compuesto que consiste en moléculas de cadena larga, cada molécula está hecha de unidades repetitivas (U.R) que se conectan entre sí. POLIMEROS

1. TEORÍA DE
POLÍMEROS
PROF. DOMINGO SEBASTIAN OSORIO

2. SINOPSIS DE CONTENIDO
1.- Fundamentos de la ciencia y tecnología de los polímeros
2.- Polímeros termoplásticos
3.- Polímeros termofijos (termoestables)
4.- Elastómeros
5.- Polímeros importantes

3. DEFINICIONES BÁSICAS
Polímeros: compuesto que consiste en moléculas de cadena
larga, cada molécula está hecha de unidades repetitivas
(U.R) que se conectan entre sí. Puede haber miles o millones
de unidades en una sola molécula de polímero. El término se
deriva de la palabras griegas poly, que significa muchos, y
meros que significa parte. La mayoría de los polímeros se
basan en el carbono y, por consiguiente son considerados
sustancias químicas orgánicas.

4. DEFINICIONES BÁSICAS
POLÍMEROS
PLÁSTICOS HULES
TERMOPLÁSTICOS TERMOFIJOS ELASTÓMEROS
(TP) (TS) (E)

5. DEFINICIONES BÁSICAS
PE, PVC, PP, PS,
REPRESENTAN EL 70% NYLON
DEL TONELAJE TOTAL
TERMOPLÁSTICO
S
LIQUIDOS
VISCOSOS A
ALTAS TEMP.
SÓLIDOS A
TEMP.
AMBIENTE PUEDEN SOMETERSE A
CALENTAMIENTO Y
ENFRIAMIENTO
REPETIDO
SIN DEGRADACIÓN

6. DEFINICIONES BÁSICAS
AL RECALENTARSE PLÁSTICOS
SE DEGRADA POR FENÓLICOS,
PIRÓLISIS EPÓXICOS,
POLIÉSTERES
TERMOFIJOS
REACCIÓN
QUÍMICA A
ALTAS TEMP.
SÓLIDO
INFUSIBLE
NO TOLERAN CICLOS
DE CALENTAMIENTO Y
ENFRIAMIENTO
REPETIDOS

7. FUNDAMENTOS
Polimerización por adición: el proceso se conoce con el
nombre de polimerización en cadena . Se inicia con el uso
de un catalizador químico (llamado un iniciador) que abre
los dobles enlaces de carbono en algunos de los
monómeros. Estos monómeros se vuelven altamente
reactivos debido a sus electrones libres y capturan otros
monómeros para formar cadenas reactivas. Las cadenas
se propagan, capturando además otros monómeros, uno a
la vez, hasta que se producen grandes moléculas y la
reacción termina.

8. FUNDAMENTOS
La fórmula química del monómero es la misma que la del
mero en el polímero. Ésta es una característica de este
método de polimerización. El polipropileno (PP), el
policloruro de vinilo (PVC) y el poliestireno (PS) son
ejemplos de esta sustitución. La mayoría de los polímeros
de adición son termoplásticos, con excepción del
poliisopreno que es un elastómero.

9. FUNDAMENTOS
La excepción en
la figura es el
poliisopreno, el
polímero del
hule natural.
Aun cuando se
forma por
adición, es un
elastómero.

10. FUNDAMENTOS
Polimerización por pasos: en esta forma de
polimerización se unen dos monómeros
reaccionantes para formar una nueva molécula el
compuesto deseado. En la mayoría de los procesos
de polimerización por pasos (mas no en todos), se
produce un subproducto de la reacción. El
subproducto típico es agua, la cual se condensa; de
aquí que se use frecuentemente el término
polimerización de condensación para los procesos
que producen un condensado.

11. FUNDAMENTOS
Debe hacerse notar que el agua o siempre es el
único subproducto de la reacción; por ejemplo, el
amoníaco (NH3) es otro compuesto simple que se
produce en algunas reacciones.
Tanto los termoplásticos como los termofijos son
polímeros que se sintetizan por este método, el
nylon 6,6 y el policarbonato (PC) son polímeros TP,
mientras que el fenol formaldehído y la urea
formaldehído son polímeros TS

12. FUNDAMENTOS

13. FUNDAMENTOS

14. FUNDAMENTOS
Grado de polimerización y peso molecular: una
macromolécula producida por polimerización
consiste en n meros que se repiten. Como las
moléculas en un lote de material polimerizado
varía en longitud, n es un promedio para el lote y
su distribución estadística es normal. El valor
promedio de n se llama grado de polimerización
(GP). El grado de polimerización afecta las
propiedades del polímero, un GP más alto
incrementa la resistencia mecánica pero también
aumenta la viscosidad en el estado fluido, lo cual
hace su grado de procesamiento más difícil.

15. FUNDAMENTOS
Grado de polimerización y peso molecular:
El peso molecular (PM) del polímero es la suma de
los pesos moleculares de los meros en la molécula;
es n veces el peso molecular de cada unidad que se
repite. Ya que n varía para diferentes moléculas en
un lote, el peso de la molécula debe interpretarse
como un promedio.

16. FUNDAMENTOS
Valores típicos del grado de polimerización (GP) y peso molecular
(PM) de algunos polímeros termoplásticos.
Polímero GP(n) PM
Polietileno 10000 300000
Poliestireno
(PS) 3000 300000
Cloruro de Polivinilo (PVC) 1500 100000
Nylon 120 15000
Policarbonato 200 40000

17. FUNDAMENTOS
Estereorregularidad: tiene que ver con el arreglo espacial de
los átomos y grupos de átomos en las unidades repetitivas de la
molécula de polímero. Son posibles tres arreglos tácticos, a)
isotáctico, en el cual los grupos impares de átomos se colocan
del mismo lado de la cadena, b) sindiotáctico, donde los grupos
de átomos se alternan en lados opuestos; y c) atáctico, en el cual
los grupos se colocan aleatoriamente a cualquier lado.
La estructura táctica es importante para la determinación de las
propiedades del polímero. Influye también en la tendencia del
polímero a cristalizar.

18. FUNDAMENTOS
Polímeros lineales, ramificados y cadena
transversal: los procesos de polimerización que
producen macromoléculas con una estructura de
cadena, se llama polímero lineal. Esta
estructura es característica de un polímero
termoplástico. Una alternativa son las cadenas
ramificadas lateralmente que se forman a lo
largo de la cadena, el resultado es un polímero
ramificado

19. FUNDAMENTOS

20. FUNDAMENTOS

21. FUNDAMENTOS
En ciertos polímeros, los enlaces primarios se
forman en determinados puntos de contacto entre
las cadenas y otras moléculas que constituyen los
polímeros de cadena transversal. Las estructuras
con un ligero encadenamiento transversal son
características de los elastómeros. Cuando decimos
que un polímero tiene un alto encadenamiento
transversal nos referimos a que tiene una
estructura de red. Los polímeros termofijos
adoptan esta estructura después del curado.

22. FUNDAMENTOS
Los polímeros termoplásticos siempre
poseen estructuras lineales, ramificadas o
una mezcla de ambas. Las ramificaciones
aumentan el enmarañamiento entre las
moléculas, haciendo que los polímeros sean
generadamente más fuertes en el estado
sólido y más viscosos en el estado plástico o
líquido a una temperatura dada.

23. FUNDAMENTOS
Los termofijos y los elastómeros son
polímeros encadenados transversalmente.
El encadenamiento es la causa de que el
polímero fije su estructura química o
fragüe. El efecto es un cambio permanente
en la estructura del polímero. Los
termofijos son duros y frágiles, en tanto que
los elastómeros son elásticos y con gran
capacidad para absorber energía elástica
(resilencia)

24. FUNDAMENTOS
Copolímeros: los copolímeros son polímeros cuyas
moléculas están constituidas por unidades repetitivas de
dos tipos diferentes. Un ejemplo es el copolímero
sintetizado a partir del etileno y del propileno para
producir un copolímero con propiedades elastómeras.
El copolímero etileno-propileno puede representarse
como sigue:
-(C2H4)n (C3H6)m-
Donde n y m fluctúan entre 10 y 20, y las proporciones
de los dos constituyentes son alrededor de 50% cada
uno.

25. FUNDAMENTOS
Los copolímeros pueden poseer diferentes arreglos
de sus meros constituyentes. Las posibilidades son,
(a) alternante, en el cual los meros se repiten uno
cada vez, (b) aleatorio, los meros están acomodados
al azar y la frecuencia depende de la proporción
relativa de los monómeros iniciales; (c) bloque, los
meros del mismo tipo tienden a agruparse en largos
segmentos a lo largo de la cadena; y (d) injerto,
los meros de un tipo se adhieren como ramas a un
tronco de meros de otro tipo. Es también posible
sintetizar terpolímeros, que consisten en meros de
tres tipos diferentes. En ejemplo es el plástico ABS.

26. FUNDAMENTOS

27. FUNDAMENTOS
Cristalinidad: el grado de cristalinidad (la
proporción de material cristalizado en
masa) es siempre menor que 100%.
Conforme aumenta la cristalinidad en un
polímero se incrementa: 1) la densidad, 2) la
rigidez, la resistencia y la tenacidad, 3) la
resistencia al calor y 4) si el polímero es
transparente en el estado amorfo se
convierte en opaco cuando cristaliza
parcialmente.

28. FUNDAMENTOS
Numerosos factores determinan la capacidad o
tendencia de un polímero a formar regiones
cristalinas dentro del material. Estos factores se
pueden resumir como sigue: 1) sólo los polímeros
lineales pueden formar cristales; 2) la
estereorregularidad es crítica: los polímeros
isotácticos siempre forman cristales, los
sindiotácticos algunas veces forman cristales y los
atácticos nunca forman cristales; 3) los copolímeros
rara vez forman cristales, debido a su irregularidad
molecular;

29. FUNDAMENTOS
4) los enfriamientos lentos promueven la
formación y crecimiento de cristales, como
sucede en los metales y en los cerámicos; 5)
las deformaciones mecánicas, como el
estirado de TP calentados, tienden a alinear
la estructura e incrementar la cristalización,
y 6) los plastificantes reducen el grado de
cristalinidad.

30. FUNDAMENTOS

31. FUNDAMENTOS

32. FUNDAMENTOS
Comportamiento térmico de los polímeros:
Temperatura de transición vítrea (Tg): Se entiende
que es un punto intermedio de temperatura entre el
estado fundido y el estado rígido del material.
Tg es un valor de extrema importancia en ingeniería
de polímeros, pues indica la temperatura de trabajo
del plástico y por ende determina si un determinado
plástico puede ser utilizado para una aplicación
dada.

33. FUNDAMENTOS

34. FUNDAMENTOS
Aditivos: los aditivos alteran la estructura molecular del
polímero o añaden una segunda fase al plástico,
transformando a un polímero en un material
compuesto. Los aditivos se pueden clasificar por su
función como:
Rellenadores: son materiales sólidos que se añaden a un
polímero generalmente en forma fibrosa o de partícula
para alterar sus propiedades mecánicas o simplemente
para reducir el costo del material. Los rellenadores
también se usan para mejorar la estabilidad
dimensional y térmica de los polímeros.

35. FUNDAMENTOS
Los rellenadores que se utilizan para los polímeros
son fibras de algodón y aserrín polvos de sílice
(SiO2), CaCO3 y arcilla, fibras de vidrio, metal,
carbono, asbesto u otros polímeros. Los
rellenadores que mejoran las propiedades
mecánicas se llaman agentes reforzadores.
Plastificantes: son productos químicos que se
añaden al polímero para hacerlo suave y flexible,
mejorando sus características de fluidez durante su
conformación.

36. FUNDAMENTOS
Los plastificantes reducen la temperatura de transición
vítrea por debajo de la temperatura ambiente. Si bien el
polímero es duro y quebradizo (o frágil) por debajo de
Tg, por encima de esta temperatura es suave y tenaz.
Colorantes: los colorantes para polímeros son de dos
tipos:
1) pigmentos: son materiales insolubles finamente
pulverizados que se distribuyen uniformemente en la
masa de polímero en bajas concentraciones, en general
menos del 1%. Añaden opacidad y color al plástico.

37. FUNDAMENTOS
2) tintes: son sustancias químicas surtidas en
forma líquida y generalmente son solubles en
el polímero. Se usan normalmente para
colorear plásticos transparentes como el
estireno y los acrílicos.
3)Lubricantes: se añaden algunas veces a los
polímeros para reducir la fricción y
promover la fluidez en las interfases del
molde.

38. FUNDAMENTOS
4) Retardadores de flama: sustancias químicas que se
añaden a los polímeros para reducir su capacidad de
producir flama.
5) Agente encadenante transversal: variedad de
ingredientes que causan una reacción de
encadenamiento transversal o actúan como catalizador
para promover dicha reacción.(azufre, formaldehído,
peróxidos).
6) Luz ultravioleta y antioxidantes: son aditivos que
reducen la susceptibilidad de los polímeros a estas
formas de ataque.

39. POLÍMEROS
TERMOPLÁSTICOS
Una característica que define a los polímeros
termoplásticos es que pueden calentarse desde el
estado sólido hasta el estado líquido viscoso, y al
enfriarse vuelven a adoptar el estado sólido;
además este ciclo de enfriamiento puede aplicarse
muchas veces sin degradar el polímero.

40. POLÍMEROS
TERMOPLÁSTICOS
La razón de dicho comportamiento es que los
polímeros termoplásticos consisten en
macromoléculas lineales (ramificadas) que no se
encadenan transversalmente cuando se calienta.
Por el contrario de los termofijos y los elastómeros
sufren un cambio químico cuando se les calienta, lo
cual hace que sus moléculas se unan
transversalmente y fragüen permanentemente.

41. POLÍMEROS
TERMOPLÁSTICOS
Los termoplásticos típicos a temperatura ambiente
poseen las siguientes propiedades mecánicas:
1) menor rigidez, el módulo de elasticidad es dos
veces (en algunos casos tres) más bajo que los
metales y los cerámicos;
2) la resistencia a la tensión es más baja, cerca del
10% con respecto a la de los metales;
3) dureza muy baja; y
4) ductilidad más alta en promedio, con un
tremendo rango de valores, desde una elongación
del 1% para el poliestireno, hasta el 500% o más
para el propileno.

42. POLÍMEROS
TERMOPLÁSTICOS
Las propiedades mecánicas de los termoplásticos
dependen de la temperatura. La relación funcional
debemos analizarla en el contexto de las
estructuras cristalina y amorfa. Los termoplásticos
amorfos son rígidos y vítreos por debajo de la
temperatura de transición vítrea Tg, y flexibles o de
consistencia ahulada justamente arriba de dicha
temperatura. La transición ocurre realmente en
una escala de temperaturas de 10 a 20 grados.

43. POLÍMEROS
TERMOPLÁSTICOS

44. POLÍMEROS
TERMOPLÁSTICOS
Los polímeros termoplásticos poseen las siguientes
propiedades físicas:
1) densidades más bajas que los metales y los
materiales cerámicos, las gravedades específicas
para los polímeros son alrededor de 1,2 para los
cerámicos alrededor de 2,5 y para los metales de 7;
2) coeficientes de expansión térmica mucho más
altos, aproximadamente cinco veces el valor de los
metales y 10 veces el de los cerámicos;

45. POLÍMEROS
TERMOPLÁSTICOS
3) temperaturas de fusión muy bajas;
4) calores específicos que son de dos a cuatro
veces los de los metales y los cerámicos;
5) conductividades térmicas que son
alrededor de tres ordenes de magnitud más
bajos que los de los metales, y
6) propiedades de aislamiento eléctrico.

46. POLÍMEROS
TERMOPLÁSTICOS
Importancia comercial de los termoplásticos: los
productos termoplásticos incluyen artículos
moldeados y extruidos, fibras, películas y láminas,
materiales de empaque, pinturas y barnices. Se
surten normalmente al fabricante en forma de
polvos o pellets (grano grueso) en bolsas de 50 libras
(25 kg), en tambores de 200 libras (100 kg) o en
cargas mayores por camión o carro de ferrocarril.

47. POLÍMEROS TERMOFIJOS
Los polímeros termofijos se distinguen por su
estructura tridimensional de alto encadenamiento
transversal. Los termofijos son siempre amorfos y
no exhiben temperatura de transición vítrea.
Propiedades generales y características: en general
los termofijos son:
1) más rígidos, con módulos de elasticidad dos o tres
veces más grandes;
2) frágiles, prácticamente no poseen ductilidad;

48. POLÍMEROS TERMOFIJOS
3) menos solubles en los solventes comunes;
4) capaces de funcionar a temperaturas más altas; y
5) no pueden ser refundidos, en lugar de esto se
degradan y se queman.
Las diferencias en las propiedades de los plásticos
termofijos se atribuyen a las cadenas transversales
que forman enlaces covalentes tridimensionales
térmicamente estables

49. POLÍMEROS TERMOFIJOS
El encadenamiento transversal se logra de tres formas:
1) sistemas activados por temperatura o termofraguado
2) sistemas activados catalíticamente
3) sistemas activados por mezcla
Las reacciones químicas asociadas con el encadenamiento
transversal se llaman curado o fraguado. El curado se
ejecuta en la planta de fabricación donde se hacen las partes,
y no en la planta química que surte la materia prima al
fabricante.

50. POLÍMEROS TERMOFIJOS
Polímeros termofijos importantes: los
termofijos con mayor volumen de uso son las
resinas fenólicas, cuyo volumen anual es
acerca del 6% del total de plásticos en el
mercado.

51. ELASTÓMEROS
Características de los elastómeros: sus
impresionantes propiedades elásticas se deben a la
combinación de dos características:
1) cuando las moléculas largas no están estiradas, se
encuentran estrechamente retorcidas y
2) el grado de encadenamiento transversal es
sustancialmente bajo que el de los termofijos.
Para que un polímero exhiba propiedades
elastómeras debe ser amorfo en la condición no
estirada y su temperatura debe estar arriba de la Tg.
si está debajo de este valor el material es duro y
quebradizo.

52. ELASTÓMEROS

53. POLÍMEROS
IMPORTANTES
TERMOPLÁSTICOS ELASTÓMEROS
TERMOFIJOS
ACETALES HULE NATURAL
ACRÍLICOS AMINORRESINAS HULE BUTADIENO
ABS EPÓXICOS HULE BUTÍLICO
CELULÓSICOS FENÓLICOS HULE
FLUOROPOLÍMEROS POLIÉSTERES CLOROPRENO
POLIAMIDAS POLIURETANOS HULE ETILEN-
SILICONES PROPILÉNICO
POLICARBONATO
HULE ISOPRENO
POLIETILENO
HULE NITRILO
POLIPROPILENO
POLIURETANO
POLIESTIRENO
SILICONES
PVC

54. POLÍMEROS
• Gracias!!!.