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Polímeros

La materia está constituida por moléculas que pueden ser de tamaño normal o por macromoléculas llamadas polímeros.

Polímero del griego poly, muchos; meros, parte, segmento

Los polímeros se producen por la unión de cientos o miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las formas más diversas. Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones. algunas más se asemejan a las escaleras de mano y otras son como redes tridimensionales.

Estas macromoléculas se forman, en el caso mas sencillo por la repetición de una unidad estructural llamada ségmero. El proceso de formación del polímero, polimerización, se efectúa a partir de los monómeros y de las cuales deriva el ségmero.

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Homopolímero y Copolímeros

Homopolímero: polímero formado por la unión de un solo tipo de monómero Copolímero: cuando dos tipos de monómeros están unidos a la misma cadena polimérica.

copolímero alternante:

copolímero al azar

copolímero en bloque

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Clasificación de los polímeros

Según sus aplicaciones (propiedades mecánicas) Atendiendo a sus propiedades y usos finales, los polímeros pueden clasificarse en: Elastómeros : son materiales con muy bajo módulo de elasticidad y alta extensibilidad; es decir, se deforman mucho al someterlos a un esfuerzo pero recuperan su forma inicial al eliminar el esfuerzo siempre que no se haya deformado mas allá del límite elástico. Ej: isopreno, siliconas Plásticos: Son aquellos polímeros que, ante un esfuerzo suficientemente intenso, se deforman irreversiblemente, no pudiendo volver a su forma original. Hay que resaltar que el término plástico se aplica a veces incorrectamente para referirse a la totalidad de los polímeros. Fibra: Presentan alto módulo de elasticidad y baja extensibilidad, lo que permite confeccionar tejidos cuyas dimensiones permanecen estables. Ej: nylon y poliéster Es importante señalar que las fibras están siempre constituidas por polímeros dispuestos en cristales. Tienen que ser capaces de poder empaquetarse según un ordenamiento regular, a los efectos de alinearse en forma de fibras Tienen buena fuerza tensil, pero por lo general tienen baja fuerza compresional.

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Métodos generales de formación de polímeros

1.1 Lineal

1.2 Cruzada

2.1 Lineal

2.2 Cruzada

Formación de polímeros

1.Adición

2.Condensación

1.1.1 Adición 1,2

1.1.2 Adición 1,4

Adición 1,2

fenólica

esterificación

poliamídicas

siliconas

fenólica

carboxílicas

esterificación

siliconas

urea formaldehido

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1 . Polimerización de Adición

La polimerización de adición se realiza por la ruptura de un doble enlace.

1.1 Lineal 1.1.1 Adición 1,2: Se obtiene a partir de alquenos o sus derivados (el mas sencillo es el eteno). Es una reacción característica de los alquenos. Sus dobles enlaces se rompen y permiten no solo la adición de moléculas pequeñas (H2, HBr, Cl2, etc), sino también la unión entre sucesivas moléculas de alquenos.

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Polimerización por Adición 1,2 lineal

Polietileno (PE)

Monómero eteno o etileno. Es muy inerte a los agentes químicos pero es algo sensible a la oxidación provocada incluso por los rayos ultravioletas. Se emplea como aislante en la industria eléctrica, como material de embalaje por su impermeabilidad al vapor de agua en recipientes y frascos para productos químicos, en tuberías para conducción de líquidos, etc.

PEAD PEBD

Bolsas supermercado, residuos

Polietileno (PE)

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Monómero: propeno o propileno. Son mas resistentes que el polietileno, resisten hasta 135°C. Son rígidos y de alta cristalinidad y elevado punto de fusión. Se usa para fabricar recipientes, películas de empaque, alfombras, cajones de gaseosas, tapas, autopartes, equipo de laboratorio, juguetes, tubos flexibles, sogas, caños para agua caliente, telas no tejidas para pañales, etc.

Polipropileno (PP)

Polimerización por Adición 1,2 lineal

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Polimerización por Adición 1,2 lineal

Monómero: cloruro de vinilo o cloro eteno. Es muy duro con elevadas propiedades mecánicas (gran resistencia a la tracción y deformación y gran dureza). Es insoluble e inerte a los agentes químicos mas diversos. En presencia de una gran cantidad de plastificante, el producto puede incluso ser plástico a temperatura ambiente, obteniéndose tubos más o menos rígidos y piezas estampadas por compresión. El PVC rígido puede cortarse, tornearse pues sus propiedades físicas son semejantes a las de un metal. Por extrusión se fabrican tubos y películas. Envases. Ventanas

Policloruro de vinilo (PVC):

Polimerización por Adición 1,2 lineal

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Monómero: estireno o fenileteno. Se obtienen productos totalmente transparentes y con un índice de refracción elevado, siendo utilizados en aparatos de iluminación. Es un valiosos aislante eléctrico aunque algo frágil al calor. Poliestireno expandido: telgopor

Poliestireno (PS):

Polimerización por Adición 1,2 lineal

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Polimerización por Adición 1,2 lineal

Monómero: acrilonitrilo o cianoeteno o propenonitrilo. • En forma de polvo blanco se añade en una proporción de 0.05 % al suelo

para favorecer su aireación, aumentar la permeabilidad del terreno y disminuir la erosión.

• Se lo utiliza en fibras textiles (Orlon, Cashmilon, Dralon) • A partir de este polímetro por calentamiento se obtiene las fibras de

carbono

Poliacrilonitrilo (PAN):

Polimerización por Adición 1,2 lineal

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Monómero: tetrafluoroeteno. Conocido como teflón, Fluon. es el polímero mas resistente al calor (hasta casi 300°C) y a los agentes químicos pues solamente lo atacan los metales alcalinos fundidos. Se usa para bujes, juntas revestimiento de utensilios de cocina.

Politetrafluoroeteno (PTFE):

Polimerización por Adición 1,2 lineal

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Polimerización por Adición 1,2 lineal

Polimetilacrilato de metilo (PMAM) O Poli metil metacrilato:

Monómero metil acrilato de metilo o 2-metil-2-propenoato de metilo Es muy transparente, conocido como vidrio orgánico (Plexiglas), de altas propiedades mecánicas y como termoplástico puede estamparse y moldearse por encima de los 150°C.

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Polimerización por Adición 1,4 lineal

1.1 Lineal 1.1.2 Adición 1,4: Se obtiene a partir del butadieno o sus derivados. Se obtienen productos flexibles a temperatura ambiente. Sus monómeros son moléculas orgánicas con dos enlaces dobles separados por un simple enlace C-C (enlaces conjugados). Las reacciones de adición de las moléculas de doble enlaces conjugados son muy particulares, ya que dicha adición es predominantemente 1-4. Los polímeros resultantes tendrán la mitad del total de dobles enlaces que contenían los monómeros que los formaron.

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Polimerización por Adición 1,4 lineal

Caucho natural o poliisopreno: Monómero: 2-metil-1,3- butadieno. Proviene del árbol Hevea Brasiliensis. El caucho crudo está constituido por polímeros lineales de 3000 moléculas cada uno. Es blando y pegajoso en verano y muy duro a bajas temperaturas perdiendo su elasticidad. Para que sea mas duro y resistente y soporte mejor el calor se realiza la vulcanización con azufre (puente de entrecruzamiento de polímeros lineales). Charles Goodyear en 1839.

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Polimerización por Adición 1,4 lineal

Caucho natural Vulcanizado:

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Polimerización por Adición 1,4 lineal

Policloropreno:

Monómero: cloropreno o 2-cloro-1,3-butadieno. Nombre comercial: Neopreno. Tienen propiedades semejantes al caucho natural, aunque mas duro y mas resistente al ozono, petroleo, grasa, aceites, disolventes y calor. Se vulcaniza calentándolo con óxido de cinc sin utilizar azufre. No es apto para la fabricación de neumáticos pero si para mangueras y vainas para cables.

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Polimerización por Adición 1,4 lineal

Buna S o Butadieno-estireno (caucho BS o SBR):

Los copolímeros que intervienen en la polimerización son el butadieno y el estireno (fenileteno). Tiene propiedades similares al caucho natural y se vulcaniza con azufre. Se usa en neumáticos.

1,3 butadieno

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Polimerización por Adición 1,2 Cruzadas

Poliestireno de alto impacto (HIPS) Es un copolímero de injerto. Consta de una cadena principal de poliestireno y cadenas de polibutadieno injertadas en dicha cadena principal. El poliestireno le confiere resistencia al material, en tanto que las cadenas del elastómero polibutadieno le otorgan la elasticidad suficiente como para lograr que sea menos quebradizo

1.2 Cruzada o Ramificada Adición 1,2: Se obtiene a partir del butadieno y sus derivados. Debe tener dos dobles enlaces no necesariamente conjugados

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2 . Polimerización de Condensación

Los polímeros de condensación se caracterizan porque la reacción química que forma al polímero produce a la vez una molécula sencilla y pequeña como agua, cloruro de hidrógeno, etc. En los polímero por adición sólo se formaba el polímero

Estos polímeros pueden formarse: a) Con una sola sustancia que posea dos grupos funcionales en la misma

molécula b) Con dos sustancias, cada una de las cuales tiene dos veces el mismo

grupo funcional en su molécula c) Con una sola sustancia que posea dos veces el mismo grupo funcional

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2.1 . Polimerización de Condensación Lineales

Resinas fenólicas: Copolímero: el metanal o fomaldehido se condensa por exceso de fenol. El oxígeno del grupo carbonilo se combina inicialmente con dos hidrógenos de dos moléculas de fenoles en posición orto. Tienen peso molecular relativamente bajos y son solubles en disolventes oxigenados y en hidróxido de sodio pero no en hidrocarburos. Se utiliza para barnices, adhesivos, y polvo de moldeo para la fabricación de plásticos termoestables.

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2.1 . Polimerización de Condensación Lineales

Polietilentereftalato (PET): Copolímeros: 1,2-etanodiol (etilenglicol) y ácido terftálico. Nombre comercial: Dacron, Terylene, Trevira

Resinas de esterificación

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2.1 . Polimerización de Condensación Lineales

Nylon 6 : Monómero: ácido 6-aminohexanoico

2.1 . Polimerización de Condensación Lineales

Resina poliamídicas

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Nylon 6,6 Copolímero: ác. adípico o hexanodioico y 1,6-hexanodiamina

2.1 . Polimerización de Condensación Lineales

Resina poliamídicas

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2.1 . Polimerización de Condensación lineal

Siliconas:

El silicio es el segundo elemento del grupo 14 de la tabla periódica y tiene algunas propiedades semejantes al elemento carbono. Puede formar cadenas consigo mismo, aunque son relativamente cortas (máximo 4 átomos de Si, en compuestos estables): SiH4 silano Si2H6 disilano La sustitución de los átomos de hidrógeno unidos al átomo de silicio por grupos hidroxilo permite pasar de silanos, ya sean ellos dihidroxialquilsilanos o trihidroxialquilsilanos a siloxanos .

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Por reacciones de condensación con pérdida de agua, los siloxanos forman los polisiloxanos o siliconas

Polidimetilsiloxano (PDMS): Monómero: dimetil silanodiol

2.1 . Polimerización de Condensación lineal

Siliconas:

Las siliconas constituyen buenos elastómeros porque la cadena principal es muy flexible. Los enlaces entre un átomo de silicio y los dos átomos de oxígeno unidos, son altamente flexibles

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2.2 . Polimerización de Condensación Cruzadas

Los polímeros de condensación con uniones cruzadas son cadenas de átomos como los lineales pero vinculados entre ellas mediante puentes formados por grupos de átomos

Resinas fenólicas- formaldheído (bakelitas): Se obtienen por condensación de fenol con formaldheído (igual al caso lineal) en presencia de exceso de formaldehido o bien aplicando calor en un medio ácido. Se producen así reacciones cruzadas, con liberación de agua, que dan lugar a puentes –CH2-. en todas direcciones , entres las estructuras lineales anteriores. Resulta una resina entrecruzada, infusible e insoluble. No puede ablandase mas por calor, es termorrígida. Se usa para barnices y adhesivos. Tienen gran resistencia al calor y adquieren gran resistencia mecánica si se les agrega fibras sintéticas como nylon.

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2.2 . Polimerización de Condensación Cruzadas

Bakelita

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2.2 . Polimerización de Condensación Cruzadas

Resinas de esterificación El tipo fundamental de estas resinas es la obtenida con glicerina (propanotriol) y el ác.ftálico (o del anidridoftálico) para obtener GLIPTAL. Arde con facilidad y se utiliza como plastificante. Como líneas de pesca, masilla, films y laminados.

Anhidrido ftalico

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2.2 . Polimerización de Condensación Cruzadas

Siliconas: se obtienen resinas entrecruzadas a partir del trihidroxialquilsilano. Urea formaldehído: se obtiene reaccionando metildiamida y formaldehido (metanal). Arde con dificultad, no mantiene la llama, tiene olor picante, carboniza y cruje

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Melamina formaldehído (MF) Se obtiene reaccionando melamina y formaldehido (metanal). Usos: discos antiguos

2.2 . Polimerización de Condensación Cruzadas

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Otros polímeros interesantes

Policarbonatos:

El 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

Policarbonato que se utiliza para hacer lentes ultra-livianas

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Otros polímeros interesantes

Resinas Epoxi:

Pegamento: El diepoxi y la diamina reaccionan y se unen entre sí, de manera tal que se enlazan todas las moléculas del diepoxi y de la diamina, de esta forma:

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Otros polímeros interesantes

Poliuretanos:

Los poliuretanos se sintetizan haciendo reaccionar diisocianatos con dialcoholes

Los poliuretanos componen la única familia más versátil de polímeros que existe. Pueden ser elastómeros y pueden ser pinturas. Pueden ser fibras y pueden ser adhesivos. Aparecen en todas partes. Un poliuretano maravillosamente extraño es el spandex.

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Otros polímeros interesantes

Poliuretanos: Spandex o Lycra: tiene enlaces urea y uretanos

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Otros polímeros interesantes

Celulosa Almidón

Polímeros Naturales:

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Fuerzan intermoleculares, estructura y propiedades Mecánicas de los polímeros

Fuerzas intermoleculares

Lo que distingue a los polímeros de los materiales constituidos por moléculas de tamaño normal son sus propiedades mecánicas. En general, los polímeros tienen una excelente resistencia mecánica debido a que las grandes cadenas poliméricas se atraen. Las fuerzas de atracción intermoleculares dependen de la composición química del polímero y pueden ser de varias clases

Fuerzas de Van der Waals (electroestáticas): muy débiles en las moléculas de tamaño normal, pero en los polímero se multiplican. polietileno Dipolos permanentes: como en el caso de los poliésteres Enlaces de hidrógeno: Como en las poliamidas (nylon).

La fuerza total de atracción entre las moléculas del polímero, dependería del número de las interacciones sin embargo las cadenas de los polímeros no pueden, por lo general, acomodarse con la perfección que sería requerida

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Fuerzan intermoleculares, estructura y propiedades Mecánicas de los polímeros

Estructura de los polímeros Los polímeros son en gran parte materiales amorfos (no cristalinos). En lugar de exhibir fases cristalinas con puntos de fusión bien definidos, los polímetros se reblandecen en un rango de temperaturas.

Las cadenas son muy largas y fácilmente se enmarañan y a demás, en el estado fundido se mueven en un medio muy viscoso, así que no puede esperarse en ellos un orden tan perfecto

•La cristalinidad hace que los materiales sean resistentes, pero también quebradizos. •Un polímero totalmente cristalino sería demasiado quebradizo como para ser empleado como plástico

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Fuerzan intermoleculares, estructura y propiedades Mecánicas de los polímeros

Altamente Cristalinos: Altamente Amorfos:

Polipropileno Poli(metil metacrilato)

Poliestireno sindiotáctico Poliestireno Atáctico

Nylon Policarbonato

Kevlar y Nomex Poliisopreno

Policetonas Polibutadieno

¿Pero por qué algunos polímeros son altamente cristalinos y otros son altamente amorfos? Existen dos factores importantes, la estructura polimérica y las fuerzas intermoleculares

Los polímeros amorfos poseen una temperatura de transición vítrea Tg por encima de la cual las cadenas poliméricas adquieren gran movilidad. Si Tg es inferior a Tamb el polímero se comportará como un plástico flexible, de lo contrario se comportará como rígido y quebradizo.

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Fuerzan intermoleculares, estructura y propiedades Mecánicas de los polímeros

Cristalinidad y estructura polimérica

La estructura de un polímero afecta en gran medida a la cristalinidad. Si es regular y ordenada, el polímero se empaquetará fácilmente en forma de cristales. De lo contrario, no.

Polietileno: puede ser cristalino o amorfo. El polietileno lineal es casi 100% cristalino. Pero el ramificado no puede empaquetarse en la forma que lo hace el lineal, por lo tanto, es altamente amorfo.

Poliestireno El PS sindiotáctico e isotáctivo poseen una estructura regular, y puede ser empaquetado en estructuras cristalinas

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Fuerzan intermoleculares, estructura y propiedades Mecánicas de los polímeros

Cristalinidad y fuerzas intermoleculares

Las fuerzas intermoleculares pueden ser de gran ayuda para un polímero que quiera formar cristales.

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Pagina Web interesante

http://pslc.ws/spanish/index.htm