAD Y COMPORTAMIENTO
DURANTE EL PROCESADO
Durante el procesado los polímeros se comportan de forma bastante diferente
dependiendo de si tienen capacidad para cristalizar o no. Igualmente algunas
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propiedades del producto final están fuertemente influenciadas por el grado de
cristalinidad alcanzado por el material.
Como se ha comentado, los polímeros cristalinos contienen regiones amorfas
además de las cristalinas. Cuando estos materiales se calientan en principio se
consigue un reblandecimiento debido a la movilidad que adquieren
gradualmente las moléculas de las regiones amorfas, si bien las moléculas que
se encuentran en la región cristalina siguen en estado sólido. Cuando se
alcanzan el punto de fusión de los cristales la estructura colapsa y todas las
cadenas adquieren gran movilidad. El procesado de los materiales cristalinos
debe, por tanto, realizarse por encima del punto de fusión.
Por el contrario en el caso de los polímeros amorfos el procesado debe
realizarse por encima de la temperatura de transición vítrea, sin embargo en
este caso el reblandecimiento es gradual. Los grandes grupos de moléculas
adquieren movilidad y el polímero se convierte en gomoso y a mayores
temperaturas fluye con más facilidad relativa.
Tanto los polímeros amorfos como los cristalinos tienden a contraerse en el
procesado durante la etapa de enfriamiento, sin embargo la contracción es
mucho mayor en el caso de los polímeros cristalinos que en el de los polímeros
amorfos (11.5 a 3% en polímeros cristalinos frente a 0.4 a 0.8% en polímeros
amorfos). Mientras el material con capacidad de cristalizar esta fundido se
encuentra en estado amorfo, pero tras el enfriamiento las moléculas se
empaquetan produciendo una reducción importante en el volumen especifico.
El encogimiento que sufren los artículos moldeados es debido en este caso al
proceso de expansión y contracción térmica y a la formación de cristales.
El desarrollo de la cristalinidad será tanto mayor cuanto más lenta sea la
velocidad de enfriamiento del material, y lo mismo ocurrirá con la contracción.
Por el contrario, los polímeros amorfos no cristalizan durante el enfriamiento y
el encogimiento se debe tan solo a la expansión y contracción térmica. En este
caso la velocidad de enfriamiento no afecta a la contracción que sufre el
artículo moldeado.
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PROPIEDADES COMUNES DE LOS POLIMEROSA pesar de que los distintos plásticos presentan grandes diferencias en su
composición y estructura, hay una serie de propiedades comunes a todos ellos
y que los distinguen de otros materiales. Un ejemplo de alguna de estas
propiedades se encuentra en la tabla:
Tabla: densidad, conductividad térmica y eléctrica de diferentes materiales.
DENSIDAD: El rango de las densidades de los plásticos es relativamente bajo
y se extiende desde 0.9 hasta 2.3 g/cm3 . Entre los plásticos de mayor
consumo se encuentran el PE y el PP, ambos materiales con densidad inferior
a la del agua. La densidad de otros materiales a los que los plásticos sustituyen
en algunas aplicaciones es varias veces mayor, como es el caso del aluminio o
del acero. Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos:
por un lado los átomos que componen los plásticos son ligeros (básicamente C
y H, y en algunos casos además O, N o halógenos), y por otro, las distancias
medias entre átomos dentro de los plásticos son relativamente grandes. Una
densidad tan baja permite que los plásticos sean materiales fáciles de manejar
y por otra parte, supone una gran ventaja en el diseño de piezas en las que el
peso es una limitación.
CONDUCTIVIDAD TERMICA: Por otra parte, el valor de la conductividad
térmica de los plásticos es sumamente pequeño. Los metales, por ejemplo,
presentan conductividades térmicas 2000 veces mayores que los plásticos;
esto se debe a la ausencia de electrones libres en el material plástico, la baja
conductividad térmica resulta un inconveniente durante la transformación de los
plásticos.
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Material Densidad (g/cm3)
Cond. Term. (W/mK)
Cond. Elec. (S)
Plásticos 0.9-2.3 0.15-0.5 --- PE 0.9-1.0 0.32-0.4 --- PC 1.0-1.2 --- ---
PVC 1.2-1.4 --- 10-15 Acero 7.8 17.50 5.6
Aluminio 2.7 211 38.5 Aire --- 0.05 ---
C
El calor necesario para transformar los plásticos se absorbe de manera muy
lenta y la eliminación del calor durante la etapa de enfriamiento resulta
igualmente costosa. Sin embargo, en muchas aplicaciones de los plásticos, la
baja conductividad térmica se convierte en una ventaja, pues permite el empleo
de estos materiales como aislantes térmicos.
CONDUCTIVIDAD ELECTRICA: Igualmente los plásticos conducen muy mal la
corriente eléctrica. Presentan resistencias muy elevadas, y por tanto, baja
conductividad eléctrica. La resistencia eléctrica es función de la temperatura, y
a elevadas temperaturas conducen mejor. Gracias a su elevada resistencia
eléctrica los plásticos se utilizan frecuentemente como aislantes eléctricos de
aparatos y conducciones que funcionan con corriente o la transportan.
PROPIEDADES OPTICAS: en cuanto a las propiedades ópticas, los plásticos
que no contienen aditivos son por lo general bastante traslucidos, aunque esta
propiedad está fuertemente influenciada por la cristalinidad del material, los
polímeros amorfos son transparentes, mientras que los cristalinos son opacos.
Las zonas cristalinas dispersan la luz, evitando así su libre transmisión, dando
lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o se tratan
secciones muy finas.
Por el contrario, en los polímeros amorfos el empaquetamiento al azar de las
moléculas no causa una difracción de la luz importante, permitiendo una
transparencia muy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al
90%. Termoplásticos amorfos como el PC, PMMA y PVC presentan
transparencia que no difieren mucho de la del propio vidrio. La transparencia de
los plásticos se puede perder, al menos parcialmente, por exposición a la
intemperie o a cambios bruscos de temperatura.
LA RESISTENCIA QUIMICA: la resistencia química de los polímeros también
está fuertemente influenciada por el grado de cristalinidad. El los polímeros
cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficie del polímero,
que tiene una menor cristalinidad. Cuando se aplica un esfuerzo las grietas
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producidas no se propagan una vez que llegan a las zonas cristalinas. Los
polímeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos. Los
disolventes atacan al polímero formando pequeñas grietas que se extienden
por todo el polímero cuando se aplica un esfuerzo por pequeño que sea.
PROPIEDADES MECANICAS:
Los plásticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en sus
distintas aplicaciones, por lo que la selección del material adecuado para cada
una de ellas se basa, entre otras consideraciones, en sus propiedades
mecánicas. Las propiedades mecánicas de los polímeros dependen,
fundamentalmente, de su composición, estructura y condiciones de procesado.
Asimismo, existen otros factores que influyen en las mismas y son,
principalmente, el tiempo (velocidad de aplicación de los esfuerzos) y la
temperatura.
Precisamente debido al carácter viscoelastico de los plásticos, el
comportamiento de estos materiales cuando se les aplica un esfuerzo a
velocidad elevada no puede extrapolarse para aplicaciones en las que la carga
se aplica durante periodos prolongados de tiempo. Los ensayos a corto plazo y
a largo plazo simulan estas situaciones en el laboratorio.
En los ensayos a largo plazo se estudia la deformación que sufre un material
bajo un esfuerzo o una deformación constante en función del tiempo y son
especialmente adecuados en el diseño de piezas que tienen que sufrir
esfuerzos intermitentes.
Por otra parte, la respuesta de un material puede ser muy diferente
dependiendo del tipo de esfuerzo al que se vea sometido. Para caracterizar un
material para una aplicación determinada es conveniente estudiar su
comportamiento ante el tipo de esfuerzo al que va a ser sometido y no es
prudente extrapolar los resultados de un tipo de ensayo a otro.
Dentro de los ensayos a corto plazo, en los que no se tiene en cuenta el
tiempo de aplicación del esfuerzo, se estudia el comportamiento de los
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materiales cuando se aplican esfuerzos en tracción, flexión, comprensión e
impacto.
Por otra parte, hay dos tipos fundamentales de ensayos a largo plazo: los
ensayos de fluencia y los de relajación de esfuerzos.
Los ensayos de fluencia consisten en aplicar una carga fija a una muestra y
estudiar la deformación resultante en función del tiempo. En los ensayos de
relajación de esfuerzos se aplica una deformación fija a una muestra y se
estudia la variación de la carga requerida para mantener la deformación en
función del tiempo.
En la figura 1. Muestra una curva típica esfuerzo-deformación obtenido en un
ensayo a corto plazo, en el que el esfuerzo aplicado varía de forma constante.
Como se ha comentado existen varios tipos de ensayos pero la forma general
de las curvas es siempre muy parecida aunque la respuesta del material puede
ser muy diferente dependiendo de la orientación del esfuerzo.
La curva esfuerzo-deformación se puede dividir en varios tramos. El primer
tramo de la curva OA es lineal y muestra una proporcionalidad entre esfuerzo y
deformación, es decir el material se comporta siguiendo le ley de Hooke. El
punto A se conoce como límite de proporcionalidad. Aunque en el tramo AB
ya no hay proporcionalidad entre esfuerzo y deformación, el material todavía
se comporta como elástico, es decir, la deformación desaparecería totalmente
si Cesaría el esfuerzo.
Las deformaciones por debajo del punto A son relativamente pequeñas y se
asocian con la extensión de los enlaces existentes entre los átomos de las
moléculas de plástico, tal como se muestra en la figura 1.1 (a). Este tipo de
deformación es instantánea y completamente recuperable. No hay
desplazamiento de unas moléculas respecto a otras.
La deformación que tiene lugar entre los puntos A y B es consecuencia del
estiramiento de moléculas que se encuentran enrolladas sobre sí mismas,
como se muestra en la figura 1.1 (b). Tampoco en este caso hay
desplazamiento de unas moléculas respecto a otras, por lo que la deformación
es recuperable, aunque no de forma instantánea.
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Figura: 1
1.1 tipos de deformación de las moléculas: a) por extensión de enlaces b) por desenrollamiento de moléculas, c) por desplazamiento.
Volviendo a la figura 1, a partir del punto B la deformación deja de ser elástica
por lo que este punto recibe el nombre de límite elástico o punto de fluencia.
Los esfuerzos y deformaciones correspondientes a este punto reciben el
nombre de esfuerzo límite y deformación limite, respectivamente. Las
deformaciones que tienen lugar por encima del límite elástico dejan de ser
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recuperables, debido a que estas deformaciones son consecuencias del
deslizamiento de unas moléculas respecto de otras (figura 1.1 (C)).
Las moléculas que se han desplazado no pueden volver a su posición original,
por lo que la deformación es irreversible. En este caso el material ya no se
comporta como un cuerpo elástico sino como un sólido plástico. El tramo BC,
es aproximadamente horizontal, como consecuencia de que el material se hace
dúctil y fluye a poco que varíe el esfuerzo aplicado.
Después del punto C, puede ocurrir que para seguir deformando el material
haya que aplicar un esfuerzo algo mayor, debido a que el material puede haber
sufrido un ligero reforzamiento. El punto final D corresponde al momento en el
que el material rompe, con un esfuerzo de rotura D que recibe el nombre de
resistencia a la rotura y una deformación D que en el caso de ensayos de
tracción se llama alargamiento a la rotura.
La pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conoce como módulo
de Young, o simplemente modulo. Los plásticos que tienen un módulo alto se
suelen llamar plásticos duros, mientras los que tienen un módulo bajo son
plásticos blandos.
Plásticos duros son, por ejemplo, las resinas de fenol-formaldehido (PF),
polioximetileno (POM), policarbonato (PC) y polietilenterftalato (PET), esta
dureza no debe confundirse con la dureza superficial, que normalmente se
define como la resistencia de un material a ser rayado o penetrado. Para evitar
confusiones los plásticos duros (con alto modulo) deberían llamarse plásticos
rígidos. Según la norma ASTM loa plásticos rígidos son aquellos que tienen un
módulo superior a 700 MPa, los semirrígidos tienen un módulo entre 70 y 700
MPa y los blandos son aquellos con un módulo inferior a 70 MPa.
La tenacidad se puede estimar como el área total OABCDO. Representa el
trabajo total que debe hacerse para romper el material. Cuando mayor cantidad
de energía pueda absorber un material experimentando grandes
deformaciones, más tenaz será. El termino fragilidad hace referencia a la falta
de tenacidad.
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RESUMEN
Los polímeros son macromoléculas formadas por la unión de moléculas más
pequeñas llamadas monómeras, los cuales dan forma a enormes cadenas de
las formas más diversas.
Desde los inicios de la vida en la tierra es posible encontrar polímeros, en la
naturaleza, sin embargo estos no son utilizados en el ámbito de la construcción
de manera directa, más bien se utilizan sus derivados como el caso de la
celulosa que resulta como derivado del papel reciclado triturado y luego se
utiliza como aislante térmico y acústico en las paredes o tabiques.
Existen polímeros naturales de gran significación comercial como el algodón,
formado por fibras de celulosas, y la seda, una poliamida semejante al
nylon.
Sin embargo hasta finales del siglo pasado se consideraba que las
substancias de alto peso molecular, que a veces aparecían en los
experimentos, eran simplemente el resultado de reacciones fallidas. Sin
embargo a partir de la segunda guerra mundial se pareció que estos
resultados eran polímeros que se pueden utilizar, dando así un avance en el
desarrollo de polímeros sintéticos.
PROCESOS DE POLIMERIZACION Es un proceso químico por el cual, mediante calor, luz o un catalizador, se unen varias moléculas de un compuesto generalmente de carácter no saturado llamado monómero para formar una cadena de múltiples eslabones, moléculas de elevado peso molecular y de propiedades distintas, llamadas macromoléculas o polímeros.
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Existen diversos procesos para unir moléculas pequeñas con otras para formar
moléculas grandes. Su clasificación se basa en el mecanismo por el cual se
unen estructuras monómeras o en las condiciones experimentales de reacción.
Existen dos tipos fundamentales de polimerización:
• En las polimerizaciones de adición, todos los átomos de monómero se
convierten en partes del polímero.
• En las reacciones de condensación alguna de los átomos del
monómero no forman parte del polímero, sino que son liberados como
H2O, CO2, ROH, etc.
Polimerización por adición:
• Adición de un monómero insaturado (con doble enlace) a la cadena de
crecimiento.
Tiene 3 etapas:
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Iniciación: se añade un iniciador (molécula inestable que produce
radicales libres por descomposición)
H H H H
OH· –C =C HO –C –C ·
H H H H
Propagación : la cadena crece
H H H H H H H H H H H H
HO –C –C –C –C · + C =C HO –C –C –C –C –C –C ·
H H H H H H H H H H H H
Polimerización por condensación:
• reacciones químicas intermoleculares, generalmente entre diversas
especies manométricas y con la eliminación de un subproducto de bajo
peso molecular.
• Poliéster
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EFECTOS SOCIOECONÓMICOS Y AMBIENTALES DE LA PRODUCCIÓN DE POLÍMEROSEn la actualidad encontramos muchos polímeros artificiales para tantos propósitos diferentes.
Los plásticos son populares porque son:
• Económicos.
• Más livianos.
• Muy resistentes a la oxidación y al ataque de ácidos y bases.
• Inalterables a los agentes atmosféricos como la luz, el agua y el aire.
• Muy versátiles, pueden ser suaves como las plumas y más resistentes que el mismo acero.
• Son aislantes de la corriente eléctrica.
Sin embargo, como en todas las cosas, estas mismas ventajas pueden ser sus peores inconvenientes. La alta resistencia a la corrosión, al agua y a la descomposición bacteriana, los convierte en residuos difíciles de eliminar y, consecuentemente, en un grave problema ambiental.
Efectos ambientales de los polímeros
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La gran cantidad de desechos de polietileno que se tira anualmente, está
creando serios problemas, sobre todo cuando llega el momento de
deshacernos de ellos.
Si se quema, contamina el aire.
Si se entierra, se contamina el suelo
Y si se desecha en ríos, mares y lagos, el agua también se contamina.
Por ello es necesario evitar el uso excesivo de los empaques y utilizar las 3 R’s.
1. Reducir: Evitar todo aquello que de una u otra forma genera un desperdicio innecesario.
2. Reutilizar: Volver a usar un producto o material varias veces sin tratamiento. Darle la máxima utilidad a los objetos sin la necesidad de destruirlos o deshacerse de ellos.
3. Reciclar: Utilizar los mismos materiales una y otra vez, reintegrarlos a otro proceso natural o industrial para hacer los mismos o nuevos productos, utilizando menos recursos naturales.
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CONCLUSIÓN
Luego de haber confeccionado el presente trabajo, estoy en condiciones
de apreciar que los polímeros son un material imprescindible en nuestra
vida, el cual se encuentra presente en un sinfín de objetos de uso
cotidiano. Por sus características y su bajo costo, podríamos decir que
es un material prácticamente irremplazable, del cual difícilmente
podríamos prescindir.
Es aquí donde debemos tomar conciencia de que este material tan
práctico, útil y barato puede, y de hecho lo está haciendo, causar
estragos a nuestro planeta. Al ser la mayoría materiales derivados del
petróleo, su biodegradabilidad está bastante comprometida y al arrojarlo
junto con los residuos domiciliarios de todos los días, contribuimos en
mayor o menor grado a la contaminación del planeta.
Afortunadamente algunas personas del mundo, principalmente los
habitantes de países desarrollados, han comenzado a tomar conciencia
de los riesgos que puede acarrear el uso descontrolado de este tipo de
materiales; concientizados han comenzado a reemplazar las bolsas
plásticas por unas prácticas bolsas de papel madera, prefieren comprar
envases de vidrio reciclables en vez de los molestos envases plásticos
que, una vez consumido el contenido, resultan inútiles. Por citar algunos
casos, expongo a continuación un artículo que puede resultar de interés
acerca de lo que se hace con los plásticos en EE.UU.
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Fuentes Bloomfield, M. (1997). Química de los Organismos Vivos. 1era ed.
México: Editorial LIMUSA Garritz A. y Chamizo J.A. (1994). Química. 1era ed. Estados Unidos:
Editorial Addison-Wesley Solomons, G. (1996). Fundamentos de Química Orgánica. 2da. ed.
México: Editorial LIMUSA Química, Chang R. 10ma Ed., Mc Graw Hill.
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