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1Materiales Industriales I - Fiuba

POLIMEROS

• Los Polímeros, provienen de las palabras griegas Poly y Mers, que significa muchas partes, son grandes moléculas o macromoléculas formadas por la unión de muchas pequeñas moléculas: sustancias de mayor masa molecular entre dos de la misma composición química, resultante del proceso de la polimerización

http://www.monografias.com/Quimica/index.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCE


POLIMEROS NATURALES

PProvienen directamente rovienen directamente del reino vegetal o animal. del reino vegetal o animal.

Por ejemplo: celulosa, Por ejemplo: celulosa, almidalmidóón, n, proteproteíínasnas, caucho , caucho

natural, natural, áácidoscidos nucleicosnucleicos

HemoglobinaHemoglobina

http://www.monografias.com/trabajos10/compo/compo.shtml

http://www.monografias.com/trabajos5/aciba/aciba.shtml


POLIMEROS:POLIMEROS:¿¿Que es un polQue es un políímero?mero?

Es una macromolécula formada por la unión de moléculas de menor tamaño que se conocen como monómeros.

n n 1 MONOMERO2 DIMERO3 TRIMERO> 20 POLIMERO4 -20 OLIGOMEROS


POLIMEROS SINTETICOSTIPOS DE POLÍMEROS

• Plásticos: polietileno• Elastómeros: caucho• Termorrígidos: baquelita• Fibras: poliéster

Son los que se obtienen por Son los que se obtienen por procesosprocesos de polimerizacide polimerizacióón n

controlados por controlados por el hombreel hombre a partir a partir de materias primas de bajo peso de materias primas de bajo peso

molecularmolecular. .

http://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCE

http://www.monografias.com/trabajos15/fundamento-ontologico/fundamento-ontologico.shtml

POLIMEROS NATURALES: ADN

AT

G

C

C

G

T

A

O

OH H

HHH H

CH2

N

N

N

N

O

N H

H

HNN

O

N

H

H

O

PO2

O

O

O H

HHH H

CH2

N

NN

N

NHH

NN

O

O

H3C

HPO2

O

O H

HHH H

CH2

N

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N

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N H

H

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O

N

H

H

O

PO2

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O H

HHH H

CH2

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NN

N

NHH

NN

O

O

H3C

HP O

H

H HHH

CH2

O

OH

H HHH

O

CH2

O

OH

H HHH

CH2

O

OH

H HHH

CH2

O

PO2

O

OPO2

PO2

P

OH



CELULOSA

ALMIDALMIDÓÓNN

Hidrato de carbonoHidrato de carbono


MOLECULAS DE HIDROCARBUROS

• SATURADAS: enlaces covalentes simples.• Metano CH• Etano C 2 H 6• Propano C 3 H 8• Butano C 4 H 10• Octano C 8 H 18

• H H H H H H H H • H—C—C—C—C—C—C—C—C—H• H H H H H H H H


MOLECULAS DE HIDROCARBUROS

• MOLECULAS INSATURADAS:

• Tienen doble o triple enlaces covalentes

• H H• Doble etileno C 2 H 4 C==C• H H

• Triple acetileno C2 H2 H—C=-C—H


POLIMERIZACIÓN

• R* SUSTANCIA CATALIZADORA con electrón desapareado

• C 2 H 4 gas etileno; molécula insaturada


LinealLineal

RamificadoRamificado

EntrecruzadoEntrecruzado

ESTRUCTURA DE LA CADENAESTRUCTURA DE LA CADENATIPOS DE POLTIPOS DE POLÍÍMEROSMEROS


CONFIGURACIÓN MOLECULAR

• Estereoisomería:• ISOTÁCTICA: todos los grupos R estan a un

mismo lado de la cadena.

• SINDIOTÁCTICA: los grupos R estan alternados a ambos lados de la cadena.

• ATÁCTICOS: los grupos R estan en forma• Aleatoria.


TACTICIDAD Y PROPIEDADES


ESTRUCTURACristalinos vs. Amorfos

En general, al aumentar la En general, al aumentar la cristalinidadcristalinidad no sno sóólo aumenta lo aumenta la opacidad sino tambila opacidad sino tambiéén la n la rigidez y la resistencia a la rigidez y la resistencia a la

traccitraccióón n ––estiramientoestiramiento-- de los de los polpolíímeros debido a las meros debido a las fuerzas fuerzas intermolecularesintermoleculares que actque actúúan an

entre las cadenas. entre las cadenas.


POLIMERIZACION DE PLASTICOS

• POLIMEROS DE ADICION• Polimerización en cadena de monómeros no saturados.• INICIACIÓN• PROPAGACIÓN• TERMINACIÓN• INICIACIÓN: Activación del monómero : catalizadores• calor, radiación• Apertura del doble enlace con formación de un radical o un ion• R-CH2- XCH*• PROPAGACION : Adición sucesiva y rápida de los monómeros a

los centros activos• TERMINACIÓN : Desactivación de las especies activas, por

reacción mutua o con otras moléculas .• POLIMEROS DE CONDENSACIÓN• Enlace a través de grupos funcionales de las moléculas de • monómeros.• EJEMPLOS ESTERIFICACION• AMIDACION


SINTESIS DE POLIMEROS

• UNA NUEVA CLASIFICACIÓN

– POLÍMEROS DE ADICIÓN– POLÍMEROS DE

CONDENSACIÓN


POLIMERIZACIÓN


POLIMERIZACIÓN DE ADICIÓNIÓNICA


POLIMERIZACIÓN DE ADICIÓNEN CADENA POR RADICALES LIBRES


INICIADORES


TERMINACION


POLIMERIZACIÓN DE ADICIÓN ORGANOMETALICA


POLIMEROS DE ADICIONName(s) Formula Monomer Properties Uses Polyethylenelow density (LDPE) - (CH2-CH2)n-

ethyleneCH2=CH2

soft, waxy solid film wrap, plastic bags

Polyethylenehigh density (HDPE) - (CH2-CH2)n-

ethyleneCH2=CH2

rigid, translucent solid

electrical insulationbottles, toys

Polypropylene(PP) different grades - [CH2-CH(CH3)]n-

propyleneCH2=CHCH3

atactic: soft, elastic solidisotactic: hard, strong solid

similar to LDPEcarpet, upholstery

Poly(vinyl chloride)(PVC) - (CH2-CHCl)n-

vinyl chlorideCH2=CHCl strong rigid solid pipes, siding,

flooring

Poly(vinylidenechloride)(Saran A)

- (CH2-CCl2)n-vinylidenechlorideCH2=CCl2

dense, high-melting solid

seat covers, films

Polystyrene(PS) - [CH2-CH(C6H5)]n-

styreneCH2=CHC6H5

hard, rigid, clear solidsoluble in organic solvents

toys, cabinetspackaging (foamed)

Polyacrylonitrile(PAN, Orlon, Acrilan) - (CH2-CHCN)n-

acrylonitrileCH2=CHCN

high-melting solidsoluble in organic solvents

rugs, blanketsclothing


POLIMEROS DE ADICION

Polytetrafluoroethylene(PTFE, Teflon)

- (CF2-CF2)n-tetrafluoroethyleneCF2=CF2

resistant, smooth solid

non-stick surfaceselectrical insulation

Poly(methylmethacrylate)(PMMA, Lucite, Plexiglas)

- [CH2-C(CH3)CO2CH3]n-

methyl methacrylateCH2=C(CH3)CO2CH3

hard, transparent solid

lighting covers, signsskylights

Poly(vinyl acetate)(PVAc)

- (CH2-CHOCOCH3)n-

vinyl acetateCH2=CHOCOCH3

soft, sticky solid latex paints, adhesives

cis-Polyisoprenenatural rubber

- [CH2-CH=C(CH3)-CH2]n-

isopreneCH2=CH-C(CH3)=CH2

soft, sticky solid

requires vulcanizationfor practical use

Polychloroprene(cis + trans)(Neoprene)

- [CH2-CH=CCl-CH2]n-

chloropreneCH2=CH-CCl=CH2

tough, rubbery solid

synthetic rubberoil resistant


POLIMEROS DE CONDENSACIONPOLIMEROS DE CONDENSACIONFormula TIPO COMPONENTES

~[CO(CH2)4CO-OCH2CH2O]n~ polyester HO2C-(CH2)4-CO2HHO-CH2CH2-OH

polyesterDacronMylar

para HO2C-C6H4-CO2HHO-CH2CH2-OH

polyester meta HO2C-C6H4-CO2HHO-CH2CH2-OH

polycarbonateLexan

(HO-C6H4-)2C(CH3)2(Bisphenol A)

X2C=O(X = OCH3 or Cl)

~[CO(CH2)4CO-NH(CH2)6NH]n~

polyamideNylon 66

HO2C-(CH2)4-CO2HH2N-(CH2)6-NH2

~[CO(CH2)5NH]n~ polyamideNylon 6Perlon

polyamideKevlar

para HO2C-C6H4-CO2Hpara H2N-C6H4-NH2


POLIMERIZACIÓN EN ETAPAS(CONDENSACIÓN)

SEA

El lignano es un polímero natural quejunto con la celulosaconstituye la madera


Tensión –deformación de polímeros


PROPIEDADES MECÁNICAS a temp. ambte.


Temperatura Tg-transición vítrea


POLIMEROS DE MAYOR CONSUMO


POLÍMEROS DE MAYOR CONSUMO


POLICARBONATO (COMERCIAL)

Bisfenol A

Fosgeno

Reacción bifásica(H2O/solvente)

Bu4NX catalizador de transferencia de fase


OTROS BISFENOLES


Es el polímero que más se ve en la vida diaria. El plástico más popular del mundo. Éste es el polímero que hace las bolsas de almacén, los frascos de champú, los juguetes de los niños, e incluso chalecos a prueba de balas. Material versátil. Estructura muy simple.

En ocasiones es un poco más complicado. A veces algunos de los carbonos, en lugar de tener hidrógenos unidos a ellos, tienen asociadas largas cadenas de polietileno. Esto se llama polietileno ramificado, o de baja densidad, o LDPE. Cuando no hay ramificación, se llama polietileno lineal, o HDPE. El polietileno lineal es mucho más fuerte que el polietileno ramificado. El ramificado es más barato y mas fácil de


POLIETILENO• El polietileno de alta densidad (PAD):

– es un sólido rígido translúcido – se ablanda por calentamiento y puede ser moldeado como

películas delgadas y envases– a temperatura ambiente no se deforma ni estira con facilidad. Se

vuelve quebradizo a -80 °C. – es insoluble en agua y en la mayoría de los solventes orgánicos.

• El polietileno de baja densidad (PBD):– Es un sólido blando translúcido– Se deforma completamente por calentamiento. Sus films se

estiran fácilmente, por lo que se usan comúnmente para envoltorios (de comida, por ejemplo).

– Es insoluble en agua, pero se ablanda e hincha en presencia de solventes hidrocarbonados

– También se vuelve quebradizo a -80 ° C

• El polipropileno es uno de esos polímeros versátiles.• Cumple una doble tarea, como plástico y como fibra. • Como plástico se utiliza para hacer envases para alimentos

capaces de ser lavados en un lavaplatos. Esto es factible porque no funde por debajo de 160 oC. (el polietileno, se recalienta a aproximadamente 100oC), lo que significa que los platos de polietileno se deformarían en el lavaplatos.

• Como fibra, el polipropileno se utiliza para hacer alfombras de interior y exterior, la clase que usted encuentra siempre alrededor de las piscinas y las canchas de mini-golf. El polipropileno, a diferencia del nylon, no absorbe el agua.

• Estructuralmente es un polímero vinílico, similar al polietileno, sólo que uno de los carbonos de la unidad monomérica tiene unido un grupo metilo. El polipropileno se puede hacer a partir del monómero propileno, por polimerización Ziegler-Natta y por polimerización catalizada por metalocenos.


http://www.pslc.ws/spanish/plastic.htm

http://www.pslc.ws/spanish/fiber.htm

http://www.pslc.ws/spanish/fiber.htm

http://www.pslc.ws/spanish/pe.htm


http://www.pslc.ws/spanish/nylon.htm

http://www.pslc.ws/spanish/vinyl.htm

http://www.pslc.ws/spanish/ziegler.htm

http://www.pslc.ws/spanish/mcene.htm


POLIPROPILENO

• El polipropileno se sintetiza por la polimerización del propileno.Las macromoléculas de polipropileno contienen de 5,000 a 20,000 unidades monoméricas. El arreglo estérico de los grupos metilo unidos en cada átomo de carbono secundario puede variar. Si todos los grupos metilos se ubican en el mismo lado de la cadena molecular, el producto se conoce como polipropileno "isotáctico". Solamente el polipropileno isotáctico cumple con los requisitos necesarios para uso en la fabricación de artículos sólidos.La estructura estereo-regular favorece el desarrollo de regiones cristalinas. En las piezas moldeadas se obtiene una cristalinidad del 50 al 70%, dependiendo de las condiciones de procesamiento. Las cadenas moleculares raramente se incorporan en su totalidad a los dominios cristalinos, ya que contienen partes no isotácticas, y por lo tanto, incapaces de cristalizar. Es por eso que se usa el término "parcialmente" cristalinos. La estructura cristalina da origen a alta resistencia y rigidez a partir de las fuerzas secundarias, mientras que las regiones desordenadas amorfas retienen una gran movilidad. El polipropileno isotáctico es entonces un material termoplástico que, aún por encima de la temperatura de transición de segundo orden, presenta una relativamente alta rigidez y resistencia.


POLIPROPILENO HOJA2

• ¿Quiere saber más?• El polipropileno que utilizamos, es en su mayor parte isotáctico. Esto significa

que todos los grupos metilos de la cadena están del mismo lado, de esta forma:

• Pero a veces utilizamos el polipropileno atáctico. Atáctico significa que los grupos metilos están distribuidos al azar a ambos lados de la cadena, de este modo:

• Sin embargo, usando catalizadores especiales tipo metaloceno, podemos hacer copolímeros en bloque, que contengan bloques de polipropileno isotáctico y bloques de polipropileno atáctico en la misma cadena polimérica, como lo mostramos en la figura:

• Este polímero es parecido al caucho y es un buen elastómero. Esto es porque los bloques isotácticos forman cristales. Pero dado que los bloques isotácticos están unidos a los bloques atácticos, cada pequeño agrupamiento de polipropileno cristalino isotáctico quedaría fuertemente enlazado por hebras del dúctil y gomoso polipropileno atáctico, como usted puede ver en la figura de la derecha.

• Para ser honestos, el polipropileno atáctico sería parecido a la goma sin ayuda de los bloques isotácticos, pero no sería muy fuerte. Los bloques isotácticosrígidos mantienen unido al material atáctico gomoso, dándole más resistencia. La mayoría de los tipos de caucho deben ser entrecruzados para darles fuerza, pero eso no ocurre con los elastómeros del polipropileno.

• El polipropileno elastomérico, como es llamado este copolímero, es una clase de elastómero termoplástico.

http://www.pslc.ws/spanish/coply.htm

http://www.pslc.ws/spanish/elas.htm

http://www.pslc.ws/spanish/crystal.htm

http://www.pslc.ws/spanish/xlink.htm

http://www.pslc.ws/spanish/tpe.htm


• El poliestireno es un plástico económico y resistente y probablemente sólo el polietileno sea más común en su vida diaria

• Puede presentarse en forma de espuma para envoltorio y como aislante. (StyrofoamTM es una marca de espuma de poliestireno). Las tazas rígidas transparentes están hechas de poliestireno. También una gran cantidad de partes moldeadas en el interior de su auto, como los botones de la radio. El poliestireno también es usado en juguetes y para las partes exteriores de secadores de cabello, computadoras y accesorios de cocina.

• El poliestireno es un polímero vinílico. Estructuralmente, es una larga cadena hidrocarbonada, con un grupo fenilo unido cada dos átomos de carbono. Es producido por una polimerización vinílica por radicales libres a partir del monómero estireno.




http://www.pslc.ws/spanish/radical.htm


• El poliestireno es también un componente de un tipo de caucho duro llamado poli(estireno-butadieno-estireno), o caucho SBS. El caucho SBS es un elastómero termoplástico

• Hay una nueva clase de poliestireno, llamada poliestirenosindiotáctico. Es diferente porque los grupos fenilo de la cadena polimérica están unidos alternativamente a ambos lados de la misma. El poliestireno "normal" o poliestireno atáctico no conserva ningún orden con respecto al lado de la cadena donde están unidos los grupos fenilos.

• El nuevo poliestireno sindiotáctico es cristalino, y funde a 270oC. • El poliestireno sindiotáctico se obtiene por polimerización catalizada

por metalocenos

http://www.pslc.ws/spanish/sbs.htm

http://www.pslc.ws/spanish/tpe.htm

http://www.pslc.ws/spanish/tact.htm

http://www.pslc.ws/spanish/tact.htm

http://www.pslc.ws/spanish/crystal.htm




•PVC


• El poli (cloruro de vinilo) es el plástico que en la ferretería se conoce como PVC. Éste es el PVC con el cual se hacen los caños y los caños de PVC están por todas partes.

• Los revestimientos "vinílicos" en las casas se hacen de poli (cloruro de vinilo). En los años '70, el PVC fue utilizado a menudo en los automotores, para hacer techos vinílicos.

• El PVC es útil porque resiste dos cosas que se odian mutuamente: fuego y agua. Debido a su resistencia al agua, se lo utiliza para hacer impermeables y cortinas para baño, y por supuesto, caños para agua. También tiene resistencia a la llama, porque contiene cloro. Cuando usted intenta quemar el PVC, los átomos de cloro son liberados, inhibiendo la combustión.

• Estructuralmente, el PVC es un polímero vinílico. Es similar al polietileno, con la diferencia que cada dos átomos de carbono, uno de los átomos de hidrógeno está sustituido por un átomo de cloro. Es producido por medio de una polimerización por radicales libres del cloruro de vinilo.




http://www.pslc.ws/spanish/radical.htm


• Se utiliza para fabricar sartenes donde no se pegue la comida.• El politetrafluoroetileno es mejor conocido por el nombre

comercial Teflon. • El PTFE también se utiliza para tratar alfombras y telas para

hacerlas resistentes a las manchas. Y lo que es más, es también muy útil en aplicaciones médicas. Dado que el cuerpo humano raramente lo rechaza, puede ser utilizado para hacer piezas artificiales del cuerpo.

• El PTFE, está compuesto por una cadena carbonada, donde cada carbono está unido a dos átomos de flúor.

• TEFLON

• Se elabora a partir de El policarbonato toma su nombre de los grupos carbonato en su cadena principal. bisfenol A y fosgeno. Esto comienza con la reacción del bisfenol A con hidróxido de sodio para dar la sal sódica del bisfenol A. El policarbonato, o específicamente policarbonato de bisfenol A, es un plástico claro usado para hacer ventanas inastillables, lentes livianas para anteojos y otros. La General Electric fabrica este material y lo comercializa como Lexan.


http://www.psrc.usm.edu/macrog/plastic.htm


POLICARBONATO

200 200 vecesveces mmááss resistenteresistentequeque el el vidriovidrio al al impactoimpacto


POLICARBONATO: DEGRADACION

En presencia de luzsufre un reordenamientofotoquímico (Fries)

Indeseado porque el producto es amarillo y quebradizo


NYLON: UNIONES PUENTE DE HIDRÓGENO ENTRE CADENAS

NYLON 6,6NYLON 6,6


Uno de los pomos contiene un polímero de bajo peso molecular

con grupos epoxi en sus extremos, mientras que el segundo pomo

contiene una diamina

POXIPOL 1POXIPOL 1

¿Por qué el pegamento epoxi (Poxipol) viene en dos pomos diferentes que se mezclan?


POXIPOL 2• Cuando se mezclan ambas partes, el diepoxi y la

diamina reaccionan entre sí mediante el ataque del par electrónico libre del grupo amino a uno de los carbonos unidos al oxígeno del epóxido.


POXIPOL 3No sólo el mismo grupo amino puede volver a reaccionar, sino que tanto el grupo

amino como el époxido que aún no han reaccionado pueden hacerlo, y por sucesivas reacciones las moléculas se enlazan para formar una red entrecruzada gigantesca.

La rigidez del polímero dependerá del grado de entrecruzamiento, y esto

a su vez de la relación amina-epóxido que se

utilice.

Por eso, es posible regular la dureza del

Poxipol de acuerdo a la cantidad de material que se tome de cada pomo.


EPOXI 3D


ELASTÓMEROS• VULCANIZACIÓN

• El proceso de entrecruzamiento de las moléculas en los elastómeros ,se define como vulcanización.

• El método consiste en añadir compuestos de azufre al elastómero, que se encuentra a elevadas temperaturas.

• Los átomos de S unen cadenas vecinas.


CAUCHOS SINTETICOS


GOMA: uniones S-S entre cadenas• La goma natural es un sólido opaco, blando

y fácilmente deformable que se vuelve pegajoso al calentarlo y quebradizo al enfriarlo. Es impermeable al agua pero puede disolverse en solventes orgánicos. Puede pensarse como derivado del monómero isopreno, el cual es un líquido volátil.

GOMA GOMA VULCANIZADAVULCANIZADA


FIBRAS NATURALES


FIBRAS ARTIFICIALES

POLIACRILONITRILO

POLIPROPILENO


ALGUNAS FIBRAS

•Acetato: El acetato se prepara a partir de celulosa extraída de pulpa de madera por una esterificación con ácido acético y anhídrido acético en presencia de ácido sulfúrico. Luego se hidroliza parcialmente para acortar las cadenas y eliminar el sulfato, y una cantidad de grupos acetato suficiente como para obtener un producto a partir del cual se puedan formar fibras o películas delgadas. La resistencia de las fibras está dada por la linealidad de las moléculas (poca ramificación), lo cual hace que puedan encajarse bien una al lado de la otra y las fuerzas intermoleculares las mantengan unidas. Se puede obtener con un amplio rango de colores y lustres, es suave, seca rápidamente, es resistente a la humedad y polillas, no encoge. Usos: ropa, telas, películas fotográficas, filtros de cigarrillo, almohadas.


ALGUNAS FIBRAS• Acrílico: está compuesto por unidades repetitivas (–CH2-CH(CN)-

)n. Las moléculas se encuentran unidas entre sí principalmente gracias a las interacciones dipolo-dipolo de los grupos –CN. Es suave, de aspecto similar a la lana, retiene su forma, es resistente a polilla, luz solar, aceite y agentes químicos. Usos: frazadas, alfombras, buzos, medias.

• Aramida: contiene anillos aromáticos en su cadena. Debido a la estabilidad de la estructura aromática y la conjugación de los grupos amida, posee gran estabilidad química y térmica, incluyendo resistencia al fuego, por lo cual se utiliza en ropa de protección para los bomberos y policías. Sus usos industriales están limitados por su alto punto de fusión e insolubilidad en solventes comunes. Es más liviano y más duro que el acero, por lo cual un chaleco antibalas de poco más de un kilogramo de peso puede detener una bala calibre 38 disparada desde 3 metros de distancia.


SILICATOS Y SILICONAS

El silicio forma una El silicio forma una variedad de polvariedad de políímeros meros naturales inorgnaturales inorgáánicos, nicos,

los los silicatossilicatos, que , que contienen unidades SiOcontienen unidades SiO44


SILICATOS Y SILICONAS

• En las siliconas, dos de los oxígenos de la unidad SiO4 han sido reemplazados por grupos hidrocarbonados, dando lugar a polímeros con estructura (-O-SiR2-)n.

APLICACIONESAPLICACIONES

TAPAS DE BUJÍASCABLESMANGUERAS DE CALEFACCIÓNBURLETES DE VENTANASTUBOS PARA DIÁLISIS Y TRANSFUSIONESCATÉTERESIMPLANTES.

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