Trabajo sobre la degradacion de los polimeros y ceramicos...
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Degradación de Materiales (Polímeros y Cerámicos) QUÉ SON POLÍMEROS Y CERÁMICOS POLÍMEROS Un polímero puede defnirse como un material constituido por moléculas ormadas por unidades constitucionales que se repiten de una manera más o menos ordenada Dado el gran tama!o de estas moléculas" reci#en el nom#re de macromoléculas $s decir" que los polímeros son compuestos químicos cuyas moléculas están ormadas por la unión de otras moléculas más peque!as llamadas monómeros" las cuales se enla%an entre sí como si ueran los esla#ones de una cadena $stas cadenas" que en ocasiones presentan tam#ién ramifcaciones o entrecru%amientos" pueden llegar a alcan%ar un gran tama!o" ra%ón por la cual son tam#ién conocidas con el nom#re de macromoléculas &a#itualmente los polímeros reci#en" de orma incorrecta" el nom#re de plásticos" que en realidad corresponde corresponde tan sólo a un tipo específco de polímeros" concretamente los que presentan propiedades propiedades plásticas (#landas" deorma#les y malea#les con el calor) 'os polímeros" del griego poli (muco) y meros (partes)" reci#en tam#ién el nom#re de macromoléculas" macromoléculas" de#ido al enorme tama!o de las moléculas que los componen $stas moléculas gigantes tienen pesos moleculares más de cien eces mayores que los de moléculas peque!as como el agua 'a mayor parte de los polímeros están ormados por estructuras de car#ón y por tanto se consideran compuestos orgánicos *unque e+isten polímeros naturales de gran alor comercial" la mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra ida diaria" son materiales sintéticos con propiedades propiedades y aplicaciones ariadas
MATERIALES MA TERIALES CERÁMICOS Un material cerámico es un tipo de material inorgánico" no metálico" #uen aislante y que además tiene la propiedad de tener una temperatura de usión y resistencia muy eleada *simismo" su módulo de ,oung ,oung (pendiente asta el límite elástico que se orma en un ensayo de tracción) tam#ién eleado" además presentan un modo de rotura rágil -odas -odas estas propiedades" propiedades" acen que los materiales cerámicos sean imposi#les imposi#les de undir y de mecani%ar por medios tradicionales (resado" torneado" #rocado" etc) Por esta ra%ón" en las cerámicas reali%amos un tratamiento de sinteri%ación $ste proceso" por la naturale%a en la cual se crea" produce poros que pueden ser isi#les a simple ista Un ensayo a tracción" por los poros y un módulo de ,oung ,oung y una un a ragilidad eleados y al tener ten er un enlace interatómico (iónico y.o coalente)" es imposi#le de reali%ar reali%ar $+isten materiales cerámicos cuya tensión mecánica en un ensayo de compresión puede llegar a ser superior a la tensión soportada por el acero 'a ra%ón" iene dada por la compresión de los poros.agu/eros que se an creado en el material *l comprimir estos poros" la uer%a por unidad de sección es mayor que antes del colapso de los poros
ANÁLISIS DE LOS MECANISMOS DE TERMO-OXIDACIÓN Y AUTOOXIDACIÓN DE LOS MATERIALES POLÍMEROS Por degradación de un material se entiende todo tipo de transormaciones que aectan a su composición original y repercuten en sus propiedades y prestaciones iniciales Cuando se trata de materiales constituidos por polímeros estas transormaciones pueden ser de tipo ísico" tal es el caso de la pérdida de alg0n aditio" como por e/emplo plastifcantes" o #ien de tipo químico $n este 0ltimo caso" el polímero e+perimenta cam#ios en su composición química y estos" a su e%" proocan ariaciones en sus propiedades ísicas iniciales (color" resistencia" 1e+i#ilidad" solu#ilidad" etc) *demás cualquiera de esos procesos puede ir acompa!ado de la emisión de compuestos orgánicos olátiles (C23s) Dos de las causas responsa#les de estas transormaciones son la termo4 o+idación y la auto4 o+idación
TERMO-OXIDACIÓN Degradación de termo4 o+idación5 en este mecanismo de degradación el o+ígeno mane/a un rol undamental para que se pueda llear a ca#o este proceso ya que depende en gran medida de la disponi#ilidad de o+ígeno ,a que en presencia de o+ígeno" las reacciones de escisión de la cadena dominan so#re las reacciones de ampliación moleculares 'os radicales alquilo reaccionan rápidamente con el o+ígeno y orma radicales pero+ilo" lo que se puede acer a#stracción de idrógeno inter o intramolecular para ormar idroperó+idos poliméricos 'a -ermo4o+idación y la o+idación de los productos de polietileno se llean a ca#o a un rango de temperaturas de 6784978:C" es decir" las condiciones de procesamiento" an sido o#/eto de arios estudios $l proceso y los mecanismos de degradación a altas temperaturas diferen de los mecanismos que tienen lugar durante ene/ecimiento a largo pla%o a temperaturas moderadas Una temperatura más alta signifca reacciones más rápidas y mayor cantidad de radicales li#res 'a disponi#ilidad de o+ígeno llegará a ser limitada de#ido a que la elocidad de diusión y solu#ilidad de o+ígeno es demasiado #a/a Mientras que a menor concentración de o+ígeno" la pro#a#ilidad de que dos radicales alquilo ecinos so#reiirán el tiempo sufciente para reaccionar con cada uno otro en lugar de reaccionar con el o+ígeno es más alta y las reacciones de ampliación moleculares estarán conduciendo a una ampliación dominante de la distri#ución del peso molecular * temperaturas de reacción más #a/as" que son las reales durante la degradación am#iental" la degradación así como los tiempos de reacción son muco más largos" el n0mero de radicales es más peque!o y el o+ígeno tiene más tiempo para diundir a los sitios de reacción
AUTO-OXIDACIÓN 'a auto4o+idación es un proceso auto4catalítico" en cadena" que inolucra las ases de iniciación" propagación" ramifcación y terminación
Ilustraci! "#l $#ca!is$% (P;polímero) 9 . Mn>B" Co>9 . Co>B" Cu>6 . Cu>9" e>9 . e>B pueden acelerar la reacción de o+idación como sigue5 P22& > Me> a P2 > Me9 > > 2&=P22& > Me>9 a P22 > Me> > &> 9 P22& P2 > P22 > &92 (3) Me> . Me>9
EXPLICAR LOS MECANISMOS DE OXIDACIÓN DE LOS MATERIALES CERÁMICOS OXIDICOS Y NO OXIDICOS EFe o+ida un cerámicoG 'a estructura atómica de los materiales cerámicos es la responsa#le de su gran esta#ilidad química ante agentes químicos agresios 'os procesos de corrosión en cerámicos no están tan claramente defnidos como en el caso de los metales $n general se cree que los cerámicos reractarios y estructurales son inertes o resistentes a la corrosión en comparación con los metales $sto es relatiamente cierto a temperaturas am#ientes o por de#a/o de los 688: C en am#ientes secos Cuando la temperatura aumenta la degradación de los mismos conmien%a a acelerarse 'a degraddación de los cerámicos es un mecanismo comple/o" que inolucra su disolución" penetración y diusión de sustancias agresias a traés de #ordes de grano o del seno del material -am#ién pueden presentar corrosión #a/o tensiones -odas estos procesos inolucran reacciones de o+idoreducción incluyendo enómenioos de a#sorción" desorción y transporte de masa -odo esto ace imprescindi#le la defnición e+austia del materialH incluyendo su microestructura y características superfciales
'as cerámicas o+ídicas son compuestos inorgánicos de elementos metálicos (*l" Ir" -i" Mg) o metaloides (Fi) con o+ígeno $stos ó+idos pueden com#inarse con nitrógeno o car#ono para ormar o+initruros y o+icar#uros más comple/os 'as cerámicas o+ídicas tienen puntos de usión altos" #a/a resistencia al desgaste" y una amplia gama de propiedades eléctricas Por su parte" las cerámicas no o+ídicas comprenden los car#uros" nitruros" #oruros" siliciuros y otros Fus aplicaciones an desde a#rasios super duros (JC" JK) y erramientas de corte (LC)" a to#eras de coetes (-iJ9)" electrodos para undidos de metal (IrJ9) y elementos de caleacción (MoFi9) 'as cerámicas no o+ídicas más importantes son el car#uro de silicio (FiC)" nitruro de silicio (FiBK) y los llamados sialones" cerámica #asada en nitruro con contenidos de ó+ido de aria#les De#en someterse a tratamiento de alta temperatura en atmósera reducida o inerte para eitar la o+idación 'as cerámicas no o+ídicas son materiales duros" uertes y reractarios los cuales muestran u na promesa considera#le como materiales estructurales en entornos a altas temperaturas Fon químicamente esta#les en condiciones inertes pero en condiciones de o+idación" particularmente a altas temperaturas" toman lugar algunas reacciones $s por esto que la o+idación.corrosión es la alla más grae en las cerámicas no o+ídicas $ste pro#lema a sido e+tensamente estudiado en arias atmóseras o+idantes" la o+idación procede de la siguiente manera5 FiBK > B29
BFi29 > 9K9
(Kitruro de silicio)
FiC > 929
Fi29 > C29 (Car#uro de Filicio)
9IrK > 929
9Ir29 > K9(Kitruro de Circonio)
IrC > 9A9
Ir29 > C29
(Car#uro de Circonio)
$n los casos de FiBK y FiC" como la o+idación está procediendo" Fi29 amoro cu#re FiBK y orma una capa protectora Por lo tanto" la o+idación es controlada por procesos de diusión" y procede muy lentamente $ste mecanismo se denomina como la o+idación pasia $n FiC" cuando las presiones de o+ígeno son lo sufcientemente #a/a" la o+idación procede muco más rápido" porque gaseoso Fi2 se produce como sigue5 FiC > 29
Fi2 > C2
$ste mecanismo es llamado 2+idación *ctia
PRE&ENCIÓN DE OXIDACION POLÍMEROS eneralmente la corrosión en polímeros es tardía o no ocurre" por lo que son utili%ados como protección contra la misma" es el caso de los polietilenos" que siren como recu#rimientos $l aance de la química a dado lugar a la aparición de una serie de materiales sintéticos que pueden competir con los materiales tradicionales en cuanto a propiedades técnicas y enta/as a mucos en cuanto a su resistencia contra la corrosión $/emplos de polímeros resistentes a la corrosión5
NPolietileno de #a/a y alta densidad NPolipropileno NPolímeros que contienen l0or NPolímeros termoesta#les
CERÁMICOS Para materiales cerámicos aan%ados y para metales de operación a alta temperatura se utili%an recu#rimientos especiales * los materiales compuestos car#ono4car#ono se les aplican recu#rimientos de Car#uro de Filicio (FiC) para me/orar su resistencia a la o+idación Cuando se o+ida el FiC a alta temperatura" se orma en la superfcie una capa delgada de Fi89" protegiéndolos contra o+idación adicional asta apro+imadamente los 6788:C
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