MATERIALES MACROMOLECULARES

Tema 1. Estructuras macromoleculares: Polímeros

1.1. Definición y clasificación

1,1. Polímeros termoplásticos y termoestables

1.2. Plásticos, elastómeros, fibras1.3. Nomenclatura y funcionalidad

MATERIALES MACROMOLECULARES

• No se trata de memorizar las propiedades de una retahíla de poliamidas distintas, de las que en el quehacer industrial se nos oculta cuidadosamente la naturaleza química y se sustituye este indicativo por una sarta de datos. Memorizar es muy arduo, conviene dar paso a la lógica. Par retener un dato en la memoria, se tiene que haber digerido por la vía lógica, de lo contrario requiere un derroche exagerado de energías.

“Iniciación a la química de los plásticos”, prólogoGnauck/Frundt (HANSER

MATERIALES MACROMOLECULARES

• Macromolécula [macro- + molécula]

Agrupación molecular de gran número de átomos

• Polímero [poli+mero]

Sustancia obtenida de otra por polimerización

“Sólidos orgánicos” (Un polímero está constituido por un conjunto de cadenas macromoleculares)

MATERIALES MACROMOLECULARES. Polimeros Características

• Se necesitan sustancias de partida bifuncionales (monómeros)

• Polimerización por adición (monómeros vinílicos)• Polimerización por condensación (diaminas, diácidos…)• La unidad estructural “monomérica”, se repite a lo largo

de la cadena macromolecular• No todas las cadenas macromoleculares alcanzan el

mismo tamaño durante el proceso de polimerización (Polímeros polidispersos)

• Su composición similar a la de los compuestos orgánicos

MATERIALES MACROMOLECULARES. Polimeros. Características

• Están constituidos por largas cadenas macromoleculares entrelazadas

• Entralazamientos físicos (siempre existen)– Enmarañamiento de cadenas (en estado sólido,

fundido o en disolución)– Resistencia al flujo y a la deformación

• Entralazamientos químicos – Existen verdaderos enlaces químicos entre cadenas

macromoleculares– Entrecruzamiento de cadenas– “Agente de entrecruzamiento o de curado”

MATERIALES MACROMOLECULARES. Polímeros. Características

• Comportamiento mecánico y reológico– Son viscoelásticos (la deformación depende

del tiempo) – Se superpone el comportamiento viscoso al

elástico – Depende de las características intrínsecas del

material, tiempo, temperatura y esfuerzo aplicado.

MATERIALES MACROMOLECULARES. Polimeros. Clasificación

• De acuerdo al tipo de cadena– Polímeros lineales

Termoplásticos– Polímeros ramificados

– Polímeros entrecruzados Cauchos

Termoestables

MATERIALES MACROMOLECULARES. Polimeros. Clasificación

• a) Termoplásticos

– Se ablandan por Q y P y endurecen por enfriamiento

– Por acción de la temperatura FLUYEN, y pueden ser nuevamente moldeados.

– Se produce cambio fisico, pero No, reacción quimica.

– Son polimeros lineales o ramificados, solubles y fusibles: PE, PS, PVC,

MATERIALES MACROMOLECULARES. Polimeros. Clasificación

• b Termoestables

- Productos resultantes de resinas termoendurecibles sinteticas: Fenólicas (baqueilita), de urea-formaldehído.

- Sometidas a Q y P, experimentan el curado, sus macromoleculas forman enlaces en todas las direcclones del espacio (polimeros tridimensionales).

- Tras el curado no se reblandecen a altas temperaturas, ni son solubles en disolventes

- NO FLUYEN a altas temperaturas, se descomponen a su temperatura de descomposici6n.

- Elevado nº de entrecruzamientos químicos => gran estabilidad química, elevada rigidez y fragilidad.

MATERIALES MACROMOLECULARES. Polimeros. Clasificación

c) Elastómeros

- Estructura amorta, ligeramente entrecruzada

(puntos de unión entre cadenas lineales).- NO FLUYEN (por los entrecruzamientos) - Se deforman sin romper los enlaces entre cadenas. AI

cesar la tensión que produce la recuperación.- Recobran su forma original (conformación de máxima

entropía).

MATERIALES MACROMOLECULARES. Polímeros. Clasificación

• De acuerdo al tipo de polimerización

– Polimeros de adición (commodities)

HDPE, LDPE, PP, PS, BS,…..

– Polímeros de condensación

PET, de altas prestaciones, fibras, resinas

MATERIALES MACROMOLECULARES. Polímeros. Clasificación

• De acuerdo al número de monómeros de partida

– Homopolímeros (HDPE, LDPE, PP, PC…)– Copolímeros (SB, SA, EVA…..)

( A partir de “comonómeros”)– Terpolímeros (ABS, EVALVA…)

MATERIALES MACROMOLECULARES. Polímeros. Clasificación

• De acuerdo a la morfología en estado sólido– Polímeros amorfos

• Termoplásticos amorfos• Cauchos• Termoestables

– Polímeros cristalinos• Termoplásticos cristalinos• Fibras cristalinas

“Los polímeros en disolución y en estado fundido siempre son amorfos “

MATERIALES MACROMOLECULARES. Polímeros. Clasificación

• De acuerdo a su importancia en el mercado– Commodities (polímeros de usos generales)

HDPE, PP, PS, PVC…….– Técnicos (polímeros de altas prestaciones,

polímeros funcionales, más caros)

PC, PA, PS, POM, POP…..

MATERIALES MACROMOLECULARES. Polímeros. Clasificación

• De acuerdo a las fuerzas intermoleculares

• Cauchos (bajas) “más blandos”• Plásticos (gran diversidad) “más duros que los

cauchos”• Fibras (más altas) por orientación molecular

MATERIALES MACROMOLECULARES. Polímeros

• Ventajas de los materiales poliméricos– Baja densidad (trasporte)– Resistencia a la corrosión– Flexibilidad (“depende de T”)– Aislamiento térmico y eléctrico– Impermeabilidad a gases y a líquidos (envases y

embalajes)– Facilidad de transformación (menor gasto energético)– Facilidad de ensamblaje y desensamblaje– Gran libertad de diseño

MATERIALES MACROMOLECULARES. Polímeros

• Desventajas de los materiales poliméricos– Inflamabilidad y comportamiento al fuego– Comparativamente, bajas temperaturas de

descomposición – Envejecimiento a la intemperie (aditivos)– Solubilidad en disolventes orgánicos (depende del

Peso molecular y cristalinidad)– Difícil biodegradación y problemático reciclado

MATERIALES MACROMOLECULARES Valor técnico de los plásticos

• Los plásticos pueden ser:– Sólidos y duros como metales ligeros, o bien blandos

como la goma.– 50 veces más ligeros que el agua, o dos veces más

pesados que ésta.– Completamente transparentes, o completamente

opacos.– Muy buenos aislantes eléctricos, o bien conductores.– Solubles en agua o en líquidos orgánicos, o bien

inatacables por la práctica totalidad de productos químicos.

– Resistentes a la intemperie durante muchas decadas, o bien degradables en unas pocas semanas

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ADITIVOS1.- Utilizados en la transformación

– Plastificantes– Antioxidantes

• Fenol-fosfito

– Estabilizantes térmicos– Lubricantes

• Lubricante interno (hidrocarburos parafínicas C12-C30)• Lubricante externo (estearato cálcico).

– Antibloqueo• Sílice finamente dividida• Amidas de ácidos grasos

– Antiestáticos• Glicoles y compuestos de amonio cuaternario

MATERIALES MACROMOLECULARES2.- Aditivos. Mejoran propiedades finales de los artículos• Plastificantes.• Antioxidantes.• Estabilizadores frente a UV

– Compuestos aromáticos (HALS)• Pigmentos y colorantes.

– También como agentes estabilizantes a la luz UV• Agentes de expansión

– Mezclas de carbonato y bicarbonato sódico.– Azobiscarbonamida (N2).

• Cargas– Talco, serrín

• Refuerzos– Fibra de vidrio

• Agentes ignífugos– Hidrocarburos clorados, hidróxido de aluminio, fosfatos

• Antibactericidas– Compuestos de amonio cuaternario

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• POLIMERO BÁSICO

a)Modificaciones químicas

b)Modificaciones por vía físicab.1.- Mezclas de polímeros

b.2.- Estiramiento con orientación

c)Modificación por incorporación de aditivosc.1.- Ignifugantes

MATERIALES MACROMOLECULARES

a) Modificaciones químicas• Control de las reacciones de síntesis

(polimerizaciones) (“Tailor-made polymers”)– Composición química y estructura de la cadena– Longitud de cadena cinética (masa molecular

media)– Distribución de pesos moleculares– Grado de ramificación– Cristalinidad (en caso de que sean cristalizables)

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a) Modificaciones químicas

• Copolimerizaciones

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b) Modificación física de polímeros

• Mezclas y aleaciones de polímeros– Se pueden usar reacciones de

entrecruzamiento

• Procesos de orientación– Orientación uniaxial (fibras)– Orinetación biaxial (BOPP)

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c) Modificados con aditivos– Plásticos cargados– Plásticos reforzados– Plásticos plastificados– Plásticos pigmentados– Plásticos teñidos (colorantes y pigmentos)– Plásticos espumados