POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS, TERMOESTABLES Y ELASTÓMEROS

UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL NORESTE

Materia. Química IndustrialAlumna. Vianey Eunice Zamora Castillo

El plástico es un material sólidos sintético o semi-sintético, disponible en una amplia variedad de presentaciones, muy utilizado en la elaboración de productos industriales. La palabra plástico puede definir, de manera general, a todas las sustancias sin punto fijo de ebullición, que en un intervalo de temperaturas, son flexibles y elásticas y, por lo tanto, moldeables y adaptables a diversas formas y aplicaciones.

El plástico

Los plásticos son polímeros, es decir, estructuras compuestas por miles de moléculas. Algunas veces plástico y polímero son usados como sinónimos, pero, en realidad, la palabra plástico define a cualquier material moldeable, mientras, polímero, define a las sustancia molecularmente.

¿QUÉ ES UN POLÍMERO TERMOPLÁSTICO?

Un polímero termoplástico es un tipo de plástico que cambia de propiedades cuando se calienta y se enfría. Los termoplásticos se ablandan cuando se les aplica calor y tienen un acabado liso y duro cuando se enfrían.

En función del grado de las fuerzas intermoleculares que se producen entre las cadenas poliméricas, estas pueden adoptar dos tipos diferentes de estructuras, estructuras amorfas o estructuras cristalinas, siendo posible la existencia de ambas estructuras en un mismo material termoplástico. • Estructura amorfa. Las cadenas poliméricas adquieren una estructura liada, semejante a de la un ovillo de hilos desordenados, dicha estructura amorfa es la responsable directa de las propiedades elásticas de los materiales termoplásticos.

• Estructura cristalina. Las cadenas poliméricas adquieren una estructura ordenada y compacta, se pueden distinguir principalmente estructuras con forma lamelar y con forma micelar. Dicha estructura cristalina es la responsable directa de las propiedades mecánicas de resistencia frentes a esfuerzos o cargas así como la resistencia a las temperaturas de los materiales termoplásticos.

Si el material termoplástico dispone de una alta concentración de polímeros con estructuras amorfas, dicho material presentará una pobre resistencia frente a cargas pero una excelente elasticidad, si por el contrario el material termoplástico dispone de una alta concentración de polímeros con una estructura cristalina, el material presentará unas altas propiedades de resistencia frente a cargas y esfuerzos superando incluso a materiales termoestables, por otro lado presentará unas pobres propiedades elásticas aportándole su característica fragilidad.

PROPIEDADES

Características de los termoplásticos.

Tiene mejor resistencia al impacto, a los solventes y a las temperaturas extremas.

Es muy frágil.

Son muy rígidos.

Gran estabilidad física y mecánica.

Muy difíciles de soldar

Los termoplásticos generalmente forman una estructura cristalina cuando se enfrían por debajo de cierta temperatura, dando como resultado un acabado de superficie lisa y una fuerza estructural importante. Por encima de esta temperatura, los termoplásticos son elásticos. A medida que aumenta la temperatura, los termoplásticos gradualmente se ablandan, pudiendo llegar a fundirse.

Algunos de los polímeros termoplásticos que se encuentran más habitualmente incluyen el polietileno, polipropileno, cloruro de polivinilo (PVC), poliestireno, politetrafluoroetileno (PTFE, comúnmente conocido como teflón), estireno acrilonitrilo butadieno (ABS) y la poliamida (comúnmente conocida como nailon).

Polietileno. Los polietilenos se presentan en dos modalidades de alta y baja densidad.

Los polietilenos de alta densidad se hacen de tal forma que las cadenas de polímero son rectas, lo que permite que están apiñadas, produciendo un material de alta densidad. Al estar las cadenas muy juntas las fuerzas de atracción entre ellas son muy grandes y tienen menos libertad para moverse. El resultado es un plástico bastante rígido, fuerte y resistente. Se ablanda a una temperatura bastante alta (120–130ºC) y es resistente al ataque químico. Aplicaciones: Cajas, juguetes, tuberías, botellas.·     

Los polietilenos de baja densidad Se fabrican mediante un proceso que produce en las cadenas del polímero bifurcaciones laterales. Estas bifurcaciones impiden que las cadenas se apiñen, y como consecuencia la atracción entre ellas es más débil. El plástico es más blando y más flexible que el polietileno de alta densidad. Hace falta menos energía para separar las cadenas, lo que se traduce en que se ablanda a una temperatura inferior (85ºC). Este polímero puede ser transparente u opaco y es muy buen aislante. Es el plástico que probablemente más “consumimos” nosotros.

           Aplicaciones: Bolsas, sacos de dormir, invernaderos

Polipropileno. Pertenece a la misma familia de plásticos que los polietilenos. Sin embargo es más resistente y más rígido que el polietileno de alta densidad. También presenta mayor resistencia al calor, ablandándose aproximadamente a 150ºC.Otra de sus características más valiosa es su capacidad de ser doblado miles de veces sin romperse.

Aplicaciones: Entre otros productos se fabrican con polipropileno los cubiertos desechables, los cascos de seguridad, sillas apilables, etc.

Ejemplos y aplicaciones de materiales termoplásticos:

Polietileno de alta presión como material rígido aplicado para cubiertas de máquinas eléctricas, tubos, etc..

Polietileno de baja presión como material elástico usado para el aislamiento de cables eléctricos, etc..

Poliestireno aplicado para aislamiento eléctrico, empuñaduras de herramientas...

Poliamida usada para la fabricación de cuerdas, correas de transmisión, etc...

PVC o cloruro de polivinilo para la fabricación de materiales aislantes, tubos, envases, etc...

POLIMEROS TERMOESTABLES

Los termoestables hacen referencia al conjunto de materiales formados por polímeros unidos mediante enlaces químicos adquiriendo una estructura final altamente reticulada.

La estructura altamente reticulada que poseen los materiales termoestables es la responsable directa de las altas resistencias mecánicas y físicas (esfuerzos o cargas, temperatura) que presentan dichos materiales comparados con los materiales termoplásticos y elastómeros. Por contra es dicha estructura altamente reticulada la que aporta una baja elasticidad, proporcionando a dichos materiales su característica fragilidad.

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• Unos los parámetros característicos de los materiales termoestables es el punto de gelificación o punto de gel, el cual se refiere al momento en el que el material pasa de una manera irreversible de un estado liquido-viscoso a un estado sólido durante el proceso de curado o reticulado, una vez se ha traspasado dicho punto de gelificación el material deja de fluir y no puede ser moldeado o procesado de nuevo.

• Uno de los aspectos negativos que presentan los materiales termoestables es su nula capacidad de reciclaje dado a que una vez han solificado o curado es imposible volver a una fase líquida del material, los materiales termoestables tienen la propiedad de no fundirse o deformarse en presencia de temperatura o calor, antes pasarán a un estado gaseoso que a un estado líquido.

TIPOS DE TERMOESTABLES

ELASTÓMEROS

Un elastómero es un polímero que cuenta con la particularidad de ser muy elástico pudiendo incluso, recuperar su forma luego de ser deformado. Debido a estas características, los elastómeros, son el material básico de fabricación de otros materiales como la goma, ya sea natural o sintética, y para algunos productos adhesivos.

A modo más específico, un elastómero, es un compuesto químico formado por miles de moléculas denominadas monómeros, los que se unen formando enormes cadenas. Es gracias a estas grandes cadenas que los polímeros son elásticos ya que son flexibles y se encuentran entrelazadas de manera muy desordenada.

En función de la distribución y grado de unión de los polímeros, los materiales elastómeros pueden disponer de unas características o propiedades semejantes a los materiales termoestables o a los materiales termoplásticos, así pues podemos clasificar los materiales elastómeros en:

Elastómeros termoestables - son aquellos elastómeros que al calentarlos no se funden o se deforman

Elastómeros termoplásticos - son aquellos elastómeros que al calentarlos se funden y se deforman.

Cuando un elastómero es estirado, sus moléculas se alinean, permitiendo que muchas veces tomen un aspecto cristalino. Sin embargo, una vez que se suelta, rápidamente, vuelve a su estado original de elástico desorden. Lo anterior distingue a los elastómeros de los polímeros plásticos.

La mayoría de estos polímeros son hidrocarbonos, por lo tanto, están conformados por hidrógeno y carbono, y se obtiene en forma natural del polisopreno que proviene del látex de la goma de los árboles. Otra manera de obtener un elastómero es a partir de la síntesis de petróleo y gas natural.

Para modificar algunas de las características de los elastómeros, es posible añadir otros elementos como el cloro, obteniendo así el neopreno tan utilizado en los trajes húmedos para bucear.

Propiedades de los materiales elastómeros:

No se pueden derretir, antes de derretirse pasan a un estado gaseoso

Se hinchan ante la presencia de ciertos solventes

Generalmente insolubles.

Son flexibles y elásticos.

Menor resistencia al fenómeno de fluencia que los termoplásticos

Constitución de elastómeros y vulcanización

El proceso de vulcanización, descubierto por casualidad por Goodyear en 1839, consiste en añadir azufre al caucho crudo o a las gomas sintéticas y calentar a unos 160º con el fin de que el azufre actúe como puente entre las cadenas poliméricas para que se establezcan uniones cruzadas. La cantidad de azufre adicionado determina el grado de rigidez alcanzado por las gomas. Para mantener la elasticidad no debe ser superior al 8%.

Poliisopreno

•Características: Es muy elástica y flexible y además de ser extremadamente impermeable. El caucho bruto en estado natural es un hidrocarburo blanco o incoloro.

•Nombre comercial: Caucho natural.

•Propiedades: Elevado valor de fricción, propiedad de resistencia al desgaste más uniforme, sensible al ozono. A bajas temperaturas se vuelve rígido y cuando se congela en estado de extensión adquiere estructura fibrosa.

•Densidad: la densidad del caucho a 0ºC es de 0,950, a 20ºC es de 0,934.

•Otra información: Posee buena resistencia al amoniaco, sales orgánicas, ácidos débiles y álcalis.

Características: Polímero inodoro e incoloro, hecho principalmente de silicio, es inerte y estable a altas temperaturas

Nombre comercial: silicona

Propiedades:Tiene una excelente resistencia al envejecimiento, no es afectada por la luz solar ni el ozono, posee poca resistencia mecánica, así como también al vapor, hidrocarburos alifáticos, aromáticos.

Densidad: 1,19 gr/cm3

Otra información: La temperatura para este material va de los -100ºC

a los +260º.

Polisiloxano

Características: El caucho estireno butadieno más conocido como caucho SBR es un copolimero (polímero formado por la polimerización de una mezcla de dos o más monómeros) del estireno y el 1,3-butadieno. Este es el caucho sintético mas utilizado a nivel mundial.

Nombre comercial: Goma sintética

Propiedades: Moderada resiliencia,excelente resistencia a la abrasión,moderada resistencia al desgarro,excelente resistencia al impacto,excelente resistencia eléctrica.

Densidad: 0,909gr/cm3

Otra información: Es el caucho más importante en el mercado, entre sus aplicaciones mas importantes son: neumáticos para automóviles y suelas de zapatos.

Estireno - Butadieno

Goma natural. material usado en la fabricación de juntas, tacones y suelas de zapatos.

Poliuretanos. Los poliuretanos son usados en el sector textil para la fabricación de prendas elásticas como la lycra, también se utilizan como espumas, materiales de ruedas, etc...

Polibutadieno. Material elastómero utilizado en las ruedas o neumáticos de los vehículos dadas la extraordinaria resistencia al desgaste.

Neopreno. Material usado principalmente en la fabricación de trajes de buceo, así como aislamiento de cables, correas industriales, etc...

Silicona. las siliconas se utilizan en la fabricación de chupetes, prótesis médicas, lubricantes, moldes, abrillantadores.