Ciencia de los Materiales Escuela Politécnica Superior … · Muchos de los materiales elásticos...
53
Materiales poliméricos Ciencia de los Materiales Escuela Politécnica Superior 13/01/12 Málaga Ángela Caravantes García Araceli Galiano Salas Borja Chaparro Cobos M Jesús Naranjo Montero Federico Sánchez Díaz Guillermo Gómez Amérigo Victor Lisart Tiscan Enelio Herrera Díaz Raúl Segado Cáceres Carlos Pardo Zaragoza Raquel Serrano Lledó A . Felipe García Muñoz Alejandro Cabello Portillo Emmi Kristina Pikkarainen Leysan Yusupova Alicia Donaire Falcón Laura Barlow Prolongo Estefanía García Rojano Amanda Espejo Ordoñez Martín Nieto Saborido Marina Calderón Lloret Víctor Reyes Martínez Yoel García Pérez Mª José Moreno Riola Daniel Cifuentes Mateo Alejangro Guerra Herrera
Transcript of Ciencia de los Materiales Escuela Politécnica Superior … · Muchos de los materiales elásticos...
Materiales poliméricos
Ciencia de los Materiales
Escuela Politécnica Superior
13/01/12 Málaga
Ángela Caravantes García
Araceli Galiano Salas
Borja Chaparro Cobos
M Jesús Naranjo Montero
Federico Sánchez Díaz
Guillermo Gómez Amérigo
Victor Lisart Tiscan
Enelio Herrera Díaz
Raúl Segado Cáceres
Carlos Pardo Zaragoza
Raquel Serrano Lledó
A . Felipe García Muñoz
Alejandro Cabello Portillo
Emmi Kristina Pikkarainen
Leysan Yusupova
Alicia Donaire Falcón
Laura Barlow Prolongo
Estefanía García Rojano
Amanda Espejo Ordoñez
Martín Nieto Saborido
Marina Calderón Lloret
Víctor Reyes Martínez
Yoel García Pérez
Mª José Moreno Riola
Daniel Cifuentes Mateo
Alejangro Guerra Herrera
2
Índice
Introducción………………………………………………………………………………………
4
Forma molecular……………………………………………………………………............
6
Estructura molecular…………………………………………………………………………
7
Formación de polímeros………………………………………………………………….. Por adición…………………………………………………………………………. Por condesación………………………………………………………………….
7 7 8
Clasificación de polímeros…………………………………………………………………. Termoplásticos…………………………………………………………………….. Termoestables…………………………………………………………………….. Elastómeros…………………………………………………………………………
9 9 9 10
Clasificación de termoplásticos………………………………………………………….
11
Clasificación de termoestables…………………………………………………………..
17
Clasificación de elastómeros……………………………………………………………..
18
Propiedades generales………………………………………………………………………
21
Procesado………………………………………………………………………………………….
23
Aplicaciones y polímeros más usados……………………………………………….. Biomédias…………………………………………………………………………….
25 25
Adhesivos………………………………………………………………………………………… Aditivos…………………………………………………………………………………………...
27 29
Bibliografía…………………………………………………………………………………………
31
3
Anexo
Aplicaciones biomédicas (implantes)…………………………………………..
32
Aplicaciones en automoción………………………………………………………….
40
Aplicaciones de polímeros…………………………………………………………….
43
Chicles…………………………………………………………………………………………..
48
Distribución del trabajo………………………………………………………………… 52
4
Introducción
Los polímeros, que abarcan materiales tan diversos como los plásticos, el
caucho o los adhesivos, pueden definirse como moléculas orgánicas gigantes con
grandes pesos moleculares. Dentro de cada molécula, los átomos están unidos
mediante enlaces interatómicos covalentes. En la mayoría de los polímeros, estas
moléculas forman cadenas largas y flexibles, cuyo esqueleto es una hilera de átomos
de carbono.
La polimerización es el proceso mediante el cual las moléculas más pequeñas
denominadas monómeros se unen para crear estas moléculas gigantes. De hecho, el
nombre de estos compuestos ya sugiere su constitución interna, puesto que la
palabra polímero deriva de los términos griegos poli y meros, que significan mucho y
partes, respectivamente.
Un polímero se denomina homopolímero cuando todas las unidades
monoméricas son del mismo tipo. Se pueden diseñar cadenas de dos o más unidades
monoméricas, denominadas copolímeros.
.
Forma molecular
Las cadenas de las moléculas de los polímeros no son estrictamente rectas.
Las cadenas son enlaces sencillos capaces de rotar y curvarse en tres dimensiones. Al
considerar la cadena de átomos de la figura 5ª se aprecia que el tercer átomo puede
encontrarse en cualquier punto del círculo discontinuo. La colocación de sucesivos
átomos en la cadena origina segmentos de cadenas rectas, como indica la Figura 5b.
Por otro lado, las cadenas también pueden curvarse y retorcerse cuando los átomos
situados en otras posiciones de la cadena rotan, como se indica en la Figura 5c. De
5
este modo, una simple cadena molecular compuesta de muchos átomos puede
adquirir una forma parecida a la representada esquemáticamente en la Figura 6, con
multitud de dobleces, torceduras y pliegues.
Algunos polímeros consisten en un gran número de largas cadenas de moléculas que
pueden doblarse, enrollarse y plegarse de modo parecido a la figura. Este
comportamiento hace que las cadenas vecinas se entremezclen y se enreden
extremadamente. Muchas características importantes de los polímeros se deben a
esta maraña molecular, como por ejemplo, la gran elasticidad del caucho.
6
Estructura molecular
Las características físicas de un polímero dependen en gran medida de la
estructura, según la cual podemos clasifica en:
Polímeros lineales
En un polímero lineal las unidades monoméricas se unen unas a otras
formando cadenas sencillas. Estas largas cadenas son flexibles y se comportan como
una masa de fideos, (Figura 7a), donde cada círculo representa una unidad
monomérica. Las cadenas de los polímeros lineales pueden unirse entre si por fuerzas
de van der Waals. Polietileno, Cloruro de polivinilo, poliestireno, poli(metacrilato de
metilo), nilón y fluorocarbonos son algunos ejemplos de estructura lineal.
Polímeros ramificados
Se trata de polímeros cuya cadena principal está conectada lateralmente con
otras cadenas secundarias, como está esquematizado en la Figura 7b. Las ramas, que
forman parte de la cadena molecular principal son el resultado de reacciones locales
que ocurren durante la síntesis del polímero. La eficacia del empaquetamiento de la
cadena se reduce con las ramificaciones y, por tanto también se disminuye la
densidad del polímero.
Polímeros entrecruzados
En estos, las cadenas lineales adyacentes se unen transversalmente en varias
posiciones mediante enlaces covalentes. Como está representado en la Figura 7c. El
entrecruzamiento re realiza durante la síntesis o por reacciones químicas irreversibles
7
que normalmente ocurren a elevada temperatura. A menudo el entrecruzamiento va
acompañado por la adición mediante enlace covalente de átomos o moléculas a las
cadenas. Muchos de los materiales elásticos de caucho están entrecruzados.
Polímeros reticulados Las unidades monoméricas trifuncionales, que tienen tres enlaces covalentes
activos, forman redes tridimensionales (Figura 7d) en lugar de las cadenas lineales
generadas por las unidades monoméricas bifuncionales. Los polímeros compuestos
por unidades trifuncionales se denominan polímeros reticulados. Un polímero
entrecruzado prácticamente, se puede clasificar como polímero reticulado. Estos
materiales tienen propiedades mecánicas y térmicas específicas. Como los epoxy.
Además en un mismo polímero se pueden dar los cuatro grupos.
Formación de polímeros
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 reacción.
Polimerización por adición:
El proceso de polimerización
consiste en activar la molécula de
monómero por la presencia de un
catalizador o temperatura provocando
la rotura de un doble enlace, de esta
manera, se forma una molécula
activada (mero) en la que quedan dos
enlaces no saturados que se unirán a
otros meros formando el polímero.
El mecanismo de la
polimerización por adición comprende
las siguientes etapas:
Iniciación:
Para la polimerización en cadena, se utilizan catalizadores, los que actúan
como formadores de radicales libres a partir de la apertura del enlace no saturado
mediante la absorción de energía. Un radical libre es un grupo de átomo que
teniendo un electrón desapareado (libre) puede unirse covalentemente a un electrón
desapareado de otra molécula.
8
Propagación:
Es el proceso de extensión de la cadena polimérica por la sucesiva adición de
unidades de monómeros, de este modo, la cadena del polímero se hace cada vez más
larga.
Terminación:
Esta etapa puede suceder por la adición de un radical libre finalizador o
cuando dos cadenas se combinan.
La composición de la molécula resultante es un múltiplo exacto del monómero
reactivo original.
Polimerización por condensación Es la formación de polímeros por mediación de reacciones químicas
intermoleculares que normalmente implican más de una especie monomérica y
generalmente se origina un subproducto de bajo peso molecular, como el agua, que
se elimina. Las sustancias reactivas tienen fórmulas químicas diferentes de la unidad
que se repite, y la reacción intermolecular ocurre cada vez que se forma una unidad
repetitiva. Por ejemplo, al considerar la formación de un poliéster a partir de la
reacción entre el etilenglicol y ácido adíptico, la reacción intermolecular es la
siguiente:
Este proceso por etapas se repite sucesivamente
y se produce, en este caso, una molécula lineal.
Los tiempos de reacción de la polimerización por
condensación son generalmente mayores que los de por
adición. Para generar materiales con elevados pesos
moleculares se necesitan largos tiempos de reacción
para completar la conversión de los monómeros
reactivos.
9
Clasificación de los polímeros
Una forma de clasificar los polímeros es según su respuesta mecánica frente a
temperaturas elevadas.
Termoplásticos
Se ablandan al calentarse (a veces se funden) y se
endurecen al enfriarse (estos procesos son totalmente
reversibles y puedes repetirse).
Estos materiales normalmente se fabrican con
aplicación simultanea de calor y presión. A nivel
molecular, a medida que la temperatura aumenta, la
fuerza de los enlaces secundarios se debilita (porque la
movilidad molecular aumenta) y esto facilita el
movimiento relativo de las cadenas adyacentes al aplicar
un esfuerzo.
La degradación irreversible se produce cuando la
temperatura de un termoplástico fundido se eleva hasta
el punto de las vibraciones moleculares son tan violentas
que pueden romper los enlaces covalentes.
Los termoplásticos son relativamente blandos y
dúctiles. La mayoría de los polímeros lineales y los que tienen estructura ramificadas
con cadenas flexibles son termoplásticos.
Termoestables
Los polímeros termoestables se endurecen al calentarse
y no se ablandan al continuar calentando. Al iniciar el
tratamiento térmico se origina un entrecruzamiento covalente
entre cadenas moleculares contiguas. Estos enlaces dificultan
los movimientos de vibración y de rotación de las cadenas a
elevadas temperaturas. Generalmente el entrecruzamiento es
extenso: del 10% al 50% de las unidades poliméricas están
entrecruzadas.
Sólo el calentamiento a temperaturas excesivamente
altas causa rotura de estos enlaces y degradación del polímero.
Los polímeros termoestables generalmente son más duros, más
resistentes y más frágiles que los termoplásticos y tienen mejor
estabilidad dimensional. La mayoría de los polímeros
entrecruzados y reticulados, como el caucho vulcanizado, los
epoxi y las resinas de poliéster son termoestables.
1
0
Elastómeros
Un elastómero es un polímetro que cuenta con
la particularidad de ser muy elástico pudiendo incluso,
recuperar su forma luego de ser deformado. Debido a
estas características, los elastómeros, son el material
básico de fabricación de otros materiales como la
goma y para algunos productos adhesivos.
Las cadenas de los elastómeros son flexibles y
se encuentran entrelazadas de manera muy
desordenada.
Cuando un elastómero es estirado, sus
moléculas se alinean, permitiendo que muchas veces
tomen un aspecto cristalino. Sin embargo, una vez que
se suelta, rápidamente, vuelve a su estado original de
elástico desorden. Lo anterior distingue a los
elastómeros de los polímeros plásticos.
La mayoría de estos polímeros son hidrocarbonos, por lo tanto, están
conformados por hidrógeno y carbono, y se obtiene en forma natural del polisopreno
que proviene del látex de la goma de los árboles. Otra manera de obtener un
elastómero es a partir de la síntesis de petróleo y gas natural.
Para modificar algunas de las características de los elastómeros, es posible
añadir otros elementos como el cloro, obteniendo así el neopreno tan utilizado en los
trajes húmedos para bucear.
Para poder darle un uso más práctico a los elastómeros, estos deben ser
sometidos a diversos tratamientos. A través de la aplicación de átomos de azufre,
este polímero se hace más resistente gracias a un proceso denominado
vulcanización. Si además se le agrega otro tipo de sustancias químicas es posible
lograr un producto final bastante resistente a las amenazas corrosivas presentes en el
medio ambiente.
Como se mencionaba con anterioridad, los elastómeros pueden ser utilizados
para la fabricación de adhesivos. Para ello son disueltos en una solución de solventes
orgánicos y luego, se le añaden ciertos adhesivos que mejoran su capacidad de
adhesión y su durabilidad.
1
1
Clasificación de los Termoplásticos
Polietileno (PE) Características generales:
Se representa por la fórmula empírica (CH2)n, consistiendo en un 85’7% de C
y 14’3% de H, obtenido por polimeración aditiva del etileno. Este termoplástico es de
cadena ramificada, con la posibilidad de contener grupos químicos derivados del
catalizador usado en su proceso de fabricación, lo que influirá de forma importante
en sus propiedades..
La presencia de la ramificación implica cierta cristalinidad en estado sólido.
Esto significa que su fusión no se producirá a una temperatura dada, sino que el
material, al ir aumentando la temperatura, cambiará gradualmente su estado hasta
fundirse y convertirse en un líquido amorfo. El grado de cristalinidad está
directamente relacionado con la proporción de ramificación presente, tal como se
pone de manifiesto en la tabla siguiente.
El grado de cristalinidad influye directamente en propiedades como la dureza
y los puntos dereblandecimiento y de cedencia a la tracción. Por el contrario, la
propia resistencia a la tracción y al choque, la flexibilidad a baja temperatura,
dependen en gran medida del peso molecular medio.
Propiedades:
El polietileno de alto peso molecular o alta densidad (HDPE) es un sólido
blanco y translúcido, que en secciones delgadas es casi transparente. A temperaturas
normales es tenaz, flexible y fácilmente rayable.
Al aumentar la temperatura se hace más blando, hasta fundir a 110 ºC. Por el
contrario, al bajar la temperatura se hace más duro hasta fragilizarse.
Una propiedad que debe tenerse en cuenta, sobre todo durante los procesos
de fabricación (extrusión, moldeado, o vaciado) es la viscosidad, que depende del
peso molecular medio y de la temperatura. Así, un aumento del 10% en el peso
molecular dobla la viscosidad, mientras que un aumento de 25ºC, la reduce a la
mitad.
Durante la extrusión y el moldeo, si el líquido se enfría rápidamente, las
cadenas del polímero pueden quedar orientadas, en una intensidad función del grado
1
2
de ramificación y de la longitud media de la cadena. Este fenómeno se produce con
más frecuencia en los polietilenos de alta densidad, y tiende a desaparecer si se
aumenta la temperatura.
Por otra parte, la historia térmica del material sí influye en todas sus
propiedades. Una alta velocidad de enfriamiento da lugar a sólidos menos densos y
con menor cristalinidad, por lo que el material será más blando y flexible, aunque con
mayor presencia de tensiones internas. Si el enfriamiento es más lento, o después de
un enfriado normal se aplica un recocido, aumenta la cristalinidad y la dureza, con
menores tensiones internas, aunque será más frágil.
El polietileno es, en general, poco soluble sobre todo si la temperatura es
inferior a 60ºC, su peso molecular es muy bajo y presenta poca ramificación. Sí se
produce la absorción del disolvente, provocando hinchazón del material. Esta
característica se hace menos importante al aumentar el peso molecular, el grado de
cristalinidad y bajar la ramificación. En cuanto a la permeabilidad, es elevada para
vapores orgánicos y al oxígeno, y escasa para el vapor de agua. En cualquier caso,
aumenta con la temperatura.
En cuanto a sus propiedades eléctricas, destaca por sus bajas conductividad
eléctrica y permitividad, siendo elevada su resistencia dieléctrica. Por lo que se
refiere a sus propiedades químicas, es uno de los polímeros más estables e inertes,
siempre que no haya presencia de oxígeno, en cuyo caso se produce degradación
autocatalítica a temperaturas en torno a 50ºC. Si además hay luz, la degradación
puede presentarse a temperatura ambiente.
Usos:
Dadas su buena resistencia química, no tener olor, no ser tóxico, su poca
permeabilidad al vapor de agua, ser aislante eléctrico y su poco peso, tiene un amplio
campo de aplicación.
* Aislante de cables: se utilizaron habitualmente como protectores de cables
submarinos por su bajapermitividad eléctrica y su elevada resistencia al agua.
Actualmente se usan como envolturas generales exteriores de cables.
* Envases y tuberías: los envases de polietileno se usan tanto para contener
sustancias corrosivas como en aplicaciones más generales para usuarios domésticos.
En cuanto a los tubos, tienen especial aplicación en conducciones enterradas o para
instalaciones de calor radiante, aunque teniendo en cuenta la posibilidad de
degradación por encima de los 50ºC.
* Películas: es uno de los usos que más cantidad de polietileno consume,
obteniéndose espesores entre 0’025 y 0’250 mm, como envoltorio de alimentos,
incluso refrigerados, o para la fabricación de bolsas. Se suelen utilizar también como
capas protectoras de equipos y piezas de máquinas contra la humedad.
* Revestimiento del papel, filamentos textiles.
1
3
Policloruro de vinilo (PVC)
Características generales:
Este polímero de fórmula general (CHCl-CH2)n se suele obtener a partir del
petróleo o del gas natural (47%) junto con NaCl (57%). Dadas sus propiedades, su uso
está muy generalizado en construcción, energía, salud, conservación de alimentos y
artículos de uso diario. En su forma habitual se presenta como un polvo blanco,
amorfo y opaco. Es inodoro, insípido y resistente a la mayoría de los agentes
químicos; ligero y no inflamable; no se degrada ni se disuelve en agua y se puede
reciclar de forma completa.
Propiedades:
Entre sus propiedades se puede destacar:
* Resistencia y poco peso: es notablemente resistente a la abrasión y al
impacto, lo que lo convierte en un material muy utilizable en la edificación y en la
construcción.
* Versatilidad: con la adición de estabilizantes y plastificantes puede
obtenerse un material rígido o flexible, adaptable al uso que se precise.
* Estabilidad: además también es inerte, por lo que se presenta muy
adecuado para fabricar material sanitario. Durabilidad: su vida en servicio se puede
extender a más de 60 años.
* Inflamabilidad: la presencia de cloro hace que no arda si se retira la fuente
de calor, por lo que es especialmente útil en el aislamiento de piezas eléctricas y
como aislamiento ignífugo.
* Reciclabilidad: con ello se puede minimizar la generación de residuos.
1
4
Usos:
* Construcción: tuberías de conducción de agua potable y residual, puertas,
ventanas, persianas, zócalos, suelos, láminas impermeabilizadoras, canalización
eléctrica y de telecomunicación.
* Embalajes: botellas, frascos, láminas, “blisters”.
* Mobiliario: de jardín, piezas para muebles, placas divisorias.
* Electricidad-electrónica: como aislante y recubrimiento de cables, gracias a
sus propiedades eléctricas, durabilidad, facilidad de procesado y resistencia a
ambientes agresivos.
* Sanidad: tubos y bolsas, catéteres, válvulas, vestimenta.
* Automoción: tapicería, paneles, apoyabrazos y como protección frente a la
corrosión y a las vibraciones.
Varios: calzado, ropa impermeable, marroquinería, juguetes, tarjetas de
crédito.
Es importante señalar que en el proceso de fabricación de este polímero se
utiliza dicloroetano, una sustancia muy peligrosa debido a que es una sustancia
cancerígena, altamente inflamable, explosiva (emitiendo fosgeno y cloruro de
hidrógeno) y desprende cloruro de vinilo (gas extremadamente tóxico).
Polipropileno (PP) Características generales
Es un termoplástico semi-cristalino, de
fórmula general (CH3-CH-CH2)n obtenido por la
polimerización del propileno en presencia de un
catalizador estereo-específico. Se caracteriza por
ser inerte, totalmente reciclable, con una
tecnología de fabricación de muy poco impacto
ambiental. Es uno de los polímeros de mayor
crecimiento en uso, gracias a su versatilidad, sus propiedades físicas y su competitivo
proceso de fabricación. Entre sus características destacan su baja densidad, altas
dureza, resistencia a la abrasión y rigidez, buena resistencia al calor y excelente
resistencia química.
En el proceso de fabricación de este polímero tiene gran importancia el
catalizador utilizado pues será el que controle el posicionado de los grupos CH3 a lo
largo de la cadena lineal del polímero, controlando así su grado de cristalinidad y, por
tanto, sus propiedades.
1
5
Propiedades
Como en otros tipos de polímeros, la construcción de cadenas de
polipropileno lleva aparejada una dispersión de pesos moleculares, que condicionará
las propiedades mecánicas del producto final. Una forma de controlar esa dispersión
es actuando sobre las condiciones de operación y del tipo de catalizador utilizado.
Nuevamente, la viscosidad juega un papel muy importante en las condiciones
de procesado de este polímero. Normalmente se controla la viscosidad midiendo el
índice de fluidez, de tal manera que cuanto mayor sea éste, más baja es la viscosidad.
A su vez, el índice de fluidez es inversamente proporcional al peso molecular del
polímero.
Debido al carácter lineal de este polímero, suele adquirir un estado semi-
cristalino, lo que le confiere sus excepcionales propiedades mecánicas, como dureza,
resistencia a la tracción y rigidez elevadas.
Tipos de polipropilenos:
* Homopolímeros: formado exclusivamente por monómeros de propileno,
con buenas propiedades mecánicas, para fabricar piezas de baja densidad, alto punto
de fusión y temperaturas de servicio elevadas.
* Copolímeros al azar: suelen contener además de propileno, una pequeña
cantidad de etileno, que se sitúa en posiciones aleatorias de la cadena principal. Con
ello se mejora la transparencia, la resistencia al impacto, aunque baja el punto de
fusión.
* Copolímeros en bloque: al homopolímero se le añade posteriormente un
copolímero, mejorando notablemente su resistencia al impacto (de ahí su uso, por
ejemplo, en parachoques, maletas y contenedores).
* Cauchos de etileno-propileno (EPR): son copolímeros con un elevado
contenido en etileno, por lo que tienen muy baja cristalinidad, comportándose como
un elastómero.
* Copolímeros especiales: se añaden comonómeros muy específicos (buteno,
octeno, ...) para obtener productos de aplicaciones muy concretas.
Usos:
Debido a la posibilidad de controlar la longitud de la cadena polimérica y de la
presencia de copolímeros, los usos del polipropileno son muy variados. Entre ellos se
puede destacar:
* Envases de pared delgada: se obtienen mediante moldeo por inyección o
por soplado, y se obtienen espesores menores de 0’8 mm. Con ello se consiguen
piezas de pequeño peso, además de aumentar la productividad. Es importante
controlar la relación entre la longitud del flujo de inyección y el espesor requerido,
para no tener dificultades en el rellenado del molde.
* Películas: se emplean preferentemente en la fabricación de embalajes,
mediante extrusión.
1
6
* Fibras: se utilizan en la industria textl, fabricados por extrusionado.
Industria del automóvil: se emplean en los habitáculos interiores, para lograr
estabilidad dimensional en compartimentos del motor, resistencia a los agentes
climatológicos y fácilmente decorables.
* Cargas en materiales compuestos: para conseguir una mejora en la
estabilidad termo-oxidativa y de otras propiedades físicas como la transparencia,
rigidez y aspecto visual
Poliestireno (PS)
Características generales:
Este polímero, de fórmula general (C6H6-CH-CH2)n es, en estado puro, un
sólido incoloro, rígido, frágil y con muy poca flexibilidad. A esta variedad se la conoce
como poliestireno cristal o de uso general. Una variedad del poliestireno en el
poliestireno expandido (EPS), obtenido añadiendo un 5% de gas, que reduce la
densidad del material al quedar en su interior en forma de burbujas. Su principal uso
en como aislante en la construcción y para la protección de mercancías.
En general, el poliestireno es un plástico barato, pero con poca resistencia a la
temperatura y resistencia mecánica modesta. Además, dado su carácter quebradizo
es necesario utilizar copolímeros derivados del caucho. Con ello se consigue el
llamado poliestireno de alto impacto (HIPS). Si se utiliza acrilonitrilo como copolímero
y polibutadieno como endurecedor, se obtiene el poliestireno ABS.
Propiedades:
De forma general, presenta, gracias a su estructura, elasticidad, moderada resistencia
química, buenas resistencias mecánica, térmica y eléctrica y baja densidad.
1
7
Clasificación de los Termoestables
POLIESTERES: tienen excelente propiedades
eléctricas y son muy baratos. Los dos más comunes son el PBT (polibutilenotereftalato) y el PET (polietileno tereftalato). PET se utiliza como alfombras, encordelado de neumáticos, y resinas de envase. PBT tiene un bajo coste se usa mucho en la
actualidad: conectores, enchufes, relés, componentes de alto voltaje, consolas terminales, timbres. Se utiliza
mucho en electrodomésticos, también como sillas, ventiladores o incluso como componente del casco de
barcos pequeños. En forma de cintas delgadas se usan como soporte del material magnético en cintas
magnetofónicas y de vídeo.
FENOLICOS: por ejemplo, la baquelita, fueron de los primeros plásticos
descubiertos en la primera década del siglo XX. Todavía se utilizan por su bajo coste y
sus excelentes propiedades como aislantes (térmico y eléctrico). Se pueden utilizarcomo
material de relleno para otros polímeros y en materiales compuestos. Además del uso en todo tipo de interruptores eléctricos, en
piezas “ligeras” en la industria del automóvil como piezas del sistema de transmisión,
carcasa de motores, teléfonos, distribuidores de automóvil (DELCO). Se
utilizan como botones, tiradores y debido a las buenas propiedades adhesivas como laminados, contrachapados.
RESINAS EPOXI: Tienen excelentes propiedades mecánicas y de resistencia a la
corrosión. Buena adherencia y relativamente baratos. Como recubrimientos protectores y decorativos por su buena adherencia y gran resistencia mecánica y química. Forros para latas, baterías y recubrimientos de neumáticos. Por sus buenas propiedades aislantes como encapsulamiento de materiales semiconductores (p.ej. transistores). Matrices para materiales compuestos (p. ej. fibra de carbono).
1
8
POLIURETANO: Buena estabilidad térmica y propiedades elásticas: suelas de
zapatos, partes de coches, fibras, espumas.
POLIUREAS: similar a la del poliuretano, excepto porque en este caso el enlace
formado corresponde al enlace urea. La Poliurea puede alcanzar grandes elongaciones y resistencia a la abrasión, mientras que el poliuretano posee grandes
propiedades químicas. Se utiliza para utensilios de cocina, moldes electricos, adhesivos.
Clasificación de los Elastómeros
CAUCHO NATURAL: cispoliisopreno es el natural
(caucho) que vulcanizado se utiliza como neumáticos para coches, tacones y suelas de zapato, juntas en general. Sin embargo, actualmente, la mayoría del mercado del caucho mundial son cauchos sintéticos. eLpoliisopreno es la forma artificial del caucho natural.
CAUCHO ESTIRENO-BUTADIENO (SBR): es el caucho sintético más importante.
Polimerización de una mezcla de estireno y de butadieno. Es más barato que el caucho natural (ahora se utiliza de neumáticos). Son más resistentes al desgaste pero
tienen el inconveniente de que pueden absorber disolventes orgánicos como aceite y gasolina.
Usos similares a los del caucho natural.
1
9
CAUCHO DE NITRILO (NBR): copolímero de butadieno (PB) y acrilonitrilo (PAN)
con una proporción del 55 al 82 % de PB. Los
grupos nitrilo proporcionan una mayor resistencia a los aceites minerales y animales así como al calor y
a la abrasión, sin embargo, estos cauchos son más caros que los anteriores. Las aplicaciones son
especiales donde se requieran estas propiedades, por ejemplo, manguitos de alta resistencia para el
flujo de aceites y disolventes en los componentes de los coches, mangueras para distribución de
gasolina y aceite, tacones y suelas de calzado
CAUCHO DE POLICLOROPRENO (NEOPRENO): son cauchos similares a los de
isopreno donde se sustituye el grupo metilo por un átomo de cloro. Esto aumenta la
resistencia del doble enlace (resisten el ozono y la degradación medio ambiental) ybuena resistencia a la llama, además son de mayor fortaleza que los ordinarios
aunque son también más caros. Los usos más comunes son recubrimientos de cables, recubrimientos internos de tanques para productos químicos, mangueras y
abrazaderas industriales, precintos y diafragmas de automóviles, correas y en forma de trajes para inmersión sub-acuática.
2
0
CAUCHO DE SILICONA: Un ejemplo es el polidimetilsiloxano, aunque hay otros
cauchos de silicona con radicales diferentes como fenilos. La ventaja principal de estos cauchos residen en su amplio rango de temperatura de trabajo, poca resistencia mecánica y excelente propiedades eléctricas (aislantes). Como usos principales se puede destacar el sellado, junta de materiales, aislantes eléctricos, tubos de uso alimentario y médicos, y cebadores de bujías.
POLIBUTADIENO: es un elastómero o caucho sintético que se obtiene mediante la
polimerización de Butadieno. Es el segundo caucho sintético en volumen, por detrás del caucho estireno-butadieno (SBR). Su principal aplicación es la fabricación de neumáticos, la cual consume alrededor del 70% de la producción. Otro 25% se utiliza como aditivo para mejorar la resistencia mecánica de otros plásticos. También se emplea para fabricar pelotas de golf y objetos elásticos diversos.
POLIISOBUTILENO: es un caucho sintético. Es especial porque es el único caucho
impermeable a los gases, es decir, es el único caucho que puede mantener el aire por largos períodos. Dado que el poliisobutileno mantiene el aire, se utiliza para hacer
cosas como cámaras para neumáticos y pelotas de básquet. El poliisobutileno, a veces llamado caucho butilo, y otras veces PIB, es un a polímero vinílico, de
estructura muy similar al polietileno y al polipropileno.
2
1
Propiedades de los polímeros
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 hacer 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.
Sin embargo, la mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida
diaria son materiales sintéticos y a pesar de la gran variedad que existe, estos
presentan una serie de propiedades comunes a todos ellos y que los distinguen de
otros materiales.
Un ejemplo de alguna de estas propiedades se encuentra en la tabla 1.5.
Densidad baja:
El rango de densidades de los polímeros es relativamente bajo. Entre los
plásticos de mayor consumo se encuentran el PE y el PP, ambos materiales con
densidad inferior a la del agua. Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a
que por un lado los átomos que componen los plásticos son ligeros (básicamente C y
H, y en algunos casos además O, N o halógenos), y por otro, las distancias medias
entre átomos dentro de los plásticos son relativamente grandes). Una densidad tan
baja permite que los plásticos sean materiales fáciles de manejar y por otro parte,
supone una ventaja en el diseño de piezas en las que el peso es una limitación.
Conductividad eléctrica:
Los polímeros se caracterizan en general por ser materiales aislantes, pero
desde hace unos años se ha logrado sintetizar polímeros que son buenos
2
2
conductores de la electricidad, tan buenos que se han denominado metales
sintéticos. Los polímeros conductores reúnen las propiedades eléctricas de los
metales y las ventajas de los plásticos.
La conductividad se debe principalmente a la adición de ciertas cantidades de
otros productos químicos (dopado), pero también a la presencia de dobles enlaces
conjugados que permiten el paso de un flujo de electrones.
([Explicación] El descubrimiento de los polímeros conductores sucedió “por
accidente” al intentar sintetizar poliacetileno, un polvo de color oscuro, y en vez de
eso se obtuvo una película brillante y plateada similar al papel aluminio. Al repasar
los cálculos se dieron cuenta de que la cantidad de catalizador usada era 1000 veces
la necesaria. El material fue estudiado, en uno de los estudios se le dopó con yodo y
se observó que la conductividad aumentaba más de mil millones de veces. )
Transición vítrea:
En los polímeros termoplásticos, una característica muy importante que
determina su comportamiento mecánico es la temperatura de transición vítrea (T g).
Ésta se define como la temperatura por encima de la cual los segmentos de las
cadenas adquieren movimiento, pasando el polímero del estado vítreo o
semicristalino al amorfo.
Si un termoplástico se halla a una temperatura inferior a Tg, se encuentra en
estado vítreo. Este estado se caracteriza por la rigidez y fragilidad del material. (Como
el vidrio) En cambio, cuando el polímero se halla a una temperatura superior a la Tg se
encuentra en estado amorfo, que se caracteriza por una baja rigidez y unas mayores
flexibilidad y ductilidad.
Un ejemplo práctico de esto es cuando al dejarse un balde u otro objeto de
plástico a la intemperie durante el invierno se puede notar que se agrieta o rompe
con mayor facilidad que durante el verano.
Propiedades ópticas:
Los polímeros que no contienen aditivos son por lo general bastante
traslúcidos, aunque esta propiedad está fuertemente influenciada por la cristalinidad
del material. Los polímeros amorfos son transparentes, ya que el empaquetamiento
al azar de las moléculas no causa difracción de la luz, pudiendo transmitir esta más de
un 90%, mientras que los cristalinos son opacos. La transparencia en termoplásticos
amorfos como el PC o el PVC no difiere mucho de la del vidrio.
Resistencia química:
La resistencia química de los polímeros también está fuertemente
influenciada por el grado de cristalinidad. En los polímeros cristalinos los disolventes
pueden atacar ligeramente la superficie del polímero que tiene una menor
2
3
cristalinidad. Cuando se aplica un esfuerzo las grietas producidas no se propagan una
vez que llegan a las zonas cristalinas. En los amorfos los disolventes atacan al
polímero formando pequeñas grietas que se extienden por todo el polímero al
aplicarse un esfuerzo por pequeño que sea.
Conductividad térmica:
Es sumamente pequeña. Los metales, por ejemplo, presentan conductividades
térmicas 2000 veces mayor, esto se debe a la ausencia de electrones libres en el
polímero. La baja conductividad térmica resulta un inconveniente durante la
transformación ya que el calor se absorve de forma muy lenta y la eliminación del de
este durante la etapa de enfriamiento resulta igualmente costosa. Sin embargo,
como ventaja, permite el empleo como aislante térmico.
Procesado de polímeros
En la conformación de materiales poliméricos se emplea una gran variedad de
técnicas. El procedimiento utilizado conformar un polímero específico depende de
varios factores:
1. Que el material sea termoplástico o termoestable.
1.1. Si es termoplástico, de la temperatura de ablandamiento.
2. La geometría y el tamaño del producto acabado.
La fabricación de materiales poliméricos normalmente se lleva a cabo a
elevada temperatura y con aplicación de presión.
Los termoplásticos se conforman a temperaturas superiores a la de transición
vítrea, y la presión aplicada se debe mantener a medida que la pieza se enfría por
debajo de Tg para que conserve la forma mientras permanece blanda y en estado
plástico. Un significativo beneficio económico que se obtiene al utilizar
termoplásticos es que éstos son reciclables: las piezas termoplásticas inservibles se
vuelven a fundir y conformar.
La conformación de los termoestables se realiza en dos etapas. En la primera
se prepara un polímero lineal (a veces denominado prepolímero) en fase líquida, de
bajo peso molecular, y se introduce en un molde de forma determinada. En la
segunda etapa este material se endurece. En esta etapa denominada “curado”,
puede ocurrir durante el calentamiento y/o por la adición de un catalizador, y
frecuentemente bajo presión. Durante el curado ocurren, a nivel molecular,
transformaciones químicas y estructurales: se forman estructuras entrecruzadas o
reticuladas. Después del curado el polímero termoestable se saca del molde aún
caliente, ya que estos polímeros son dimensionalmente estables.
2
4
Los termoestables no son reciclables, ya que no funden. Son más inertes
químicamente que los termoplásticos y se utilizan a temperaturas de trabajo más
elevadas.
El moldeo es el procedimiento más común para conformar los polímeros
plásticos. Las técnicas de moldeo son:
Moldeo por compresión y por transferencia
En el moldeo por compresión, una cantidad adecuada de mezcla de polímeros
y aditivos se coloca entre las piezas superior e inferior del molde, como se indica en la
Figura. Ambas piezas del molde se calientan pero sólo una se desplaza. El molde se
cierra y el calor y la presión aplicados hacen que el material plástico se convierta en
viscoso y adquiera la forma del molde.
Moldeo por soplado
El moldeo por soplado para la conformación de recipientes de plástico es
similar al de botellas de vidrio, representado en la figura. Primero se extruye una
preforma, que es un trozo de polímero en forma de tubo. Mientras aún está en
estado semifundido, la preforma se coloca dentro de las dos piezas del molde que
tiene la forma deseada. Se cierra el molde y se inyecta aire o vapor a presión dentro
2
5
de la preforma para que las paredes de ésta adquieran la forma y contorno del
molde. La temperatura y la viscosidad de la preforma se deben controlar
cuidadosamente.
Extrusión Un mecanismo de tornillo empuja al
termoplástico caliente através de un dado
abierto, que produce formas sólidas,
películas, tubos e incluso bolsas de plástico.
La extrusión puede utilizarse para recubrir
conductores y cables, ya sean termoplásticos
o elastómeros.
Aplicaciones
Biomédicas
1) Equipos e instrumentos quirúrgicos
Esta área está cubierta por los termoplásticos y termoestables convencionales
que se pueden encontrar en diversas aplicaciones de la vida diaria. Se refiere a los materiales con los que se elaboran inyectadoras, bolsas para suero o sangre, mangueras o tubos flexibles, adhesivos, pinzas, cintas elásticas, hilos de sutura, vendas, etc. Los materiales más usados son aquellos de origen sintético y que no son biodegradables, como polietileno, polipropileno, policloruro de vinilo, polimetilmetacrilato, policarbonato.
2) Aplicaciones permanentes dentro del organismo
Los materiales utilizados en estas aplicaciones deben ser materiales diseñados
para mantener sus propiedades en largos períodos de tiempo, por lo que se necesita que sean inertes, y debido a que su aplicación es dentro del organismo, deben ser
biocompatibles, atóxicos para disminuir el posible rechazo.
Las aplicaciones más importantes son las prótesis o implantes ortopédicos, elementos de fijación como cementos óseos, membranas y componentes de órganos
artificiales, entre otros. Entre los materiales más utilizados se encuentran: polímeros fluorados como el teflón, poliamidas, elastómeros, siliconas, poliésteres,
policarbonatos, etc.
El caso de prótesis vasculares, al ser un implante expuesto al contacto con la sangre, la propiedad fundamental requerida es que el material no provoque coagulación. Considerando este requisito, se aplican fibras de PET, espumas de poli (tetrafluoroetileno) expandido, poliuretanos segmentados y silicona porosa.
2
6
Otro de los campos donde los polímeros empiezan a tener una presencia significativa son los dispositivos de fijación ósea. Una de las opciones en este campo
la constituyen los cementos óseos, que son mezclas de materiales cerámicos con polímeros sintéticos rígidos como el polimetilmetacrilato.
También se han desarrollado numerosos estudios e investigaciones en el campo de implantes biodegradables que permitan solucionar las dificultades anteriores. Los polímeros o copolímeros de PLGA son los más empleados para esta aplicación, gracias principalmente a su biocompatibilidad.
2
7
Adhesivos
Definiciones:
Se puede definir adhesivo como aquella sustancia que aplicada entre las
superficies de dos materiales permite una unión resistente a la separación.
Denominamos sustratos o adherentes a los materiales que pretendemos unir por
mediación del adhesivo en cuestión. El conjunto de interacciones físicas y químicas
que tienen lugar en la interfase adhesivo/adherente recibe el nombre de adhesión.
Por adhesión se entiende la fuerza de unión en la interfase de contacto entre
dos materiales. Las fuerzas de Van der Waals tendrán una gran importancia en el
proceso. Pero, el rango de dichas fuerzas irá decreciendo a medida que los materiales
a unir se vayan alejando del denominado “contacto íntimo”. La resistencia de la
fuerza adhesiva depende del grado de mojado y de la capacidad adhesiva de la
superficie.
La cohesión es la fuerza que prevalece entre las moléculas dentro del
adhesivo, manteniendo el material unido. Estas fuerzas incluyen:
-Fuerzas intermoleculares de atracción – Van der Waals
-Enlaces entre las propias moléculas de polímero.
Tipos
*Los adhes ivos de reacción química c ura n mediante:
-Polimerización en etapa s por condensación, como las res inas epoxi. -Polimerización por adición, como los cianoacrilatos .
En los adhes ivos de reacción química a temperatura ambiente, la reacción es inicialmente rápida, pero puede tardar meses en completarse.
Estos adhesivos pueden ser, por ejemplo, los que usan el s is tema resina más endurecedor, como el caso de los epoxi.
*Los adhes ivos termofus ibles: Se basan en polímeros termoplásticos que tienen baja capacidad
calorífica como el EVA, o las poliolefinas. Son adhesivos viscosos , por lo que pueden presentar pobre mojabilidad de los sustratos . Son adecuados para
sustratos porosos (papel, cartón, telas ). Son, además, adhesivos rápidos , pero requieren la aplicación de presión durante la formación de la unión
adhes iva. Ejemplo: pega mento de barra.
*Los adhes ivos en disolución Contienen hasta un 30% de sólidos , en los adhesivos en base
solvente, o hasta un 55% de sólidos, en los adhesivos en emulsión. Ejemplos de estos adhes ivos son los adhesivos de contacto o las emulsiones
de PVA. No presentan problemas de mojabil idad de los sustratos, pero hay que eliminar el disolvente mediante capilaridad o por evaporación forzada.
2
8
*Los adhes ivos sensibles a la pres ión y las cintas adhes ivas :
Se soportan generalmente sobre un carrier. Ejemplos de estos adhes ivos son las cintas adhesivas . No presentan una alta adhesión pero
pueden unirse a cualquier tipo de sustratos . Son adhes ivos prácticamente exentos de disolventes . Se caracterizan por presentar (pegajosidad) y por generar una adhes ión inmedia ta adecuada. El mecanismo por el que actúan es la difus ión de cadenas de polímero a la superficie.
*De fusión por calor: Son polímeros termoplásticos y elastómeros termoplásticos que funden al
calentarse. Al enfriarse, el polímero se solidifica, uniendo las partes. Sus temperaturas de fusión típicas son de aproximadamente 80 a 110 ° C, lo que limita su uso a temperaturas elevadas.
Precaciones cara al diseño
Las uniones adhes ivas deben diseñarse para una aplicación concreta. Una unión adhes iva adecuada requiere:
1. Asegurar el uso de materias primas de primera calidad. 2. Cuidadoso control de calidad de los materia les a unir.
3. Realizar un exhaustivo y cuidadoso control de todas las etapas necesarias para realizar la unión adhes iva.
4. Respetar los tiempos necesarios para realizarl a uni ón. 5. Trabajar en condiciones adecuadas (espacio, ventilación,
atmósfera controlada). 6. Seguir escrupulosamente la normativa vigente tanto a nivel
técnico como medioambiental.
2
9
Aditivos
La mayoría de las propiedades de los polímeros se relacionan y se controlan con la
estructura molecular. Sin embargo, muchas veces es necesario modificar las propiedades mecánicas,
químicas y físicas en un grado mucho mayor que el permitido por la simple alteración de la
estructura molecular fundamental. Por ello, sustancias alógenas denominadas aditivos, se
introducen intencionadamente para modificar muchas de estas propiedades y para aumentar la
utilidad del polímero.
Rellenos: los materiales de relleno se adicionan a los polímeros para aumentar las
resistencias a la tracción, a la compresión y a la abrasión, la tenacidad, la estabilidad
dimensional y térmica... Como relleno se utiliza serrín, sílice, arena, vidrio, arcilla, talco….
Incluso polímeros sintéticos, todos ellos finamente pulverizados. El coste del producto final
disminuye porque estos materiales baratos sustituyen una parte del volumen de los
polímeros más caros.
Plastificantes: la flexibilidad, la ductabilidad y la tenacidad de los polímeros pueden
mejorarse. Su presencia también reduce la dureza y la fragilidad. Los plastificantes suelen
tener baja presión de vapor y bajo peso molecular. Las distintas moléculas de los
plastificantes ocupan posiciones entre las grandes cadenas poliméricas, incrementando la
distancia entre cadenas y reduciendo los enlaces secundarios intermoleculares.
Generalmente se utilizan plastificantes en la elaboración de polímeros frágiles a
temperatura ambiente, tales como cloruro de polivinilo y algún copolímero del acetato. Los
plastificantes disminuyen la temperatura de transición vítrea y de este modo los polímeros
se pueden utilizar a temperatura ambiente en aplicaciones que requieren algún grado de
flexibilidad y ductibilidad. Estas aplicaciones incluyen láminas delgadas o películas, tubos,
impermeables y cortinas.
Estabilizantes: algunos materiales polímeros, en condiciones ambientales normales se
deterioran rápidamente, generalmente en términos de integridad mecánica. Este deterioro
suele ser resultado de la exposición de la luz y a la oxidación. La radiación ultravioleta
interacciona con enlaces covalentes y puede romper algunos de ellos a lo largo de la cadena
molecular; esto puede generar también un entrecruzamiento de cadenas. El deterioro por
oxidación es consecuencia de la interacción química entre átomos de oxigeno y moléculas
poliméricas. Los aditivos que contrarrestan este proceso de deterioro se denominan
estabilizantes.
Colorantes: dan un color específico al polímero. Se pueden adicionar como tintes o
pigmentos. Los tintes actúan como disolventes y se incorporan a la estructura molecular del
polímero. Los pigmentos son como material de relleno que no se disuelven, sino que
permanecen como fases separadas; generalmente son partículas de pequeño tamaño,
transparentes y con índice de refracción próximo al polímero base. Otros aditivos dan
opacidad y color al polímero.
Ignífugos: la inflamabilidad de los polímeros es una característica de máximo interés, sobre
todo en la fabricación de textiles y juguetes para niños. La mayoría de los polímeros en
3
0
estado puro, son inflamables, a excepción de los que contienen elevada proporción de
cloruro y/o floruro tales como los cloruros de polivinilo y politetrafluoretileno. La resistencia
a la inflamabilidad de los polímeros combustibles aumenta adicionando aditivos
denominados ignífugos (o retardadores de llama). Estos aditivos funcionan interfiriendo el
proceso de combustión mediante una fase gaseosa o iniciando una reacción química que
enfría en la región de combustión y cesa el fuego.
3
1
Bibliografía
· Introducción·
www.joseluismesarueda.com/documents/TEMA_9_001.pdf
http://www.textoscientificos.com/polimeros/introduccion
http://www.profesorenlinea.cl/Quimica/PolimerosCeluloAlmid.htm
http://www.monografias.com/trabajos11/polim/polim.shtml#POLIM
iq.ua.es/TPO/Tema1.pdf
www.bibliociencias.cu/gsdl/collect/libros/index/assoc/...dir/doc.pdf
Libro: Ciencia e ingeniería de los materiales –Donald R. Askeland-
· Formación de polímeros·
Libro: Ciencia e ingeniería de los materiales –Donald R. Askeland-
www.joseluismesarueda.com/documents/TEMA_9_001.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADmero#Propiedades_el.C3.A9ctricas
www.educarchile.cl/.../P0001%5CFile%5CGuia%20para%20el%20do...
· Clasificación de los polímeros ·
www.joseluismesarueda.com/documents/TEMA_9_001.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Elast%C3%B3mero (elastómeros)
http://www.mitecnologico.com/mecatronica/Main/ClasificacionPolimeros
http://www.misrespuestas.com/que-son-los-elastomeros.html
http://www.obtesol.es/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=176
· Procesado de polímeros ·
Libro: Ciencia e ingeniería de los materiales –Donald R. Askeland-
www.joseluismesarueda.com/documents/TEMA_9_001.pdf
3
2
Ciencia de los materiales
Aplicaciones de los polimeros | RaquelSerrano Lledó
EMI
KRISTINA
PIKKARAINEN
APLICACIONES
BIOMÉDICAS DE LOS
POLÍMEROS
3
3
IMPLANTES
La necesidad de ofrecer una mejor calidad de vida a personas que sufren ciertos
padecimientos crónicos sin solución médica, ha llevado a la búsqueda de materiales
que puedan sustituir las diferentes partes del cuerpo humano. La investigación y
desarrollo de los materiales de "repuesto" para nuestro organismo ha permitido que
hoy se puedan reemplazar numerosos órganos y tejidos con resultados satisfactorios.
Los materiales que se emplean para la fabricación de implantes son de naturaleza
diversa; pueden elaborarse con tejidos de los mismos pacientes (implantes
autógenos o autoinjerto), con tejidos de algún donante humano (homoinjerto) o de
otras especies (heteroinjerto), así como a partir de materiales hechos por el propio
hombre (aloinjertos); a estos últimos se les conoce como biomateriales, y pueden ser
de origen sintético o natural (pero modificados por el hombre). Éstos se utilizan en la
fabricación de dispositivos médicos capaces de desempeñar diferentes funciones en
el organismo humano.
Entre los biomateriales de origen sintético se encuentran los metálicos, cerámicos,
poliméricos y los compuestos. Debido a la versatilidad y amplísima gama de
propiedades que ofrecen los poliméricos, representan el grupo más utilizado.
En las últimas décadas, las investigaciones sobre biomateriales han tenido resultados
espectaculares en el campo de implantes. De hecho, casi cualquier parte del
organismo humano puede ser reemplazado por algún dispositivo de plástico o
combinación de plástico con metales o cerámicas.
Una ventaja de los polímeros frente a otros materiales es que se fabrican en diversas
formas: bloques, fibras, filmes, polvos, etcétera. Además, pueden desempeñar tanto
funciones temporales como permanentes. En el caso de aplicaciones temporales se
utilizan polímeros biodegradables, esto es, materiales que, después de cumplir su
función, se biodegradan y se reducen a moléculas pequeñas que se integran a los
ciclos biológicos habituales del organismo. En el caso de aplicaciones permanentes,
se requiere que el polímero no modifique sus propiedades durante la vida del
implante. Entre las características que éstos deben cumplir están:
Biofuncionalidad: la función del órgano o tejido que reemplazan debe ser garantizada
durante todo el período de uso.
Bioestabilidad: el medio biológico no debe impedir el buen funcionamiento del
biomaterial ni modificar sus propiedades.
Biocompatibilidad: el biomaterial no debe ocasionar disturbios en el sistema
biológico.
3
4
Esterilizabilidad: los procedimientos de esterilización no deben alterar las
propiedades del material.
El desarrollo de biomateriales con estas características resulta complejo, largo y
costoso, y además debe llevarse a cabo por un equipo de investigación
multidisciplinario. Después de que se obtiene el material con las peculiaridades
deseadas, sigue la etapa de diseño y fabricación de prototipos y de evaluaciones
toxicológicas mediante ensayos in vitro e in vivo. Al final se efectúan protocolos de
ensayos y se estudia su efectividad en humanos. Toda la etapa de investigación
puede originar que transcurran hasta más de diez años antes de que un nuevo
material salga al mercado.
No todos los materiales poliméricos poseen una biocompatibilidad aceptable con el
organismo humano y por ello sólo un número limitado ha sido permitido en
aplicaciones médicas.
3
5
Éxito: primer implante de corazón plástico
Abiomed Inc. es la compañía creadora
de AbioCor Total Replacement Heart, un
corazón artificial creado para implantes
en pacientes que no tienen otras
opciones médicas disponibles. Este
corazón fue creado después de tres
décadas de investigaciones y pruebas
clínicas. Finalmente el día de ayer fue
implantado exitosamente en un
paciente por el médico cirujano Mark
Anderson en el Robert Wood Johnson
University Hospital.
El AbioCor fue implantado en un
hombre de 76 años de edad que fue
diagnosticado con falla cardiaca en sus
últimas etapas, y no calificaba para
ninguna otra opción médica. El paciente está vivito y coleando una semana después
de la cirugía y parece estarse recuperando exitosamente.
AbioCor está diseñado para permitir al paciente seguir una vida productiva, y se considera un salto tecnológico respecto de los corazones mecánicos anteriores.
Este corazón artificial implantado consta de una bomba hidráulica activada electrónicamente, colocada en el
interior del tórax para reducir los riesgos de infección. Recibe su energía a través de un cable que sale por la oreja
izquierda, el cual llega de una batería que el paciente porta en el cinturón. Esta pila se recarga cada noche a la corriente
eléctrica, como si se tratara de un teléfono móvil cualquiera.
El corazón artifical mide aproximadamente cuatro
centímetros de largo y pesa casi 400 gramos.
3
6
Implante de mama
El implante de mama es una prótesis usada en cirugía estética para aumentar el
tamaño de las mamas (mamoplastia ) o realizar una reconstrucción de pechos , por
ejemplo, para corregir deformidades genéticas, tras una mastectomía o como parte
de la cirugía de cambio de sexo.
Tipos de implantes
Según su transparencia a los Rayos X.
Radiotransparentes. Facilitan el empleo de la Mamografía. El más conocido es el implante de aceite de soja, fue retirado porque en los ensayos clínicos a largo plazo presento problemas de teratogenicidad y carcinogenicidad, hoy en día hay Implde Metilcelulosa que pueden ser empleados pero sobre los que hay poca experiencia.
Radioopacos. Dejan una mancha blanca en la mamografía formados por un envoltorio de silicona con un contenido que puede ser de suero o de silicona.
Según el relleno de los mismos.
Implantes de suero. Se utilizan como alternativa a la silicona. El suero tiene como ventaja que en caso de rotura de la prótesis, su contenido se absorbe por el cuerpo y la prótesis se deshincha. Como desventajas están el que la prótesis puede perder
volumen por la difusión del suero a través de la cápsula de la prótesis, y que su textura es más rígida.
Implantes De Silicona. Son los más utilizados. Esta demostrado que es el material más seguro. Su textura es blanda y muy similar a la de la mama normal
Implantes De Gel Cohesivo. Es la novedad de los implantes. Su aportación es que en caso de rotura, El Gel De Silicona No Sale De La Cápsula. Por lo tanto su margen de seguridad se incrementa.
Formas de los implantes:
Redondos: Colocados verticalmente tienen la misma anchura tanto en la parte
superior como en la inferior.
Anatómicos: Con forma de gota, es decir mas anchos en la base. Se idearon
para que proporcionaran un aspecto más natural ya que en cierto modo imitan la
forma del pecho no operado.
3
7
Indicaciones clínicas
Las indicaciones clínicas para el uso de implantes de seno suelen ser para la
reconstrucción después del cáncer de seno, cirugía de re asignación de
género (comúnmente llamado cambio de sexo), y para otras anormalidades que
afectan la forma y el tamaño del seno.
La mayoría de los aseguradores en algunos países solo reembolsaran la colocación de
implantes de seno por estas indicaciones, no cuando se hace por razones cosméticas,
que es lo más común.
Los implantes del seno pueden estar contraindicados en desórdenes dismórficos del
cuerpo, donde mujeres con ese desorden tienen un sentido retorcido de su propio
cuerpo. Esto puede tener como resultado cirugías plásticas repetidas para corregir
imperfecciones percibidas.
Vías de implantación
Los implantes pueden introducirse por la siguientes vías:
Vía submamaria: a través de una incisión situada en el pliegue submamario.
Vía areolar: la incisión se sitúa en el limite del complejo areola-pezón.
Vía axilar: la prótesis se introduce por una incisión situada en el fondo de la
cúpula axilar.
3
8
Plano de colocación del implante
Los implantes pueden situarse en la mama a varios niveles.
Subglandular: bajo la glándula mamaria y sobre la aponeurosis del músculo
pectoral mayor.
Subpectoral: entre el músculo pectoral mayor y el plano costal
Subfascial: entre la aponeurosis y el músculo pectoral.
Tanto la vía de introducción como la situación de la prótesis dependen de la
valoración de cada caso, preferencias y experiencia del cirujano.
Contractura Capsular
Cuando se coloca una prótesis de mama, el cuerpo reacciona envolviéndola con una
fina lámina que la aísla y que se denomina cápsula periprotésica.
En algunos casos (2 ó 3 %) esta reacción es violenta y la cápsula se hace muy gruesa,
comprimiendo la prótesis, dando a la mama un aspecto redondeado y tacto muy
duro. Es lo que se llama contractura capsular y que si no mejora con medicación
puede obligar a una reintervención.
3
9
BIBLIOGRAFIA http://www.eis.uva.es/~macromol/curso04-05/bio/implantes.htm
(IMPLANTES)
http://www.jambitz.com/exito-primer-implante-de-corazon-plastico/
(corazón)
http://hipocrates.tripod.com/noticias/corazon_artificial.htm (corazon)
http://alt1040.com/2010/10/realizan-primer-transplante-infantil-de-corazon-
artificial-permanente (corazon)
http://es.wikipedia.org/wiki/Implante_de_mama (mama)
http://www.aumentodemamas.es/4.2%20formacion%20de%20la%20capsula
%20y%20contractura%20capsular.htm (mama)
4
0
Aplicaciones
de polímeros en
automoción
ELASTÓMERO
DE
POLIURETANO
TERMOPLÁSTICO
(TPU)
4
1
ELASTÓMERO DE POLIURETANO TERMOPLÁSTICO (TPU) El Poliuretano Termoplástico es una de las variedades existentes
dentro de los poliuretanos. Es un polímero elastómerico lineal y, por ello, termoplástico.
Este elastómero puede ser conformado por los procesos habituales para termoplásticos, como moldeo por inyección, extrusión y soplado. Se designa comúnmente como TPU. El Poliuretano Termoplástico se caracteriza por su alta resistencia a la abrasión, al desgaste, al desgarre, al oxígeno, al ozono y a las bajas temperaturas. Esta combinación de propiedades hace del Poliuretano Termoplástico un plástico de ingeniería, por esta razón, se utiliza en aplicaciones especiales.
Rígido y flexible a la vez: la combinación de termoplásticos
“rígidos” con elastómero de poliuretano termoplástico (TPE) flexible en una
misma pieza está encontrando cada vez más aceptación en el automóvil.
Los motivos son sus buenas propiedades mecánicas y las muchas
posibilidades de diseño y fabricación económica por inyección de dos
componentes. Este material nos ofrece también unas interesantes prestaciones
en cuanto a resistencia y durabilidad, ya que soporta bien los cambios de temperatura y su comportamiento es resistente a la abrasión y al
desgarro progresivo. Una de estas aplicaciones puede verse en el habitáculo de todos
los modelos BMW, donde existen muchas piezas de plástico cuya
superficie está formada por una capa de Desmopan (TPU) de Bayer. Un ejemplo son las alfombrillas tipo bandeja y los revestimientos del tablero de mandos y de la consola central de los modelos de las series 3, 5 y 7. Se utiliza el Desmopan combinado con termoplásticos rígidos como Novodur, un polímero ABS y Bayblend, una mezcla de ABS y policarbonato.
4
2
Gracias a sus propiedades, estas piezas del habitáculo incrementan
la comodidad y la seguridad del vehículo. Por su gran atenuación de
ruidos, las bandejas de material flexible absorben el tableteo de gafas y
móviles lo que hace una conducción más tranquila para el conductor y sus
acompañantes. El TPU posee una superficie
antideslizante que impide, por ejemplo, que un manojo de llaves se desplace de un lugar a otro en cada curva y, en el caso de las juntas de estanqueidad, amortiguan el ruido provocado al cerrar de un portazo.
En este caso, los
plásticos hacen de viajar en automóvil, una actividad más agradable.
4
3
Emi Kristina Pikkarainen
Aplicaciones de los polimeros
4
4
APLICACIONES DE POLIMEROS
Tablas de Surf, de Snowboard, esquís.
Las tablas de surf están hechas a base de un Foam o Surf-Blank, a base de
espuma de poliuretano (P.U.) de color blanco, que es la parte de adentro de
tu tabla. El bloque de Foam tiene en el medio una vari lla de madera que lo
atraviesa longitudinalmente. Para finalizar se hace la laminación con fibra de
vidrio y resina poliéster.
Corte transversal de una tabla en la que se aprecia el interior de
poliuretano y la laminación de resina poliéster y tela de fibra de vidrio.
También las tablas de snowboard y los esquís tienen el núcleo de
poliuretano.
Nieve artificial
4
5
El poliacrilato de sodio (CH2CH(CO2Na) que también se le conoce como
Súper Absorbente o SAP (super absorbent polymer) es empleado como nieve
artificial en instalaciones cerradas para la práctica del esquí. La nieve se
prepara hinchando el polímero con una cantidad de agua 100 veces su peso y
congelándose in situ
Músculos y nervios artificiales para robótica y prostética
Los polímeros electroactivos, PEA o EAP son polímeros que presentan
alguna actividad (usualmente cambio de forma o tamaño) al ser estimulados
por un campo eléctrico. Entre sus aplicaciones está la generación
de músculos artificiales para ser empleados en robótica y en prostética.
Una típica propiedad característica de los PEA es que pueden soportar una
gran deformación al ser sometidos a grandes fuerzas
Estos músculos artificiales tienen sensibilidad al tacto y son capaces de
empujar un obstáculo de acuerdo al esfuerzo necesario.
4
6
Pantallas Braille
También de los EAP se han desarrollado pantallas que permiten a las
personas con discapacidad visual leer e interactuar con un ordenador. Las
señales de un ordenador llegan a una banda de EAP ( función sensora) en la
que se disponen unos electrodos. Estos electrodos según les llegue señal
producen un hundimiento o relieve de la zona formando puntos Braille.
4
7
4
8
[Escriba el tí tulo del documento]
Araceli Galiano Salas
[Escriba aquí una descripción breve del documento. Normalmente, una
descripción breve es un resumen corto del contenido del documento. Escriba aquí
una descripción breve del documento. Normalmente, una descripción breve es un
resumen corto del contenido del documento.]
4
9
El chicle existe desde hace muchos
años. Antiguamente los griegos mascaban una
suscancia gomosa llamada mastiche que era extraida de la resina del arbol la masilla.
Los mayas en America Central mascaban una goma extraida del arbol zapote que mas
tarde seria llamado chicle.
El chicle se define como una base de goma de mascar (polímero sintético
masticable), la cual sufre diversos cambios hasta obtener una estructura gomosa de
sabor agradable.
La base o polimero sintetico en estado solido sufre varios cambios durante la
elaboración de goma de mascar debido a las etapas del proceso que siguen. Las
etapas son:
– Fundido de la base hasta alcanzar una textura gomosa.
– Mezcla con otros ingredientes donde se forma la goma (azucar, glucosa,
saborizantes..)
La base debe mantenerse entre la temperatura de transicion vitrea y de fusión para
que sea más facil la mezcla.
– Laminación y marcado para obtener las diferentes formas.
– Recubrimiento de jarabes de azucar.
Componentes goma de mascar:
– Base: sustancia o mezcla de sustancias de origen natural o sintético
concentradas, adicionadas de un ablandador o plastificante. Se dividen en dos
5
0
grandes grupos: masticables o hinchables. La diferencia es la capacidad de hacer
pompas que posee cada tipo. Los hinchables contienen mas niveles de caucho o
polímeros. Esta mayor proporcion produce mayor elasticidad por eso se pueden
hacer mejor las pompas.
– El polimero sintetico no debe tener sabor, debe ser maleable y flexible con
capacidad para absorber aromas despues de ser procesada.
– Para que un polimero tenga caracteristicas especiales como maleabilidad y
flexibilidad necesita la ayuda de otros componentes poliméricos como los
elastómeros.
La base de la goma de mascar está constituida por un polímero termoplástico
que puede ser fundido y solidificado. Los polímeros termoplásticos tienen largas
cadenas que se entrelazan y son rígidas a bajas temperaturas, pero con la aplicación
gradual de calor se suavizan y se vuelven maleables tras atravesar la temperatura de
transición vítrea. Por debajo de esta
temperatura la goma es quebradiza.
Se le puede añadir plastificantes, con esto
se altera el comportamiento tensión-
estiramiento del plástico y por tanto hace
más flexible al polímero.
– Glucosa: Debe ser incoloro, inodoro y con sabor dulce. Sus funciones son dar
plasticidad, evitar la fragilidad en la goma por medio de la retención de humedad,
mantener la goma húmeda y agradable al masticar, y facilitar la mezcla del azúcar con
la base de la goma.
– Sacarosa: Funciona como edulcorante y evita que el chicle absorba humedad
durante el bañado. Tiene efecto definido en la fragilidad o la flexibilidad final.
– Almidón: Hace que el chicle se humedezca lo
justo y necesario, además impide que el polímero no
5
1
desarrolle su capacidad de hidratación.
– Esencias: o aromas que además de dar sabor al chicle es un ablandador para la
goma base y tiene efecto en la textura del chicle. Deben contener aceites esenciales,
que son los mejores plastificantes para la base.
Es muy importante la temperatura y su control en el proceso de creación del
chicle, ya que cambios bruscos o temperaturas inadecuadas en cada proceso pueden
provocar que el producto se estropee, ya sea cambiando su textura, haciendo que se
pegue...
Bibliografía:
http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/mca/perez_a_p/capitulo3.pdf
5
2
DISTRIBUCIÓN DEL TRABAJO
Araceli Galiano Salas
Presentación: Introducción procesado
Chicles. Busqueda de información y presentación
Borja Chaparro Cobos
Presentación: Introducción polímeros
(preparación clasificación polímeros)
Enelio Herrera Díaz
Presentación: Formación por adición
Maquetación Word: Clasificación de polímeros
(preparación clasificación polímeros)
A. Felipe García Muñoz
Informarse de cómo realizar un experimento
Realización de experimento
Marina Calderón Lloret
Presentación: Procesado
Realización de experimento
Guillermo Gómez Amérigo
Presentación: Forma molecular
Presentación: Aditivos
Modificación: Adhesivos
Víctor Lisart Tíscar
Presentación: Estructura molecular (le tocaba elastómeros)
Presentación: Adhesivos
Maquetación: Adhesivos
Ángela Caravantes García
Distribución del trabajo
Recopilación de información: Materiales poliméricos
Presentación: Propiedades generales
Realización Power Point: adhesivos y aditivos
Maquetación: Materiales poliméricos
Raquel Serrano Lledó
Distribución del trabajo
Presentación: termoplásticos y termoestables
Implantes: Búsqueda de información, Power Point y Presentación
Maquetación Word: Clasificación de polímeros
Maquetación Power Point: Clasificación de polímeros
Estefanía García Rojano
Realización Power Point: Materiales Poliméricos
5
3
Amanda Espejo Ordoñez
Realización Power Point: Materiales Poliméricos
Laura Barlow Prolongo
Realización Power Point: Materiales Poliméricos
Leysan Yusupova
Realización Power Point: Materiales Poliméricos
Alicia Donaire Falcón
Realización Power Point: Materiales Poliméricos
Aplicaciones de polímeros en automoción: Búsqueda de información, Power
Point y Presentación
Mª José Moreno Riola
Búsqueda de información de aditivos y adhesivos
Daniel Cifuentes Mateo
Búsqueda de información de aditivos y adhesivos
Mª Jesús Naranjo Montero
Presentación: Formación por condesación
Víctor Reyes Martínez
Presentación: Aplicaciones biomédicas
Martín Nieto
Presentación: Propiedades generales
Carlos Pardo Zaragoza
Presentación: Elastómeros
Yoel García Pérez
Búsqueda de información: Clasificación de polímeros
Federico Sánchez Díaz
Búsqueda de información: Clasificación de polímeros
Raúl Segado Cáceres
……
Alejandro Guerra Herrera
Resumen Power Point: Clasificación de polímeros
Presentación: Clasificación de polímeros
Alejandro Cabello Portillo
Presentación: Clasificación polímeros
Emmi Kristina Pikkarainen
Aplicaciones de polímeros: Búsqueda de información, Power Point,
Presentación
