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ELASTÓMEROS
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ELASTOMEROS
Elastómero significa simplemente "caucho".
Entre los polímeros que son elastómeros se encuentran el poliisopreno o caucho natural, el polibutadieno, el poliisobutileno y los poliuretanos.
La particularidad que destaca a los elastómeros es su facilidad para rebotar.
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ELASTOMEROS
Al estirar el caucho en las moléculas son forzadas a alinearse en la dirección en la que se está produciendo estiramiento. Cuando lo hacen, se vuelven más ordenadas, llegando las cadenas a alinearse tanto como para cristalizar.
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ELASTOMEROS
No todos los polímeros amorfos son elastómeros.
Algunos son termoplásticos.
Que el polímero amorfo sea un termoplástico o un elastómero, depende de su temperatura de transición vítrea, o Tg.
Esta es la temperatura por encima de la cual un polímero se vuelve blando y dúctil, y por debajo de la cual se vuelve duro y quebradizo, como el vidrio.
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ELASTOMEROS
Si un polímero amorfo tiene una Tg por debajo de la temperatura ambiente, será un elastómero, porque es blando y elástico a temperatura ambiente.
Si un polímero amorfo tiene una Tg por encima de la temperatura ambiente, será un termoplástico, ya que a temperatura ambiente es duro y quebradizo.
De modo que, por regla general para los polímeros amorfos, tenemos que los elastómeros poseen bajas Tg y los termoplásticos poseen altas Tg.
(ésto sólo es aplicable para polímeros amorfos, no se aplica para los polímeros cristalinos.)
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ELASTOMEROS
Los plásticos duros como el poliestireno y el poli(metil metacrilato), son usados por debajo de sus temperaturas de transición vítrea; es decir, en su estado vítreo. Sus Tg están muy por encima de la temperatura ambiente, ambas alrededor de los 100°C.
Los cauchos elastómeros como el poliisopreno y el poliisobutileno, son usados por encima de sus Tg, es decir, en su estado caucho, donde son blandos y flexibles.
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ELASTOMEROS
Para facilitar aún más que los elastómeros recuperen su forma original, resulta útil entrecruzarlos. De este modo, se forman enlaces covalentes entre las diferentes cadenas poliméricas, uniéndolas en una única molécula reticulada.
La mayoría de los objetos hechos de caucho contienen una sola molécula.
Cuando las cadenas poliméricas se encuentran unidas de esta forma, resulta aún más difícil estirarlas, por lo tanto retornan más fácilmente a su forma original.
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ELASTOMEROS
Para hacer que los elastómeros sean reciclables, necesitamos encontrar un modo de mantener las moléculas unidas mientras el caucho se está utilizando y que luego permita que las mismas se separen cuando el caucho se procesa.
La respuesta está en lo que llamamos un elastómero termoplástico.
• Los elastómeros termoplásticos, también conocidos como cauchos termoplásticos, son una clase de copolímeros o mezcla física de polímeros (plástico y un caucho) que dan lugar a materiales con características termoplásticas y elastoméricas).
• El entrecruzamiento es un factor estructural crítico que contribuye a que el material adquiera altas propiedades elásticas.
• Un material puede ser clasificado como elastómero termoplástico si cumple las siguientes características:• Capacidad de ser estirado con alargamientos moderados y
que, al retirar la tensión, el material vuelva a su estado original.
• Procesable en forma de colada a altas temperaturas.• Ausencia de fluencia o plastodeformación (creep)
(deformación permanente)
• A los TPE’s no es necesario agregarles agentes reforzantes, estabilizadores o aplicarles métodos de curado.
• Pueden ser coloreados fácilmente por la mayoría de los tipos de tintes
• Consume menos energía y es posible un control más cercano y más económico de la calidad del producto.
• Los TPE’s con respecto al caucho convencional o a los termoestables son coste relativamente alto de material primas, resistencia química y térmica pobre, estabilidad térmica baja y rigidez alta a la compresión.
Clasificación
• Al elevar la temperatura los elastómeros termoplásticos se vuelven blandos y moldeables, no variando sus propiedades si se funden y moldean varias veces.
• Familias principales:
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Un dieno es una molécula que contiene dos dobles enlaces carbono-carbono.Por lo general, cuando hablamos de polímeros dieno, nos estamos refiriendo a polímeros constituidos por moléculas pequeñas, o monómeros, que tienen dos dobles enlaces carbono-carbono.
El monómero que se muestra es el butadieno, que se emplea para obtener un caucho sintético, el polibutadieno.
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Hasta hace un largo tiempo atrás, el único caucho del que disponíamos era el látex de caucho natural, el poliisopreno.
Sin embargo, el látex de caucho natural extraído del árbol no sirve de mucho.
Gotea y se pone pegajoso cuando se lo calienta, y se endurece volviéndose quebradizo cuando se enfría.
Las cubiertas para autos hechas de este látex, no serían muy buenas, a menos que uno viva en algún lugar donde la temperatura se mantuviera en unos 25 grados durante todo el año.
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Hace mucho tiempo. Alrededor de 170 años atrás, para ser exactos, en 1839. Fue antes de que aparecieran los autos que necesitaban cubiertas para sus ruedas. Charles Goodyear, un experimentador e inventor nada exitoso, intentaba fabricar un caucho más útil. Mientras jugueteaba en su cocina con un recipiente de caucho, derramó accidentalmente un poco de azufre sobre el mismo. Y créase o no, cuando le echó un vistazo a esta masa de caucho, vio que no fundía ni se ponía pegajosa cuando la calentaba, ni se volvía quebradiza cuando la dejaba toda una noche al aire libre en el frío invierno de Massachusetts.
Designó a su nuevo caucho con el nombre de caucho vulcanizado. 12
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Estos entrecruzamientos mantienen unidas a las moléculas poliméricas. Debido a ello, cuando el caucho se calienta, no pueden deslizarse una encima de la otra, ni siquiera una alrededor de la otra.
Por esa razón el caucho no funde. Y también debido a que todas las moléculas están unidas, no pueden separarse unas de otras.
Esto explica por qué el caucho vulcanizado de Charles Goodyear no se vuelve quebradizo cuando se enfría.
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El caucho se obtiene del árbol por medio de un tratamiento sistemático de "sangrado", que consiste en hacer un corte en forma de ángulo a través de la corteza profundizando hasta el cambium.
Una pequeña vasija que cuelga en el tronco del árbol para recoger el látex, jugo lechoso que fluye lentamente de la herida del árbol.
El látex contiene 30 a 36% del hidrocarburo del caucho, 0.30-0.7% de cenizas, 1-2% de proteínas, 2% de resina y 0.5 de quebrachitol.
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CONCENTRACION (1)
El ácido fórmico está considerado como el mejor de los coagulantes para el caucho natural, pero el ácido acético se usó también mucho.
La cantidad de ácido requerida, depende del estado de los árboles y de las condiciones climáticas.
Los árboles jóvenes dan un látex inestable y durante la sangría ha de añadirse al mismo algo de amoníaco para asegurar su estabilidad hasta su manufactura.
Este amoníaco ha de tomarse en cuenta al determinar la cantidad de ácido necesario.
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CONCENTRACION (2)
El látex de árboles grandes, que no ha recibido amoníaco, necesita 40 ml de ácido fórmico (90%) por cada 100 litros de látex (con 12% de sólidos).
El ácido de 90% se diluye en agua hasta una concentración de 4% y se mezcla muy bien con el látex. El volumen de ácido debe controlarse cuidadosamente, pues el exceso impide la coagulación.
En el intervalo de pH de 5.05 a 4.77 está el punto isoeléctrico en que se efectúa la coagulación del caucho. Dicho intervalo se denomina también primera zona de sólido.
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Caucho crepé. (1)
Para la preparación del caucho rizado o caucho crepé se usa el bisulfito de sodio, que retarda la acción de los óxidos e impide la coloración y el ablandamiento.
Para 100 Kg. de caucho seco en el látex, se necesitan alrededor de 0.5 Kg. de bisulfito sódico.
Después que se han añadido el ácido y el retardador, se deja escurrir el coágulo húmedo durante dos horas.
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Caucho crepé (2)
Se hace pasar el coágulo por una máquina de rizado que consta de dos cilindros provistos de surcos longitudinales sobre los que se pulveriza agua.
Los cilindros operan con distintas velocidades angulares, y cuando el caucho húmedo pasa entre ellos, la acción de cortadura y masticación expone nuevas capas a la acción del agua.
Varias máquinas de éstas se usan en serie, y cuando la lámina sale de la última presenta una superficie rugosa que recuerda el crespón o el papel crepé.
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ELASTOMEROSHoja ahumada: (1)
En la preparación de la hoja ahumada, la coagulación se efectúa en tanques largos.
El látex diluido se echa en el tanque, se añade ácido fórmico y se agita muy bien para mezclarlo con el látex.
Se deja todo en reposo 16 horas. Al cabo de este tiempo se han formado planchas firmes de coágulo de látex de 39 mm de grueso, las cuales se hacen pasar entre cilindros lisos que giran con la misma velocidad mientras sobre ellas cae agua pulverizada.
Hay varias maquinas de esta clase.
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Propiedades físicas (1)
Las propiedades físicas del caucho bruto varían con la temperatura. A bajas temperaturas, se vuelve rígido, y cuando se congela en estado de extensión adquiere estructura fibrosa.
Calentando a mas de 100 ºC., se ablanda y sufre alteraciones permanentes.
La plasticidad puede modificarse dentro de ciertos limites por la acción de productos químicos.
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Propiedades físicas (2)
La plasticidad puede modificarse dentro de ciertos limites por la acción de productos químicos.
Cuando el caucho bruto ha sido estirado y deformado durante algún tiempo, no vuelve completamente a su estado original.
Entonces si se calienta, la recuperación es mayor que a la temperatura ordinaria.
Este fenómeno se denomina deformación residual o estiramiento permanente y es propio del caucho.
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El poliisopreno es un polímero dieno, o sea un polímero formado a partir de un monómero que contiene dos enlaces dobles carbono-carbono. Este es un raro ejemplo de un polímero natural que puede hacerse casi tan bien como lo hace la naturaleza.
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ELASTOMEROS SINTETICOS:
POLIISOPROPENO
SBS – POLI-ESTIRENO-BUTADIENO-ESTIRENO
POLIIBUTADIENO
POLIISOBUTILENO
POLIURETANO
POLICLOROPROPENO
SILICONAS
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El polibutadieno fue uno de los primeros tipos de elastómeros sintéticos, o caucho, en ser inventados. Igual que el poliisopreno, es muy similar al caucho natural.
Es adecuado para las aplicaciones que requieren exposición a bajas temperaturas. Los neumáticos se hacen a menudo con mezclas de polibutadieno y de otras clases de caucho. Las correas, mangueras, juntas y otras piezas de automóvil se hacen de polibutadieno, porque éste tiene mejor resistencia a las bajas temperaturas que otros elastómeros.
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Un caucho duro llamado poli(estireno-butadieno-estireno), o caucho SBS, es un copolímero que contiene polibutadieno
El polibutadieno es un polímero dieno, o sea un polímero hecho a partir de un monómero que contiene dos enlaces dobles carbono-carbono.
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El poli(estireno-butadieno-estireno), o SBS, es un caucho duro, que se usa para hacer objetos tales como suelas para zapatos, cubiertas de neumáticos, y otros donde la durabilidad sea un factor importante.
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Es un tipo de copolímero llamado copolímero en bloque.
Su cadena principal está constituida por tres segmentos. El primero es una larga cadena de poliestireno, el del medio es una cadena de polibutadieno, y el último es otra larga sección de poliestireno. Aquí hay un esquema:
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ELASTOMEROS
El poliestireno es un plástico duro y resistente y le da al SBS su durabilidad.
El polibutadieno es un material parecido al caucho y le confiere al SBS sus características similares al caucho.
Además, las cadenas de poliestireno tienden a agruparse formando grandes masas.
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ELASTOMEROS
Cuando un grupo estireno de una molécula de SBS se une a una de estas masas y la otra cadena de poliestireno de la misma molécula de SBS se une a otra masa, las diversas masas se ensamblan entre sí con las cadenas similares al caucho del polibutadieno.
Esto le da al material, la capacidad de conservar su forma después de ser estirado.
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El SBS es también un tipo de material inusual, llamado elastómero termoplástico.
Estos son materiales que a temperatura ambiente se comportan como cauchos elastoméricos, pero cuando se calientan, pueden ser procesados como plásticos.
La mayor parte de los cauchos son difíciles de procesar, porque están entrecruzados. Pero el SBS y otros elastómeros termoplásticos se las arreglan para ser similares al caucho sin ser entrecruzados, por lo que resulta sencillo procesarlos para lograr curiosas formas útiles
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ELASTOMEROS
Los poliuretanos componen la única familia más versátil de polímeros que existe. Pueden ser elastómeros y pueden ser pinturas. Pueden ser fibras y pueden ser adhesivos. Aparecen en todas partes. Un poliuretano maravillosamente extraño es el spandex. Por supuesto, los poliuretanos se llaman así porque en su cadena principal contienen enlaces uretano.
Los poliuretanos son capaces unirse perfectamente por enlace por puente de hidrógeno y así pueden ser muy cristalinos. Por esta razón se utilizan a menudo para hacer copolímeros en bloque con polímeros de estructura similar al caucho. Estos copolímeros en bloque tienen características de elastómeros termoplásticos.
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SpandexELASTOMEROS
Un elastómero termoplástico poliuretánico inusual es el spandex, que DuPont vende bajo el nombre comercial Lycra.
Tiene enlaces urea y uretano en su cadena. Lo que le confiere al spandex sus características especiales, es el hecho de que en su estructura tiene bloques rígidos y flexibles.
La cadena polimérica corta de un poliglicol, de generalmente cerca de cuarenta unidades de longitud, es flexible y parecida al caucho.
El resto de la unidad de repetición, es decir el estiramiento con los enlaces uretano, los enlaces urea y los grupos aromáticos, es extremadamente rígido.
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ELASTOMEROS
Esta sección es tan fuerte que las secciones rígidas de diversas cadenas se agrupan y se alinean para formar fibras. Obviamente, son fibras inusuales, pues los dominios fibrosos formados por los bloques rígidos están unidos entre sí por las secciones flexibles parecidas al caucho. ¡El resultado es una fibra que actúa como elastómero! Esto permite que logremos una tela capaz se estirarse, ideal para la ropa de gimnasia y similares.
Spandex
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ELASTOMEROS
El poliisobutileno es un caucho sintético, o elastómero.
Es especial porque es el único caucho impermeable a los gases, es decir, es el único caucho que puede mantener el aire por largos períodos.
Los globos se desinflan después de algunos días. Esto es porque están hechos de poliisopreno, que no es impermeable a los gases.
Dado que el poliisobutileno mantiene el aire, se utiliza para hacer cosas como cámaras para neumáticos y pelotas de básquet.
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ELASTOMEROS
El poliisobutileno, a veces llamado caucho butilo, y otras veces PIB, es un polímero vinílico. Se hace a partir del monómero isobutileno,
El poliisobutileno había sido inventado mucho antes de la guerra por químicos de Alemania. No prestó mucha utilidad hasta que los químicos americanos idearon una manera de entrecruzarlo . Lo que hicieron fue copolimerizar el isobutileno con una pequeña cantidad de isopreno, digamos un uno por ciento. Y como el isopreno tiene doble ligadura C-C se pudo vulcanizar. 47
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ELASTOMEROS
El policloropreno se vende generalmente bajo el nombre comercial Neoprene. Es especialmente resistente al aceite. Fue el primer elastómero sintético, o caucho, que tuvo éxito a nivel comercial. Fue inventado por Arnold Collins, mientras trabajaba con Wallace Carothers, creador del nylon.
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El cloropreno tiene dos enlaces dobles, por lo que lo llamamos un dieno. El polycloroprene tiene características similares a las de otros polímeros dieno, como el poliisopreno y el polibutadieno.
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El policloroprene se obtiene a partir del monómero cloroprene, de la siguiente manera:
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ELASTOMEROS
Las siliconas se usan para un montón de cosas. Pueden ser elastómeros y aceites lubricantes. El revestimiento de su baño puede estar hecho con una silicona. En las naves espaciales, también se utilizan para las piezas resistentes al calor.
Siliconas son usadas para obtener acondicionadores de cabello que no aumenten el volumen de éste. 50
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Grupos metilo (CH3 ) unidos a átomos de silicio. Este polímero se llama polidimetil siloxano. Es la silicona más común.
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Las siliconas son polímeros inorgánicos, es decir, no contienen átomos de carbono en su cadena principal.
Esta es una cadena alternada de átomos de silicio y de oxígeno.
Cada silicona tiene dos grupos unidos a la misma y éstos pueden ser grupos orgánicos.
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ELASTOMEROS (2)
El polimetil fenil siloxano y el polidifenil siloxano, hoy día son también populares entre los niños.
"Polisiloxano" es el nombre apropiado para las siliconas. Pero cuando fueron descubiertas, se creyó que tenían grupos "silicona" en la cadena principal. Cuando se descubrió la estructura real, fue demasiado tarde, y el nombre se pegó.
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ELASTOMEROS
Las siliconas constituyen buenos elastómeros porque la cadena principal es muy flexible. Los enlaces entre un átomo de silicio y los dos átomos de oxígeno unidos, son altamente flexibles. El ángulo formado por estos enlaces, puede abrirse y cerrarse como si fuera una tijera, sin demasiados problemas. Esto hace que toda la cadena principal sea flexible.
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El polidimetilsiloxano hace algo realmente extraño cuando se lo mezcla con ácido bórico, o B(OH)3. La mezcla es suave y dúctil, y puede ser moldeada fácilmente con los dedos.
Pero también es muy elástica. Más aún, tóquela suavemente y se desliza, ¡pero golpéela fuerte con un martillo y se quiebra!
Si la esparce sobre un papel de diario y la aprieta, el texto del diario queda impreso en ella.
Se la usa para transferencia de impresión en un método gráfico de impresion de llamado tampografía
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