Unidad 1 Polimeros Avanzados

7/24/2019 Unidad 1 Polimeros Avanzados

1/49

Unidad IPolimeros Avanzados

Materiales Avan


2/49

Introduccion

El hombre ha empleado polmeros naturales para satisfacer susnecesidades: madera, cuero, resinas y gomas naturales y fibrascomo el algodn, la lana y la seda!

"os polmeros sint#ticos son un invento del siglo $$, su mportanempez en la d#cada de los treinta, en %ue comenzaron a

desarrollarse los polmeros vinlicos, el neopreno, el estireno, enylon y otros!

El t#rmino polmeros se deriva de las palabras griegaspoli&muchas' y meros &partes'! Estas partes son los Monomeros


3/49

Introduccion

"os Monomeros se encuentran conectados entre s por enlaces cformando una sola mol#cula gigante, %ue tiene pesos molecularpueden llegar hasta ()* g+mol o mayores! El proceso de unin dmonmeros para dar lugar a la cadena de polmero se denominapolimerizacin!

"os polmeros presentan tres caractersticas comunes: una gran una gran anisotropa, consecuencia de la estructura lineal de la una gran fleibilidad molecular, derivada de la posibilidad de %usegmentos moleculares puedan efectuar rotaciones alrededor decovalentes! Estas tres caractersticas condicionan todo el compode los materiales polim#ricos!


4/49

Sntesis de polmeros

Eisten dos grandes m#todos para sintetizar polmeros:

1. Polimerizacin de adicin, generalmente por apertura de dobenlaces!

-! Polimerizacin de condensacin o por pasos, mediantereacciones cl.sicas de la %umica org.nica!


5/49

(!( Polmeros de Alto /esempe0o

1"as m.s recientes lneas de investigacinest.n encaminadas a sustituir los polmeroderivados del petrleo por otros %ue est#n

basados en recursos renovables y materialebiolgicos, como por e2emplo los residuos%ue se obtienen de la agricultura3!


6/49


E2emplos de polmeros de alto desempe0os:

4 5uevos polmeros a base del aceite de soya4 6idrogeles4 polmero capaz de conducir calor como un metal4 Membranas de purificacin de gas natural4 Polmeros nuevos a base del .cido ctrico para losagrcolas


7/49


Polmeros a base del aceite de soya!

"os cientficos comenzaron a investigar los hidrogeles a base del aceiteen el (777 como de eplorar nuevos usos para el maz, la soya y los otrcultivos! Usando un proceso diversos se crearon un polmero de hidrogeblando y h8medo pero duradero %ue se epande y se contrae en reacci

cambios en la temperatura y los niveles de acidez!Usos

Productos para el cabello,

venda2es de heridas

Encapsulacin de medicamentos


8/49


6idrogeles

"os hidrogeles son materiales polim#ricos %ue poseen caractersinteresantes: tienen una gran capacidad de absorcin de agua, pinsolubles en ella, cuando la absorben se hinchan, y aumentanconsiderablemente su volumen, pero mantienen su forma, son b

el.sticos "a presencia del agua es ben#fica para la biocompatibilidad de

hidrogeles, pero causa una disminucin en sus propiedades meclo %ue se re%uiere desarrollarlos con gran capacidad de absorcimantengan buenas propiedades mec.nicas!


9/49


Aplicaciones

"entes de contacto

Prtesis de te2idos blandos

evestimiento de suturas

;tros


10/49


Un equipo de ingenieros e investigadores del MIT handesarrollado un proceso que transforma al polietileno en unpolmero capaz de conducir calor con la misma efectividad quun metal, pero de forma mucho ms econmica. dems, elpolmero mantiene su capacidad como aislante el!ctrico.


11/49


#olmero $I%T&'( #'')

*esempe+o en altas temperaturas

uerza mecnica - estailidad dimensional

&esistencia al desgaste

&esistencia qumica

*esempe+o el!ctrico

#ureza

&eciclale


12/49


13/49

(!- =iopolimeros y Polimeros >erdes

Biomaterial

?ual%uier sustancia o combinacin de sustancias, de origennatural o sint#tico, dise0adas para actuar con sistemas biolgicocon el fin de evaluar, tratar, aumentar o sustituir alg8n te2ido,rgano o funcin del organismo humano!


14/49


@e ?lasifican en - tipos:

5aturales: son materiales comple2os, heterog#neos y difcilmencaracterizables y procesables! Algunos e2emplos son el col.genopurificado, fibras proteicas &seda, lana !!!', etc!!

@intticos: "os biomateriales sint#ticos pueden ser metales,cer.micas o polmeros y com8nmente se denominan materialesbiom#dicos, para diferenciarlos de los biomateriales de origennatural!


15/49


/I0#01IM'&0S 2

"os biopolmeros son polmeros o copolmerosproducidos a partir de materias primas de fuen

renovables, tales como el maz, ca0a de az8cacelulosa, %uitina, y otros!

"as fuentes renovables son bien conocidos por uno ciclo de vida m.s corto!


16/49


Un factor importante es la no biodegradabilidad dla mayora de los polmeros producidos a partir daceite, contribuyendo a la acumulacin de residude pl.stico sin destino adecuado %ue tomar. cien

de a0os para ser otra vez asimilada por lanaturaleza!


17/49


Por su origen pueden ser:

5atural: Microbiano, animal o vegetal!

@emisint#ticas: Parte del biopolmero es modificado %um

E2emplo: Almidones modificados, ?M?, pectina de ba2o mAlginato de polietilenglicol, etc!'!

@int#ticas: "a totalidad del polmero es sintetizado de fo%umica! E2emplo: polivinilpirrolidona &P>P'!


18/49


"os biopolmeros naturales provienen de cuatro grande

;rigen animal &col.geno+ gelatina'

;rigen marino &%uitina+%uitosan'

;rigen agrcola &lpidos y grasas e hidrocoloides: protepolisac.ridos'

;rigen microbiano &.cido polil.ctico &P"A' ypolihidroialcanoatos &P6A''


19/49


"a siguiente


20/49



21/49


;ftalmologa "entes intraoculares"entes de contactoImplantes de retina

?ardiovascular In2ertos vasculares>.lvulas de coraznMarcapasos=olsas de sangre

econstrucciones Prtesis de mama5ariz, barbilla/ientes

;rtopedia ?aderasodillas6ombrosBuntas dedos

;tros ?at#teres;igenadotes

/i.lisis renales

Campos de la medicina-aplicaciones de biomateriales


22/49


Biopolmeros-Aplicacin


23/49


@e han dedicado tiempo al estudio de modificacibiopolmeros para habilitar el procesamiento y suen diversas aplicaciones! Para esto, mezclas,compuestos, nanocompuestos, se han estudiado cfin de me2orar las propiedades tales como: resistal calor, propiedades mec.nicas, permeabilidad agases y la tasa de degradacin, etc!


24/49


#01IM'&0S $'&*'S

>arios autores utilizan el ad2etivo verde para referirse a polmerdurante su sntesis, procesamiento o degradacin producen un mimpacto ambiental %ue los polmeros convencionales!

@in embargo, el termino polmero verde tambi#n se ha utilizadopolmeros %ue se sintetizan a partir de materias primas procedefuentes renovables!


25/49


Para diferenciar el polmero obtenido de la fuente de materrenovable del obtenido a partir de fuentes de materias primse a0ade el ad2etivo verde al nombre del polmero!

E2emplos de polmeros verdes son:

El Polietileno verde &PE verde' y poli vinilo verde &P>? verdemantienen las mismas caractersticas de los polmeros obtenpartir de fuentes fsiles!

5i el PE o P>? verde son biodegradables, sin embargo, debison a partir de recursos renovables, se clasifican como biopo


26/49


/ebido a polmeros verdes poseen caractersticas e%uivalentes apolmeros convencionales sus aplicaciones son las mismas %ue loprovienen del petrleo!

El polietileno se utiliza en la produccin de botellas, pelculas, pl.stico, ca2as, artculos de cuidado personal y del hogar, y com

automocin! El P>? se encuentra en aplicaciones tales como productos m#dic

hospitalares, envases de alimentos, materiales utilizados en la ce incluso piezas de alta tecnologa para el e%uipo espacial!

Estas son venta2as presentadas por polmeros verdes en comparotros biopolmeros %ue tienen aplicaciones m.s restringidas!


27/49

(!C Polimeros ?onductores


28/49


"os polmeros conductores, casi todos org.nicos, presentanenlaces deslocalizados %ue forman una estructura similar a la desilicio!

?uando se aplica una tensin entre las dos bandas, aumenta laconductividad el#ctrica: son, pues, transistores! ?asi todos los

polmeros conductores son conocidos semiconductores gracias aestructura en bandas, aun%ue algunos se comportan como metaconductores!


29/49


"a principal diferencia entre los polmeros conductores ysemiconductores inorg.nicos es la movilidad de los electrones,hasta hace poco, mucho menor en los polmeros conductores!

?uando se habla de polmeros conductores, en realidad se trata

polmeros oidados!

"a oidacin supone la generacin de radicalcationes a lo largola cadena polim#rica


30/49


"os polmeros conductores est.n hechos de sencillos pl.sticos y,por tanto, combinan la fleibilidad, la resistencia, elasticidad dlos elastmeros con la conductividad de un metal o de un polmehbrido dopado!


31/49


plicaciones

4 ?apas para circuitos electromagn#ticos4 Pelculas antiest.ticas4 Aparatos de identificacin de radiofrecuencias

#rolemas

4 =a2a solubilidad4 =a2a rapidez de respuesta


32/49


$enta3as

4 Procesamiento r.pido y muy barato4 .cil y barata impresin4 5o se necesita la instalacin de un cuarto limpio4 leibilidad y elasticidad4 Posibilidad de hacer pelculas o cables!4 =a2a densidad


33/49

Polimero otonicos

@on polmeros con propiedades pticas nolineales, esto es, %uesus propiedades pticas varan con la intensidad de la luz y tienuna variedad de usos tales como procesamiento ptico yalmacenamiento de datos de computadora &como en un ?/omotros dispositivos'


34/49

Polimero otonicos

"os polmeros usados en discos pticos de almacenamiento de datdeben tener las siguientes propiedades:

Elevada transparencia

?ero dispersin

=a2a absorcin del agua =a2os esfuerzos

Estabilidad t#rmica


35/49

(!D!ulerenos, nanotubos,nanoalambres ynanocapsulas!

"os fulerenos son la tercera forma m.s estable del carbono, tras diamante y el grafito!

El primer fulereno se descubri en (7FG y se han vuelto popularetanto por su belleza estructural como por su versatilidad para lasntesis de nuevos compuestos, ya %ue se presentan en forma de

baln de f8tbol, esferas, elipsoides o cilindros!


36/49


"os fullerenos esf#ricos reciben a menudo el nombre debucHyesferas y los cilndricos el de bucHytubos o nanotubos! ecibeste nombre de =ucHminster uller, %ue emple con #ito la c8pugeod#sica en la ar%uitectura!


37/49


El fullereno est. formado por ) .tomos de carbonoJ cada .tomo formhe.gonos y un pent.gono lo %ue da lugar a una estructura cerrada code un icosaedro truncado &poliedro formado por (- pent.gonos y -) he

Icosaedro: ?onsta de -) caras con forma de tri.ngulo e%uil.tero y (- v#rtices! En cada v#rtictri.ngulos


38/49


#ropiedades

/esde su descubrimiento, las propiedades %umicas y fsicas de fulerenos todava contin8an ba2o un intenso estudio!

El fulereno ?) presenta (*D modos normales de vibracin &C5 donde 5 K ) .tomos de carbono' en la regin del infrarro2o!


39/49


En el campo de la nanomedicina, el fulereno ?) se ha estudiado supotencial uso medicinal como fi2ador de antibiticos esp#cificos en suestructura para atacar bacterias resistentes y ciertas c#lulascancergenas, tales como el melanoma!

"os fulerenos no son muy reactivos debido a la estabilidad de los enlactipo grafito, y son tambi#n muy poco solubles en la mayora dedisolventes

El fullereno es la 8nica forma alotrpica &propiedad %ue poseendeterminados elementos %umicos de presentarse ba2o estructurasmoleculares diferentes' del carbono %ue puede ser disuelta!


40/49


4anotuo

se denominan nanotubos a estructuras tubulares cuyo di.metro es deltama0o del nanmetro!

Eisten nanotubos de muchos materiales, tales como silicio o nitruro deboro pero, generalmente, el t#rmino se aplica a los nanotubos de carbo

"os nanotubos de carbono son una forma alotrpica del carbono, como diamante, el grafito o los fulerenos!


41/49


"os nanotubos o 3bucHytubos3 &bucHytubes' representan probablhasta el momento el m.s importante producto derivado de la inveen fullerenos! Estos compuestos constituyen uno de los primeros pindustriales de la 5anotecnologa!


42/49


"a investigacin sobre nanotubos es tan apasionante &por sus m8ltiplesaplicaciones y posibilidades' como comple2o &por la variedad de sus proelectricas, termales y estructurales %ue cambian seg8n el di.metro, lala forma de enrollar!!!'!

@e han encontrado numerosas aplicaciones de los fullerenos como inclu

.tomos alcalinos en el interior de las bolas de carbono semiconductoradarles propiedades met.licas y superconductores de alta temperatura polmeros con fullerenos para dispositivos de conversin de energa sollubricantes, dispositivos en microelectrnica, y hasta la sntesis de f.rfullerenos usados como 2aulas huecas para alo2ar f.rmacos %ue se liberforma controlada!


43/49


Eisten, tambi#n, nanotubos cuya estructura se aseme2a a la deuna serie de tubos conc#ntricos, incluidos unos dentro de otros!

1os nanotuos de carono forman un material que resulta ser 5

veces ms fuerte que el acero - seis veces ms ligero. 7a-

estudios que pretenden utilizar estos materiales en aviones,automviles - otros medios de locomocin, pues supondra una

p!rdida de peso - un aumento de su resistencia mecnica.


44/49


Propiedades

@uelen presentar una elevada relacin longitud+radio, ya %ue elradio suele ser inferior a un par de nanmetros y, sin embargo, lalongitud puede llegar a ser incluso de ()G nm! /ebido a esta

caracterstica se pueden considerar como unidimensionales!


45/49


4anoalamres

"os nanoalambres son fibras cristalinas del una milesima del grosde un cabello humano, y por sus propiedades inherentes, se esper%ue posibiliten nuevas ar%uitecturas de detectores de luz para

aplicaciones de: sensores, creacin de im.genes, almacenamientode memoria y otras aplicaciones a nivel nanoescala


46/49


Para %ue los nanoalambres funciones como fotodetectores, fotonde luz con suficiente energa deben impactar su superficie de talmanera %ue desplazen electrones de su hoyo cargadospositivamente


47/49


5anocapsula

"a mayor revolucin industrial de todos los tiempos est. sucediena una escala tan pe%ue0a %ue pasa inadvertida para la mayora denosotros

"a industria de la nanotecnologa la manipulacin de la materia aescala del nanmetro, la millon#sima parte de un milmetro mueactualmente m.s de un billn de dlares a escala global


48/49



49/49


&evolucionario venda3e medico utiliza nanotecnologa para comatir lainfeccin

?ientficos de la Universidad de =ath y el e%uipo de %uemaduras en @outheUL Paediatric =urns ?entre en el 6ospital de renchay en =ristol est.ntraba2ando 2unto con e%uipos de toda Europa y Australia para crear un vendde herida avanzado!

El venda2e traba2ar. liberando antibiticos desde nanoc.psulas desencadenapor la presencia de bacterias patgenas %ue causan la enfermedad, el cual scentrar. en el tratamiento antes de %ue la infeccin se apodere! El venda2etambi#n cambiar. de color cuando el antibitico se libera, alertando a losprofesionales de la salud %ue hay infeccin en la herida!

Unidad 1 Polimeros Avanzados

Documents

Transcript of Unidad 1 Polimeros Avanzados