resumen polimeros capitulo 1

8/18/2019 Resumen Polimeros Capitulo 1

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Instituto Tecnológico de Costa Rica Tecnología de Polímeros Tarea 1. Resumen Capitulo 1Elizabeth Méndez idalgo

Polímeros de Adición y Condensación

Los polímeros son macromoléculas formadas por la unión repetida

de una o varias moléculas unidas por enlaces covalentes. El término

macromolécula significa molécula muy grande. “Polímero” y“macromolécula” son términos que suelen utiliarse indistintamente!

aunque estrictamente "a#lando no son equivalentes ya que las

macromoléculas! en principio! no requieren estar formadas por unidades

de repetición.

$ependiendo de su origen! los polímeros pueden ser naturales o

sintéticos. Los sintéticos contienen normalmente entre uno y tres tipos

diferentes de unidades que se repiten! mientras que los naturales o

#iopolímeros como la celulosa! el A$% o las proteínas presentanestructuras muc"o m&s comple'as. Los polímeros sintéticos tienen! "oy

por "oy! mayor interés desde el punto de vista comercial! por lo que en

general nos referiremos casi e(clusivamente a ellos.

Las moléculas que se com#inan para formar los polímeros se

denominan monómeros y las reacciones a través de las cuales se

o#tienen se denominan reacciones de polimeriación. Cuando se parte

de un solo tipo de molécula se "a#la de "omopolimeriación y de

"omopolímero. Cuando son dos o m&s moléculas diferentes las que serepiten en la cadena se "a#la de copolimeriación! comonómeros y

copolímero. Las reacciones de polimeriación se suelen dividir en dos

grandes grupos) reacciones de adición y de condensación! y los

polímeros o#tenidos por cada una de estas vías se conocen como

polímeros de adición y polímeros de condensación. En los polímeros de

adición la unidad estructural de repetición tiene la misma composición

que la del monómero de partida. El grupo m&s importante de polímeros

de adición corresponde a los formados a partir de monómeros que

contienen un do#le enlace car#ono*car#ono! como es el caso! por

e'emplo! de la polimeriación del policloruro de vinilo +P,C-.

$entro de los polímeros de adición tam#ién ca#e destacar aquellos


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que se o#tienen a partir de monómeros cíclicos! como es el caso del

poli +ó(ido de etileno- +PE-.

En cam#io! los polímeros de condensación se forman a partir de

monómeros polifuncionales a través de diversas reacciones con la

posi#le eliminación de alguna peque/a molécula! tal como el agua.

0n e'emplo típico es la formación de las poliamidas a partir de la

reacción de diaminas y &cidos dicar#o(ílicos)

1 y 12 son grupos alif&ticos o arom&ticos. La unidad entre

paréntesis que se repite muc"as veces en la cadena de polímero se

denomina unidad de repetición. La composición de la unidad de

repetición difiere de la de los dos monómeros de partida en una

molécula de agua.

Estructura de los Polímeros

Para a#ordar el estudio de la estructura de los polímeros se suelen considerar

dos niveles! estructura química y estructura física.

Estructura 3uímica

4ipos de &tomos en la cadena principal y sustituyentes los &tomos de car#ono

que constituyen la cadena principal presentan una configuración sp5! por lo

tanto! sus or#itales se dispondr&n formando un tetraedro en torno al &tomo decar#ono y el &ngulo de enlace de dos car#onos consecutivos ser& de

apro(imadamente 6789. :in em#argo! las fueras responsa#les de la co"esión entre cadenas

diferentes pueden ser de naturalea muy diversa! y est&n fuertemente

condicionadas por las características de los &tomos y de los sustituyentes de

la cadena principal. La polaridad y el volumen de estos &tomos afectar&n

especialmente a las fueras de co"esión entre cadenas! que a su ve


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determinar&n la fle(i#ilidad del material! temperatura de transición vítrea!

temperatura de fusión y capacidad de cristaliación entre otras propiedades.

En general! cuanto mayor sean las fueras de co"esión entre las

cadenas! tanto m&s rígido resultar& el polímero y tanto mayor ser& la

temperatura de fusión en el caso de polímeros cristalinos o la

temperatura de re#landecimiento en el caso de polímeros no cristalinos.

En las poliamidas! por e'emplo! las fueras de co"esión entre las

moléculas son el resultado de una com#inación de enlaces por puentes

de "idrógeno! fueras dipolo*dipolo y fueras de tipo London! lo que

confiere una elevada temperatura de fusión al polímero.

0nión entre ;onómeros

En los procesos de polimeriación por condensación los monómeros se

unen unos con otros siempre de la misma forma. %o ocurre siempre así

en la polimeriación por adición. Por e'emplo! en la polimeriación del

metacrilonitrilo para dar poliacrilonitrilo +PA%- la mayoría de los

monómeros polimerian vía el do#le enlace.

Los grupos químicos que resultan de estas reacciones son generalmente

menos esta#les que los producidos por las uniones normales de do#les

enlaces car#ono*car#ono. Aparecen así uniones dé#iles que puedentener muc"a importancia en la esta#ilidad térmica del polímero.

Peso ;olecular y su distri#ución

;uc"as de las propiedades de los polímeros! como por e'emplo la

resistencia mec&nica! la elasticidad de los cauc"os! la temperatura de

transición vítrea de pl&sticos amorfos o la temperatura de fusión de fi#ras

y materiales semicristalinos! se de#en al alto peso molecular de los

mismos.

Los polímeros sintéticos y la mayoría de los naturales est&n formados por

una mecla de moléculas que "an alcanado diferente grado de

polimeriación! y por tanto! diferente peso molecular. En los polímeros

sintéticos o#tenidos por polimeriación en cadena! la longitud de la

cadena viene determinada por el tiempo que la cadena est& creciendo.

Las etapas de terminación! iniciación! propagación y transferencia!

responden a fenómenos al aar. En el caso de las reacciones de


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polimeriación por etapas! la longitud de cadena viene determinada

principalmente por la disponi#ilidad local de grupos reactivos en los

e(tremos de las cadenas en crecimiento.

Los valores medios m&s importantes utiliados para representar el peso

molecular de un polímero son el promedio en n


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monómeros químicamente diferentes! el polímero resultante se denomina

copolímero. Com


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Estructura @ísica

Estado Amorfo y Estado Cristalino

Los polímeros con capacidad de cristaliar son aquellos cuyas moléculas

son química y geométricamente regulares en su estructura. Las

irregularidades ocasionales! tales como las ramificaciones de la cadena!

o la copolimeriación de una peque/a cantidad de otro monómero limitan

el alcance de la cristaliación! pero no evitan que ocurra. Por el contrario!

los polímeros no cristalinos típicos son aquellos en los que e(iste una

clara irregularidad en la estructura) polímeros ramificados! polímeros

at&cticos y copolímeros con cantidades significativas de dos o m&s

constituyentes monoméricos #astante diferentes.

4emperatura de 4ransición ,ítrea y 4emperatura de @usión


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,ariación del volumen específico en función de la temperatura

para a- un polímero cristalino y #- un polímero amorfo.

1elación entre cristalinidad y comportamiento durante el proceso

4anto los polímeros amorfos como los cristalinos tienden a contraerse

en el procesado durante la etapa de enfriamiento! sin em#argo la

contracción es muc"o mayor en el caso de los polímeros cristalinos

que en el de los polímeros amorfos +6. a 5B en polímeros cristalinos

frente a 7. a 7.DB en polímeros amorfos-. ;ientras el material con

capacidad de cristaliar est& fundido se encuentra en estado amorfo!

pero tras el enfriamiento las moléculas se empaquetan produciendo

una reducción importante en el volumen específico. El encogimiento

que sufren los artículos moldeados es de#ido en este caso al proceso

de e(pansión y contracción térmica y a la formación de cristales. El

desarrollo de la cristalinidad ser& tanto mayor cuanto m&s lenta sea la

velocidad de enfriamiento del material! y lo mismo ocurrir& con la

contracción. Por el contrario! los polímeros amorfos no cristalian

durante el enfriamiento y el encogimiento se de#e tan sólo a la

e(pansión y c on t r ac c ión térmica. En este caso la velocidad de

enfriamiento no afecta a la contracción que sufre el artículo moldeado.

Propiedades Comunes entre los Polímeros

Poseen una densidad muy #a'a permite que los pl&sticos sean materiales


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f&ciles de mane'ar! por otra parte! supone una gran venta'a en el dise/o

de pieas en las que el peso es una limitación! la conductividad térmica

de los pl&sticos es sumamente peque/a! de igual forma lo es la

conductividad eléctrica eso quiere decir que los polímeros son #uenos

aislantes. Las propiedades ópticas! los pl&sticos que no contienen

aditivos son por lo general #astante trasl


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del material en la mayoría de los procesos de transformación! sin

em#argo! e(iste un n


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energía cuando son sometidos a esfueros menores que cierto valor

um#ral mientras que con un esfuero superior al um#ral se deforman

continuamente como un fluido! siendo el esfuero una función! lineal o

no! de la velocidad de deformación. E'emplos típicos de este tipo de

materiales son la pasta dentífrica! mayonesa! mermelada! clara de "uevo

y nata #atida.

,ariación de la ,iscosidad con el 4iempo de Aplicación de la Cialla

,ariación de la viscosidad con el tiempo de aplicación de la

cialla.

El comportamiento ti(otrópico se da cuando la viscosidad disminuye con

el tiempo de aplicación de la cialla. E'emplos de fluidos ti(otrópicos son

pastas de almidón! gelatinas! ma"onesas! pinturas! ad"esivos! y la

mayoría de los polímeros fundido! entre otros. Por el contrario! los fluidos

reopécticos son aquellos en los que la viscosidad aumenta con el tiempo

de aplicación del esfuero! fenómeno poco frecuente.

,ariación de la ,iscosidad con la 4emperatura

La viscosidad es fuertemente dependiente de la temperatura. La

mayoría de los materiales disminuyen su viscosidad con la

temperatura la dependencia es e(ponencial y puede "a#er variaciones de "asta un 67B por grado.


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$ependencia de la viscosidad de distintos polímeros con la

temperatura) P;;A! P,C! L$PE! PP! PA.

La relación entre la viscosidad y la temperatura puede representarse

generalmente por una e(presión de tipo Arr"enius)

donde 4 es la temperatura a#soluta y A y ? son constantes del polímero.

,ariación de la ,iscosidad con la Presión

La viscosidad de los líquidos aumenta e(ponencialmente con el aumento

de la presión. El agua por de#a'o de 579C es la


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Curva de flu'o típica de polímeros fundidos.

Por lo tanto la ley de potencias es el modelo m&s utiliado para

representar las curvas de flu'o de los polímeros! pudiendo e(plicar el

comportamiento ne=toniano! dilatante y pseudopl&stico. La e(presión del

la ley de potencias es la siguiente)

El e(ponente n! llamado el índice de comportamiento de flu'o! se utilia

normalmente como indicador de la dilatancia o pseudoplasticidad de unasustancia. $e acuerdo con la ley de %e=ton! la viscosidad es el cociente

entre el esfuero y la velocidad de deformación! de modo que el valor de

la pendiente de las curvas de flu'o es n*6.

Efecto del Peso ;olecular

La dependencia de la viscosidad a #a'as ciallas con el peso molecular

del polímero "a sido ampliamente estudiada! "a#iéndose o#servado que

se cumple la siguiente ecuación +relación de ;arG*Fo=inG-)


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Comportamiento de la viscosidad para un P: de distri#ución estrec"a de

+ - y para un P: de distri#ución anc"a + - de pesos moleculares.

Propiedades ;ec&nicas

Las propiedades mec&nicas de los polímeros dependen!

fundamentalmente! de su composición! estructura y condiciones de

procesado. Asimismo! e(isten otros factores que influyen en las

mismas y son! principalmente! el tiempo +velocidad de aplicación de

los esfueros- y la temperatura.

Cur!a típica es"uerzo#de"ormación de un pl$stico


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4ipos de deformación de las moléculas) +a- por e(tensión de enlaces! +#-

por desenrollamiento de moléculas! +c- por desplaamiento.

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