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MATERIALES MACROMOLECULARES
Tema 1. Estructuras macromoleculares: Polímeros
1.1. Definición y clasificación
1,1. Polímeros termoplásticos y termoestables
1.2. Plásticos, elastómeros, fibras1.3. Nomenclatura y funcionalidad
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MATERIALES MACROMOLECULARES
• No se trata de memorizar las propiedades de una retahíla de poliamidas distintas, de las que en el quehacer industrial se nos oculta cuidadosamente la naturaleza química y se sustituye este indicativo por una sarta de datos. Memorizar es muy arduo, conviene dar paso a la lógica. Par retener un dato en la memoria, se tiene que haber digerido por la vía lógica, de lo contrario requiere un derroche exagerado de energías.
“Iniciación a la química de los plásticos”, prólogoGnauck/Frundt (HANSER
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MATERIALES MACROMOLECULARES
• Macromolécula [macro- + molécula]
Agrupación molecular de gran número de átomos
• Polímero [poli+mero]
Sustancia obtenida de otra por polimerización
“Sólidos orgánicos” (Un polímero está constituido por un conjunto de cadenas macromoleculares)
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MATERIALES MACROMOLECULARES. Polimeros Características
• Se necesitan sustancias de partida bifuncionales (monómeros)
• Polimerización por adición (monómeros vinílicos)• Polimerización por condensación (diaminas, diácidos…)• La unidad estructural “monomérica”, se repite a lo largo
de la cadena macromolecular• No todas las cadenas macromoleculares alcanzan el
mismo tamaño durante el proceso de polimerización (Polímeros polidispersos)
• Su composición similar a la de los compuestos orgánicos
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MATERIALES MACROMOLECULARES. Polimeros. Características
• Están constituidos por largas cadenas macromoleculares entrelazadas
• Entralazamientos físicos (siempre existen)– Enmarañamiento de cadenas (en estado sólido,
fundido o en disolución)– Resistencia al flujo y a la deformación
• Entralazamientos químicos – Existen verdaderos enlaces químicos entre cadenas
macromoleculares– Entrecruzamiento de cadenas– “Agente de entrecruzamiento o de curado”
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MATERIALES MACROMOLECULARES. Polímeros. Características
• Comportamiento mecánico y reológico– Son viscoelásticos (la deformación depende
del tiempo) – Se superpone el comportamiento viscoso al
elástico – Depende de las características intrínsecas del
material, tiempo, temperatura y esfuerzo aplicado.
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MATERIALES MACROMOLECULARES. Polimeros. Clasificación
• De acuerdo al tipo de cadena– Polímeros lineales
Termoplásticos– Polímeros ramificados
– Polímeros entrecruzados Cauchos
Termoestables
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MATERIALES MACROMOLECULARES. Polimeros. Clasificación
• a) Termoplásticos
– Se ablandan por Q y P y endurecen por enfriamiento
– Por acción de la temperatura FLUYEN, y pueden ser nuevamente moldeados.
– Se produce cambio fisico, pero No, reacción quimica.
– Son polimeros lineales o ramificados, solubles y fusibles: PE, PS, PVC,
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MATERIALES MACROMOLECULARES. Polimeros. Clasificación
• b Termoestables
- Productos resultantes de resinas termoendurecibles sinteticas: Fenólicas (baqueilita), de urea-formaldehído.
- Sometidas a Q y P, experimentan el curado, sus macromoleculas forman enlaces en todas las direcclones del espacio (polimeros tridimensionales).
- Tras el curado no se reblandecen a altas temperaturas, ni son solubles en disolventes
- NO FLUYEN a altas temperaturas, se descomponen a su temperatura de descomposici6n.
- Elevado nº de entrecruzamientos químicos => gran estabilidad química, elevada rigidez y fragilidad.
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MATERIALES MACROMOLECULARES. Polimeros. Clasificación
c) Elastómeros
- Estructura amorta, ligeramente entrecruzada
(puntos de unión entre cadenas lineales).- NO FLUYEN (por los entrecruzamientos) - Se deforman sin romper los enlaces entre cadenas. AI
cesar la tensión que produce la recuperación.- Recobran su forma original (conformación de máxima
entropía).
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MATERIALES MACROMOLECULARES. Polímeros. Clasificación
• De acuerdo al tipo de polimerización
– Polimeros de adición (commodities)
HDPE, LDPE, PP, PS, BS,…..
– Polímeros de condensación
PET, de altas prestaciones, fibras, resinas
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MATERIALES MACROMOLECULARES. Polímeros. Clasificación
• De acuerdo al número de monómeros de partida
– Homopolímeros (HDPE, LDPE, PP, PC…)– Copolímeros (SB, SA, EVA…..)
( A partir de “comonómeros”)– Terpolímeros (ABS, EVALVA…)
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MATERIALES MACROMOLECULARES. Polímeros. Clasificación
• De acuerdo a la morfología en estado sólido– Polímeros amorfos
• Termoplásticos amorfos• Cauchos• Termoestables
– Polímeros cristalinos• Termoplásticos cristalinos• Fibras cristalinas
“Los polímeros en disolución y en estado fundido siempre son amorfos “
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MATERIALES MACROMOLECULARES. Polímeros. Clasificación
• De acuerdo a su importancia en el mercado– Commodities (polímeros de usos generales)
HDPE, PP, PS, PVC…….– Técnicos (polímeros de altas prestaciones,
polímeros funcionales, más caros)
PC, PA, PS, POM, POP…..
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MATERIALES MACROMOLECULARES. Polímeros. Clasificación
• De acuerdo a las fuerzas intermoleculares
• Cauchos (bajas) “más blandos”• Plásticos (gran diversidad) “más duros que los
cauchos”• Fibras (más altas) por orientación molecular
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MATERIALES MACROMOLECULARES. Polímeros
• Ventajas de los materiales poliméricos– Baja densidad (trasporte)– Resistencia a la corrosión– Flexibilidad (“depende de T”)– Aislamiento térmico y eléctrico– Impermeabilidad a gases y a líquidos (envases y
embalajes)– Facilidad de transformación (menor gasto energético)– Facilidad de ensamblaje y desensamblaje– Gran libertad de diseño
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MATERIALES MACROMOLECULARES. Polímeros
• Desventajas de los materiales poliméricos– Inflamabilidad y comportamiento al fuego– Comparativamente, bajas temperaturas de
descomposición – Envejecimiento a la intemperie (aditivos)– Solubilidad en disolventes orgánicos (depende del
Peso molecular y cristalinidad)– Difícil biodegradación y problemático reciclado
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MATERIALES MACROMOLECULARES Valor técnico de los plásticos
• Los plásticos pueden ser:– Sólidos y duros como metales ligeros, o bien blandos
como la goma.– 50 veces más ligeros que el agua, o dos veces más
pesados que ésta.– Completamente transparentes, o completamente
opacos.– Muy buenos aislantes eléctricos, o bien conductores.– Solubles en agua o en líquidos orgánicos, o bien
inatacables por la práctica totalidad de productos químicos.
– Resistentes a la intemperie durante muchas decadas, o bien degradables en unas pocas semanas
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MATERIALES MACROMOLECULARES
ADITIVOS1.- Utilizados en la transformación
– Plastificantes– Antioxidantes
• Fenol-fosfito
– Estabilizantes térmicos– Lubricantes
• Lubricante interno (hidrocarburos parafínicas C12-C30)• Lubricante externo (estearato cálcico).
– Antibloqueo• Sílice finamente dividida• Amidas de ácidos grasos
– Antiestáticos• Glicoles y compuestos de amonio cuaternario
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MATERIALES MACROMOLECULARES2.- Aditivos. Mejoran propiedades finales de los artículos• Plastificantes.• Antioxidantes.• Estabilizadores frente a UV
– Compuestos aromáticos (HALS)• Pigmentos y colorantes.
– También como agentes estabilizantes a la luz UV• Agentes de expansión
– Mezclas de carbonato y bicarbonato sódico.– Azobiscarbonamida (N2).
• Cargas– Talco, serrín
• Refuerzos– Fibra de vidrio
• Agentes ignífugos– Hidrocarburos clorados, hidróxido de aluminio, fosfatos
• Antibactericidas– Compuestos de amonio cuaternario
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MATERIALES MACROMOLECULARES
• POLIMERO BÁSICO
a)Modificaciones químicas
b)Modificaciones por vía físicab.1.- Mezclas de polímeros
b.2.- Estiramiento con orientación
c)Modificación por incorporación de aditivosc.1.- Ignifugantes
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MATERIALES MACROMOLECULARES
a) Modificaciones químicas• Control de las reacciones de síntesis
(polimerizaciones) (“Tailor-made polymers”)– Composición química y estructura de la cadena– Longitud de cadena cinética (masa molecular
media)– Distribución de pesos moleculares– Grado de ramificación– Cristalinidad (en caso de que sean cristalizables)
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MATERIALES MACROMOLECULARES
a) Modificaciones químicas
• Copolimerizaciones
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MATERIALES MACROMOLECULARES
b) Modificación física de polímeros
• Mezclas y aleaciones de polímeros– Se pueden usar reacciones de
entrecruzamiento
• Procesos de orientación– Orientación uniaxial (fibras)– Orinetación biaxial (BOPP)
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MATERIALES MACROMOLECULARES
c) Modificados con aditivos– Plásticos cargados– Plásticos reforzados– Plásticos plastificados– Plásticos pigmentados– Plásticos teñidos (colorantes y pigmentos)– Plásticos espumados