P O L I M E R O S
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El documento presenta una introducción a los polímeros. Define polímeros y describe los procesos de polimerización para producir polímeros sintéticos. Explica las clasificaciones de polímeros según su origen, mecanismo de polimerización, estructura de la cadena, y respuesta termo-mecánica. También cubre aditivos comunes, procesamiento, y ejemplos de polímeros como el polietileno, polipropileno y poliestireno.
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- 1. Valdez Reyes Herolinda 06210955 Catedrático: Ing. Hugo Montelongo Solano 3.1.2 POLIMEROS Sistemas de Manufactura Desarrollo del tema de polímeros perteneciente a la unidad 3 Lunes 26 de octubre de 2009
- 2. POLIMEROS 1. Definición Los polímeros son moléculas de gran tamaño, constituidas por “eslabones” orgánicos denominados monómeros, unidos mediante enlaces covalentes. Los eslabones están formados fundamentalmente por átomos de carbono y pueden poseer grupos laterales o radicales con uno o más átomos. Estas moléculas orgánicas son las que constituyen los materiales plásticos que conocemos y también los tejidos de los seres vivos (piel, músculos, tela de araña, seda, etc.). 2. Como se producen? Los polímeros sintéticos se producen mediante un proceso denominado polimerización. En este proceso se produce la reacción de miles de monómeros que pasan a formar parte de una larga 4 cadena macromolecular . Existen varios tipos de polimerización a. Polimerización en bloque o fase condensada: El monómero y un iniciador se combinan en un recipiente (reactor) y se calientan o enfrían según se requiera. Se debe controlar estrictamente la temperatura. Ej. PMMA. b. Polimerización en solución:
- 3. El monómero se disuelve en un solvente no reactivo que contiene un catalizador. El calor desprendido por la reacción es absorbido por el solvente y entonces la velocidad de reacción se reduce. Es difícil eliminar todo el solvente. Ej. PP. c. Polimerización en suspensión: El monómero y el catalizador se suspenden en forma de gotitas en una fase continua como el agua. El calor producido por la reacción es absorbido por el agua; se requiere agitación continua. Este método se emplea de modo generalizado para producir varios polímeros vinílicos.. Ej. PVC, PS, poliacrilonitrilo. d. Polimerización por emulsión: Es un proceso similar al de suspensión puesto que se lleva a cabo en agua. En este caso el monómero es absorbido dentro de unas micelas creadas por un agente emulsificante, como el jabón, y dentro se produce la polimerización. Ej. Pinturas. 3. Tipos de polímeros i. Según su origen Polímeros naturales.. Por ejemplo, las proteínas, la celulosa, el hule o caucho natural, la quitina, lignina, etc. Caucho natural
- 4. Proteínas Polímeros semisintéticos.. Por ejemplo, la nitrocelulosa, el caucho vulcanizado. Polímeros sintéticos. Por ejemplo, el nylon, el poliestireno, el poli cloruro de vinilo (PVC), el polietileno, etc.
- 5. ii. Según su mecanismo de polimerización Polímeros de condensación. por ejemplo agua. Polímeros de adición. La polimerización no implica liberación de ningún compuesto de bajo peso molecular. Polímeros formados por etapas.. Esta categoría incluye todos los polímeros de condensación de Carothers y además algunos otros que no liberan moléculas pequeñas pero sí se forman gradualmente, como por ejemplo los poliuretanos. Polímeros formados por reacción en cadena. Cada cadena individual de polímero se forma a gran velocidad y luego queda inactiva, a pesar de estar rodeada de monómero.
- 6. iii. Según la estructura de la cadena Lineal: Se repite siempre el mismo tipo de unión. Ramificado: Con cadenas laterales unidas a la principal. Entrecruzado: Si se forman enlaces entre cadenas vecinas. Los homopolímeros son aquellos polímeros en los que todos los monómeros que los constituyen son iguales.
- 7. Los copolímeros están formados por dos o más monómeros diferentes.
- 8. iv. Según su respuesta termo-mecánica Los materiales poliméricos se pueden clasificar en cinco grupos: Termoplásticos Como su nombre lo indica, se comportan de manera plástica a elevadas temperaturas. Más aún, la naturaleza de sus enlaces no se modifica radicalmente cuando la temperatura se eleva, razón por la cual pueden ser conformados a temperaturas elevadas, enfriados y d después recalentados o reconformados sin afectar el comportamiento del polímero. Los polímeros termoplásticos son lineales. Termorrígidos Los polímeros termorrígidos también denominados termoestables son polímeros reticulados durante la reacción de polimerización o mediante la introducción de entrecruzamientos químicos (crosslinks). Este reticulado no permite que estos polímeros sean reprocesados después de que han sido conformados.
- 9. v. Según su aplicación Elastómeros. Son materiales con muy bajo módulo de elasticidad y alta extensibilidad; es decir, se deforman mucho al someterlos a un esfuerzo pero recuperan su forma inicial al eliminar el esfuerzo. En cada ciclo de extensión y contracción los elastómeros absorben energía, una propiedad denominada resiliencia. Plásticos. Son aquellos polímeros que, ante un esfuerzo suficientemente intenso, se deforman irreversiblemente, no pudiendo volver a su forma original. Hay que resaltar que el término plástico se aplica a veces incorrectamente para referirse a la totalidad de los polímeros.
- 10. Fibras. Presentan alto módulo de elasticidad y baja extensibilidad, lo que permite confeccionar tejidos cuyas dimensiones permanecen estables. Recubrimientos. Son sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a la superficie de otros materiales para otorgarles alguna propiedad, por ejemplo resistencia a la abrasión. Adhesivos. Son sustancias que combinan una alta adhesión y una alta cohesión, lo que les permite unir dos o más cuerpos por contacto superficial.
- 12. 4. Nomenclatura Las normas internacionales publicadas por la IUPAC indican que el principio general para nombrar polímeros es utilizar el prefijo poli- seguido de la unidad estructural repetitiva (UER) que define al polímero, escrita entre paréntesis. 5. Polímeros comunes Polietileno (PE) (HDPE o LDPE, alta o baja densidad)
- 13. Polipropileno (PP) Poliestireno (PS) Poliuretano (PU)
- 14. Policloruro de vinilo (PVC) Politereftalato de etileno (PET) Polimetilmetacrilato (PMMA)
- 15. Polímeros de ingeniería Nylon (poliamida 6, PA 6) Polilactona Policaprolactona Polieter Polisiloxanos Polianhidrido Poliurea Policarbonato Polisulfonas Poliacrilonitrilo Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS) Polióxido de etileno Policicloctano Poli (n-butil acrilato) Poliéster Tereftalato de Polibutileno (PBT) Estireno Acrilonitrilo (SAN) Poliuretano Termoplástico (TPU) Polímeros funcionales Copolímeros
- 16. 6. Aditivos agregados a los polímeros Agentes de refuerzo: incrementan las propiedades estructurales del polímero, tales como rigidez, fuerza y retención. Ej. Fibra de vidrio en nylon y polipropileno Fillers: materiales articulados cuya función es extender el polímero y reducir su costo. Ej.: mica, asbestos. Estabilizantes: inhiben la degradación del polímero por exposición a la radiación ultravioleta y al oxigeno o a altas temperaturas durante operaciones de procesamiento. Ejem: óxidos metálicos y antioxidantes. Pigmentos: se agregan para colorear plásticos. Ejem: oxido de titanio, carbonato de calcio y carbón. Agentes de curado: reducen la rigidez del polímero. Ejem: ftalato de dioctilo, diester,. Agentes para producir espumas: generan un gas para producir la espuma. Ejem: Pentano. Retardadores de llama: para reducir su flamabilidad. Contienen grandes cantidades de cloro y bromo. Biocidas: inhiben el crecimiento de hongos en los polímeros. Ejem: compuestos de cobre, estaño y mercurio. 7. Procesamiento Las técnicas para conformar polímeros en formas útiles dependen en gran medida de la naturaleza del polímero, en particular, si es termoplástico o termoestable. Se emplea una gran diversidad de técnicas para conformar polímeros termoplásticos. El polímero se calienta a una temperatura cercana o superior a la de fusión, de modo que adquiera una baja viscosidad. Entonces el polímero se funde o inyecta dentro de un molde, o se lo fuerza a pasar a través de una boquilla para producir la forma requerida. Se emplean pocas técnicas de conformado para los polímeros termoestables debido a que una vez producida la polimerización ya se ha establecido una estructura reticular que no se puede conformar más. Después de la vulcanización los elastómeros tampoco pueden ser conformados adicionalmente. Extrusión Un mecanismo de tornillo fuerza el termoplástico caliente a través de un dado abierto (o boquilla) para producir formas sólidas, películas, laminas, tubos y aún bolsas plásticas. La extrusión puede ser empleada también para recubrir alambres y cables.
- 17. Moldeo por soplado Un globo caliente de polímero, llamado preforma, se introduce en un molde y es expandido contra las paredes del molde mediante un gas a presión. Este proceso se utiliza para producir botellas plásticas, recipientes y otras formas huecas. Moldeo por inyección Los termoplásticos se calientan por encima de la temperatura de fusión y entonces mediante un émbolo o tornillo sinfín se los fuerza a llenar un molde cerrado. Este proceso es similar al moldeo en coquilla para los metales.
- 18. Conformado al vacío Las láminas termoplásticas calentadas a temperaturas mayores que la Tg se colocan sobre un molde o patrón conectado a un sistema de vacío. Las pequeñas rendijas en el molde o patrón, permiten que el vacío tire de la lámina caliente de plástico sobre el patrón. Este proceso se emplea para la fabricación de recipientes delgados y poco profundos como los envases para yogurt y otros productos lácteos, las hueveras, las piezas de plástico para embalar y exponer frutas, etc. Los materiales empleados son el poliestireno, el PVC y los plásticos acrílicos.
- 19. Calandrado En una calandra se vierte el plástico fundido entre un grupo de rodillos con una pequeña abertura; al girar los rodillos generan una delgada película de polímero. Se aplica por ejemplo a las películas de PVC que se utilizan para envolver alimentos. Hilado Los filamentos y fibras se pueden producir a través de este proceso de extrusión. El polímero termoplástico es forzado a pasar a través de una boquilla o dado que contiene muchos agujeritos pequeños. El dado, llamado hilador, puede girar y producir una fibra o cordón. Moldeo por compresión El moldeo por compresión es un sistema de fabricación parecido a la forja pero con plástico. Consiste en introducir entre dos moldes complementarios y calientes una pieza de polvo comprimido, que tomará la forma del molde al presionar las dos partes del mismo. El calor del molde iniciará la reacción química llamada degradación. El moldeo por compresión se emplea con plásticos termoestables. Mediante esta técnica se fabrica material eléctrico, tapas de inodoros, mangos de cepillos, tapones de botellas, etc.
- 20. Moldeo por transferencia Se emplea un doble intercambiador para los polímeros termorrígidos. El polímero se calienta bajo presión en un intercambiador; después de fundido, el polímero se inyecta en el molde adyacente. Este proceso combina elementos del modelo por compresión y del moldeo por inyección.