Los polímerosProf. Sergio Casas-Cordero E.

Los polímeros poseen muchos atractivos: Primitivamente se andaba descalzo o se protegía los pies con cuero de animales.

El cuero es un polímero natural

Esta zapatilla posee exteriores de cuero y también nylon. La suela es de un caucho rígido llamado caucho SBS.

Los mismos materiales conforman estas botas de paseo incluyendo las plantillas, que son de espuma de poliuretano

Los cordones de los zapatos están hechos a base de nylon y algodón. El algodón es otro polímero natural: celulosa.

También los hay revestidos con PVC el mismo plástico que suele encontrarse en los techos vinílicos de los autos y recubrimientos vinílicos.

“Calzado de pato” es excelente para mantener sus pies secos en días de lluvia. Está fabricado con cauchonatural, el poliisopreno

Los calcetines no se tendrían sinpolímeros como el algodón y mate-riales sintéticos como el poliéster y elnylon. Y los que llevan una bandaelástica contienen otro polímero elcaucho natural..

Época Pre-Colombina. Coagulación del Latex – Pelota

L.H. Baekeland, 1909. Resinas Fenol-Formaldehido BakelitaDécada del 30: Ingleses, Polimerización de etileno Alemanes, Desarrollo del poliestireno W. Carothers (Dupont), Nylon De la misma época, PVCDécada del 50. G. Natta y K. Ziegler (premio Nobel 1963) Cat.Ziegler-Natta. Estereoregularidad.

Tecnopolímeros, Polímeros de Ingeniería, Superpolímeros

POLIMEROS Polímero: molécula muy grande, resultante de

millares de moléculas pequeñas, unidas químicamente entre sí. Macromolécula gigante.

Los términos macromolécula y polímero se utilizan como sinónimos, sin embargo polímero es la palabra más frecuentemente utilizada en lo relacionado a los plásticos. Describe mejor a las especies que presentan muchas (poli) de una unidad (mero).

PolimerizaciónLa reacción química por la cual se obtienen los polímeros se denomina polimerización. Todas las polimerizaciones tienen un detalle en común: comienzan con moléculas pequeñas, que se van uniendo entre sí para formar moléculas gigantes. Llamamos monómeros a estas moléculas pequeñas que originan polímeros.

Se suele distinguir entre Polimerización por ADICION y por CONDENSACION.

ADICION: A + A + A + A …….+ A A-A-A-A-….A o -(A)n-

CONDENSACION: n X-A-Y X-A-A-A-A-Y + (n-1) XY

o X-(A)n-Y + (n-1)XY

El etileno tiene dos átomos de carbono y cuatro de hidrógeno. La unidadrepetitiva del polietileno también tiene dos átomos de carbono y cuatrode hidrógeno. No se gana ni se pierde.

Este átomo de cloro y este de hidrógeno noentran en el polímero. Salen como HCl gas

COPOLIMERIZACION

La copolimerización consiste en la formación de macromoléculas a partir de dos o más monómeros de estructura química diferente. Esto conduce a la obtención de una extensa gama de productos cuya naturaleza va a depender de la naturaleza de los monómeros, de su concentración relativa en la mezcla reaccionante y de la secuencia en que se unan durante el proceso de polimerización.

La copolimerización es importante para obtener productos con determinadas características físicas,útiles para aplicaciones específicas.

En los copolímeros según la ubicación de las unidades a lolargo de la cadena se distinguen:

Copolímeros al azar o estadísticos: A-B-B-A-B-A-A-A-……

Copolímeros alternados: A-B-A-B-A-B-A-B-A-……

Copolímeros en bloque: A-A-….A-BBBBBB….AAAAA…BBBB…..

Copolímeros de injerto: AAAAAAAAAAAAAA…….AAAA BBBBBB BBBBBB

CARACTERÍSTICAS, PROPIEDADES DE POLIMEROSPROPIEDADES QUIMICASSimilares a la de las moléculas pequeñas. Experimentanlas mismas reacciones aunque su velocidad de reaccióny eficiencia se ven influenciadas por el tamaño molecular.

NOMENCLATURADiversas formas para nombrarlos:Fuente de preparación: Es la forma más simple y más usada para nombrar a los polímeros. Poli(nombre del monómero), Polietileno, Poli(óxido de etileno)Poli(metacrilato de metilo)Basada en Estructura: Se usa en los polímeros de condensación a partir de dos monómeros. Poli(estructura química), Poli(hexametilen adipamida), Poli(etilen tereftalato). Nombres Comerciales: Nylon 6,6, Nylon 6, Teflón, otros.

Los polímeros a diferencia de las moléculas pequeñas no presentan un peso molecular único, sino que el polímero resultante es una mezcla de polímeros de la misma naturaleza pero de diversos tamaños moleculares. Se tiene un peso molecular promedio.

PESO MOLECULAR

ESTRUCTURA DE LAS CADENAS POLIMERO

Como resultado del mecanismo y proceso de polimerización como también de la naturaleza de los monómeros que generan el polímero, las cadenas de polímero pueden ser lineales, ramificadas e incluso entrecruzadas.

LinealRamificado (A)

Ramificado (B)

Ramificado (C)

Entrecruzado

ESTRUCTURA DE POLIMEROS

CRISTALINO, AMORFO

La mayoría de los polímeros pueden presentar características tanto de sólidos cristalinos como de líquidos altamente viscosos.

Se usa los términos Cristalino y Amorfo que indican regiones ordenadas y desordenadas. La mayoría de los polímeros son con carácter parcial o semi cristalinos.

POLIMERO CRISTALINO NO-ORIENTADO

POLIMERO CRISTALINO ORIENTADO

ESTEREOREGULARIDAD

Se utiliza la terminología de polímeros atácticos, isotácticos y sindiotácticos para indicar el ordenamiento, a lo largo de la cadena polímero, de los grupos laterales presentes en la unidad repetitiva del polímero.

ESTEREOREGULARIDAD EN POLIMEROS

TRANSICIONES TERMICAS EN POLIMEROS

Se distinguen dos tipos de temperatura de transición:Tg y Tm

Temperatura de Transición Cristalina, Tm, correspondea fusión de la componente cristalina del polímero.

Temperatura de Transición vítrea, Tg, por debajo deella la porción amorfa del polímero adquiere las características del estado vítreo.

TERMOPLASTICOS, TERMOESTABLES

La terminología termoplástico y termoestable se usa para indicar el comportamiento en cuanto a temperatura de un material polimérico.

Termoplástico, para aquellos que se ablandan, funde y fluyen por aplicación de presión y temperatura. Se pueden moldear una y otra vez.

Termoestable, materiales infusible e insolubles, pueden ser moldeados sólo una vez. Corresponden a polímeros altamente entrecruzados.

La utilidad de un polímero como material depende de sus propiedades y características. En estas están involucrados:

APLICACIONES DE LOS POLIMEROS

Dependiendo de la combinación particular de estos parámetros, un polímero se podrá utilizar como:

tamaño molecular (PM), grado de cristalinidad, grado de entrecruzamiento, temperaturas Tg y Tm.

FIBRA PLASTICO RIGIDO

PLASTICO FLEXIBLE ELASTOMERO

FIBRAS

Alta resistencia a la deformación, bajas elongaciones.

Polímeros altamente cristalinos con cadenas polaresque presentan fuerzas secundarias fuertes.

Se usa estiramiento mecánico para alcanzar altacristalinidad.

Con Tm 200ºC y 300ºC. Tg intermedio aprox. 50ºC.

PLASTICOS RIGIDOSAlta rigidez y resistencia a la deformación.Polímeros amorfos con grupos laterales voluminosos o con alto grado de entrecruzamiento.

PLASTICOS FLEXIBLESGrado de cristalinidad de moderado a alto, amplia variedad para Tm y Tg.

Pueden experimentar fácilmente elongaciones reversibles muy grandes.

ELASTOMEROS

Corresponden a polímeros amorfos, con Tg baja, fuerzas secundarias bajas, y con un cierto grado de entrecruzamiento.

ElastómerosElastómeros PlásticosPlásticos FibrasFibras

PoliisoprenoPoliisoprenoPoliisobutilenoPoliisobutilenoPolibutadienoPolibutadieno

Poli(cloruro vinilo)PoliuretanosPolysiloxanes

PolietilenoPolietilenoPolitetrafluoretilenoPolitetrafluoretilenoPoliestirenoPoliestirenoPoli(metacrilato metilo)Poli(metacrilato metilo) fenol-formaldehidofenol-formaldehido urea-formaldehidourea-formaldehido melamina-formaldehidomelamina-formaldehido

PoliamidaPoliamidaPoliésterPoliésterPolipropilenoPolipropileno

Aplicaciones de Polímeros

ALGUNOS COMPONENTES DE AUTOMOVILES

Parachoques, ABS

Neumáticos: Rodaje: P(SBS), Lateral: P(isopreno), Interior:P(isobutileno), Refuerzo: Cuerda Kevlar, Nylon-6

Limpiaparabrisas: Poliisopreno

Filtro de Aire:Papel (celulosa)

Manguera: Polibutadieno Bidón: Polietileno Alfombra: Nylon

Pelota Basquet: Cuero, Poliisobutileno

Guante beisbol, cuero, Algodón, Nylon, poliésterRaqueta tenis: marco

fibra carbono, cuerdas: nylon

Pantalón ciclismo:Cop en bloque: Spandex Pantalones:

Poliéster

Pelota golf: Surlin,Ionómero/elastómero

Producción Global de Plásticos

Producción en peso(1970 = 100)

Crecimiento anual 1970-2004Acero: 2% Aluminio: 3% Plásticos: 6%

Fuente: SPI, Milacron

0

100

200

300

400

500

600

700

800

70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 00 02 04

Plásticos

Aluminio

Acero

Consumo Global de Plásticos

2003 – 176 M Ton1990 – 86 M Ton

Europa29%

América del Norte 29%

Sudeste Asia-tico 16%

Japón12%

América del Norte 25%Europa

22% Sudeste Asia- tico 32%

Sudeste Asiático 36%

América del Norte 24%

Europa 19%

Europa Oriental

6%

América Latina 4%

Africa/Medio Oriente

4%

Europa Oriental 4%

América Latina 5%

Africa/Medio Oriente 6%

Japón6% Europa

Oriental

4%

América Latina 5%

Africa/Medio Oriente

6%

Japón6%

2010 – 250 M Ton

fuente: VKE, Junio 2004

5.7% 5.1%

Consumo de Plásticos en Estados Unidos

Construcción 24%

Empaques 33 %

Muebles 7 %

Otros 13 %

Transporte 17 %

Electricidad y Electrónica 6 %

Los plásticos se han hecho una parte integral de nuestras vidas, y de hecho juegan un rol irreemplazable en las actividades diarias

Hoy en día:

COMPOSICION

Mezclado

Polímero + Aditivos

“COMPOUND” Compuesto de Moldeo

“Pellets”, Gránulos de Moldeo

Transformación (Moldeo) Plásticos

Técnicas de fabricación :• Compresión• Inyección• Extrusión• Soplado• Maquinado• Termoformado• Moldeo Rotacional

Laminado

Calor y presión parte superior e inferior del material

Resina

Refuerzo

Trefilado: Cuerdas y otros

Plásticos Extruidos

Laminado

Soplado

Polipropileno

Plásticos Termo formados

Plásticos: Moldeo Rotacional

Maquinado de Plásticos

Enormes Beneficios por los Plásticos Los plásticos mejoran nuestra vida diaria y han hecho grandes mejoras en áreas como:Empaque, frescura, estabilidad de almacenaje, protección de bacteria.Agricultura, invernaderos, en terreno, ductos de regadío, otrosTransporte, terrestre, marítimo, aéreo, exploración espacialConstrucción, materiales varios, paneles, ductos, otros. Durabilidad, estética, y alto “performance”Protección personal, niños, atletas, trabajos riesgosos, policía, bomberos, otrosElectrónica, información, comunicación, y entretenimientoMedicina, ayudándonos a vivir más y más saludablesReciclado y Reuso.

EMPAQUE

AGRICULTURA

TRANSPORTE

PVC en AutomóvilesInterior

Tapicería, alfombras, paneles, consolas, apoya brazos, protectores sol, protección maletero

Otros

Recubrimiento superficie exterior inferior, separador platos batería, protección línea combustible

Exterior

Terminaciones externas, montaje ventanas/ vidrios, cubierta techo de convertibles, protecciones parachoques, tapabarro

Cables eléctricos

Aislación de cables, tarugos y fijación molduras

Corazón artificial autosuficiente Marcapasos

Venas y Arterias Artificiales

Suturas Quirúrgicas

Piel Artificial

Pintura y terminación: mejorado en pintura, disminución de costo

Uso de Nanofibras Carbono en Autos del Futuro

Paneles: Reducción de peso y costo, mejores resultados térmicos

Neumáticos: mayor tracción y durabilidad, mejor rendimiento

Beneficios: menor peso, mejor eficiencia de combustible, reducción de precio

Potenciales aplicaciones en muchas otras industrias y mercados: artefactos médicos, electrónicos, materiales de construcción, artículos de uso doméstico, empaque, etc.

Soportes del motor:reducción de vibraciones

Sistema híbrido de fuerza (poder): batería Ion litio, celda de combustible

POLIMEROS CONDUCTORES

EnergíaEnergía eléctrica y química se eléctrica y química se transforma en energía mecánica. transforma en energía mecánica.

PAni

Película Ion-conductora

Polímeros conductores, polímeros orgánicosconjugados a través de los cuales se puedenmover los electrones de un terminal al otro.Los más comunes son polianilina (PAni) y polipirrol (PPY).

Películas ´´sandwich´´ polianilina/película ion-conductora para material de músculos de robots. El flujo de corriente hace que un terminal se expanda y el otro se contraiga. Resulta un “plegado” del ´´sandwich´´.

Materiales Sensibles: Elastómeros Dieléctricos

Los elastómeros dieléctricos (también llamados Los elastómeros dieléctricos (también llamados polímeros electroconstrictivos) exhiben fuerza polímeros electroconstrictivos) exhiben fuerza mecánica al ser sometidos a un campo eléctrico. mecánica al ser sometidos a un campo eléctrico. Su capacidad de contracción es mayor que la de Su capacidad de contracción es mayor que la de los piezocerámicos (10-30% vs. 0.1-0.3%). los piezocerámicos (10-30% vs. 0.1-0.3%).

Los más comunes son los basados en PMMA. Los más comunes son los basados en PMMA. Debido a su fuerza electroconstrictiva, pueden Debido a su fuerza electroconstrictiva, pueden colocarse entre dos electrodos imitando la colocarse entre dos electrodos imitando la acción de músculos. acción de músculos.

En un campo eléctrico, el elástomero se En un campo eléctrico, el elástomero se expande en el plano de los electrodos, expande en el plano de los electrodos, amplificando la compresión normal debido a las amplificando la compresión normal debido a las cargas electrostáticas de los electrodos. Resulta cargas electrostáticas de los electrodos. Resulta un músculo con mayor fuerza y actuación.un músculo con mayor fuerza y actuación.

Electrodo

Polímero electro

constrictivo

Materiales Sensibles: Polímeros GelesLos polímeros geles consisten en Los polímeros geles consisten en polímeros entrecruzados inflados con un polímeros entrecruzados inflados con un solvente como agua. Tienen la propiedad solvente como agua. Tienen la propiedad de hincharse y encogerse de hincharse y encogerse reversiblemente (hasta 1000 veces en reversiblemente (hasta 1000 veces en volumen) debido a pequeños cambios en volumen) debido a pequeños cambios en su ambiente (pH, temperatura, campo su ambiente (pH, temperatura, campo eléctrico). eléctrico).

Los más comunes son poli (alcohol vinílico), PVA, poli (ácido acrílico), PAA, y poliacrilonitrilo, PAN. Muchas aplicaciones potenciales (ej.,músculos artificiales, movimiento en robots, absorbedores de químicos tóxicos), aunque actualmente tienen poca difusión comercial.

Las microfibras gel se contraen en milisegundos, mientras que los polímeros gruesos requieren de minutos para reaccionar (hasta 2 horas o aún días). Tienen alta fuerza (aproximadamente igual a la de los músculos humanos).

Los plásticos ¿son una fuente alternativa de energía?

Después de su uso, los plásticos pueden tener otra vida como fuente de combustible

Una tonelada de plásticos puede desplazar dos toneladas de carbón y quemar sin emisiones de SO2 (los plásticos no contienen azufre).

Hay una oportunidad significante: tomar el fin de la utilidad de los plásticos y usarlos como fuente de energía.

Esto provee una solución para los desperdicios y accede a fuentes de energía.

Algunos sostienen que…

Usted… ¿qué opina?