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Presentación general de polimeros
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Polimeros Aplicaciones Típicas Polietileno Tereftalato
(PET) Botellas; envases farmacéuticos; tejas; películas para el empaque de alimentos; cuerdas, cintas
de grabación; alfombras; fibras. Polietileno de alta densidad (PE-AD)
Tuberías; embalajes y láminas industriales; tanques, cubetas para líquidos; botellas; recubrimiento de cables; contenedores para transporte; vajillas plásticas; bañeras; cerramientos; juguetes; conos de señalización.
Cloruro de PoliviniloPVC
Rígido Tuberías y accesorios para sistemas de suministro de agua potable, riego y alcantarillado;
ductos, componentes para la construcción, ventanas, puertas, cielorasos y barandas; tejas y tabletas para pisos; partes de electrodomésticos y computadores; tarjetas bancarias y otros elementos de artes gráficas; envases de alimentos.
PVCEmulsión Papel decorativo para recubrimientos interiores, cueros sintéticos para muebles y calzado, juguetes.
PVC-Flexible Membranas para impermeabilización de suelos o techos, recubrimientos aislantes para cables conductores; empaques y dispositivos de uso hospitalario, mangueras para riego, suelas para calzado.
Polietileno de baja densidad (PE-BD, PE-
LBD)
Películas para envolver productos, películas para uso agrícola y de invernadero; láminas adhesivas; botellas y recipientes varios; tuberías de irrigación y mangueras de conducción de agua.
Polipropileno (PP) Película para empaques flexibles, confitería, laminaciones, bolsas en general. Fibra textil,
muebles plásticos, utensilios domésticos, mallas plásticas, carcasas de baterías, vasos desechables, empaques para detergentes, tubería, botellas, juguetería.
Poliestireno (PS)
Espumado Expandido
Su principal aplicación es la fabricación de envases. Aplicaciones como elementos para equipos eléctricos y electrodomésticos; gabinetes interiores; contrapuertas de neveras; estuches para casetes de audio y video. Aplicaciones en la industria farmacéutica y accesorios médicos. Juguetería y recipientes de cosméticos.
Elementos en la industria de la construcción. Industria Automotriz. Artículos escolares y de oficina. Elementos decorativos para el hogar.
Por qué los polímeros??
n Costo relativamente bajo n Menos operaciones de acabado n Simplificación en el ensamblaje n Menos peso n Reducción de ruido n No hay necesidad de lubricar piezas n Excelentes propiedades aislantes
Macromolécula n Moléculas de grandes dimensiones (pesos
moleculares superiores a 1000g) Moléculas de grandes dimensiones (pesos moleculares superiores a 1000)
Son moléculas lineales o ramificadas formadas por la repetición indefinida de grupos funcionales simples (monómeros).
Su composición y estructura química es simple.
Se componen básicamente de C, H, O, N.
PLASTICOS
TERMOPLÁSTICOS
Es necesario calentarlos para darles forma. Constituidos por cadenas principales muy largas de á t o m o s d e c a r b o n o ( covalente). Algunas veces, se enlazan t a m b i é n á t o m o s d e ni t rógeno, oxígeno o azufre (covalente). En los termoplásticos, las largas cadenas moleculares están ligadas entre sí por enlaces secundarios.
TERMOFIJOS Adquieren una forma permanente, (“fijados”) por reacción química. No se pueden volver a fundir y darles forma ya que se degradan o descomponen. Están compuestos por una red de átomos de carbono e n l a z a d o s e n f o r m a covalente para formar un sólido rígido. El término termofijo indica que se requiere calor para e n d u r e c e r l o permanentemente
Polímetros por RX Adición Abreviatura Nombre Monómero
PE Polietileno CH2 = CH2 PP Polipropileno CH2 = CH(CH3) PS Poliestireno CH2 = CH (C6H5)
PVC Policloruro de vinilo CH2 = CHCl PAN Poliacronitrilo CH2 = CHCN
PMMA Polimetacrilato de metilo
CH2 = C- COO- CH3CH3
BUNA Polibutadieno CH2= CH- CH=CH2 POM Polióxido de metileno CH2 =O
Grado de Polimerización (GP)
Número de subunidades o meros (n) que hay en la cadena molecular del polímero. GP muy bajos à líquidos a T ambiente (aceites sintéticos y ceras). El GP promedio para rangos de polietileno que van de 3 500 a 25 000, corresponde a masas moleculares promedio que varían de 1 0 0 0 0 0 a 7 0 0 0 0 0 g / m o l , aproximadamente.
2. Propagación
Las cadenas de polímero en la polimerización en cadena siguen creciendo de forma espontánea porque la energía del sistema químico disminuye en virtud del proceso de polimerización en cadena.
PE è GP entre 3 500 a 25 000
3. Terminación
Puede ocurrir por la adición de un radical libre finalizador o cuando se combinan dos cadenas.
Otra forma posible es que cantidades insignificantes de impurezas finalicen el crecimiento de la cadena del polímero.
Funcionalidad del monómero
§ El número de enlaces activos que tiene un monómero= Funcionalidad
§ Un monómero que usa dos enlaces activos para la polimerización de cadenas largas se denomina bifuncional (etileno)
§ Un monómero que usa tres enlaces activos para formar una red de material polimérico se llama trifuncional (fenol)
Copolímeros
" Copolímeros aleatorios " Copolímeros alternantes " Copolímeros de bloque " Copolímeros injertados
Aleatorio
Alternante
Bloque
Injertado
Condiciones RX Adición
l La polimerización del etileno ramificado se produce a 200ºC y 2000 atm, con trazas de O2 como iniciador è LDPE (PE de baja densidad)
l Con catalizadores esteroespecíficos (Ziegler Natta) se consigue un PE lineal (HDPE) de mejores características mecánicas, a menor P y T.
l También existen los iniciadores aniónicos y catiónicos
PESO MOLECULAR n No todas las moléculas son de igual
tamaño. n El peso molecular influye en las
propiedades mecánicas en estado sólido, y en su T de reblandecimiento.
n Muy altos PM van asociados a muy alta viscosidad del polímero y por t a n t o d i f i c u l t a d e s p a r a e l procesamiento
TERMOPLÁSTICO PARCIALMENTE CRISTALINO
Empaquetamiento de las cadenas del polímero à regiones
cristalinas Estado Vítreo
Exp: Polietileno
Estructura de los materiales termoplásticos
Cristales ≅ 5 a 50 nm vs longitud extendida ≅ 5 000 nm
Modelo de cadena plegada de una lamela de polietileno de baja densidad.
Lamela
El grado de cristalinidad de los materiales poliméricos parcialmente cristalinos varía entre 5 y 95 % de su volumen total. La cristalización completa no se alcanza ni siquiera con materiales poliméricos que son altamente cristalizables. La cantidad de material cristalino que existe dentro de un termoplástico afecta su resistencia a la tensión. En general, cuando el grado de cristalinidad aumenta, la resistencia del material aumenta.
La cristalinidad muestra las siguientes características:
Ligero aumento de densidad respecto al mismo polímero en estado completamente
amorfo.
Los polímeros policristalinos no son transparentes
Resistencia química a los disolventes.
T de fusión definida.
Aumento espectacular de las propiedades mecánicas tras estiramiento.
Estereoisomerismo en termoplásticos
Compuestos moleculares que tienen las mismas composiciones químicas, pero diferentes arreglos
estructurales
Catalizadores de Ziegler y Natta
Con un catalizador estereoespecífico, el polipropileno isotáctico puede producirse a escala comercial.
El polipropileno isotáctico es un material polimérico altamente cristalino con un punto de fusión de 165 a 175°C.
Debido a su alta cristalinidad, el propileno i s o t á c t i c o t i e n e r e s i s t e n c i a s y temperaturas de deflexión térmica más altas que el polipropileno atáctico
Moldeo por inyección 1. Se pueden producir piezas de alta calidad a una alta velocidad de producción. 2. Los costos de la m a n o d e o b r a d e l p r o c e s o s o n relativamente bajos. 3. Se pueden producir buenos acabados en la superficie de la pieza moldeada. 4. El proceso puede ser altamente automatizado. 5. Se pueden producir formas complicadas.
PROCESOS PARA TERMOFIJOS u Moldeo por compresión: la resina
p l á s t i c a , q u e p u e d e e s t a r precalentada, se carga en un molde caliente que tiene una o varias cavidades
u Moldeo por transferencia: la resina plástica no es alimentada directamente en las cavidades del molde sino en una cámara exterior a dichas cavidades
u Moldeo por inyección
POLIAMIDA= NYLON • Buena dureza, baja resistencia a la fricción
y buena resistencia a las sustancias químicas
Altamente cristalinos Alta resistencia, altas temperaturas de deformación por calor y buena resistencia a las sustancias químicas. Baja viscosidad del fundido y facilidad de procesado. La flexibilidad de las cadenas de carbono contribuye a su alta lubricidad, baja fricción superficial y buena resistencia a la abrasión. Sensible a la absorción de H2O
Ventajas de Termofijos
1. Alta estabilidad térmica 2. Alta rigidez 3. Alta estabilidad dimensional 4. Resistencia a la fluencia y a la
deformación bajo carga 5. Peso ligero 6. Propiedades aislantes eléctricas y
térmicas altas
Los elastómeros, son materiales poliméricos cuyas dimensiones pueden cambiar
en gran medida cuando se someten a esfuerzos, y
retornan a sus dimensiones originales (o casi) al cesar la
fuerza deformante.
Caucho Natural u El caucho natural à látex del árbol Hevea
brasiliensis. u El látex se diluye à 15 % de caucho y
luego se coagula con ácido fórmico u El material coagulado se comprime à
rodillos para eliminar el agua y producir laminas.
u Las láminas se secanà corrientes de aire caliente
u Las hojas laminadas son procesados entre rodillos, en los cuales la acción del esfuerzo mecánico rompe algunas de las cadenas largas del polímero y reduce su peso molecular promedio.
Vulcanización (curado) Las moléculas del polímero se unen
mediante enlaces entrecruzados, formando moléculas más largas que restringen el movimiento molecular.
En 1839 Charles Goodyear descubrió un proceso de vulcanización para el caucho, usando azufre y un carbonato de plomo.
El caucho deja de ser termoplástico y se conv i e r t e en un mate r i a l elastomérico
CAUCHO SINTÉTICO
s
Más Tenaz y Resistente Más económico que el natural (20-23%)
SBR
Absorben disolventes y se
hinchan
Deformación elástica
Polimetilmetacrilato (PMMA)
Deformación Plástica
Transición de frágil a dúctil (86 y 104°C ) = Tg
Elongación de enlaces covalentes
Desenrolla el polímero lineal
Deslizamiento de cadenas moleculares = FLUENCIA
Termoplásticos cristalinos
Termoplásticos amorfos
Termoestables
Fluencia >>> imposibilita el uso
Fluencia limitada
REFUERZO de los termoplásticos / Resistencia
1) la masa molecular promedio de las cadenas 2) el grado de cristalización, 3) el efecto de los grupos laterales masivos sobre
las cadenas principales, 4) el efecto de átomos altamente polares sobre
las cadenas principales, 5) el efecto de los átomos de oxígeno, nitrógeno y
azufre en las cadenas de carbono principales, 6) el efecto de los anillos de fenilo en las cadenas
principales 7) la adición de refuerzos de fibra de vidrio
Grupos laterales voluminosos sobre las cadenas principales de carbono de los termoplásticos à aumentan su rigidez y resistencia, pero reducen su ductilidad
Polietileno Policloruro de Vinilo 2.5 a 5 ksi 6 a 11 ksi
Polietileno vs Poliestireno
Fluencia de los polímeros Deformación aumenta con el
incremento del esfuerzo aplicado y con el t.
POLIESTIRENO /77ºF
Termoplástico se calienta pasando por su Tg, èsu resistencia disminuye à
disminución de las fuerzas de enlace secundarias
T< Tg: Velocidad baja
T>Tg: Viscoelástico= Flujo Viscoso
MÓDULO DE FLUENCIA
Velocidad de
Fluencia
un valor alto del módulo de fluencia = una baja de
velocidad de fluencia
σ0 / ε t
Fractura Frágil
PMMA(polimetil metacrilato) = 300 y 1 700 J/m2 vs 0.1 J/m2
Grietas (alinean cadenas moleculares y huecos)
Resistencia Qca y Mecánica
Tenacidad, Propied. a Baja T
Rigidez, Brillo Moldeabilidad
PAN acronitrilo CH2= CH (CN)
NBR SAN
SBR PS P-estireno PB P-butadieno
AB
S
Tabla 1.Campos de la medicina-aplicaciones de biomateriales
Biopolímeros Aplicaciones Polímeros sintéticos no degradables
Polimetacrilato de metilo (PMMA) Cemento óseo, dientes artificiales, lentes intraoculares Polimetacrilato de hidroxietilo (PHEMA) Lentes de contacto blandas Fluorocarbonados Injertos vasculares, catéteres y parches periodontales y
abdominales Hidrogeles Catéteres y antiadhesivos Poliacetales Válvulas cardiacas, partes estructurales Poliamidas Suturas Elastómeros de Poliamida Catéteres y para tapar heridas Policarbonatos Membranas de oxigenación y hemodiálisis, conectores Poliesteres Injertos vasculares, globos para angioplastia, suturas y
reparaciones para hernias Poli(sulfonas) Componentes estructurales y ortopedia Poli(uretanos) Catéteres, corazón artificial, prótesis vasculares,
recubrimientos para heridas y revestimiento compatible con la sangre
Poli (cloruro de vinilo) Tubos y bolsas de sangre Siliconas Implantes de cirugía plástica, catéteres, válvulas de corazón,
membranas permeables al oxígeno, prótesis faciales y de la oreja
Poliacrilonitrilo Membranas para diálisis Siliconas libres de sílice Tromboresistencia Aceites de silicona Lubricación para agujas y catéteres
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