Materiales Macromoleculares Tema 1

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


• 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


• 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


• 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,


• 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.


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


• De acuerdo al número de monómeros de partida

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

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


• 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 “


• 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…..


• 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


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


• 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


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)


a) Modificaciones químicas

• Copolimerizaciones


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)


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

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