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generalidades de materiales plásticos
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09/02/2010
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Bucaramanga, Enero del 2010
Curso de Ciencia de los Materiales
Email : [email protected]
Los materiales poliméricos
Fibras de seda producidas por los gusanos de seda en
un capullo, para protegerse durante su metamorfosis.
Los primeros seres humanos tuvieron acceso a apenas un número
limitado de materiales.
Piedra, madera, arcilla y pieles.
Los materiales están relacionados con el hombre, surgieron con él y le dieron nombres a las eras de la civilización. Ej.: Edad de Piedra, Edad del Bronce.
Desarrollo de los materiales poliméricos
Biblia refiere: que Noé recibió instrucciones para construir su arca, enlas cuales se decía: “Construye un arca de madera, y recúbrela conBetún por dentro y por fuera. Con respecto a Moisés, “...su madre tomóuna cesta de papiro y la impermeabilizó con betún..”. y en el caso de laciudad y la Torre de Babel los hombres dijeron: “... fabriquemos ladrillosy pongámoslos a cocer al fuego y usaron ladrillos en lugar de piedra yel asfalto les sirvió de mezcla”.
Babilonia mencionan el empleo del asfalto por Nabucodonosor en la construcción de su palacio
Siglo XVI: marineros de Colón descubrieron que los indios de América jugaban con caucho natural obtenido a partir del látex coagulado
En 1731, una expedición francesa en el Amazonas halló un material revestido con goma utilizado en la fabricación de calzado impermeable y botellas de látex utilizados por las tribus locales.
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Desarrollo de los materiales poliméricos
En 1839, un americano llamado Charles Goodyear,
dejó caer accidentalmente en un horno caucho
natural tratado con azufre, y descubrió al enfriarse
que las propiedades tanto del caucho como del
azufre, al estar juntas, se alteran con el calor,
volviéndolas insensibles a las variaciones de
temperatura.
En el período de 1930 – 1939 surgieron:
Poliestireno,
PVC,
Poliolefinas,
Polimetacrilato de Metila y el Poliuretano.
POLIMEROS
Es una macromolécula formada por la unión de
moléculas de menor tamaño que se conocen como monómeros.
1 MONOMEROn
n 2 DIMERO3 TRIMERO4 -20 OLIGOMEROS> 20 POLIMERO
POLIMEROS:
¿Que es un polímero?
(del griego:poli,”muchas”;meros,”partes”)
Conceptos Fundamentales
Polímero – “Son cadenas largas, de alto peso molecular constituidas por unidades repetidas (mero) unidas a través de enlaces covalente, pudiendo ser de naturaleza orgánica, inorgánica, natural o sintética”.
Monómero – Es un grupo molecular con dos (bifuncional) o más (polifuncional) lugares de enlace. .
Desarrollo de los materiales poliméricos
monómero una parte
Oligomero pocas partesPolímero muchas partes
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Etileno Polietileno (PE)
Monomeros Polímeros
C
H
H
C
H
Hn
H2C = CH2
Ejemplo de un material poliméricos
Propileno Polipropileno (PP)
H2C = CH - CH3
Ejemplo de un material polimérics
Monomeros Polímeros
Cloruro de Vinilo Policloruro de Vinilo
(PVC)
H2C = CH - CL
Monomeros Polímeros
Ejemplo de un material polimérics
Macromolécula polimérica
Segmentos de la cadena
polimérica
Unidade repetitiva (mero)
C
H
H
C
H
Hn
Ilustración de un materiales polimérico
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Cadenas Lineares – donde la cadena polimérica está
constituída apenas de una cadena principal (monomeros bifuncionales).
Ex: PE, PP,PVC,PS,PMMA, etc...
Estructura de la cadena Lineal
Cadenas Ramificadas – en este caso, de la cadena principal parten
prolongaciones (que pueden ser largas o cortas).
Ej.: LDPE, ABS.
Estructura de la cadena Ramificado
(Reticulado ) – en este caso, las cadenas poliméricas están lunidas entre si,
a través de segmentos de cadenas unidas por fuerzas primárias fuertes.
Ej.:Fenol formaldeído
Estructura de la cadena Entrecruzado
En general, al aumentar la cristalinidad no
sólo aumenta la opacidad sino también la
rigidez y la resistencia a la tracción –
estiramiento- de los polímeros debido a las
fuerzas intermoleculares que actúan entre las
cadenas.
Estructura de la cadena
Cristalinos vs Amorfos
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Tipos de polímeros
Según su composición:
HomopolímerosUn sólo monómero
CopolímerosDos o más monómeros
Según su estructura:
Lineales
RamificadosSi algún monómero se puede unir por tres o más sitios.
Por su comportamiento
ante el calor:
Termoplásticos
Se reblandecen al calentar y
recuperan sus propiedades al
enfriar.
Termoestables
Se endurecen al ser enfriados de
nuevo por formar nuevos enlaces.
Desarrollo de los materiales poliméricos
POLIMEROS NATURALES
PROTEÍNAS
Los materiales poliméricos
Son polímeros formados
por monómeros llamados aminoácidos.
Hemoglobina
•Hay 20 aminoácidos en la naturaleza, que se
•Combinan para formar miles de proteínas (muchos
grupos funcionales: alcoholes, tioles, carboxiamidas,
etc.)
POLIMEROS NATURALES
A
T
G
C
C
G
T
A
O
OH H
HH
H H
CH2
N
N
N
N
O
N H
H
HNN
O
N
H
H
O
PO2
O
O
O H
HH
H H
CH2
N
NN
N
NHH
NN
O
O
H3C
HPO2
O
O H
HH
H H
CH2
N
N
N
N
O
N H
H
HNN
O
N
H
H
O
PO2
O
O
O H
HH
H H
CH2
N
NN
N
NHH
NN
O
O
H3C
H
P O
H
H H
HH
CH2
O
OH
H H
HH
O
CH2
O
OH
H H
HH
CH2
O
OH
H H
HH
CH2
O
PO2
O
OPO2
PO2
P
OH
Materiales poliméricos
ADN
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CELULOSA
Hidrato de carbono
ALMIDÓN
POLIMEROS NATURALES
Materiales poliméricos
Plásticos: polietileno
Elastómeros: caucho
Termo rígidos: baquelita
Fibras: poliéster
Materiales poliméricos
LOS PLÁSTICOS Estado Cristalino – son regiones ordenadas .
El polímero cristalino es rígido, duro, opaco
y tiene mejores propiedades físicas.
LOS PLÁSTICOS
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Estado Semi-cristalino - son regiones ordenadasy desordenadas .
Estado Amorfo - Los polímeros amorfos no poseen
orden en las cadenas. Las moléculas se encuentranentrelazadas. Un ejemplo son los cauchos. Normalmente son
blandos y se dejan estirar hasta en 10 veces su longitud
original.
El polímero amorfo puede
ser rígido, transparente y tiene bajas propiedades
físicas.
IMPORTANTE!!!
Cuanto mayor cristalinidad del polimero mayor será:
Densidad
Rigidez
Estabilidad dimensional
Resistencia química
Resistencia a la abrasión
Temperatura de fusión (Tm)
Temperatura de transición vítrea (Tg)
Temperatura de utilización
Los plásticos son un conjunto de materiales de origen
orgánico y de elevado peso molecular. Están compuestos
fundamentalmente de carbono y otros elementos como el
hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno o el azufre. A estos
compuestos se les denomina polímeros.
Los plásticos se obtienen mediante
polimerización de compuestos
derivados del petróleo y del gas
natural.
Materiales poliméricos
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La polimerización es una reacción química
mediante la cual un conjunto de moléculas de
bajo peso molecular ( monómeros) se unen
químicamente para formar una molécula de gran
peso (polímero).
Materiales poliméricos Materiales poliméricos
Existen dos clases de
reacciones de polimerización por adición y por condensación.
Por ejemplo:
nCH2 CH2(... CH2 CH2
... )n
etileno Polietileno
Monómero Polímero
En este ejemplo, el valor de n puede variar de 2.000 a 100.000,dependiendo de las condiciones en que la reacción es realizada.
Materiales poliméricos
Se rompe el enlace doble entre los átomos de carbono, quedando apenas un
enlace simple, y un espacio para un enlace más donde se va unir a otro
monómero igual.
Reacción de Adición
Materiales poliméricos Cinética de la reación de polímeros
1. El etileno se transforma en
polietileno(sólido) formando un monómero a
través de una reacción con un Radical
catalítico (R-) que denota un electrón impar
(sitio activo)
2. Un rápida propagación ~ 1.000
unidades en 1 ms
3. La terminación de la
reacción
Etileno (C2H4) es un gas a temperatura y
presión ambiente
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La polimerización es por condensación si la molécula de monómero pierde
átomos ( en cada unión) cuando pasa a formar parte del polímero. Por lo
general se pierde una molécula pequeña, como agua o HCL gaseoso
Materiales poliméricos : Reacciones Condensación
CH2OH–CH2OH etanodiol (etilenglicol)
CH2OH–CH2–O–CH2–CH2OH + H2O
...–O–CH2–CH2–O–CH2–CH2–O...
(polietilenglicol)
CLASIFICACIÓN DE LOS PLÁSTICOS
Según la disposición de las moléculas que forman el polímero se distinguen tres
grupos de plásticos:
Termoestables Termoplásticos Elastómeros
Las macromoléculas están dispuestas libremente sin
entrelazarse. Tienen la propiedad de
reblandecerse con el calor,
adquiriendo una forma que conserva al enfriarse.
Sus macromoléculas se entrecruzan formando una
red.
Debido a esta disposición sólo se les puede dar forma
una vez. Un segundo calentamiento produciría su
degradación.
Las macromoléculas están ordenadas formando una red
de pocos enlaces. Recuperan su forma y
dimensiones cuando la
fuerza que actúa sobre ellos cede.
PROPIEDADES DE LOS PLASTICOS
Resistencia mecánica elevada: Les permite soportar tensiones y presiones sin
romperse ni desgastarse.
Baja densidad: El plástico es un material muy
ligero, se utilizan para piezas de coches,
recipientes, juguetes…
Químicamente inerte: La mayoría de los
plásticos resisten el ataque de los ácidos,
álcalis y por los agentes atmosféricos.
Debido a esta propiedad se emplean para
las tuberías que transportan el agua, para
los depósitos que contienen ácidos …
Conductividad térmica: Son muy malos conductores del calor, por lo que
se emplean como aislantes térmicos.
Facilidad de coloración: Permiten variar el color
del acabado. Algunos plásticos son transparentes
por lo que pueden utilizarse como sustitutos del
cristal.
Elasticidad: Recuperan su forma original con facilidad. Sobre todo el
grupo de elastómeros. Debido a esta propiedad se emplean para suelas
de zapatos, trajes de buzo, gomas…
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Conductividad eléctrica: Son muy malos conductores eléctricos.
Debido a ello se utilizan para recubrir los cables que transportan la
energía eléctrica,
para fabricar enchufes, interruptores...
Baja temperatura de fusión: Los plásticos pasan
de estado sólido a líquido a una temperatura muy
baja, por lo que abaratan los procesos de
fabricación. Pero no pueden usarse para fabricar
objetos que precisen una alta resistencia al calor.
FABRICACIÓN DE
PRODUCTOS
1.- Conformación por extrusión: El plástico en granos sevierte sobre la tolva y se hace pasar por un husillo giratorioque se calienta hasta 250 ºC, obteniendo una pasta uniforme.El plástico sale en forma de hilo por la boquilla. Se sueleutilizar este método con termoplásticos.
FABRICACIÓN DE PRODUCTOS
Plástico granulado
Motor
Husillo giratorio
Calefactores
Boquilla
EnfriadoresArrastreMaterialextruido
¿Qué hacer con los residuos
plásticos?
CENTROS
RECICLADORES
PLANTA DE TRANSFERENCIA
PLANTA DE CLASIFICACIÓNMATERIAL CLASIFICADO
ENVASES DE PLÁSTICO
LATAS
TETRA-BRICKS
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¿Plástico o Papel?
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¿Qué hacer con los residuos plásticos?Comportamiento Mecánico
Comportamiento Mecánico Comportamiento Mecánico
• El modulo de elasticidad de los
polímeros está comprendido entre ~ 10 MPa - 4 Gpa
• La resistencia a la tracción ~ 10 -100 Mpa
• La elongación apróximada 1000 % en algunos casos
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Comportamiento Mecánico
El aumento de temperatura conduce a:
Disminución del módulo de elasticidad Reducción de la resistencia a la tracción
Aumento de la ductilidad
