Tema 7 Plásticos

TEMA 7: PLÁSTICOS E FIBRAS TEXTILES 1

IES AQUIS CELENIS TECNOLOXÍA INDUSTRIAL I

Tema 7: Plásticos e fibras textiles

1.- OS PLÁSTICOS

Baixo o nome de plásticos englóbanse un variado grupo de materiais de orixe orgánico de importancia crecente na actualidade. Están constituídos por macromoléculas naturais ou sintéticas de elevado peso molecular, formadas principalmente por carbono. Estas moléculas reciben o nome de polímeros.

Os polímeros naturais, como a celulosa ou as proteínas, están presentes na vida vexetal e animal. O desenvolvemento da tecnoloxía química permitiu coñecer e modificar a estrutura dos polímeros naturais e fabricar outros totalmente sintéticos con mellores propiedades. Dentro de estes polímeros sintéticos, fabricados polo xeral a partir de produtos derivados do petróleo, destacan pola súa utilidade o polietileno, o poliestireno, o polipropileno, as resinas de urea e fenol, etc.

As moléculas de elevado peso molecular que constitúen os materiais plásticos constrúense por repetición sucesiva de unidades químicas pequenas e simples, chamadas monómeros, que únense mediante unha reacción chamada de polimerización. O material obtido desígnase engadindo o prefixo poli- ó nome do monómero ( así o poliestiresno é un polímero formado a partir de estireno).

Os polímeros posúen as seguintes propiedades en común:

Baixos custos de produción. Alta relación resistencia/densidade, que os fai competitivos fronte a pezas

lixeiras. Elevada resistencia ó ataque químico. Alta constante dieléctrica: illantes e condensadores. Pequena condutividade calorífica: illantes térmicos.



Como principal inconveniente presenta unha baixa temperatura de fusión e reducida resistencia ó calor.

2.- REACCIÓNS DE POLIMERIZACIÓN

Os polímeros están constituídos por macromoléculas que se obteñen por repetición dunha unidade simple, que provén dunha molécula sinxela chamada monómero mediante unha reacción de polimerización. Para que un monómero se polimerice debe conter dous ou máis grupos reactivos, que permitan a súa unión con outras moléculas do monómero. Por regra xeral, o monómero debe posuír un elevado grao de pureza, posto que as posibles impurezas soen influír no proceso bloqueando o crecemento das cadeas do polímero. O número de monómeros que se repiten nunha mesma molécula de polímero coñécese como grao de polimerización.

Existen dous tipos fundamentais de polimerización: a polimerización por adición ou poliadición, e a polimerización por condensación ou policondensación.

2.1.- POLIADICIÓN.

Consiste na superposición das unidades dun mesmo monómero, é dicir, cando a partir de moléculas sinxelas obtense un polímero cunha masa múltiplo enteiro da do monómero, non existindo ademais, liberación de moléculas sinxelas como auga, amoníaco, alcohol, ...

Si se polimerizan conxuntamente dous monómeros distintos, o proceso coñécese como copolimerización, e a macromolécula copolímero.

Ó ser a polimerización unha auténtica reacción química, a formación das cadeas dos polímeros implica a previa activación das moléculas do monómero, o que se consigue por medio de enerxía (luz, calor,...) ou mediante catalizadores.

2.2.- POLICONDENSACIÓN.

Neste tipo de polimerización, prodúcese unha reacción que, á vez que une un monómero a unha cadea deles, xera pequenas moléculas de subprodutos (auga, alcohol, amoníaco, ...)

Na cadea resultante aparece sempre un grupo característico que repítese moitas veces como resultado da reacción de unión dos extremos da cadea, e que da nome ó polímero final.

Propiamente non é unha verdadeira polimerización, dado que ademais da macromolécula, fórmanse produtos secundarios de forma que a masa molecular do polímero, aínda que elevada, non é un múltiplo exacto da masa molecular do monómero.



3.- TIPOS DE POLÍMEROS SEGUNDO A SÚA ESTRUTURA.

Atendendo ós enlaces existentes entre as súas cadeas e o seu comportamento fronte o calor, os polímeros poden clasificarse en:

Termoplásticos (estruturas lineais). Termoestables (estruturas tridimensionais). Elastómeros.

3.1.- TERMOPLÁSTICOS.

Son polímeros lineais, é dicir, as moléculas soamente medran nunha dirección e a súa estrutura é moi sinxela e ramificada, uníndose as moléculas entre si por enlaces de tipo secundario (intermoleculares).

Cando se quentan a temperaturas relativamente baixas, os débiles enlaces intermoleculares rómpense e posibilítase o deslizamento entre as cadeas compoñentes do polímero, poñéndose de manifesto un progresivo abrandamento ata converterse en líquidos. Esta característica facilita o conformado dos polímeros termoplásticos por medio de moldeo, proceso que en teoría pode repetirse moitas veces, o que permite recuperar os materiais plásticos deste tipo. Sen embargo, presentan o inconveniente de que so poden empregarse en ambientes e situacións de temperatura moderada.

A maior parte dos polímeros de adición son termoplásticos.

3.2.-TERMOESTABLES.

Este tipo de polímeros caracterízase por presentar enlaces covalentes entre as súas moléculas, de forma que obtense unha xigantesca estrutura reticulada. Para que isto sexa posible, o monómero debe posuír ó menos tres grupos funcionais.

Cando se quenta un polímero deste tipo, as súas moléculas non deslizan, a causa dos fortes enlaces intermoleculares. Polo tanto, despois de terminados non poden abrandarse nin moldearse de novo pola acción do calor. Son plásticos obtidos por condensación, que moldéanse antes de que a reacción entre os monómeros remate.

Son insolubles na maior parte dos disolventes orgánicos e descompóñense a elevadas temperaturas (cando a enerxía térmica aportada sexa suficiente para romper os enlaces covalentes).

3.3.- ELASTÓMEROS.

Son polímeros formados por largas moléculas, unidas dun modo moi disperso por enlaces fortes. Os elastómeros son materiais moi elásticos. Ó aplicar unha tensión,



as cadeas de polímero, que en estado de repouso atópanse enroladas aleatoriamente, estíranse, alcanzando lonxitudes superiores á primitiva sen romperse. Este comportamento elástico dos elastómeros pérdese si no proceso de vulcanización engadimos unha cantidade elevada de xofre, debido ó aumento dos enlaces intermoleculares, e obteríamos un polímero termoestable.

4.- PLASTIFICACIÓN DE POLÍMEROS.

Un polímero pode abrandarse e facerse moi flexible engadindo uns materiais orgánicos de baixo peso molecular, denominados plastificantes. Mediante esta operación, diminúen as forzas intermoleculares nos polímeros, xa que os plastificantes dispóñense entres as súas moléculas e favorecen o deslizamento dunhas respecto doutras.

Si engadimos unha cantidade elevada de plastificante, as forzas intermoleculares no polímero fanse moi pequenas e este vólvese líquido (pinturas plásticas). Cando o plastificante se evapora, a pintura secase e adquire consistencia.

5.- POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS.

Poden dividirse en catro grandes grupos:

Poliolefinas. Polímeros vinílicos e acrílicos. Fibras orgánicas. Termoplásticos especiais.

5.1.- POLIOLEFINAS.

As máis importantes son o polietileno e o polipropileno . Estas fórmanse a partir dos monómeros do etileno (CH2 = CH2) e propileno (CH2 = CH – CH3), que obtéñense en abundancia nos procesos de refino do petróleo e do gas natural.

5.1.1.-POLIETILENO (PE)

É un dos polímeros máis estables e inertes ós axentes químicos. Presenta unha excelente combinación de propiedades mecánicas e eléctricas, que o converten nun



material apto para múltiples usos industriais, aínda que ten o inconveniente de ser bastante brando.

Distinguimos dúas clases de polietileno:

Polietileno de baixa densidade (PEBD): é un dos polímeros máis estables e inertes ós axentes químicos. Emprégase para o recubrimento de cables e na fabricación de elementos obtidos por inxección en moldes.

Polietileno de alta densidade (PEAD): a súa densidade, resistencia mecánica e punto de fusión son maiores que no polietileno anterior. Emprégase na fabricación de botellas, envases, depósitos e recipientes e pode moldearse facilmente na construción de utensilios domésticos.

5.1.2.- POLIPROPILENO (PP).

Produto máis ríxido e con maior punto de fusión que o polietileno, a súa principal limitación reside na súa fraxilidade a baixas temperaturas. Presenta menor resistencia o envellecemento que o polietileno. É resistente á tracción e ó choque, con boas propiedades eléctricas. Caracterízase por poder dobrarse miles de veces sen romperse. Emprégase na fabricación de utensilios de cociña, engrenaxes que deben funcionar sen lubricación e como illante eléctrico.

5.2.- POLÍMEROS ACRÍLICOS Y VINÍLICOS.

Dentro deste grupo cabe destacar o cloruro de polivinilo, o poliestireno, a resina ABS e polimetacrilato de metilo.

5.2.1.- CLORURO DE POLIVINILO (PVC).

É un material moi resistente e ríxido, aínda que de baixa tenacidade. É difícil de traballar e non é atacado polos ácidos máis comúns, polo que se empréga na fabricación de tubos, canalizacións, cubertas de tellados, ...

Existe unha variedade flexible do PVC, obtida mediante a adicción de plastificantes, que separan as cadeas de polímeros o que incrementa a súa ductilidade. O PVC flexible emprégase en forma de láminas para a fabricación de bolsas de man, impermeabilización de tellados, tapizados, ...

5.2.2.- POLIESTIRENO (PS).

Foi durante moito tempo o material plástico por excelencia, dado que permite a fabricación de pezas de formas complicadas por inxección en moldes.

É un material resistente, ríxido, moi fráxil e pouco resistente ó calor. Emprégase na fabricación de accesorios domésticos.



Coa adicción de pequenas cantidades de goma, obtense o poliestireno de alto impacto, material de alta tenacidade e boa resistencia mecánica.

Si no proceso de polimerización engadimos certas sustancias que despois se volatilizan coa calor, obtense o chamado poliestireno expandido (corcho branco) empregado en embalaxes, paneis illantes térmicos e acústicos, ...

5.2.3.- RESINA ABS (ACRILONITRILO-BUTADIENO-ESTIRENO).

É un derivado do estireno máis tenaz e con maior resistencia ó calor. Emprégase na fabricación de cascos de protección, carcasas de teléfonos e televisións, maletas, ...

5.2.4.- POLIMETACRILATO DE METILO (PMMA).

É un polímero vítreo a temperatura ambiente que se comercializa co nome de plexiglás. Trátase dun sólido transparente, incoloro e facilmente moldeable en quente. Debido a súa transparencia, substitúe en múltiples ocasións ó vidro ordinario, na fabricación de intermitentes de automóbil, filtros, farolas, ...

5.3.- FIBRAS ORGÁNICAS.

Pertencen a este grupo os polímeros que, tras un proceso de fiado, empréganse en forma de fibras na industria téxtil. Este tipo de fibras serán obxecto de estudio no apartado de fibras téxtiles.

5.4.- TERMOPLÁSTICOS ESPECIAIS.

Trátase dun grupo de polímeros que presentan como característica común a súa resistencia ó calor e características mecánicas particulares.

5.4.1.- POLICARBONATOS (PC).

Son termoplásticos cristalinos que se obteñen a partir do ácido carbónico. Destacan pola súa elevada transparencia e resistencia mecánica. Empréganse na fabricación de carcasas, maquinaria de oficina, engrenaxes, ventiladores, cristais irrompibles dos avións e trens de alta velocidade,...

5.4.2.- POLIACETALES.

Caracterízase por elevadas propiedades mecánicas, resistente á abrasión e á corrosión, e non se disolve nos disolventes comúns. Están substituíndo ás fundicións férreas e as aliaxes de cinc e latóns en pequenas pezas de automóbiles.



5.4.3.- FLUOROPLÁSTICOS.

Presentan unha gran estabilidade térmica e gran tenacidade a temperaturas moi baixas.

O teflón é un dos polímeros máis importantes. Caracterízase por ser resistente ós ácidos e os disolventes, soporta altas temperaturas e é un excelente illante. O teflón emprégase para rodamentos, pezas para motores, engrenaxes, material de laboratorio, artigos de cociña (tixolas, cazolas, ...), ...

6.- POLÍMEROS TERMOESTABLES.

Son polímeros con estruturas tridimensionais, e por isto, sempre resistentes e fráxiles.

6.1.- POLÍMEROS DE TRANSICIÓN.

6.1.1.- POLIÉSTERES NON SATURADOS.

Son poliésteres formados a partir de monómeros nos que existe algún dobre enlace que, posteriormente, permitirá formar enlaces intermoleculares.

6.1.2.- RESINAS EPOXI (EP).

Son velenosas en estado líquido e os seus vapores irritan a pel, pero unha vez que se endurecen vólvense inodoras, insípidas e inocuas. Resisten moi ben ós axentes químicos e ó calor e son bos illantes eléctricos. Empregase como recubrimento de condutores eléctricos e como cola, pois fixa facilmente os metais.

6.1.3.- RESINAS DE POLIURETANO (PUR).

Empréganse a miúdo en forma de espumas plásticas de moi baixa densidade para a fabricación de paneis illantes, recheos de almofadas e colchóns, rodas de fricción, colas, vernices, ...

6.2.- TERMOESTABLES CLÁSICOS.

Son resinas que experimentan un cambio físico-químico irreversible por quentamento pasando a ser un material soluble. Os residuos producidos non poden volver a fundirse e empregarse de novo e por regra xeral arden moi mal.



6.2.1.- RESINAS FENÓLICAS (PF).

Son os plásticos comerciais máis antigos e reciben o nome de baquelita. Posúen boa resistencia ó calor e resistencia mecánica. Polas súas propiedades dieléctricas empréganse para fabricar compoñentes electrónicos. Debido a súa baixa condutividade térmica, empréganse para fabricar mangos e asas de utensilios de cociña. Así mesmo, empréganse en forma de estratificados, impregnando e dando consistencia a sucesivas capas de papel, madeira, contrachapados e incluso circuítos impresos.

6.2.2.- AMINORRESINAS.

Empréganse na fabricación de paneis decorativos e como colas. Tamén na fabricación de materiais compostos. Así, a principal aplicación das resinas de melamina é a fabricación de vaixelas de alta calidade e madeiras aglomeradas.

6.2.3.- SILICONAS.

Teñen unha gran flexibilidade a temperaturas moi baixas e mostran alta resistencia ó envellecemento e ó calor. Empréganse en illamento de cables, selado de xuntas, ... así como en revestimentos illantes e en pinturas industriais.

7.- ELASTÓMEROS.

Aproximadamente o 68% da produción dos elastómeros ou gomas empréganse na fabricación de pneumáticos.

Todos os pneumáticos posúen estruturas lineais con cadeas moi longas en enroladas, unidas mediante enlaces dispersos. A extraordinaria elasticidade destes materiais conséguese tras un proceso de vulcanización que dificulta o movemento das macromoléculas e así a cristalización, que é a causa do endurecemento e perda de elasticidade das gomas ó ser sometidas a temperaturas baixas. Son materiais tipicamente amorfos e extraordinariamente brandos, permitindo enormes deformacións elásticas.

7.1.- ELASTÓMEROS DE ORIXE NATURAL.

O elastómero natural por excelencia é o caucho, constituído por repetición do monómero isopreno. O caucho natural é o produto da coagulación do látex da árbore da goma. O látex unha vez coagulado, lávase e amásase mediante rolos dando unha substancia pegañosa de enorme elasticidade. É brando, adhesivo, deformase con facilidade, oxídase ó aire e co tempo faise quebradizo. Para mellorar as súas propiedades, o caucho sométese a un proceso de vulcanización ó que se lle engade unha cantidade de xofre non superior ó 8%.



Cando vulcanizamos a goma natural cun contido alto de xofre, formase unha estrutura tridimensional totalmente enlazada. Este material denominase ebonita ou goma dura, e é un produto ríxido empregado na fabricación de baterías de coches, peines e correas.

7.2.- ELASTÓMEROS DE ORIXE SINTÉTICO.

Entre os elastómeros de orixe sintético, podemos citar:

Poliisopreno: moi similar á goma natural obtense do refino do petróleo. Cauchos sintéticos: amplamente desenvolvidos durante a Primeira e Segunda

Guerra Mundial. Existen diversos tipos, pero as características comúns son a súa elasticidade, gran impermeabilidade para os gases, moi resistente o envellecemento e non cristaliza. Emprégase na fabricación de pneumáticos, bolsas de auga, mangueiras, ...

Neopreno: presenta un bo comportamento fronte o envellecemento e é moi empregado no recubrimento de cables eléctricos. De características mecánicas análogas ás do caucho natural, emprégase na fabricación de correas e algúns tipos de prendas.

8.- PLÁSTICOS MELLORADOS.

Na actualidade, para mellorar algunhas propiedades dos plásticos empréganse:

Plásticos reforzados: formados por dous ou máis tipos de materiais: un plástico e outro, chamado material de reforzo, que lle confire resistencia á tracción. Empréganse na fabricación de equipos deportivos, carrocerías, esquís, maletas, cascos, ... A fabricación destes materiais consiste en introducir o material de reforzo, en forma de fibras, no interior do plástico. Na actualidade o material máis resistente deste tipo é o kevlar, empregado na fabricación de pneumáticos, chalecos antibalas, satélites de comunicacións,...

Plásticos laminados: constituídos por unha capa de plástico pegada a outra dun material diferente. Poden ser:

o Plástico/papel ou cartón: que resisten a humidade (tetrabrick). o Plástico/vidro: que resisten os golpes e presións (cristais de seguridade

ou antirroubo). o Plástico/metal: evita a oxidación do metal e a posible alteración dos

alimentos. o Plástico/tecidos: de gran utilidade na fabricación de coiros sintéticos. o Plástico/plástico: para envases de produtos alimenticios, bebidas,

cosméticos,...



9.- FIBRAS TÉXTILES.

Están formadas por elementos de lonxitude moi superior o seu diámetro que empréganse na fabricación de tecidos. No mercado existe unha gran variedade de fibras téxtiles. Cabe destacar que soamente existe unha especie animal que é capaz de producir fío: o verme de seda.

9.1.- FIBRAS DE ORIXE MINERAL.

Obtéñense de minerais de estrutura fibrosa. So o amianto posúe esta calidade, si ben o seu emprego está prohibido pois pode provocar leucemia. Existen outras fibras, denominadas fibras transformadas, entre as que atopamos a fibra de vidro e as fibras dalgúns cristais.

Fibra de vidro: obtense tras a unión de diversos minerais, seguido da fusión dos mesmos. Emprégase como illante térmico e acústico.

Fibras dalgúns metais: especialmente a prata e o ouro poden ser convertido en fíos continuos empregados na fabricación de tecidos: traxes relixiosos e de toureiros.

9.2.- FIBRAS DE ORIXE VEXETAL.

Algodón: a materia predominante do algodón é a celulosa. Emprégase como materia prima para a obtención de fibras celulósicas artificiais. O fío de algodón 100% ten algúns inconvenientes: elevado prezo, tendencia a encoller e desteñir no lavado. Como vantaxes non produce alerxias e absorbe con facilidade o suor.

Liño: fibra máis resistente que o algodón pero menos elástico e flexible. Conduce con facilidade o calor o que da sensación de frescura ó tacto e ó uso. Emprégase en confección de tecidos, roupas de cama e manteis.

Esparto: a súa principal aplicación centrase na confección de artigos de artesanía e decoración.

9.3.- FIBRAS DE ORIXE ANIMAL.

Os pelos de diversas especies animais (ovella, camelo, llama, ...) son moi empregadas polas súas condicións para formar fíos. As máis empregadas son a la, a seda e o coiro.

La: obtense do pelo das ovellas. É unha fibra moi elástica o que permite que os tecidos de la non se engurren. Como inconveniente, o calor húmido provoca alteracións na fibra, polo que debe terse en conta á hora de secar e pasa-lo ferro estes tecidos.

Seda: é o único filamento continuo producido pola natureza. Este fío é elaborado polos vermes de seda no momento de pasar a fase de crisálida. Emprégase na fabricación de fíos para tecidos finísimos e de elevado prezo. A



fibra de seda é a mais resistente das naturais. Por esta razón foi empregada ata ser substituída polo nailon, na preparación de fíos de pescar. Conduce mal a electricidade e a calor, polo que empregada no verán da sensación de calor.

Coiro: é o pelexo dun animal despois de sufrir un proceso de curtido. O curtido consiste en eliminar o pelo e a epidermis, deixando unicamente a dermis. Logo engádense disolucións diluídas de substancias que curten a pel e polo tanto que modifican as propiedades da pel, facéndoas máis plásticas e lixeiras, aumentando a súa resistencia á auga quente e fría, e facéndoas imputrescibles.

9.4.- FIBRAS ARTIFICIAIS.

O estudio da forma de traballo do verme de seda animou ó ser humano á produción de filamentos que puidesen ser, incluso máis resistentes, empregando métodos análogos. O problema consistía en producir unha masa capaz de pasar por unha fieira parecida á do verme de seda e que mantivese unha vez seca, a forma de filamento. O primeiro que conseguiu obter o que se chamou seda artificial ou seda chardonet foi o aristócrata francés Chardonet. As fibras artificiais máis importantes son:

Fibras artificiais celulósicas: raións.

A materia prima é a celulosa. Todas estas fibras reciben o nome xenérico de raións. As vantaxes que aporta o seu emprego son gran resistencia mecánica en seco e facilidade na súa coloración. Para abaratalas, soen mesturarse con fibras naturais.

Fibras artificiais proteínicas.

A súa fabricación consiste na obtención de fíos a partir de masas obtidas pola disolución (transformación de sólido a líquido) de proteínas mediante diversos axentes químicos.

9.5.- FIBRAS SINTÉTICAS.

Coa aparición das fibras sintéticas revolucionouse a industria téxtil. Como vantaxes presentan unha gran duración e resistencia a todos os axentes, sinxelo coidado, non necesitan ferro de pasar e a sucidade desaparece con facilidade. Como inconvenientes, con pouco higroscópicas (absorben moi pouca a humidade) e poden provocar alerxias en peles sensibles. Esta son as fibras máis empregadas na actualidade. Para reducir os seus inconvenientes mestúranse con fibras naturais. Entre as fibras sintéticas máis empregadas destacan:

Poliamidas: de gran resistencia e elasticidade, son pouco higroscópicas e producen alerxias.

Poliéster: a máis coñecida é o tergal, que a miúdo mesturase coa la.



Acrílicas: de propiedades parecidas ó poliéster, empréganse principalmente en prendas de punto.

Polivinílicas: son moi suaves polo que se empregan en prendas para recen nacidos.

Polietilénicas: teñen gran resistencia á abrasión. Empréganse na fabricación de alfombras, moquetas, tapicerías, ...

Polipropileno: empréganse en prendas de traballo e de usos industriais. Poliuretano: de enorme elasticidade, empréganse na confección de prendas de

corsetería, traxes de baño e prendas deportivas. A máis coñecida é a licra.



Documents

Tema 7 Plásticos