¿ Qué son los polímeros ?.

La materia está formada por moléculas que pueden ser de tamaño normal o moléculas gigantes llamadas polímeros.Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las formas más diversas. Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones. algunas más se asemejan a las escaleras de mano y otras son como redes tridimensionales.Existen polímeros naturales de gran significación comercial como el algodón, formado por fibras de celulosas. La celulosa se encuentra en la madera y en los tallos de muchas plantas, y se emplean para hecer telas y papel. La seda es otro polímero natural muy apreciado y es una poliamida semejante al nylon. La lana, proteína del pelo de las ovejas, es otro ejemplo. El hule de los árboles de hevea y de los arbustos de Guayule, son también polímeroa naturales importantes.Sin embargo, la mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas.Lo que distingue a los polímeros de los materiales constituídos por moléculas de tamaño normal son sus propiedades mecánicas. En general, los polímeros tienen una excelente resistencia mecánica debido a que las grandes cadenas poliméricas se atraen. Las fuerzas de atracción intermoleculares dependen de la composición química del polímero y pueden ser de varias clases.

Clasificación.

Polímeros Isómeros.

....Los polímeros isómeros son polímeros que tienen escencialmentela misma composición de porcentaje, pero difieren en la colocación de los átomos o grupos de átomos en las moléculas. Los polímeros isómeros del tipo vinilo pueden diferenciarse en las orientaciones relativas (cabeza a cola, cabeza a cabeza, cola a cola, o mezclas al azar de las dos.) de los segmentos consecutivos (unidades monómeras.).:

Cabeza a cola

-CH2- CHX- CH2- CHX- CH2- CHX- CH2- CHX-

Cabeza a cabeza y cola a colas

-CH2 -CH2- CHX- CHX- CH2- CH2- CHX- CHX- CH2-

o en la orientación de sustituyentes o cadenas laterales con respecto al plano de la cadena axial hipoteticamente extendida.....La isomería cis-trans puede ocurrir, y probablemente ocurre, para cualquier polímero que tenga ligaduras dobles distintas a las que existen en los grupos vinilo pendientes (los unidos a la cadena principal).

Concepto de tacticidad.

....El termino tacticidad se refiere al ordenamiento espacial de las unidades estructurales.

....El mejor ejemplo es el polipropileno, que antes de 1.955 no tenía ninguna utilidad. En ese año, Giulio Natta en Milán, utilizó para hacer polipropileno, los catalizadores que Karl Ziegler había desarrollado para el polietileno. Esos catalizadores, hechos a base de cloruro de titanio y tri-alquil-aluminio, acomodan a los monómeros de tal manera que todos los grupos metilos quedan colocados del mismo lado en la cadena.....En esta forma, Natta creó el polipropileno isotáctico, que tiene excelentes propiedades mecánicas. Hasta ese momento, con los procedimientos convencionales, sólo se había podido haer polímeros atácticos, sin regularidad estructural.

....El polipropileno atáctico es un material ceroso, con pésimas propiedades mecánicas.

....Otros catalizadores permiten colocar los grupos alternadamente, formando polímeros que se llaman sindiotácticos, los cuales, como los isotácticos, tienen muy buenas propiedades.

Homopolímeros y copolímeros.

....Los materiales como el polietileno, el PVC, el polipropileno, y otros que contienen una sola unidad estructural, se llaman homopolímeros. Los homopolímeros, a demás, contienen cantidades menores de irregularidades en los extremos de la cadena o en ramificaciones.....Por otro lado los copolímeros contienen varias unidades estructurales, como es el caso de algunos muy importantes en los que participa el estireno.....Estas combinaciones de monómeros se realizan para modificar las propiedades de los polímeros y lograr nuevas aplicaciones. Lo que se busca es que cada monómero imparta una de sus propiedades al material final; así, por ejemplo, en el ABS, el acrilonitrilo aporta su resistencia química, el butadieno su flexibilidad y el estireno imparte al material la rigidez que requiera la aplicación particular.....Evidentemente al variar la proporciones de los monómeros, las propiedades de los copolímeros van variando también, de manera que el proceso de copolimerización permite hasta cierto punto fabricar polímeros a la medida.....No solo cambian las propiedades al variar las proporciones de los monómeros, sino tambiuén al variar su posición dentro de las cadenas. Así, existen los siguientes tipos de copolímeros.....Las mezclas físicas de polímeros, que no llevan uniones permanentes entre ellos, también constituyen a la enorme versatilidad de los materiales poliméricos. Son el equivalente a las aleaciones metálicas.....En ocaciones se mezclan para mejorar alguna propiedad, aunque generalmente a expensas de otra. Por ejemplo, el óxido de polifenilo tiene excelente resistencia térmica pero es muy dificil procesarlo. El poliestireno tiene justamente las propiedades contrarias, de manera que al mezclarlos se gana en facilidad de procedimiento, aunque resulte un material que no resistirá temperaturas muy altas.. Sin embargo en este caso hay un efecto sinergístico, en el sentido en que la resistencia mecánica es mejor en algunos aspectos que a la de cualquiera de los dos polímeros. Esto no es frecuente, porque puede ocurrir únicamente cuando existe perfecta compatibilidad ente los dos polímeros y por regla general no la hay, así que en la mayoría de los casos debe agregarse un tercer ingrediente para compatibilizar la mezcla. Lo que se emplea casi siempre es un copolímero injertado, o uno de bloque que contenga unidades estructurales de los dos políméros......Otras veces se mezcla simplemente para reducir el costo de material..... En otros casos, pequeñas cantidades de un polímero de alta calidad puede mejorar la del otro, al grado de permitir una nueva aplicación.

Clasificación.

Polímeros Isómeros.

....Los polímeros isómeros son polímeros que tienen escencialmentela misma composición de porcentaje, pero difieren en la colocación de los átomos o grupos de átomos en las moléculas. Los polímeros isómeros del tipo vinilo pueden diferenciarse en las orientaciones relativas (cabeza a cola, cabeza a cabeza, cola a cola, o mezclas al azar de las dos.) de los segmentos consecutivos (unidades monómeras.).:

Cabeza a cola

-CH2- CHX- CH2- CHX- CH2- CHX- CH2- CHX-

Cabeza a cabeza y cola a colas

-CH2 -CH2- CHX- CHX- CH2- CH2- CHX- CHX- CH2-

o en la orientación de sustituyentes o cadenas laterales con respecto al plano de la cadena axial hipoteticamente extendida.....La isomería cis-trans puede ocurrir, y probablemente ocurre, para cualquier polímero que tenga ligaduras dobles distintas a las que existen en los grupos vinilo pendientes (los unidos a la cadena principal).

Concepto de tacticidad.

....El termino tacticidad se refiere al ordenamiento espacial de las unidades estructurales.

....El mejor ejemplo es el polipropileno, que antes de 1.955 no tenía ninguna utilidad. En ese año, Giulio Natta en Milán, utilizó para hacer polipropileno, los catalizadores que Karl Ziegler había desarrollado para el polietileno. Esos catalizadores, hechos a base de cloruro de titanio y tri-alquil-aluminio, acomodan a los monómeros de tal manera que todos los grupos metilos quedan colocados del mismo lado en la cadena.....En esta forma, Natta creó el polipropileno isotáctico, que tiene excelentes propiedades mecánicas. Hasta ese momento, con los procedimientos convencionales, sólo se había podido haer polímeros atácticos, sin regularidad estructural.....El polipropileno atáctico es un material ceroso, con pésimas propiedades mecánicas.....Otros catalizadores permiten colocar los grupos alternadamente, formando polímeros que se llaman sindiotácticos, los cuales, como los isotácticos, tienen muy buenas propiedades.

Homopolímeros y copolímeros.

....Los materiales como el polietileno, el PVC, el polipropileno, y otros que contienen una sola unidad estructural, se llaman homopolímeros. Los homopolímeros, a demás, contienen cantidades menores de irregularidades en los extremos de la cadena o en ramificaciones.....Por otro lado los copolímeros contienen varias unidades estructurales, como es el caso de algunos muy importantes en los que participa el estireno.....Estas combinaciones de monómeros se realizan para modificar las propiedades de los polímeros y lograr nuevas aplicaciones. Lo que se busca es que cada monómero imparta una de sus propiedades al material final; así, por ejemplo, en el ABS, el acrilonitrilo aporta su resistencia química, el butadieno su flexibilidad y el estireno imparte al material la rigidez que requiera la aplicación particular.....Evidentemente al variar la proporciones de los monómeros, las propiedades de los copolímeros van variando también, de manera que el proceso de copolimerización permite hasta cierto punto fabricar polímeros a la medida.....No solo cambian las propiedades al variar las proporciones de los monómeros, sino tambiuén al variar su posición dentro de las cadenas. Así, existen los siguientes tipos de copolímeros.....Las mezclas físicas de polímeros, que no llevan uniones permanentes entre ellos, también constituyen a la enorme versatilidad de los materiales poliméricos. Son el equivalente a las aleaciones metálicas.....En ocaciones se mezclan para mejorar alguna propiedad, aunque generalmente a expensas de otra. Por ejemplo, el óxido de polifenilo tiene excelente resistencia térmica pero es muy dificil procesarlo. El poliestireno tiene justamente las propiedades contrarias, de manera que al mezclarlos se gana en facilidad de procedimiento, aunque resulte un material que no resistirá temperaturas muy altas.. Sin embargo en este caso hay un efecto sinergístico, en el sentido en que la resistencia mecánica es mejor en algunos aspectos que a la de cualquiera de los dos polímeros. Esto no es frecuente, porque puede ocurrir únicamente cuando existe perfecta compatibilidad ente los dos polímeros y por regla general no la hay, así que en la mayoría de los casos debe agregarse un tercer ingrediente para compatibilizar la mezcla. Lo que se emplea casi siempre es un copolímero injertado, o uno de bloque que contenga unidades estructurales de los dos políméros......Otras veces se mezcla simplemente para reducir el costo de material..... En otros casos, pequeñas cantidades de un polímero de alta calidad puede mejorar la del otro, al grado de permitir una nueva aplicación.

Procesos de polimerización.

....Existen diversos procesos para unir moléculas pequeñas con otras para formar moléculas grandes. Su clasificación se basa en el mecanismo por el cual se unen estructuras monómeras o en las condiciones experimentales de reacció.

....Mecanismos de polimerización. La polimerización puede efectuarse por distintos métodos a saber:

Polimerización por adición.

Adición de moléculas pequeñas de un mismo tipo unas a otras por apertura del doble enlace sin eliminación de ninguna parte de la molécula (polimerización de tipo vinilo.).

Adición de pequeñas moléculas de un mismo tipo unas a otras por apertura de un anillo sin eliminación de ninguna parte de la molécula (polimerización tipo epóxido.).

Adición de pequeñas moléculas de un mismo tipo unas a otras por apertura de un doble enlace con eliminación de una parte de la molécula (polimerización alifática del tipo diazo.).

Adición de pequeñas moléculas unas a otras por ruptura del anillo con eliminación de una parte de la molécula (polimerización del tipo ? -aminocarboxianhidro.).

Adición de birradicales formados por deshidrogenación (polimerización tipo p-xileno.).

Polimerización por condensación.

Formación de poliésteres, poliamidas, poliéteres, polianhidros, etc., por eliminación de agua o alcoholes, con moléculas bifuncionales, como ácidos o glicoles, diaminas, diésteres entre otros (polimerización del tipo poliésteres y poliamidas.).

Formación de polihidrocarburos, por eliminación de halógenos o haluros de hidrógeno, con ayuda de catalizadores metálicos o de haluros metálicos (policondensación del tipo de Friedel-Craffts y Ullmann.).

Formación de polisulfuros o poli-polisulfuros, por eliminación de cloruro de sodio, con haluros bifuncionales de alquilo o arilo y sulfuros alcalinos o polisulfuros alcalinos o por oxidación de dimercaptanos (policondensación del tipo Thiokol.).

Polimerización en suspención, emulsión y masa.

A . Polimerización en suspención. En este caso el peróxido es soluble en el monómero. La polimerización se realiza en agua, y como el monómero y polímero que se obtiene de él son insolubles en agua, se obtiene una suspención. Para evitar que el polímero se aglomere en el reactor, se disuelve en el agua una pequeña cantidad de alcohol polivinílico, el cual cubre la superficie de las gotitas del polímero y evita que se peguen.B . Polimerización en emulsión. La reacción se realiza también en agua, con peróxidos solubles en agua pero en lugar de adredarle un agente de suspención como el alcohol polivinílico, se añade un emulsificante, que puede ser un detergente o un jabón. En esas condiciones el monómero se emulsifica, es decir, forma gotitas de un tamaño tan pequeño que ni con un microscopio pueden ser vistas. Estas microgotitas quedan estabilizadas por el jabón durante todo el proceso de la polimerización, y acaban formando un latex de aspecto lechoso, del cual se hace presipitar el polímero rompiendo la emulsión. posteriormente se lava, quedando siempre restos de jabón, lo que le imprime características esopeciales de adsorción de aditivos. C . Polimerización en masa. En este tipo de reacción, los únicos ingredientes son el monómero y el peróxido. el polímero que se obtiene es muy semejante al de suspención, pero es más puro que éste y tiene algunas ventajas en la adsorción de aditivos porque no esta contaminado con alcohol polivinílico. Sin embargo, debido al gran tamaño de sus partículas no se dispersa en los plastificantes y no se usa para plastisoles.

Temas referentes a su Estructura:

Tipos de Cristales. o Orden de corto alcance. o Enlaces que participan.

Cristalinidad de los Polímeros. o Amorfismo y Cristanilidad. o Estructuras. o Fuerzas Intermoleculares.

Transformación Vítrea. Factores cinéticos que controlan la cristalización.

o Flexibilidad de la moléculas. o Condiciones de la cristalización.

Tipos de Enlaces.

En la Organización atómica, los polímeros presentan arreglos atómicos de corto alcance. El Polietileno esta compuesto por cadenas de átomos de carbono, con dos átomos de hidrógeno unidos a cada carbono. Dado que este tiene una valencia de cuatro y que los átomos de carbono e hidrógeno tienen enlaces covalentes, se produce una estructura tetraédrica. Las unidades tetraédricas pueden unirse de manera aleatoria para producir cadenas poliméricas.

La mayoría de los polímeros están totalmente o parcialmente enlazados mediante enlaces covalentes, a demás los polimeros se forman por la acción de enlaces de Van der Waals, permitiendo que las cadenas de moléculas se deslicen, impidiendo que se forme un material muy frágil. Un ejemplo es el cloruro de polivinilo(plástico PVC), este contiene moléculas muy largas en forma de cadena, dentro de las cuales los enlaces son covalentes, pero las cadenas individualmente se unen mediante enlaces de Van der Waals, permientiendo que se pueda deformar rompiendo solo los enlaces de Van der Waals, mientras que las cadenas solo se deslizan.

Cristalinidad.

Clase de cristal relacionada con cualquier objeto en el cual las moléculas se encuentran dispuestas según un ordenamiento regular. El hielo es un cristal. En el hielo, todas las moléculas de agua están dispuestas de un modo específico. También en la sal de mesa, el cloruro de sodio. (Extrañamente, las elegantes copas de cristal que posee su madre, no tienen nada de cristal, ya que el vidrio es un sólido amorfo, es decir, un sólido en el cual las moléculas no tienen ningún orden ni arreglo particular).

Los polímeros son como las medias. A veces se encuentran dispuestos de modo perfectamente ordenado, cuoando estamos en este caso, decimos que el polímero es cristalino. En otras ocasiones, no existe un ordenamiento y las cadenas poliméricas forman una masa completamente enredada, como las medias de la foto de abajo. Cuando ésto sucede, decimos que el polímero es amorfo.

Vamos a hablar de los polímeros cristalinos prolijamente ordenados.

¿Pero qué tipo de ordenamiento suelen formar los polímeros?

Suelen alinearse estando completamente extendidos, como si fueran una prolija pila de maderos.

Pero no siempre pueden extenderse en línea recta. De hecho, muy pocos polímeros logran hacerlo, y esos son el polietileno de peso molecular ultraalto, y las aramidas como el Kevlar y el Nomex. La mayoría de los polímeros se extienden sólo una corta distancia para luego plegarse sobre sí mismos. Usted puede verlo en la figura.

En el caso del polietileno, las cadenas se extienden alrededor de 100 angstroms antes de plegarse.

Pero no sólo se pliegan de esta forma. Los polímeros forman apilamientos a partir de esas cadenas plegadas. Aquí debajo hay una figura representando uno de esos apilamientos, llamado lamella.

Claro que no siempre es tan ordenado. A veces, una parte de la cadena está incluida en este cristal y otra parte no. Cuando ésto ocurre, obtenemos el desorden que usted ve abajo. Nuestra lamella ya no se ve prolija ni ordenada, sino todo lo contrario, ¡con cadenas colgando por todos lados!

Siendo poco decididas, obviamente, las cadenas poliméricas a menudo decidirán que desean retornar dentro de la lamella después de vagar por un tiempo en el exterior. En ese caso, obtenemos una figura parecida a ésto:

Este es el modelo de distribución de una lamella de un polímero cristalino. Cuando una cadena polimérica no se queda divagando por el exterior del cristal, sino que se pliega nuevamente, tal como vimos en las primeras figuras, origina un modelo llamado modelo de re-ingreso adyacente.

Amorfismo y Cristalinidad

¿No se está preguntando algo? Si usted observa las figuras de arriba, podrá ver que una parte del polímero es cristalina y otra parte no lo es. Sí, amigos, aún los polímeros más cristalinos no son totalmente cristalinos. Las cadenas, o parte de ellas, que no están en los cristales, no poseen ningún ordenamiento. Los científicos decimos que están en el estado amorfo. Por lo tanto, un polímero cristalino tiene en realidad dos componentes. La porción cristalina que está en la lamella y la porción amorfa, fuera de la lamella. Si observamos la figura ampliada de una lamella, veremos cómo están dispuestas las porciones cristalina y amorfa.

Como puede observarse, una lamella crece como los rayos de una rueda de bicicleta, desde un núcleo central. (A veces, a los científicos nos gusta denominar una lamella como fibrillas lamellares.) En realidad crecen en tres dimensiones, por lo que se asemejan más a una esfera que a una rueda. Toda esta esfera se llama esferulita. En una porción de polímero cristalino, existen varios millones de esferulitas.

Entre medio de la lamella cristalina hay regiones en las que no existe ningún orden en la disposición de las cadenas poliméricas. Dichas regiones desordenadas son las porciones amorfas de las que hablábamos.

Como puede verse también en la figura, una única cadena polimérica puede formar parte tanto de una lamella cristalina como de una porción amorfa. Alguna cadenas incluso comienzan en una lamella, atraviesan la región amorfa y finalmente se unen a otra lamella. Dichas cadenas reciben el nombre de moléculas vínculo.

Por lo tanto, ningún polímero es completamente cristalino. Si usted se encuentra fabricando plásticos, ésto es muy conveniente. La cristalinidad hace que los materiales sean resistentes, pero también quebradizos. Un polímero totalmente cristalino sería demasiado quebradizo como para ser empleado como plástico. Las regiones amorfas le confieren dureza a un polímero, es decir, la habilidad de poder plegarse sin romperse.

Pero para fabricar fibras, deseamos que nuestros polímeros sean lo más cristalinos posible. Esto es porque una fibra es en realidad un largo cristal. ¿Desea saber más? ¡Entonces visite la Página de las Fibras!

Muchos polímeros presentan una mezcla de regiones amorfas y cristalinas, pero algunos son altamente cristalinos y otros son altamente amorfos. Aquí hay algunos de los polímeros que tienden hacia dichos extremos:

Algunos Polímeros Altamente Cristalinos: Algunos Polímeros Altamente Amorfos:Polipropileno Poli(metil metacrilato)Poliestireno sindiotáctico Poliestireno AtácticoNylon PolicarbonatoKevlar y Nomex PoliisoprenoPolicetonas Polibutadieno

¿Por qué?

¿Pero por qué algunos polímeros son altamente cristalinos y otros son altamente amorfos? Existen dos factores importantes, la estructura polimérica y las fuerzas intermoleculares.

Cristalinidad y estructura polimérica

La estructura de un polímero afecta en gran medida a la cristalinidad. Si es regular y ordenada, el polímero se empaquetará fácilmente en forma de cristales. De lo contrario, no. Observemos el poliestireno para comprenderlo mejor.

Como puede verse en las listas de arriba, existen dos clases de poliestireno. Está el poliestireno atáctico y el poliestireno sindiotáctico. Uno es sumamente cristalino y el otro es sumamente amorfo.

El poliestireno sindiotáctico es muy ordenado, ya que los grupos fenilo se sitúan alternativamente a ambos lados de la cadena. Esto significa que puede empaquetarse fácilmente formando cristales.

Pero el poliestireno atáctico no tiene ese orden. Los grupos fenilo están dispuestos al azar, ya sea hacia uno u otro lado de la cadena. Sin ordenamiento, las cadenas no pueden empaquetarse correctamente. Por lo tanto el poliestireno atáctico es altamente amorfo.

Otros polímeros atácticos como el poli(metil metacrilato) y el poli(cloruro de vinilo) también son amorfos. Como podría esperarse, los polímeros estereoregulares como el polipropileno isotáctico y el politetrafluoroetileno son altamente cristalinos.

El polietileno es otro buen ejemplo. Puede ser cristalino o amorfo. El polietileno lineal es casi 100% cristalino. Pero el ramificado no puede empaquetarse en la forma que lo hace el lineal, por lo tanto, es altamente amorfo.

Cristalinidad y fuerzas intermoleculares

Las fuerzas intermoleculares pueden ser de gran ayuda para un polímero que quiera formar cristales. Un buen ejemplo es el nylon. En la figura puede verse que los grupos polares amida de la cadena principal del nylon 6,6, se encuentran fuertemente unidos entre sí a través de sólidos enlaces por puente de hidrógeno. Esta unión tan fuerte mantiene juntos a los cristales.

Los poliésteres constituyen otro ejemplo. Veamos el poliéster que llamamos poli(etilen tereftalato).

Los grupos polares éster, forman cristales resistentes. A su vez, los anillos aromáticos tienden a apilarse de un modo ordenado, haciendo aún más resistente a los cristales.

Transformación Vitrea.

¿Alguna vez ha dejado un balde u otro objeto de plástico a la intemperie durante el invierno y notó que se quiebra o se rompe con mayor facilidad que durante el verano? Lo que usted experimentó es el fenómeno conocido como la transición vítrea. Esta transición es algo que sólo le ocurre a los polímeros, lo cual es una de las cosas que los hacen diferentes. La transición vítrea es mucho más de lo que parece. Hay una cierta temperatura (distinta para cada polímero) llamada temperatura de transición vítrea, o Tg. Cuando el polímero es enfriado por debajo de esta temperatura, se vuelve rígido y quebradizo, igual que el vidrio. Algunos polímeros son empleados a temperaturas por encima de sus temperaturas de transición vítrea y otros por debajo. Los plásticos duros como el poliestireno y el poli(metil metacrilato), son usados por debajo de sus temperaturas de transición vítrea; es decir, en su estado vítreo. Sus Tg están muy por encima de la temperatura ambiente, ambas alrededor de los 100 oC. Los cauchos elastómeros como el poliisopreno y el poliisobutileno, son usados por encima de sus Tg, es decir, en su estado caucho, donde son blandos y flexibles.

Polímeros Amorfos y Cristalinos

Debemos aclarar algo en este punto. La transición vítrea no es lo mismo que el fundido. El fundido es una transición que se manifiesta en los polímeros cristalinos. Ocurre cuando las cadenas poliméricas abandonan sus estructuras cristalinas y se transforman en un líquido desordenado. La transición vítrea es una transición que se manifiesta en los polímeros amorfos; es decir, polímeros cuyas cadenas no están dispuestas según un ordenamiento cristalino, sino que están esparcidas en cualquier ordenamiento, aún en estado sólido.

Pero incluso los polímeros cristalinos tienen alguna porción amorfa. Esta porción generalmente constituye el 40-70% de la muestra polimérica. Esto explica por qué una misma muestra de un polímero puede tener tanto una temperatura de transición vítrea como una temperatura de fusión. Pero lo importante es saber que la porción amorfa sólo experimentará la transición vítrea, y la porción cristalina sólo la fusión.

Nido de Víboras

Ahora, para entender por qué los polímeros sin ordenamiento alguno son duros y quebradizos por debajo de cierta temperatura, y blandos y flexibles por encima, sería útil imaginar un polímero en estado amorfo como una gran habitación repleta de serpientes escurridizas. Cada serpiente constituye una cadena polimérica. Según usted sabe, las víboras son animales de sangre fría, de modo que todo el calor de su cuerpo debe proceder de sus alrededores. Cuando hace calor, las víboras se encuentran a gusto y pueden deslizarse y escurrirse sin ningún tipo de inconvenientes. Se mueven totalmente al azar, por encima y alrededor de las demás, a entera satisfacción.

Pero cuando hace frío, las serpientes no se mueven demasiado. Se ponen más lentas en ausencia de calor y tienden a mantenerse quietas. Si bien permanecen enroscadas, una por encima de la otra, en lo que respecta a movimiento, éste no ocurre.

Ahora imagine que usted trata de conducir una topadora a través de esta habitación repleta de víboras. Si hace calor y las víboras están en movimiento, podrán apartarse rápidamente de su camino y la topadora avanzará por la habitación sin causar mayores daños a los animales. Pero si hace frío, pueden ocurrirles dos cosas a las inmóviles serpientes. O bien (A) son más fuertes que la topadora y le impedirán el paso, aún sin moverse; o bien (B) la topadora es más resistente que ellas y las aplastará, sin que tampoco puedan moverse.

Los polímeros son iguales. Cuando la temperatura es alta, las cadenas pueden moverse con facilidad. De modo que cuando usted toma una porción de polímero y la dobla, las moléculas, que ya están en movimiento, no tendrán problemas en moverse hacia nuevas posiciones, a fin de aliviar la tensión que usted está ejerciendo sobre ellas. Pero si usted trata de doblar una muestra de polímero por debajo de su Tg, las cadenas ya no podrán desplazarse hacia otras posiciones. Y justamente como en el ejemplo de la habitación repleta de víboras, sucederá una de dos cosas. O las cadenas (A) serán lo suficientemente resistentes como para soportar la fuerza que se está ejerciendo y la muestra no se doblará; o bien (B) la fuerza que se está aplicando es demasiado grande para que las inmóviles cadenas poliméricas puedan resistirla y ya que no pueden moverse a su alrededor para aliviar dicha tensión, la muestra se quebrará o se romperá en sus manos.

Este cambio de movilidad con la temperatura ocurre porque el fenómeno que llamamos "calor" es en realidad un tipo de energía cinética, o sea, la energía de los objetos en movimiento. En otras palabras, es un efecto del movimiento caótico de las moléculas. Las cosas están "calientes" cuando sus moléculas tienen una gran cantidad de energía cinética y se mueven con facilidad. Las cosas están "frías" cuando sus moléculas no tienen energía cinética y se mueven lentamente o no se mueven.

La temperatura exacta a la cual las cadenas poliméricas experimentan este gran cambio en su movilidad, depende de la estructura del polímero.

Se Acabó la Fiesta

Hay una diferencia entre los polímeros y las serpientes, que deberíamos discutir en este punto. Una víbora no sólo se contornea, sino que en realidad se mueve de un lado hacia otro. Esto se denomina movimiento traslacional. Cuando usted camina por la calle, asumiendo que no sea como tantos que nunca van hacia ningún lado, está realizando un movimiento traslacional. Si bien los polímeros no se encuentran impedidos de efectuar dicho movimiento, por lo general no lo hacen. Pero sí se contornean de diversas formas, como los niños pequeños en una iglesia, o un fumador que se abstiene de fumar durante mucho tiempo. En el momento en que trasponemos la temperatura de transición vítrea y seguimos bajando, el entorno ya se vuelve demasiado frío como para que las moléculas del polímero, enredadas entre sí como están, se muevan en alguna dirección. El movimiento que permite que un polímero sea flexible, no es generalmente el traslacional, sino uno conocido como movimiento segmental de rango largo. Si bien la totalidad de la cadena polimérica puede parecer no desplazarse hacia ninguna dirección, los segmentos de dicha cadena pueden en cambio, serpentear, balancearse y rotar como un tirabuzón gigante. Así, los polímeros pueden imaginarse como una multitud en una pista de baile. Aunque cada individuo parece estar en el mismo lugar, muchos brazos, piernas y cualquier cosa, están cambiando continuamente de posición. Cuando la temperatura cae por debajo de la Tg, la fiesta se acabó para los polímeros y el movimiento segmental de rango largo se termina. Cuando este movimiento se detiene, ocurre la transición vítrea y el polímero cambia de un estado blando y flexible a otro rígido y quebradizo.

Entreteniéndose con la Transición Vítrea

A veces, un polímero tiene una Tg más alta de lo deseado. No importa, sólo le agregamos algo llamado un plastificante. Se trata de una pequeña molécula que penetrará entre las cadenas poliméricas y las separará. Esto se conoce como aumentar el volumen libre. Cuando esto ocurre, las cadenas pueden deslizarse entre sí con mayor facilidad. Y al deslizarse con mayor facilidad, podrán moverse a temperaturas más bajas de lo que

lo harían sin el plastificante. De esta forma, la Tg de un polímero puede ser disminuida, con el objeto de hacerlo más flexible y más fácil de manipular.

Si usted se está preguntando de qué clase de pequeña molécula estamos hablando, aquí hay algunas que se emplean como plastificantes:

¿Alguna vez ha percibido ese "olor a auto nuevo"? Ese olor es el plastificante que se evapora de los componentes plásticos en el interior de su auto. Después de muchos años, si se evapora lo suficiente, su tablero ya no estará más plastificado. La Tg de los polímeros de su tablero se elevará por encima de la temperatura ambiente y el tablero se volverá quebradizo.

 

Transición Vítrea vs. Fusión

Es común imaginar a la transición vítrea como a un tipo de fusión del polímero. Pero no es la manera correcta. Hay muchas diferencias importantes entre la transición vítrea y la fusión. Como dijimos antes, la fusión es algo que le ocurre a los polímeros cristalinos, mientras que la transición vítrea ocurre sólo en los polímeros en el estado amorfo. Un dado polímero a menudo tendrá dominios tanto cristalinos como amorfos, de modo que la muestra exhibirá un punto de fusión y una Tg. Pero las cadenas que funden no son las mismas cadenas que experimentan transición vítrea.

Existe otra gran diferencia entre fusión y transición vítrea. Cuando usted calienta un polímero cristalino a velocidad constante, la temperatura aumentará a velocidad constante. La cantidad de calor requerida para incrementar un grado Celsius la temperatura de un gramo de polímero, se denomina capacidad calorífica.

Sin embargo, la temperatura seguirá aumentando hasta que el polímero llegue a su punto de fusión. Cuando esto sucede, la temperatura se mantendrá constante por un momento, aún cuando se suministre más calor. Se mantendrá constante hasta que todo el polímero haya fundido completamente. Luego, la temperatura del polímero comenzará a ascender nuevamente. El aumento se detiene porque la fusión requiere energía. Toda la energía que usted agregue a un polímero cristalino en su punto de fusión, se utilizará en la fusión y no en un aumento ulterior de la temperatura. Este calor se denomina calor latente de fusión. (La palabra latente significa oculto.)

Una vez que el polímero fundió, la temperatura comienza a ascender de nuevo, pero ahora lo hace a una velocidad más lenta. El polímero fundido tiene mayor capacidad calorífica que el polímero cristalino en estado sólido, de modo que puede absorber más calor con incrementos de temperatura más pequeños.

Cuando un polímero cristalino funde, ocurren dos cosas: absorbe una cierta cantidad de calor, el calor latente de fusión, y experimenta un cambio en su capacidad calorífica. Cualquier cambio debido al calor, ya sea fusión o congelamiento, ebullición o condensación, que involucre un cambio en la capacidad calorífica y un calor latente, se denomina transición de primer orden.

Pero cuando usted calienta un polímero amorfo hasta su Tg, sucede algo diferente. Primero se calienta y la temperatura se eleva a una velocidad determinada por la capacidad calorífica del polímero, exactamente como vimos hasta ahora. Pero cuando se alcanza la Tg ocurre algo divertido. La temperatura sigue aumentando, no se detiene. No hay calor latente de transición vítrea. La temperatura se sigue incrementando.

Pero por encima de la Tg ya no lo hace a la misma velocidad que por debajo. El polímero experimenta un incremento en su capacidad calorífica luego de alcanzar la transición vítrea. Puesto que la transición vítrea involucra un cambio en la capacidad calorífica pero no un calor latente, esta transición se denomina transición de segundo orden.

Veamos los siguientes gráficos. Las curvas muestran la cantidad de calor suministrada al polímero en el eje y y la temperatura que debería obtenerse con una cantidad dada de calor en el eje x.

La curva de la izquierda muestra lo que ocurre cuando usted calienta un polímero 100% cristalino. Puede verse que la misma es discontinua. ¿Distingue la ruptura? Esa es la temperatura de fusión. En ese punto, se adiciona una gran cantidad de calor sin que provoque aumento alguno de la temperatura. Ese es el calor latente de fusión. Vemos que la pendiente se hace mayor una vez que se traspone la ruptura. Esta pendiente es equivalente a la capacidad calorífica, es decir que el aumento de la misma corresponde al aumento de capacidad calorífica por encima del punto de fusión.

Pero en el gráfico de la derecha, que muestra lo que ocurre con un polímero 100% amorfo cuando es calentado, no obtenemos una ruptura. El único cambio que vemos en la temperatura de transición vítrea, es un incremento de la pendiente, lo que significa, obviamente, que tenemos un aumento en la capacidad calorífica. Podemos observar un cambio en capacidad calorífica en la Tg, pero no una ruptura, como sí puede apreciarse en el caso de un polímero cristalino. Como dijimos antes, no hay calor latente involucrado en una transición vítrea. Y ésto, mis amigos, justo delante de sus ojos, no es más que la diferencia entre una transición de primer orden, como la fusión, y una de segundo orden, como la transición vítrea.

¿Cuál es el Polímero de Mayor Tg?

Hasta ahora sabemos que algunos polímeros tienen Tg altas, y otros Tg bajas. Lo que todavía no nos preguntamos es: ¿por qué?. ¿Qué es lo que influye para que la transición vítrea de un polímero sean 100 oC y de otro 500 oC?

La respuesta es muy simple: todo depende de la facilidad con la que se muevan las cadenas. Una cadena polimérica que pueda movilizarse fácilmente, tendrá una Tg muy baja, mientras que uno que no se mueve tanto, tendrá una Tg alta. Cuanto más fácilmente pueda moverse un polímero, menor calor habrá que suministrarle para que las cadenas empiecen a contornearse para salir de un estado vítreo rígido y pasar a otro blando y flexible.

Y ahora supongo que ésto nos llevará a formularnos otra pregunta...

¿Qué provoca que un polímero pueda moverse con mayor facilidad que otro?

Existen varios factores que afectan la movilidad de una cadena polimérica.

Flexibilidad de la Cadena Principal

Grupos Pendientes Parte I: Anclas y Anzuelos

Grupos Pendientes Parte II: Espacio Suficiente

Flexibilidad de la Cadena Principal

Este es el factor más importante para tener en cuenta. Cuanto más flexible sea la cadena principal, mayor será el movimiento del polímero y más baja será su Tg. Veamos algunos ejemplos. El más notable es el de las

siliconas. Prestemos atención a una llamada polidimetilsiloxano.

¡Esta cadena principal es tan flexible, que el polidimetilsiloxano tiene una Tg de -127 oC! Por ello es un líquido a temperatura ambiente y hasta se usa para espesar shampoos y acondicionadores de cabello.

Ahora pasemos al otro extremo, la poli(fenilen sulfona).

La cadena principal de este polímero es extremadamente rígida. ¡Tanto, que el polímero no tiene Tg! Usted puede calentarlo a más de 500 oC y aún permanecerá en su estado vítreo. Es más, puede llegar a

descomponerse ante tanto calor, pero no experimentará transición vítrea. Para hacer que el polímero sea procesable, debemos agregar algunos grupos flexibles a la cadena principal. Los grupos éter funcionan

perfectamente.

Los polímeros como éste, se denominan poli(éter sulfonas), y esos grupos éter flexibles hacen que la Tg descienda a la temperatura mucho más adecuada de 190 oC.

Grupos Pendientes Parte I: Anclas y Anzuelos

Los grupos pendientes ejercen un gran efecto en la movilidad de la cadena. Incluso un grupo pequeño puede actuar como un anzuelo que atrapa cualquier molécula cercana cuando la cadena polimérica intenta moverse como un tirabuzón. Los grupos pendientes también pueden atraparse entre sí cuando las cadenas tratan de

deslizarse una sobre otra.

Uno de los mejores grupos pendientes para elevar la Tg es el voluminoso grupo adamantilo, derivado de un compuesto llamado adamantano.

 

Un grupo tan voluminoso como éste, hace algo más que comportarse como un anzuelo que atrapa moléculas vecinas e impide que el polímero se mueva. Es nada menos que un ancla de barco. No sólo atrapará

moléculas cercanas, sino que además, su considerable masa es como una gran carga para el movimiento de su cadena polimérica, lo que hace que ésta se mueva mucho más lentamente. Para ver cuánto afecta ésto la

Tg, vea dos poli(éter cetonas), una con un grupo adamantano pendiente y otra no.

La Tg del polímero de arriba es aceptable con sus 119 oC, pero el grupo adamantilo la eleva más aún, a 225 oC.

Grupos Pendientes Parte II:Espacio Suficiente

Pero los grupos voluminosos también pueden disminuir la Tg. Debido a su presencia, existe un límite para el empaquetamiento de las cadenas poliméricas. Cuanto más alejadas se encuentren unas de otras, se podrán mover con mayor facilidad. Esto disminuye la Tg, del mismo modo que un plastificante. La manera elegante

de decir que existe más espacio disponible entre las cadenas poliméricas, significa decir que hay más volumen libre en el polímero. Por lo general, cuando más volumen libre exista, menor será la Tg. Podemos

verlo mejor con una serie de polímeros metacrilato:

Puede observarse una gran disminución cada vez que alargamos esa cadena alquílica pendiente en un carbono. Empezamos con 120 o para el poli(metil metacrilato), pero cuando llegamos al poli(butil metacrilato)

la Tg ha bajado a apenas 20 oC, casi a temperatura ambiente.

Polímeros Inorgánicos

  Siliconas Polisilanos Poligermanos y poliestannanos Polifosfacenos

Siliconas

Seguro que usted ha visto polímeros inorgánicos; si no en estas páginas, al menos en su vida diaria probablemente ha visto un polímero de silicona en alguna parte. Las siliconas son los polímeros inorgánicos más comunes. Esta es su estructura:

En realidad deberían llamarse polisiloxanos. El enlace entre el silicio y el oxígeno es muy fuerte, pero muy flexible. Por lo tanto las siliconas pueden soportar altas temperaturas sin descomponerse, pero tienen muy bajas temperaturas de transición vítrea. Probablemente haya visto el caucho de siliconas alguna vez.

Polisilanos

Observemos por un momento el elemento silicio. Podemos apreciar que está justo debajo del carbono en la tabla periódica. Según usted recuerda, los elementos de la misma columna o grupo en la tabla periódica, a menudo tienen propiedades similares. De modo que, si el carbono puede formar largas cadenas poliméricas, entonces el silicio también podría hacerlo.

¿Estamos?

Estamos. Llevó mucho tiempo para hacerlo realidad, pero los átomos de silicio fueron incorporados a largas cadenas poliméricas. En los años '20 y '30 los químicos comenzaron a entender que los polímeros orgánicos estaban constituidos por largas cadenas carbonadas, pero recién a fines de los '70 fue llevada a cabo una investigación seria sobre los polisilanos.

Antes, en 1949, casi en la misma época en que el novelista Kurt Vonnegut estaba trabajando en el departamento de relaciones públicas de la General Electric, C.A. Burkhard trabajaba en el departamento de investigación y desarrollo de la G.E. Inventó un polisilano llamado polidimetilsiloxano, pero no sirvió de mucho. Tenía esta estructura:

Formaba cristales tan duros, que nada podía disolverlos. Burkhard trató de calentarlos, pero por encima de 250 oC, se descomponían sin fundir. Eso hizo que el polidimetilsilano fuera bastante inútil. Pero Burkhard lo logró, haciendo reaccionar sodio metálico con diclorodimetilsilano, así:

Esto es importante, porque en los años '70 algunos científicos tuvieron la idea de que iban a hacer pequeños anillos de átomos de silicio. De modo que hicieron algo similar a lo que había hecho Burkhard. Reaccionaron el sodio metálico con diclorometil silano, pero además agregaron un poco de diclorometilfenilsilano a la mezcla. ¿Y adivine qué ocurrió? Le doy una pista: no lograron los anillos que querían. Lo que obtuvieron fue un copolímero, como este:

Quizás se comprenda mejor si representamos ese copolímero así:

Es decir, los grupos fenilo entorpecen cuando el polímero trata de cristalizar, por lo tanto no es cristalino como el polidimetilsilano. Esto significa que es soluble y que puede ser procesado, manipulado y estudiado.

¿Y para qué sirven entonces? Los polisilanos son interesantes porque pueden conducir la electricidad. No tanto como el cobre, eso sí, pero mucho mejor de lo que podría esperarse para un polímero; por eso vale la pena investigarlo. También son muy resistentes al calor, casi hasta 300 oC, pero si se los calienta un poco más, puede producirse carburo de silicio, que es un material abrasivo muy útil.

Poligermanos y Poliestannanos

Bien, si el silicio puede formar largas cadenas poliméricas, ¿entonces qué podemos decir de los demás elementos del Grupo IV? ¿Podemos hacer polímeros con el germanio? ¡Seguro que sí! No sólo eso, sino que también pueden hacerse cadenas poliméricas a partir de átomos de estaño. Estos polímeros reciben el nombre de poligermanos y poliestannanos, respectivamente.

Los poliestannanos son exclusivos, asombrosos, maravillosos y fabulosos, porque son los únicos polímeros conocidos constituidos enteramente de átomos metálicos. Al igual que los polisilanos, los poligermanos y los poliestannanos están siendo estudiados para emplearlos como conductores eléctricos.

Polifosfacenos

Y lo lamento, amigos, pero ya estamos fuera de los elementos del Grupo IV. De modo que el último polímero inorgánico que vamos a ver hoy, tendrá que estar constituido por alguna otra cosa. Y esa otra cosa es el fósforo y el nitrógeno. Al igual que los polisiloxanos, los polifosfacenos están formados por átomos alternantes, en este caso, la cadena está constituida por átomos de fósforo y nitrógeno, así:

Esta cadena principal es muy flexible, al igual que la cadena principal del polisiloxano, por lo que los polifosfacenos son buenos elastómeros. También son buenos aislantes eléctricos. Los polifosfacenos se sintetizan en dos etapas:

Primero partimos del pentacloruro de fósforo y lo hacemos reaccionar con cloruro de amonio, para obtener un polímero clorado. Luego lo tratamos con una sal de sodio alcohólica, lo que nos da un polifosfaceno éter sustituido.

Tres Cosas que los hacen diferentes

Enredo de Cadena

Tenga en cuenta que la mayoría de los polímeros son polímeros lineales; es decir, son moléculas cuyos átomos se encuentran unidos en una larga línea, formando una inmensa cadena. Generalmente, aunque no siempre, esta cadena no es ni recta ni rígida, sino flexible. Se tuerce y se dobla formando una enredada maraña. Las cadenas tienden a torcerse y envolverse entre sí, de modo que las moléculas del polímero formarán colectivamente una enorme maraña enredada.

Cuando un polímero se funde, las cadenas se comportan como tallarines enredados en un plato. Si usted trata de retirar uno del plato, éste se deslizará sin mayores problemas. Pero cuando los polímeros se enfrían o permanecen en estado sólido, actúan como si fueran un ovillo de hilo. Pero no un ovillo nuevo, prolijamente enrollado. Hablamos de un enmarañado y viejo ovillo, constituido por hilos que usted ha ido juntando durante años. Intentar sacar una hebra de este ovillo, es un poco más complicado. ¡Usted probablemente terminaría haciendo un gran nudo!

Los polímeros al estado sólido son así. Las cadenas se encuentran tan enrolladas entre sí, que es difícil desenrollarlas. Esto es lo que hace tan fuertes a muchos polímeros en materiales como plásticos, pinturas, elastómeros, y compósitos.

Adición de Fuerzas Intermoleculares

Todas las moléculas, tanto las pequeñas como las poliméricas, interactúan entre sí promoviendo la atracción electrostática. Algunas moléculas se atraen más que otras. Las moléculas polares lo hacen mejor que las no polares. Por ejemplo el agua y el metano poseen pesos moleculares similares. El peso molecular del metano es 16 y el del agua 18. A temperatura ambiente, el metano es un gas y el agua un líquido. Esto es porque el agua es muy polar, lo suficiente como para que sus moléculas se mantengan unidas como líquido, mientras que el metano es no polar y por lo tanto, sus moléculas no permanecen unidas en absoluto.

Como ya he señalado, las fuerzas intermoleculares afectan tanto a los polímeros como a las moléculas pequeñas. Pero con los polímeros, estas fuerzas se combinan extensamente. Cuanto más grande sea la molécula, habrá más para ejercer una fuerza intermolecular. Aún cuando sólo las débiles fuerzas de Van de Waals estén en juego, pueden resultar muy fuertes para la unión de distintas cadenas poliméricas. Esta es otra razón por la cual los polímeros pueden ser muy resistentes como materiales. El polietileno, por ejemplo, es muy apolar. Sólo intervienen fuerzas de Van der Waals, pero es tan resistente que es utilizado para la confección de chalecos a prueba de balas.

Escala de Tiempo del Movimiento

Esta es una manera elegante de decir los polímeros se mueven más lentamente que las moléculas pequeñas. Imagine que usted es un maestro de primer grado y se hace la hora del almuerzo. Su tarea es llevar a sus alumnos del aula a la cantina, sin perder ninguno de ellos y produciendo el menor daño posible en el trayecto. Mantenerlos en fila va a ser difícil. A los chicos pequeños les encanta correr por todos lados, brincando y gritando aquí y allá. Una manera de frenar este movimiento caótico es hacer que todos los chicos se tomen de sus manos cuando usted los conduce a almorzar. Una vez que consiga que todos se tomen de sus manos, su habilidad para correr se verá severamente restringida. Por supuesto, su movimiento aún será caótico. La cadena de niños se curvará y serpenteará aquí y allá a lo largo de su trayecto. Pero el movimiento será mucho más lento. Si uno de los chicos pretendiera adelantarse en una dirección, no lo podrá hacer porque será arrastrado por el peso de todos los demás chicos a los cuales está unido. Seguramente, el chico puede

desviarse de su camino y hacer que otros chicos hagan lo mismo, pero esa desviación será mucho menor que si los chicos no estuvieran unidos.

Lo mismo ocurre con las moléculas. Un grupo de moléculas pequeñas puede moverse mucho más rápido y más caóticamente cuando éstas no se encuentran unidas entre sí. Si se las une a lo largo de una extensa cadena, se desplazarán más lentamente, al igual que los niños cuando forman una cadena.

Entonces ¿cómo influye ésto para que un material polimérico sea diferente de un material compuesto por moléculas pequeñas? Esta lenta velocidad de movimiento hace que los polímeros hagan cosas inusuales. Para empezar, si usted disuelve un polímero en un solvente, la solución resultará mucho más viscosa que el solvente puro. De hecho, la medición de este cambio de viscosidad se emplea para estimar el peso molecular del polímero.

Factores cinéticos que controlan la cristalización.

La velocidad de cristalización de los polímeros depende de factores cinético que afectan la capacidad de los segmntos de cadena, para acomodarse en sus posiciones dentro de la red cristalina.Esos factores son:

1. Flexibilidad de la moléculas.2. Condiciones de la cristalización.

1. Flexibilidad de las moléculas.

Para que un polímero cristalice, sus moléculas deben tener suficiente elasticidad, es decir, la movilidad necesaria para colocarse en posiciones ´recisas durante el proceso de cristalización.Uno de los polímeros con cadenas má flexibles es el polietileno, cuyos segmentos giran fácilmente y eso explica la gran tendencia a cristalizar.Para apreciar ésto, usaremos una proyección en la que imaginamos ver un segmento de dos carbonos, a lo largo del eje mayor de la cadenaCuando los átomos de carbono giran, llegan a quedar eclipsados y en esa posición, la repulsión entre ellos es máxima.Cuanto mayor es el tamaño de los átomos o grupos químicos y mayor es su polaridad, más fuerte es la repulsión, más se dificulta el giro y menos flexible es la molécula.En el polietileno todos los sustituyentes son átomos de hidrógenos y aunque desde luego se repelen, su tamaño es pequeño y las moléculas de polietileno son bastante flexibles, lo cual le permite cristalizar con facilidad, especialmente cuando no tienen ramificaciones, como en el caso del polietileno d alta densidad.En cambio, en el policloruro de vinilo, uno de los sustituyentes es cloro, átomo de gran tamaño y alta polaridad. La resistencia al giro de los segmentos es muy grande, y el PVC es un polímero rígido con grado de cristalinidad que rara vez sobrepasa el 20 %.

Estructuras químicas que influyen sobre las cadenas polímeras.

Enlaces dobles; Grupos aromáticos; Heteroátomos en el esqueleto; Grupos alquílicos.

a) Enlaces dobles. Los enlaces unidos por la doble ligadura no pueden girar, pero en cambio los segmentos de cadena que le siguen gozan de gran movilidad, precisamente porque los carbonos del doble enlace tienen un sustituyente menos, que si se trata de enlaces sencillos.Esto explica la gran flexibilidad de los hules de isopreno o del butadieno, que tienen dobles enlaces en sus cadenas.La presencia de enlaces dobles conjugados imparte rigidez a las moléculas de los polímeros, como le ocurre al PVC cuando se degrada por pérdida de ácido clorhídrico; El PVC degradado es más rigido.

b) Grupos aromáticos. Los anillo bencénicos producen rigidez en las moléculas y a veces evitan la cristalización y en otros casos la reducen.El polietileno atáctico, por ejemplo es completamente amorfo.Esto no necesariamente es un defecto. Cuando se desea transparencia en un polímero, se selecciona uno amorfo, y el poliestireno tiene precisamente esta cualidad.Dcuando los grupos aromáticos forman parte del esqueleto, en vez de estar colgando de él, y cuando su colocación es simétrica, el material puede tener alta criatalinidad, a lo cual ayuda una elevada polaridad, como en el caso del polietilentereftalato.Las cualidades de alta polaridad y alta cristalinidad (cohesividad), son escenciales para que un polímero forme buenas fibras. Sólo así tendrá la resistencia tensil que se requiere.c) Heteroátomos en el esqueleto. Heteroátomos son los átomos que no son de carbono. Por ejemplo, en el caso de que en la cadena centrral halla átomos de azufre o de oxígeno.- CH2- O- CH2-CH2- S- S- CH2-Las cadenas son muy flexibles, porque los heteroátomos no tienen sustituyentes que obstaculicen el giro de los segmentos que le siguen.El enlace más flexible que se conoce, por lo menos de los que existen en polímeros, es el de silicio ? oxígeno.

- Si- O- Si- . por eso los silicones forman materiales tan flexibles y retienen esa flexibilidad a temperaturas hasta 100 °C bajo cero. d) Grupos alquilos. Los grupos metílicos del propileno, estorban mucho para el giro de los segmentos y obligan a la molécula a tomar una forma helicoidal, en la que se minimizan las interacciones de estos grupos metilos con otros átomos de la molécula de polipropileno. Sin embargo, esto no impide la cristalización del polipropileno cuando de trata del isotáctico o del sindotáctico. La consecuencia es una densidad muy baja (0,91) por el espacio libre que queda dentro de la hélice. Si los grupos alquílicos son de mayor tamaño, las moléculas adyacentes se separan, dejando entre ellas mayor volumen libre y los polímeros se vuelven más flexibles, con menor tempertaura de fusión y bajas densidades. Pero cuando esas cadenas laterales alcanzan longitudes considerables, con 10 a 12 átomos de carbono, y no tienen ramificaciones, vuelve a ser posible la cristalización por el ordenamiento de esascadenas laterales, ya sea dentro de la propia molécula o entre moléculas adyacentes.

2. Condiciones de la recristalización.El efecto de la temperatura sobre la cristalización de los polímeros es conflictivo. Por una parte, se requieren temperaturas altas para para impartir a las moléculas poliméricas suficiente energía cinética (movilidad) y que puedan acomodarse en la red cristalina. Pero sólo a bajas temperaturas van a permanecer en forma estable en los cristales. El balance entre esas dos condiciones produce una velocidad máxima de cristalización a una temperatura intermedia.

Temas referentes a las Propiedes Mecánicas de los Polímeros.

Resistencia o ¿Qué es Resistencia? o Resistencia. o Resistencia al Impacto

Elongación Módulo Dureza Fractura

o Fractura Quebradiza o Rotura por Fatiga

Propiedades Mecánicas de los Polímeros Reales o Más allá de las Propiedades Tesiles

Combinando Cualidades

¿Qué es la resistencia?

¿Pero qué significa ser resistente? Tenemos una definición bien precisa. Emplearemos la resistencia tensil para ilustrarlo. Para medir la resistencia tensil de una muestra polimérica, tomamos la muestra y tratamos de estirarla tal como se muestra en la figura de arriba. Generalmente la estiramos con una máquina llamada Instron. Esta máquina simplemente sujeta cada extremo de la muestra y luego procede a estirarla. Mientras dura el estiramiento de la muestra, va midiendo la fuerza (F) que está ejerciendo. Cuando conocemos la fuerza que se está ejerciendo sobre la muestra, dividimos ese número por el área (A) de la muestra. El resultado es la tensión que está experimentando la muestra.

Luego, usando nuestra máquina, seguimos incrementando la fuerza, y obviamente la tensión, sobre la muestra hasta que ésta se rompe. La tensión requerida para romper la muestra representa la resistencia tensil del material. Asimismo, podemos imaginar ensayos similares para medir la resistencia a la compresión o a la flexión. En todos los casos, la resistencia es la tensión necesaria para romper la muestra. Puesto que la resistencia tensil es la fuerza aplicada sobre la muestra dividida por el área de la misma, tanto la tensión como la resistencia tensil se miden en unidades de fuerza por unidad de área, generalmente N/cm2. La tensión y la resistencia también pueden ser medidas en megapascales (MPa) o gigapascales (GPa). Resulta sencilla la conversión entre diferentes unidades, ya que 1 MPa = 100 N/cm2, 1 GPa = 100.000 N/cm2, y obviamente, 1 GPa = 1.000 MPa. Otras veces, la tensión y la resistencia se miden en las viejas unidades del sistema inglés, libras por pulgada cuadrada, o psi. Para convertir psi a N/cm2, el factor de conversión es:

1 N/cm2 = 1.45 psi.

Resistencia.

La resistencia es una propiedad mecánica que usted podría relacionar acertadamente, pero no sabría con exactitud qué es lo que queremos significar con la palabra "resistencia" cuando hablamos de polímeros. En primer lugar, existen varios tipos de resistencia. Está la resistencia tensil. La resistencia a la tensión es importante para un material que va a ser extendido o va a estar bajo tensión. Las fibras necesitan tener buena resistencia tensil. Luego está la resistencia a la compresión. El concreto es un ejemplo de material con buena resistencia a la compresión. Cualquier cosa que deba soportar un peso encima, debe poseer buena resistencia a la compresión. También está la resistencia a la flexión. Un polímero tiene resistencia a la flexión si soporta una flexión como ésta: Existen otras clases de resistencia de las que podríamos hablar. Un polímero tiene resistencia a la torsión si es resistente cuando es puesto bajo torsión. También está la resistencia al impacto. Una muestra tiene resistencia al impacto si es fuerte cuando se la golpea agudamente de repente, como con un martillo.

Resistencia al impacto.

Los ensayos de impacto, en los cuales una pequeña barra de material polímero, normalmente con entalladuras, es golpeada por un pesado péndulo; son simplemente para ver el rendimiento del material pero estos pueden ser interpretados de diferentes formas:

1.- La muestra se deforma en un modelo elástico lineal para romperse, el cual ocurre cuando la relación entre el esfuerzo y la energía alcanza el valor crítico Gc. Esta aproximación ha proporcionado valores de Gc que son independientes de la naturaleza de la geometría de la muesca de la cuchilla que produce el impacto, sobre todo en la mayoría de los polímeros cristalinos y también en el polietileno.2.-La deformación ocurre de una manera elástica lineal por encima del punto de rotura, la cual ocurre cuando la tensión en la raíz de la muesca alcanza un valor crítico y de lo contrario es independiente de la geometría de la muestra. La suposición de que el criterio de fractura es determinado por la máxima tensión local aparece para las muestras en las que la muesca es abrupta, como el polimetilmetacrilato y otros polímeros.3.-El ensayo de impacto es una medida de la energía requerida para propagar una grieta a lo largo de la muestra, la cual es una situación característica de los polímeros elásticos endurecidos o polímeros ABS(Acrilonitrilo-butadieno-estireno).Un análisis teórico satisfactorio ha sido considerado solo por los ensayos de impacto de Charpy y de Izod, e incluso para estos casos no hay una interpretación aceptada en términos físicos. Cuando el agrietamiento ocurre, no hay un enlace convincente entre los parámetros de agrietamiento y la resistencia a la fractura, y cuando el criterio de la tensión crítica parece ser relevante, la magnitud de la tensión debe ser inexplicablemente alta. Adicionalmente, algunos intentos para correlacionar el rendimiento del ensayo de impacto con el comportamiento dinámico mecánico en el área de debajo de la curva de la relación tensión-esfuerzo se han encontrado con variados hallazgos, aunque hay una sugerente evidencia de que en algunos casos las pérdidas viscoelásticas durante la carga necesitan tenerse en cuenta

Elongación.

Pero las propiedades mecánicas de un polímero no se remiten exclusivamente a conocer cuán resistente es. La resistencia nos indica cuánta tensión se necesita para romper algo. Pero no nos dice nada de lo que ocurre con la muestra mientras estamos tratando de romperla. Ahí es donde corresponde estudiar el comportamiento de elongación de la muestra polimérica. La elongación es un tipo de deformación. La deformación es simplemente el cambio en la forma que experimenta cualquier cosa bajo tensión. Cuando hablamos de tensión, la muestra se deforma por estiramiento, volviéndose más larga. Obviamente llamamos a ésto elongación. Por lo general, hablamos de porcentaje de elongación, que es el largo de la muestra después del estiramiento (L), dividido por el largo original (L0), y multiplicado por 100.

Existen muchas cosas relacionadas con la elongación, que dependen del tipo de material que se está estudiando. Dos mediciones importantes son la elongación final y la elongación elástica. La elongación final es crucial para todo tipo de material. Representa cuánto puede ser estirada una muestra antes de que se rompa. La elongación elástica es el porcentaje de elongación al que se puede llegar, sin una deformación permanente de la muestra. Es decir, cuánto puede estirársela, logrando que ésta vuelva a su longitud original luego de suspender la tensión. Esto es importante si el material es un elastómero. Los elastómeros tienen que ser capaces de estirarse bastante y luego recuperar su longitud original. La mayoría de ellos pueden estirarse entre el 500% y el 1000% y volver a su longitud original son inconvenientes.

Módulo.

Los elastómeros deben exhibir una alta elongación elástica. Pero para algunos otros tipos de materiales,

como los plásticos, por lo general es mejor que no se estiren o deformen tan fácilmente. Si queremos conocer cuánto un material resiste la deformación, medimos algo llamado módulo. Para medir el módulo tensil, hacemos lo mismo que para medir la resistencia y la elongación final. Esta vez medimos la resistencia que estamos ejerciendo sobre el material, tal como procedimos con la resistencia tensil. Incrementamos lentamente la tensión y medimos la elongación que experimenta la muestra en cada nivel de tensión, hasta que finalmente se rompe. Luego graficamos la tensión versus elongación, de este modo:

Este gráfico se denomina curva de tensión-estiramiento. (Estiramiento es todo tipo de deformación, incluyendo la elongación. Elongación es el término que usamos cuando hablamos específicamente de estiramiento tensil). La altura de la curva cuando la muestra se rompe, representa obviamente la resistencia tensil, y la pendiente representa el módulo tensil. Si la pendiente es pronunciada, la muestra tiene un alto módulo tensil, lo cual significa que es resistente a la deformación. Si es suave, la muestra posee bajo módulo tensil y por lo tanto puede ser deformada con facilidad. Hay ocasiones en que la curva tensión-estiramiento no es una recta, como vimos arriba. Para algunos polímeros, especialmente plásticos flexibles, obtenemos curvas extrañas, como ésta:

A medida que la tensión se incrementa, la pendiente, es decir el módulo, no es constante, sino que va experimentando cambios con la tensión. En casos como éste, generalmente tomamos como módulo la pendiente inicial, como puede verse en la curva de arriba. En general, las fibras poseen los módulos tensiles más altos, y los elastómeros los más bajos, mientras que

los plásticos exhiben módulos tensiles intermedios. El módulo se mide calculando la tensión y dividiéndola por la elongación. Pero dado que la elongación es adimensional, no tiene unidades por cual dividirlas. Por lo tanto el módulo es expresado en las mismas unidades que la resistencia, es decir, en N/cm2.

Dureza

El gráfico de tensión versus estiramiento puede darnos otra valiosa información. Si se mide el área bajo la curva tensión-estiramiento, coloreada de rojo en la figura de abajo, el número que se obtiene es algo llamado dureza.

La dureza es en realidad, una medida de la energía que una muestra puede absorber antes de que se rompa. Piénselo, si la altura del triángulo del gráfico es la resistencia y la base de ese triángulo es el estiramiento, entonces el área es proporcional a resistencia por estiramiento. Dado que la resistencia es proporcional a la fuerza necesaria para romper la muestra y el estiramiento es medido en unidades de distancia (la distancia que la muestra es estirada), entonces resistencia por estiramoento es proporcional a fuerza por distancia, y según recordamos de la física, fuerza por distancia es energía. ¿Se entiende?

¿En qué se diferencia la dureza de la resistencia? Desde el punto de vista físico, la respuesta es que la resistencia nos dice cuánta fuerza es necesaria para romper una muestra, y la dureza nos dice cuánta energía hace falta para romper una muestra. Pero en realidad no nos dice cuáles son las dierencias desde el punto de vista práctico. Lo importante es saber que justamente, dado que un material es resistente, no necesariamente debe ser duro. Veamos algunos otros gráficos para comprender mejor ésto. Observemos el de abajo, que tiene tres curvas, una en azul, otra en rojo y otra en rosa.

La curva en azul representa la relación tensión-estiramiento de una muestra que es resistente, pero no dura. Como puede verse, debe emplearse mucha fuerza para romperla, pero no mucha energía, debido a que el área bajo la curva es pequeña. Asimismo, esta muestra no se estirará demasiado antes de romperse. Los materiales de este tipo, que son resistentes, pero no se deforman demasiado antes de la ruptura, se denominan quebradizos. Por otra parte, la curva en rojo representa la relación tensión-estiramiento para una muestra que es dura y resistente. Este material no es tan resistente como el de la curva en azul, pero su área bajo la curva es mucho mayor. Por lo tanto puede absorber mucha más energía que el de la curva en azul. Entonces ¿por qué la muestra de la curva en rojo puede absorber más energía que la muestra de la curva en azul? La muestra roja es capaz de elongarse mucho más antes de romperse que la muestra azul. La deformación permite que la muestra pueda disipar energía. Si una muestra no puede deformarse, la energía no será disipada y por lo tanto se romperá. En la vida real, generalmente deseamos materiales que sean duros y resistentes. Idealmente sería genial tener un material que no se doblara ni rompiera, pero este es el mundo real. Deben hacerse trueques. Observemos las curvas nuevamente. La muestra azul tiene mucho mayor módulo que la muestra roja. Si bien es deseable que para muchas aplicaciones los materiales posean elevados módulos y resistencia a la deformación, en el mundo real es mucho mejor que un material pueda doblarse antes que romperse, y si el hecho de flexionarse, estirarse o deformarse de algún modo impide que el material se rompa, tanto mejor. De modo que cuando diseñamos nuevos polímeros o nuevos compósitos, a menudo sacrificamos un poco de resistencia con el objeto de conferirle al material mayor dureza.

Fractura quebradiza .

A bajas temperaturas, la fractura en los polímeros ocurre de manera quebradiza con la muestra fallando a su máxima carga estando relativamente sometida a pequeños esfuerzos. La teoría de fractura de Griffith proporciona un buen marco de trabajo para el fallo de los polímeros bajo tales condiciones.

Las roturas son difundidas por los fallos preexistentes y para que ocurra la fractura la energía requerida para producir la nueva superficie debe ser equilibrada por un decrecimiento en la energía elástica almacenada. La dureza de fractura está establecida en términos del factor crítico de intensidad de esfuerzo(KIc), el cual define el campo de tensión en la fractura para todas las cargas normales para la rotura. Otro concepto importante es el índice de energía de esfuerzo G; la fractura tiene lugar cuando G alcanza su valor crítico Gc. Se ha mostrado y confirmado en los experimentos que la superficie de la energía de fractura era independiente de las dimensiones de la muestra, sugiriendo que era una propiedad básica del material. Los valores medidos en la superficie de energía eran de »102 J/m2; alrededor de dos ordenes de magnitud mas alta que si la energía requerida para formar una nueva superficie surge solo a través de la rotura simultánea de los enlaces químicos. Esta larga discrepancia, similar a la encontrada en los metales, es atribuida a un proceso de flujo viscoso que deforma el material interior hacia la propagación de rotura. El trabajo es gastado en la alineación de las cadenas del polímero delante de la rotura y la subsecuencia de rotura crece dejando una parte estrecha, una capa altamente orientada en la superficie de fractura. Un delgado trozo o cuña de material poroso, denominado agrietamiento, forma una punta de rotura en el polímero cristalino. El agrietamiento forma bajo condiciones de esfuerzo plano una trayectoria en la que el polímero no es libre de contraerse lateralmente y a consecuencia de esto hay aun reducción de densidad. El perfil de agrietamiento es muy similar al modelo de zona plástica para los metales.

Formación de agrietamiento

Distancia al agrietamiento mm

La transición de ductilidad quebradiza puede ser considerada en términos de una competición entre los fenómenos de plegado y el de quebrado. Ambos procesos son activados, pero con diferentes temperaturas e índice de esfuerzo , el cual es favorecido en la dependencia de las particulares circunstancias. Una complexividad adicional crece de la naturaleza del campo de esfuerzos, el cual debe favorecer a un proceso mas que al otro. En algunos polímeros cristalinos, una línea ascendiente de material, llamada labio de rotura, se forma en la superficie de fractura donde el polímero se ha plegado.

Por analogía con los metales, se ha propuesto que la totalidad del índice de energía-esfuerzo puesto en libertad es la suma de las contribuciones del agrietamiento y del labio de rotura; resultados obtenidos en el policarbonato confirman esta afirmación.Flory propuso que la resistencia al quebrado en los polímeros está relacionada con el número medio de peso molecular, y mas tarde demostró que la superficie de la energía de fractura depende de la viscosidad media de peso molecular.

Donde en la figura se muestra la dependencia entre la superficie de energía en reciprocidad con el peso molecular donde = viscosidad media del peso molecular.El fenómeno de agrietamiento aparece también como estriaciones opacas en planos cuyas normales están en la dirección de la tensión aplicada cuando ciertos polímeros, particularmente el polimetilmetacrilato y el poliestireno, están sujetos a esfuerzos de tensión con contracción lateral forzada. Ha sido confirmado que los agrietamientos de volumen y las capas de superficie son estructuras orientadas de baja densidad consistentes con la deformación de la red molecular.En un intento de obtener el criterio de tensión para la formación de agrietamiento, los agrietamientos formados alrededor de una pequeña cavidad fueron examinados y el estampado del agrietamiento fue comparado con las soluciones del campo elástico de tensiones. Los agrietamientos crecían paralelamente al menor vector principal de tensión, es decir, la tensión principal actuaba a lo largo del plano normal de agrietamiento y paralelamente con el eje de orientación molecular del material agrietado. Entonces los criterios de la tensión y el esfuerzo derivaron; se predijo que el agrietamiento requeriría un campo de tensiones dilatante; lo cual, sin embargo ha sido refutado por la evidencia experimental. En presencia de fluidos, la tensión y el esfuerzo requeridos para iniciar el agrietamiento pueden ser reducidos a unos extensos parámetros determinados por la solubilidad de el polímero y del disolvente. El comportamiento ha sido modelado después de haber asumido que el trabajo realizado en la producción del agrietamiento depende de la expansión de una cavidad esférica bajo una presión hidrostática negativa. Esta presión, la cual desciende con la temperatura, depende(de ambos) de la superficie de tensión entre el disolvente en el vacío y el polímero de alrededor y en el esfuerzo de plegado. A temperaturas suficientemente bajas, los gases producen agrietamiento en al casi todos los polímeros lineales; un factor clave es la concentración de superficie del gas absorbido.

Rotura por fatiga.

Ciclos de tensión relativamente baja pueden iniciar grietas microscópicas en los centros de concentración de tensión, las cuales en ciclos continuados pueden propagar y conducir a una repentina rotura. Recientes estudios con polímeros, continuados tras la práctica familiarizada con los metales han permitido obtener trazados de la tensión frente al número de ciclos aplicados(N). A menos que la frecuencia se mantenga suficientemente baja, el calor adiabático puede presentar un problema, tanto como que puede conducir a la rotura por fundición del material. Los ensayos con muestras sin muescas no diferencian la iniciación del agrietamiento de la propagación del agrietamiento, y múltiples muescas iniciales deben de ser realizadas en orden para examinar la propagación de agrietamiento utilizando los conceptos mecánicos de fractura.

Los primeros estudios cuantitativos en materiales elásticos aplicando el concepto de relación rotura-energía para la rotura en la propagación del agrietamiento por fatiga, permitieron obtener la relación del crecimiento del agrietamiento mediante la relación empírica:

en donde c es la longitud del agrietamiento y T, el parámetro de superficie de trabajo, el cual es análogo con la relación entre en esfuerzo y la energía en la fractura lineal; A y n son constantes las cuales dependen de el material y de las condiciones del ensayo, con n normalmente comprendida en un rango entre 1 y 6; T varía a lo largo del ciclo y tiene un valor limitante T0 debajo del cual el agrietamiento por fatiga no se propaga, correspondiente con la mínima energía requerida por unidad de área para extender la deformación elástica al el punto de agrietamiento hasta el punto de rotura. La generalizada forma de fractura mecánica previamente discutida fue aplicada para el análisis de la fatiga del polietileno de baja densidad, el cual es un material viscoelástico. Las características de la fatiga fueron predichas a partir de los datos obtenidos por el crecimiento del agrietamiento utilizando el defecto intrínseco siendo evaluada como una constante apropiada(c0). Esto sugiere que el defecto intrínseco es un límite inter-esferolito y que c0 se corresponde con las dimensiones de esferolita.Para los polímeros cristalinos normalmente se adopta la relación empírica:

donde DK es el índice del factor intensidad-tensión, es decir, Kmax - Kmin. Esta expresión es también la forma más general de la ley de predicción del índice de crecimiento del agrietamiento en los metales. Cuando Kmin = 0 la forma es idéntica con la relación utilizada para los polímeros plásticos; para esfuerzo plano la relación entre el esfuerzo y la energía toma el valor

G = 2T =

Algunos resultados habitualmente obtenidos para los polímeros muestran divergencia con respecto a la ley antedicha.

log (Kf-Ki)

Hay un valor de umbral (Kf-Ki)TH, debajo del cual no se observa un incremento en el crecimiento del agrietamiento, y el agrietamiento se acelera hasta una aproximación del valor crítico de Kc.

Propiedades Mecánicas de los Polímeros Reales

Hemos estados hablando en forma abstracta durante bastante tiempo, de modo que ahora sería una buena idea hablar sobre los polímeros que exhiben ese tipo de comportamiento mecánico, es decir, qué polímeros son resistentes, cuáles son duros, etc. Por esa razón usted tiene el siguiente gráfico.

Este compara curvas típicas tensión-estiramiento para diferentes clases de polímeros. Puede verse en la curva verde, que plásticos rígidos como el poliestireno, el poli(metil metacrilato o los policarbonatos pueden soportar una gran tensión, pero no demasiada elongación antes de su ruptura. No hay una gran área bajo la curva. Decimos entonces que estos materiales son resistentes, pero no muy duros. Además, la pendiente de la recta es muy pronunciada, lo que significa que debe ejercerse una considerable fuerza para deformar un plástico rígido. (Creo que ésto es realmente lo que quiere decir "rígido", ¿no?). De modo que resulta sencillo comprobar que los plásticos rígidos tienen módulos elevados. Resumiendo, los plásticos rígidos tienden a ser resistentes, soportan la deformación, pero no suelen ser duros, es decir, son quebradizos. Los plásticos flexibles como el polietileno y el polipropileno difieren de los plásticos rígidos en el sentido que no soportan tan bien la deformación, pero tampoco tienden a la ruptura. El módulo inicial es elevado, o sea que resisten por un tiempo la deformación, pero si se ejerce demasiada tensión sobre un plástico flexible, finalmente se deformará. Usted puede comprobar esto en su casa con una bolsa plástica. Si la estira, será difícil al comienzo, pero una vez que la ha estirado lo suficiente, lo hará cada vez con mayor facilidad. Como conclusión, podemos decir que los plásticos flexibles pueden no ser tan resistentes como los rígidos, pero son mucho más duros. Es posible alterar el comportamiento tensión-estiramiento de un plástico con aditivos denominados plastificantes. Un plastificante es una molécula pequeña que hace más flexible al plástico. Por ejemplo, sin plastificantes, el poli(cloruro de vinilo), o PVC, es un plástico rígido, que se usa tal cual para cañerías de agua. Pero con plastificantes, el PVC puede ser lo suficientemente flexible como para fabricar juguetes inflables para piletas de natación. Las fibras como el KevlarTM, la fibra de carbono y el nylon tienden a exhibir curvas tensión estiramiento como la de color celeste que se ve en el gráfico de arriba. Al igual que los plásticos rígidos, son más resistentes que duras, y no se deforman demasiado bajo tensión. Pero cuando es resistencia lo que se requiere, las fibras tienen mucho que ofrecer. Son mucho más resistentes que los plásticos, aún los rígidos, y algunas fibras poliméricas como el KevlarTM, la fibra de carbono y el polietileno de peso molecular ultra-alto poseen mejor resistencia tensil que el acero. Los elastómeros como el poliisopreno, el polibutadieno y el poliisobutileno muestran un comportamiento mecánico completamente diferente al de los otros tipos de materiales. Observe la curva de color rosa en el gráfico de arriba. Los elastómeros tienen módulos muy bajos. Usted puede verlo en la suave pendiente de la recta, pero probablemente ya lo sabría de antemano. También sabría que resulta sencillo estirar o plegar un trozo de caucho. Si los elastómeros no tuvieran módulos bajos, no serían buenos elastómeros, ¿verdad? Pero para que un polímero sea un elastómero, le hace falta algo más que tener módulo bajo. El hecho de ser fácilmente estirado no le da demasiada utilidad, a menos que el material pueda volver a su tamaño y forma original una vez que el estiramiento ha terminado. Las banditas de goma no servirían de nada si sólo se estiraran y no recobraran su forma original. Obviamente, los elastómeros recobran su forma y eso los hace tan sorprendentes. No poseen sólo una elevada elongación, sino una alta elongación reversible.

Más Allá de las Propiedades Tensiles

OK, todo esto está muy bien, pero esta discusión acerca de tal o cual polímero que posee tal o cual propiedad mecánica, se ha focalizado principalmente en las propiedades tensiles. Cuando tratamos con otras propiedades, como las de compresión o flexión, las cosas pueden ser totalmente distintas. Por ejemplo, las fibras poseen alta resistencia tensil y también buena resistencia a la flexión, pero por lo general exhiben una desastrosa resistencia a la compresión. Además tienen buena resistencia tensil sólo en la dirección de las fibras.

Combinando Cualidades.

Hemos hablado mucho de cómo algunos polímeros son duros, otros resistentes, y cómo a menudo deben hacerse ciertas concesiones cuando se diseñan nuevos materiales. Uno puede sacrificar la resistencia en favor de la dureza, por ejemplo. Pero a veces podemos combinar dos polímeros con diferentes propiedades para obtener un nuevo material con las propiedades de ambos por separado. Existen tres formas de hacer esto, que son la copolimerización, el mezclado, y la obtención de compósitos. El Spandex es un ejemplo de un copolímero que combina las propiedades de dos materiales. Es un copolímero que contiene bloques de polioxietileno elastómero y bloques de un poliuretano, precursor de fibras rígidas. El resultado es una fibra que se estira. El Spandex es empleado para la confección de ropa de gimnasia, como los pantalones para ciclismo. El poliestireno de alto-impacto, o HIPS, es una mezcla inmiscible que combina las propiedades de dos polímeros, el estireno y el polibutadieno. El poliestireno es un plástico rígido. Cuando se lo agrega a un elastómero, como el polibutadieno, forma una mezcla de fases separadas, que tiene la resistencia del poliestireno y la dureza aportada por el polibutadieno. Por esta razón, el HIPS es mucho menos quebradizo que el poliestireno puro. En el caso de un material compuesto, generalmente empleamos una fibra para reforzar un termorrígido. Los termorrígidos son materiales entrecruzados cuyo comportamiento tensión-estiramiento es a menudo similar al de los plásticos. La fibra incrementa la resistencia tensil del compuesto, en tanto que el termorrígido le confiere dureza y resistencia a la compresión.

DETERIORO DE LOS POLIMEROS

La deformación y fractura de un plástico se originan a causa de fuentes externas de esfuerzos. Sin embargo, la integridad de un polímero puede también desaparecer por reacciones que son básicamente de carácter químico, o sea, por ruptura de enlaces. Usamos el termino degradación para describir una amplia categoría de cambios indeseables, desde una escisión hasta una hinchazón.

Los polímeros se degradan por varios mecanismos. El más severo es el de separación, en el que las uniones intermoleculares se rompen por efecto de una alta energía local. Sin embargo, esta energía esta disponible en la luz ultravioleta y en los neutrones, por lo que no es sorprendente la presencia de éstos en el medio ambiente, afecte significativamente a los polímeros. Un segundo tipo de deterioro es la hinchazón, en la que pequeñas moléculas de soluto penetran entre las macromoléculas. Afortunadamente, el ingeniero de materiales puede seleccionar polímeros que resulten resistentes a la hinchazón, a través de enlaces cruzados, su composición o su cristalinidad.

Separación

Los plásticos que contienen moléculas grandes tienen mayor resistencia a la deformación que los que contienen pequeñas moléculas. Por esta razón el químico y el ingeniero en materiales estudian con interés las reacciones de polimerización que incrementan el grado de polimerización. La reacción puede ser reversible y

entonces ocurre la despolimerización. Esto requiere un consumo considerable de energía, debido a que 6.25 x 10-19 joules son necesarios para romper un enlace del tipo C-C. Este valor puede parecer pequeño, pero si lo comparamos con las 3.1 x 10-22 joules necesarios para aumentar la temperatura de un polietileno de 5º a 35ºC, vemos que se requieren 2000 veces más energía para romper la unión promedio C-C de un mero que para elevar la temperatura de aquellos átomos en 30ºC.

Las fuentes locales de alta energía necesarias necesarias para romper enlaces dentro de una cadena polimérica, pueden ser fotones luminosos u otras radiaciones similares. Veremos que la luz ultravioleta (?=3000 Å) tiene fotones con energía de 6.6 x 10-19 joules, un poco mas de lo necesario para poder romper los enlaces C-C. La luz visible posee apenas la mitad de energía que posee la luz ultravioleta; sin embargo, conforme llega y golpea al enlace C-C, existe todavía una probabilidad de que el enlace se rompa debido a que los 6.25 x 10-19 joules antes citados, son unicamente una energía promedio. En cualquier instante, pocos enlaces pueden poseer mas energía que la promedio, y, por lo tanto, se requiere menos del promedio de energía por enlace para la separación. Por supuesto, un momento después, dicho enlace puede requerir apreciablemente mas de esta energía promedio, por enlace, para la ruptura.

Otras de las fuentes de energía que rompen los enlaces, son las radiaciones de neutrones o radiaciones gamma (rayos ?) de las reacciones nucleares. Los efectos no son todos perjudiciales. Un átomo puede ser el descortezado, en vez del esqueleto de la cadena de polietileno, para abrir el sitio reactivo para una ramificación lateral. La radiación gamma se usa comercialmente para modificar la estructura del polietileno de baja densidad; en este caso, el polietileno desarrolla una temperatura mayor de ablandamiento, debido a las complicaciones moleculares que surgen de las nuevas ramificaciones.

Hinchazón

Los procesos de separación descritos anteriormente, rompen los enlaces intermoleculares. Una segundo método de deterioro involucra micromeleculas que entran como solutos entre las macromoléculas para hacer imposible un contacto de polímero a polímero. En efecto, esto es una ruptura de los enlaces intermoleculares, aunque tenemos que admitir que estos enlaces de por sí son relativamente débiles.

De manera intencional se agregan micromeleculas a los materiales poliméricos para hacerlos más flexibles. Sin embargo, esto no es siempre deseable. Considérese un alcohol polivinilo, (C2H3R)n, siendo el radical R un –OH. Las moléculas de agua pueden quedar absorbidas entre las cadenas de vinilo. Esto llevara a un debilitamiento y a una hinchazón del polímero. De igual manera, y a menos que se hagan las adaptaciones estructurales necesarias, las moléculas de petróleo pueden quedar absorbidas dentro de una manguera de gasolina, lo que produce una hinchazón reduciendo la utilidad de la manguera.

Por supuesto estas hinchazones no son compatibles con las especificaciones de ingeniería, por lo que el ingeniero de materiales busca la manera de evitarlas. Los enlaces en cruz reducen la hinchazón, ya que las moléculas quedan unidas entre sí. También, los plásticos cristalizados están menos sujetos que los polímeros amorfos a la hinchazón, debido a que los plásticos cristalizados tienen mas cerradas sus estructuras intermoleculares. Afortunadamente, el ingeniero puede escoger entre un gran numero de polímeros para evitar la hinchazón. Las moléculas pequeñas se distribuyen, ellas mismas, más fácilmente, entre las macromoléculas cuando los dos tipos son químicamente similares. Por ejemplo, el alcohol polivinilo, C2H3-OH, y el agua, H-OH, descritos anteriormente, están muy relacionados y por lo tanto el agua es absorbida entre estas moléculas de vinilo. De manera parecida, los fluidos de hidrocarburos petrolíferos son absorbidos por los cauchos de origen hidrocarburo.

Donde la hinchazón es critica, dichas similitudes se deben evitar a través de una selección cuidadosa de los polímeros.

Degradación microbiana y polímeros biodegradables

El ataque de una diversidad de insectos microbianos es una forma de corrosión en los polímeros.Los relativamente simples como el polietileno, el polipropileno y el polietileno, los de alto peso molecular los

cristalinos y los termoestables son relativamente inmune al ataque.Sin embargo hay algunos como el poliéster , los poliuretanos, los celulósicos y el cloruro de polivinilo plastificado que contiene algunos aditivos que reducen el grado de polimerización , que son particularmente vulnerables a la degradación microbiana. Estos polímeros pueden descomponerse por radiación o ataque químico en las moléculas de bajo peso molecular hasta que son lo suficientemente pequeños para ser ingeridos por los microbios.Se aprovecha el ataque microbiano para producir polímeros biodegradables, ayudando así a eliminar materiales de la corriente de desperdicios. La biodegradación requiere la conversión completa del polímero en bióxido de carbono , aguas, sales inorgánicas y otros sub. productos producidos por la ingestión del material por las bacterias.

RESISTENCIA A LA CORROSION Y A LA INTEMPERIE

La estructura orgánica mencionada, que impide reacciones iónicas, y la superficie lisa y libre de poros de los materiales plásticos, que impide la penetración de suciedad, son los responsables de la elevada resistencia a la intemperie y a los agentes químicos. Esta favorable propiedad esta mucho más desarrollada que en la mayoría de los metales y otros materiales tradicionales, asemejándose los plásticos al vidrio y a la cerámica, por su inercia química y resistencia a los agentes atmosféricos.

En la tabla que sigue se dan los valores de la absorción de agua y de la resistencia química a los agentes más comunes. La absorción de agua más baja y la mejor resistencia a los agentes químicos, corresponde a los materiales termoplásticos, polietileno y PVC. Por esta razón se prefieren estos materiales para reemplazar al hierro y al plomo en la fabricación de tubos para la conducción de agua y de productos químicos. Las telas de polietileno son inertes y no sufren ninguna descomposición por acción del hormigón o por aguas subterráneas. Esto las hace muy aptas para el aislamiento de cimientos, como se describirá mas adelante.

En cambio, la mayoría de los disolventes y combustibles líquidos atacan a los materiales termoplásticos comunes, por lo cual se emplean, para estos fines, los plásticos termoendurecidos fenolitos, ureicos y melaminicos. La resina melaminica se prefiere por su inalterabilidad frente al agua caliente para el moldeo de vajilla “plástica” y como capa tope de los paneles decorativos.

Casi todos los materiales plásticos resisten al ataque de microorganismos, pues el plástico no puede actuar como sustrato nutritivo de hongos y bacterias. Tampoco constituyen alimento para roedores o para insectos. Aunque se señalan algunos casos de ataques al polietileno.

Los materiales plásticos carecen de acción toxicológica de por sí, pero ciertos agregados (estabilizantes a base de plomo, plastificantes derivados del ácido fosfórico) son tóxicos y debe tenerse la precaución de que estos agregados no estén contenidos en recipientes para alimentos.

La resistencia a la intemperie varía según el material. La influencia alternada de calor y de frío, de calor y de frío, de clima seco y húmedo, unido a la acción de la luz solar, causan muchas veces una degradación del material que se manifiesta en un oscurecimiento, resquebrajamiento, pegajosidad, etc. La resina polimetacrilica (vidrio acrílico) y la resina de poliéster adicionada de resina polimetacrilica, poseen una excelente resistencia y no alteran sus propiedades mecánicas ni su translucidez con el transcurso del tiempo, siendo perfectamente estables a la intemperie.

El PVC y el polietileno se endurecen y oscurecen algo por exposición a la intemperie, pero últimamente se han desarrollado ciertos estabilizantes que, añadidos a estos materiales plásticos, los hace estables a la acción de los agentes atmosféricos como el polimetacrilato.

El poliestireno y en especial las calidades del tipo “alto impacto”, tienen poca resistencia, mientras que entre las resinas termoestables se distingue la resina melaminica, donde la buena resistencia a la intemperie va paralela con la baja absorción de agua.

Selección de materiales para diseños en ingeniería usando materiales plásticos

El incremento en el uso de materiales plásticos en los últimos años puede atribuirse a muchas razones, siendo las principales el relativo bajo costo del material, sus propiedades y la facilidad de procesarlo hasta un producto final.

 

El uso de plásticos en diseños de ingeniería ha seguido la tendencia general hacia el uso de más materiales plásticos. Para su uso en un diseño de ingeniería, la pieza de plástico debe funcionar por sí misma o ajustar en un montaje. El material plástico debe tener las propiedades requeridas para el correspondiente diseño.Hay en la actualidad muchas aplicaciones en las cuales se utilizan los materiales plásticos, dentro de las cuales se pueden destacar:

1. La habilidad para reducir el número de piezas en el diseño.2. Resistencia química a diferentes ambientes.3. Propiedades de aislante eléctrico.4. Ligereza.5. Facilidad de procesado.6. Suficiente resistencia, rigidez y dureza.7. Transparencia.8. Bajo coeficiente de fricción.9. Posibilidad de coloreado y plateado.10. Habilidad para evitar la humedad en los envases.11. Estabilidad dimensional.

Sustitución de un metal con un polímero.

La tendencia cada vez mayor al reemplazo de las partes de metal por polímeros de ingeniería ha sido enfatizada en forma repetitiva. Un ejemplo se da en la figura en la cual se muestra el piñón motriz de una motocicleta de carreras hecho de nylon reforzado por dispersión. Este producto de nylon ha llegado ha ser muy utilizado debido principalmente a una reducción de las roturas de cadenas. Los esfuerzos de tensión en la cadena motriz pueden alcanzar los 65 MPA y aún mayores. Su mejor desempeño está relacionado con una combinación de alta tenacidad y resistencia al impacto.Otras características la constituyen mayor resistencia a la corrosión y al ataque de la mayoría de los solventes y lubricantes así como resistencia al desgaste.Un piñon motriz de nylon de 0,34 kg. Reemplaza a uno de aleación de aluminio de 0,45 kg. O uno de acero de 0,90 kg. El costo del producto de nylon es comparable al del aluminio pero aproximadamente sólo a la tercera del costo del acero.

 

Metal y polímero para reemplazo de la articulación de la cadera.

Algunos de los desarrollos más aplicados de los materiales avanzados se han dado en el campo de la medicina. Una de las más exitosas ha sido la prótesis de cadera ver figura.En la figura se muestra una aleación de cobalto y cromo.El termino reemplazo total se refiere al reemplazo simultaneo de todo el sistema de articulación de la rótula con materiales de ingeniería. La interfase metal/ polímero proporciona una superficie de contacto de baja fricción y cada uno de los materiales tiene buena resistencia a la degradación por los altamente corrosivos fluidos corporales.

Reemplazo de un polímero termo reducido con un termoplástico.

En una escala aún más sutil , en algunos casos los diseñadores deben considerar la competencia dentro de una determinada categoría de materiales. Aunque el surgimiento de los polímeros de ingeniería ha sido descrito principalmente como un desafío para los metales estructurales tradicionales.Recientemente se han desarrollado ciertos termoplásticos con propiedades lo suficientemente competitivas para darle una opción al diseñador, en la figura se muestra una aplicación de un termoplástico de poliéster en una bobina.El termoplástico de poliéster proporciona propiedades comparables a las del termo endurecido (resistencia al arqueo por voltaje y a la ignición por calentamiento del alambre, capacidad para aguantar el calentamiento por soldadura y resistencia para aguantar el enrollamiento del alambre del devanado).En este caso la preferencia del termoplástico es principalmente económica.

Protección contra la corrosion mediante polianilinas

Desde 1987 se conocen las propiedades de mejora en la resistencia a la corrosión de los recubrimientos sobre metales de polianilinas, los polímeros metálicos desarrolladas por Zipperling. Sin embargo, la mecánica del proceso de protección no ha sido descubierta hasta hace poco. La polianilina se comporta como un metal noble debido a que su potencial redox es cercano al de la plata, por lo que ennoblece la superficie de los metales convencionales, pero además transforma la superficie del metal a proteger en una delgada pero densa capa de óxido del metal; por lo tanto, lo pasiva. Durante un complejo mecanismo de reacción, el hierro (en forma de acero simple o inoxidable) se convierte en Fe2O3, de modo similar al pasivado del aluminio en Al2O3 mediante aire. Se supone que esta reacción se produce también en otros metales como cobre, aluminio o cinc que resultan mejorados con recubrimientos de polianilina. El nuevo recubrimiento cambia el potencial de corrosión por más de 800 mV para el hierro y acero y por más de 2 V para el cobre, reduciendo drásticamente la velocidad de corrosión bajo determinados ambientes corrosivos. Existe ya un producto de este tipo de Zipperling denominado Correpair diseñado para reparar productos metálicos oxidados.

DEGRADACIÓN QUIMICA DE POLÍMEROS

Introducción:

Aunque la degradación de los polímeros no representa en sí un proceso de gestión de los residuos, se considera en este capítulo ya que el resultado final conduce a la eliminación de los materiales plásticos post-consumo.La degradación es un proceso dirigido a modificar la estructura del polímero para hacerlo vulnerable y perecedero y que desparezca como residuo. Los procedimientos de degradación previstos se basan en la acción de la luz (fotodegradación), del calor (degradación térmica), de la atmósfera (degradación oxidativa), de la humedad (degradación hidrolítica) y de los microorganismos (biodegradación). El primer efecto que causa la degradación es la disminución del peso molecular del polímero y en ocasiones aparece una reticulación en el mismo.En el proceso de la degradación de un polímero se observan variaciones tanto físicas como químicas en el mismo. Entre las modificaciones físicas pueden citarse la pérdida de brillo y color, la formación de grietas, la aparición de zonas pegajosas, y endurecimientos con la consiguiente pérdida de propiedades.Los cambios químicos producidos van dirigidos fundamentalmente a la aparición de grupos funcionales nuevos que se ha comprobado facilitan la ruptura de las cadenas macromoleculares.

Fotodegradación:

La mayoría de los materiales plásticos sufren un envejecimiento que lleva asociado una merma en sus propiedades cuando son sometidos durante largos periodos de tiempo a la radiación luminosa. Es el caso de los filmes de polietileno utilizados en la agricultura que con el tiempo pierden elasticidad, haciéndose frágiles, quebradizos, llegando a rasgar fácilmente. Este envejecimiento se atribuye a una reacción de fotooxidación térmica en cadena producida por la radiación luminosa de mayor energía correspondiente a una longitud de

onda comprendida entre 290 y 350 nanómetros, en la que se generan grupos carbonilo. Estos grupos son los que desencadenan las reacciones degradativas del plástico.

Biodegradación:

La mayoría de los plásticos son inmunes al ataque de microorganismos, hongos y levaduras aunque se modifiquen las condiciones ambientales de uso como la temperatura, el grado de humedad, la concentración de oxígeno, etc. Se ha comprobado que aquellos plásticos que han sufrido primeramente una fotooxidación, son vulnerables a ciertos microorganismos y a las enzimas generadas por éstos.La condición estructural que favorece la biodegradación es que en la molécula exista un grupo carbonilo vecino a un átomo de carbono secundario o terciario para que pueda ser transformado por el microorganismo en un carbonilo, siendo en ese punto donde tiene lugar la fragmentación. Una vez formado el grupo carbonilo, el ataque continúa por acción de las enzimas mediante un proceso hidrolítico que reduce las cadenas macromoleculares a fragmentos de un peso molecular del orden de 500 que ya pueden ser digeridos por los microorganismos.Para facilitar la biodegradación, suelen incorporarse al material polímeros naturales como el almidón o celulosa ya que al degradarse primeramente, dejan huecos y porosidades en el plástico que favorecen el desmoronamiento y degradación de aquellos. Estos polímeros naturales se degradan por reacciones de hidrólisis seguidas de oxidación posterior. También se sintetizan polímeros en los que existen en las cadenas grupos fácilmente hidrolizables, como amidas, ésteres, uretanos, etc.Para que tenga lugar el proceso biodegradativo, han de darse ciertas condiciones en el medio como son, además de la presencia de microorganismos, una concentración adecuada de oxígeno y de humedad.La temperatura debe controlarse en un intervalo determinado generalmente entre 20 y 60 ºC y el pH del medio no debe ser ni demasiado ácido ni demasiado alcalino, por lo general está comprendido entre 5 y 8. En estas condiciones los microorganismos ejercen su acción degradativa.

Vocabulario

Termoplástico (nombre). Material plástico que requiere calor para poder darle forma y que después de enfriarlo mantiene su forma. Los termoplásticos están compuestos de cadenas de polímeros con enlaces entre cadenas del tipo de enlaces secundarios entre dipolos. Los termoplásticos pueden reblandecerse repetidamente cuando se calientan y endurecen cuando se enfrían. Termoplásticos típicos son polietilsenos, vinilos, acrílicos, celulósicos y nylons.

Plástico termoestable. Material plástico que experimenta una reacción química por la acción del calor, catalizadores, etc., generando una estructura macromolecular reticular entrecruzada. Los plásticos termoestables no pueden volverse a fundir y procesar puesto que cuando se calientan se degradan y se descomponen. Los plásticos termoestables típicos son fenólicos, poliésteres insaturados y epoxis.

Monómero. Compuesto molecular simple que puede unirse de forma covalente con otros para formar cadenas moleculares largas (polímeros). Ej. El etileno.

Cadena polimérica. Un compuesto de gran masa molecular cuya estructura consiste en un gran número de pequeñas unidades que se repiten, denominadas meros. Los átomos de carbono son los átomos mayoritarios en las cadenas principales en la mayoría de los polímeros.

Mero. Unidad que se repite en la cadena polimérica de la molécula.

Polimerización. Reacción química por la cual se forman moléculas de gran masa molecular a partir de monómeros.

Copolimerización. Reacción química en la cual se forman moléculas de gran masa molecular a partir de dos o más tipos de monómeros.

Polimerización en cadena. El mecanismo de polimerización por el cual cada molécula polimérica aumenta su tamaño rápidamente una vez que el crecimiento ha comenzado. Este tipo de reacción ocurre en tres pasos. Iniciación de la cadena, propagación de la cadena y terminación de la cadena. El nombre implica una reacción en cadena y se inicia usualmente por medio de alguna fuente externa. Ej. La cadena de polimerización del etileno en polietileno.

Grado de polimerización. Masa molecular de una cadena polimérica dividido por la masa molecular de su mero.

Funcionalidad. Número de localizaciones con un enlace activo en un monómero. Si el monómero tiene dos posiciones activas se dice que es bifuncional.

Homopolímero. Un polímero consistente en un solo tipo de unidades de monómeros.

Copolímeros. Cadena polimérica consistente en dos o más tipos de unidades de monómeros.

Entrecruzamiento. Formación de enlaces primarios de valencia entre moléculas de cadenas poliméricas. Cuando ocurre un entrecruzamiento extensivo como en el caso de las resinas termoestables, el entrecruzamiento genera una supermolécula con todos los átomos.

Polimerización por etapas. Mecanismo de polimerización por el cual el crecimiento de la molécula del polímero sucede por una reacción intermolecular en etapas. Sólo está involucrado un tipo de reacción. Las unidades de monómero pueden reaccionar entre sí o con cualquier molécula polimérica de cualquier tamaño. Se asume que los grupos activos de los extremos de un monómero o cadena polimérica tienen la misma reactividad sin importar la longitud del polímero. Frecuentemente se condensa algún subproducto como el agua en el proceso de polimerización. Ej. La polimerización del nylon 6,6 a partir del ácido adípico a la hexametilendiamina.

Polimerización en masa. Polimerización directa de monómeros líquidos en un polímero en una reacción en la cual el polímero permanece soluble en su propio monómero.

Polimerización en solución. En este proceso se utiliza un solvente el cual disuelve al monómero, al polímero y al iniciador de la polimerización. Diluyendo el monómero con el solvente se reduce la velocidad de polimerización y el calor liberado por la reacción de polimerización es absorbido por el disolvente.

Polimerización en suspensión. En este proceso se utiliza agua como medio de la reacción y el monómero es dispersado más que disuelto en el medio. El polímero se obtiene en forma de pequeñas perlas que son filtradas, lavadas y secadas para formar polvo para el moldeado.

Moldeo por inyección. Proceso de moldeo por el cual un material plástico reblandecido por el calor es forzado por un tornillo de vuelta cilíndrico a entrar en una cavidad de moldeo relativamente fría donde se da al plástico la forma deseada.

Moldeo por soplado. Método de fabricación de plásticos en el cual un tubo hueco es forzado a la forma interior de la cavidad del molde por presión interior de aire.

Extrusión. El material plástico reblandecido pasa a través de un orificio, produciendo un producto continuo. Ej. El tubo de plástico extrusionado.

Moldeo por compresión. Un proceso de moldeado de plásticos termoestables en el cual el compuesto a moldear es situado en primer lugar en la cavidad del molde. Se cierra el molde uy se aplica calor y presión hasta que se cura el material.

Moldeo por transferencia. Proceso de moldeado de plásticos termoestables en el cual el material a moldear es primeramente reblandecido por el calor en una cámara de transferencia y después es forzado por medio de lata presión a una o más cavidades del molde para un curado final.

Relleno. Sustancia inerte de bajo costo añadida a los plásticos para hacerlos menos costosos. Pueden utilizarse también los rellenos para mejorar algunas propiedades físicas como la resistencia a la tensión, resistencia al impacto, dureza, resistencia al desgaste, etc.

Elastómero. Material que a temperatura ambiente se alarga bajo una pequeña tensión al menos dos veces su longitud y vuelve rápidamente a casi su longitud original al eliminar la tensión.

Vulcanización. Reacción química que causa el cruzamiento de las cadenas poliméricas. La vulcanización generalmente se refiere al entrecruzamiento de las cadenas moleculares de caucho con el azufre, pero la palabra puede también utilizarse para otras reacciones de entrecruzamiento de polímero como las que ocurren.

Enlaces de Interes.  

 

http://www.ictp.csiv.es/ http://www.dep.uminho.pt/home/ http://www.fisica.net/quimica/resumo34.htm http://www.terravista.pt/meiprai1062/polimeros.html