Trabajo de Polimeros

Introducción Durante los últimos 100 años se ha introducido una nueva clase de materiales, los denominados plásticos. La rápida expansión y crecimiento de estos materiales ha ocurrido a expensas de los materiales tradicionales en aplicaciones ya establecidas, así como en el desarrollo de nuevas aplicaciones y mercados. Sin los materiales plásticos es difícil concebir cómo se podrían haber desarrollado y extendido algunos objetos característicos de la vida moderna (tales como el teléfono, la televisión o los ordenadores) que en las sociedades desarrolladas tanto han ayudado a mejorar el confort y la calidad de vida. De todas las especialidades de la Química Orgánica, la Química de Polímeros destaca tanto por el número de científicos que la desarrollan en el mundo, como por ser la que exige una formación más específica en Química Orgánica. Hasta finales del siglo pasado se consideraba que las substancias de alto peso molecular, que a veces aparecían en los experimentos, eran simplemente el resultado de reacciones fallidas. Desde la segunda guerra mundial se han desarrollado cientos de polímeros. En una primera clasificación, los materiales poliméricos se pueden dividir en dos grandes grupos: los polímeros naturales y los polímeros sintéticos, denominándose estos últimos generalmente como materiales plásticos. Los polímeros son moléculas de gran tamaño formadas por la unión de compuestos orgánicos (monómeros) mediante enlaces covalentes. Por consiguiente, esta investigación estará enfocada en algunos términos relacionados con los polímeros, de los cuales se desarrollaran cada uno de estos puntos de manera clara y concisa, gracia al apoyo de diversas fuentes bibliográficas que sirvieron para recoger un buen contenido sobre este tema.

Los polímeros ¿Que son los polímeros? Del griego poli (mucho) y meros (partes) un polímero puede definirse como un material constituido por moléculas formadas por unidades constitucionales que se repiten de una manera más o menos ordenada. Dado el gran tamaño de estas moléculas, reciben el nombre de macromoléculas. Es decir, que los polímeros son compuestos químicos cuyas moléculas están formadas por la unión de otras moléculas más pequeñas llamadas monómeros, las cuales se enlazan entre sí como si fueran los eslabones de una cadena. Estas cadenas, que en ocasiones presentan también ramificaciones o entrecruzamientos, pueden llegar a alcanzar un gran tamaño, razón por la cual son también conocidas con el nombre de macromoléculas. Habitualmente los polímeros reciben, de forma incorrecta, el nombre de plásticos, que en realidad corresponde tan sólo a un tipo específico de polímeros, concretamente los que presentan propiedades plásticas (blandas, deformables y maleables con el calor). La mayor parte de los polímeros están formados por estructuras de carbón y por tanto se consideran compuestos orgánicos. Aunque existen polímeros naturales de gran valor comercial, la mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria, son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas 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 muy buena 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. El almidón, la celulosa, la seda y el ADN son ejemplos de polímeros naturales y el nailon, el polietileno y la baquelita de polímeros sintéticos.

Polimerización En química orgánica, la reacción por la cual se sintetiza un polímero a partir de sus monómeros se denomina polimerización. Según el mecanismo por el cual se produce la reacción de polimerización para dar lugar al polímero, ésta se clasifica como "polimerización por pasos" o como "polimerización en cadena". En cualquier caso, el tamaño de la cadena dependerá de parámetros como la temperatura o el tiempo de reacción, teniendo cada cadena un tamaño distinto y, por tanto, una masa molecular distinta, de ahí que se hable de masa promedio del polímero.

TIPOS DE POLIMEROS A) NATURALES Provenientes directamente del reino vegetal o animal. Por ejemplo:  Proteínas.- son importantes para el crecimiento del organismo formando un papel fundamental para la vida del ser humano.

 CAUCHO.-Nombre científico Hevea Brasiliensis, llamado comúnmente árbol de caucho, mide unos 20 a 30 metros de altura. Se puede encontrar en el rio amazonas es donde más abunda.

 SEDA.- Es producida por varios grupos de animales artrópodos como las arañas y varios tipos de insectos, actualmente solo en la industria textil se utiliza la producida por larvas de la mariposa Bombyx Mori.

 LANA.- Es una fibra natural que se obtiene de los caprinae (cabra y, principalmente, ovejas), y de otros animales como llamas, alpacas, guanacos, vicuñas o conejos, mediante un proceso denominado esquila.

B) ARTIFICIALES Son el resultado de modificaciones mediante procesos químicos, de ciertos polímeros naturales. Ejemplo:

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NITROCELULOSA.-también llamado algodón pólvora, es un sólido parecido al algodón, o un líquido gelatinoso ligeramente amarillo o incoloro con olor a éter. Se emplea en la elaboración de explosivos(plásticos, dinamitas, etc.), propulsores para cohetes y como materia prima en la elaboración de pinturas, lacas, barnices tintas, selladores y otros productos similares.

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PVC.- El policloruro de vinilo es el producto de la polimerización del monómero de cloruro de vinilo. Es el derivado del plástico más versátil. Se puede producir mediante cuatro procesos diferentes: suspensión, emulsión, masa y solución.

C) SINTETICOS Son macromoléculas conformadas por la unión de monómeros, obtenidos en forma artificial.  NAILON.- Altamente resistentes y elásticas. Tienen la ventaja de que no se descomponen si bien suelen deformarse con el calor. Se utilizan para fabricar ropa deportiva.  ACRILICAS.- Resultan resistentes. Usualmente se utilizan para fabricar hilos que son mezclados con lanas.

 POLIESTER.- Son de las fibras sintéticas más económicas y ampliamente usadas para confeccionar ropa de vestir y deportiva. Pueden combinarse con otro tipo de fibras.

 POLIVINILICAS.- Tienen resistencia a los productos y agentes químicos por lo que se usan en textiles técnicos.

 POLIETILÉNICAS.- Resistentes a la fricción, por lo que se usan en la elaboración de alfombras y tapices.

ESTRUCTURA DE LOS POLÍMEROS Estructura de la unidad monómera y de la macromolécula Estas macromoléculas, se comportan de modo diferente a las moléculas pequeñas y existen tres aspectos por los cuales los polímeros actúan de modo distinto a las moléculas pequeñas. Y las razones son un poco más complicadas que decir simplemente "porque son más grandes". Los tres aspectos son: 1.- Enredo de cadena 2.- Adición de fuerzas intermoleculares 3.- Escala de tiempo del movimiento

PROPIEDADES FISICAS  VISCOSIDAD La viscosidad intrínseca de una disolución polimérica está empíricamente relacionada con la masa molecular promedio del polímero mediante la ecuación:

Donde [η] viene dada en dL/g(decilitro sobre gramos), Mv es el promedio viscoso de la masa molecular del polímero en g/mol, Mº = 1 g/mol, y K y a son parámetros que dependen del disolvente, de la temperatura y del tipo de polímero.  DILATACION Los materiales sufren una dilatación al calentarse y una contracción al enfriarse. Por lo que será útil conocer este índice para la confección de moldes de inyección o boquillas de extrusión. Las unidades utilizadas pueden ser mm / mm o también se pueden expresar en porcentajes. L=L0 (1+ α ∆ T )

 SOLUBILIDAD La solubilidad de un polímero varía en función de su estructura química y del peso molecular, siendo más fácilmente solubles las fracciones de bajo peso molecular. Por lo tanto no es extraño que durante un proceso de disolución se disuelvan las fracciones más ligeras del polímero, quedando insolubles las de alto peso molecular. W solucion =W sto + W ste

 RESISTENCIA A LA INFLAMABILIDAD Dependiendo de su composición los polímeros se comportan de forma distinta al aplicárseles una fuente de ignición. Pudiendo destacarse: facilidad de ignición, auto extinción de la llama, color de la llama, desprendimiento de algún olor, la presencia de humos, etc. Esta propiedad es muy útil conocer, por ejemplo, en los plásticos utilizados en recubrimiento de cables.

APLICACIONES DE LOS POLIMEROS  POLIMEROS TERMOPLASTICOS. POLIETENO (PE): Químicamente resistentes y eléctricamente aislantes, blandos, baja resistencia mecánica y poca resistencia a la degradación medioambiental. Contenedores, aislante eléctrico, tubos, artículos para el hogar, botellas, juguetes, cubiteras y en láminas para recubrimientos.

- CLORURO DE POLIVINILO (PVC): Son baratos y de uso muy general, existen la variedad de rígido (sin aditivos) y plastificado (con aditivos); el primero es utilizado para tuberías y canalones, estructura de ventanas y decoración. Ha sido muy popular su uso en los antiguos discos fonográficos “vinilos”. El plastificado tiene más usos, tapizados de muebles y coches, revestimientos de paredes, revestimiento de capotas de coches, revestimientos de cables eléctricos y suelos. Mangas de riego, relleno de refrigeradores, componentes de electrodomésticos en general y en la industria de la ropa se utiliza como cuero artificial y tejidos para algunos tipos de gabardinas.

-POLIPROPILENO (PP): Resistencia a la distorsión térmica, buena resistencia a la fatiga, químicamente inerte y relativamente barato. Productos para el hogar, partes de coches, embalajes, maletas, electrodomésticos y botellas.

-POLIESTIRENO (PS): Excelente propiedades eléctricas y claridad óptica, buena estabilidad térmica y relativamente económico. Recubrimiento de interior de automóviles, tejados, juguetes, aislantes térmicos, electrodomésticos, manillares y utensilios de cocina en general.

-POLIACRILONITRILO (PAN): Extraordinaria transmisión de la luz y gran resistencia a la degradación ambiental, pero con propiedades mecánicas mediocres. En forma de fibra como lana en jerseys y mantas. Lentes, ventanas de avión. Se utiliza mucho como co-monómero para producir los polímeros de gran utilidad como resinas SAN y ABS.

-ESTIRENO-ACRILONITRILO (SAN): Termoplásticos estireno-acrilonitrilo se utilizan en la fabricación de espejos, componentes de automóviles, manillares, jeringuillas, cristales de seguridad y menaje de cocina (tazas y vasos). ACRILONITRILO-BUTADIENO-ESTIRENO (ABS): Gran resistencia y tenacidad, buenas propiedades eléctricas pero es soluble en algunos disolventes orgánicos. Se usa en tubería (drenaje, desagüe, ventilación), herramientas, recubrimientos de puertas e

interiores de frigoríficos, carcasas de ordenadores, teléfonos, equipos de jardinería, y como escudo frente a interferencias electromagnéticas de radio frecuencia.

-METACRILATO DE POLIMETILO (PMMA): Acristalado de aviones y embarcaciones, iluminación exterior y señales publicitarias, lunas traseras de automóviles, pantallas de seguridad, gafas protectoras, picaportes, asas y muebles domésticos.

-POLITETRAFLUORETILENO (PTFE): Sobresaliente inercia química, excelente propiedades eléctricas y bajo coeficiente de fricción. Se usa para tuberías resistentes a reactivos químicos, aislamiento de cables a alta temperatura, recubrimientos anti-adherentes a temperaturas moderadas (hasta 200 o C). También como manguitos, juntas, válvulas químicamente resistentes, anillos de estancamiento y cojinetes. La famosa fibra GoreTex® de uso extendido en calzado de montaña por ser transpirable pero impermeable esta basado en el PTFE “basado en la propiedad hidrófoba del teflón).

-POLICLOROTRIFLUORETILENO (PCTFE): Propiedades parecidas al anterior. Se usa en equipos de procesado químico, juntas elásticas, anillos de estancamientos, componentes eléctricos.

-POLIAMIDAS: (o naylons) tienen buena resistencia mecánica y a la abrasión y bajo coeficiente de fricción. Se usa para telas, cojinetes no lubricados, piezas de alto impacto que requieren resistencia y rigidez, velocímetros, limpiaparabrisas. Reforzado con vidrio se utiliza en aspas de motor, y tapaderas de válvulas. Se utiliza en embalajes, soportes de antena, aislamiento de alambres, etc.

-POLICARBONATOS (PC): Son dimensionalmente estables, extraordinaria resistencia química, gran resistencia al impacto y alta ductilidad y buena transparencia. Por todo ello son muy utilizados, p. ej. en pantallas de seguridad, cascos, engranajes y levas, componentes de vuelo y propulsores de barcos, equipamiento luminoso para tráfico, lentes (cristales irrompibles), ventanas de plástico, terminales y carcasas de ordenador, CD, y base para películas fotográficas.

-POLIOXOMETILENO (POM): también conocidos como acetales, están reemplazando a muchas piezas metálicas de Zn, Al y latón debido a su bajo coste y gran resistencia que permite construir piezas de alta precisión. Usos como cinturones de seguridad, manivelas de ventanas, sedales de pesca, bolígrafos, levas, e incluso en cremalleras de polímero.  POLÍMEROS TERMOESTABLES.

-POLIESTERES: tienen excelente propiedades eléctricas y son muy baratos. Sirven como matriz para ser reforzados con fibras. Los dos más comunes son el PBT (tereftalato de poli butadieno) y el PET (tereftalato de polietileno). PET se utiliza como alfombras, encordelado de neumáticos, y resinas de envase. PBT tiene un bajo coste se usa mucho en la actualidad: conectores, enchufes, relés, componentes de alto voltaje, consolas terminales, timbres. Se utiliza mucho en electrodomésticos, también como sillas, ventiladores o incluso como componente del casco de barcos pequeños. En forma de cintas delgadas se usan como soporte del material magnético en cintas magnetofónicas y de vídeo.

-POLIESTERES INSATURADOS: reforzados con vidrio se utiliza para paneles de automóviles y para prótesis. Para fabricar botes pequeños y componentes de baño. Para tubería, tanques y conductos si se requiere una gran resistencia a la corrosión.

-FENOLICOS: p. ej. La baquelita, fueron de los primeros plásticos descubiertos en la primera década del siglo XX por Baekeland. Todavía se utilizan por su bajo coste y sus excelentes propiedades como aislantes (térmico y eléctrico). Se pueden utilizar como material de relleno para otros polímeros y en materiales compuestos. Además del uso en todo tipo de interruptores eléctricos, en piezas “ligeras” en la industria del automóvil como piezas del sistema de transmisión, carcasa de motores, teléfonos, distribuidores de automóvil (DELCO). Se utilizan como botones, tiradores y debido a las buenas propiedades adhesivas como laminados de maderas (y otros materiales) contrachapados.

-RESINAS EPOXI: Tienen excelentes propiedades mecánicas y de resistencia a la corrosión. Buena adherencia y relativamente baratos. Como recubrimientos protectores y decorativos por su buena adherencia y gran resistencia mecánica y química. Forros para latas, baterías y recubrimientos de neumáticos. Por sus buenas propiedades aislantes como encapsulamiento de materiales semiconductores (p.ej. transistores). Matrices para materiales compuestos (p. ej. fibra de carbono).

-POLIURETANO: Buena estabilidad térmica y propiedades elásticas: suelas de zapatos, partes de coches, fibras, espumas.

 ELASTOMEROS

Son conocidos como gomas por su capacidad de sufrir un gran alargamiento elástico que se puede recuperar si cesa el esfuerzo.

-CAUCHO NATURAL: cispoliisopreno es el natural (caucho) que vulcanizado se utiliza como neumáticos para coches, tacones y suelas de zapato, juntas en general. Sin embargo, en 1980 el 70 % del mercado del caucho mundial son cauchos sintéticos.

-CAUCHO ESTIRENO-BUTADIENO (SBR): es el caucho sintético más importante. Un co-polímero que contiene entre un 20 y 23 % de PS. Es más barato que el caucho natural, p. ej. ahora se utilizan en llantas de neumáticos. Son más resistentes al desgaste pero tienen el inconveniente de que pueden absorber disolventes orgánicos como aceite y gasolina. Usos similares a los del caucho natural.

-CAUCHO DE NITRILO (NBR): copolímero de butadieno (PB) y acrilonitrilo (PAN) con una proporción del 55 al 82 % de PB. Los grupos nitrilo proporcionan una mayor resistencia a los aceites minerales y animales así como al calor y a la abrasión, sin embargo, estos cauchos son más caros que los anteriores. Las aplicaciones son especiales donde se requieran estas propiedades, p. ej., manguitos de alta resistencia para el flujo de aceites y disolventes en los componentes de los coches, mangueras para distribución de gasolina y aceite, tacones y suelas de calzado.

-CAUCHO DE POLICLOROPRENO (NEOPRENO): son cauchos similares a los de isopreno donde se sustituye el grupo metilo por un átomo de cloro. Esto aumenta la resistencia del doble enlace (resisten el ozono y la degradación medio ambiental) y buena resistencia a la llama, además son de mayor fortaleza que los ordinarios aunque son también más caros. Los usos más comunes son recubrimientos de cables, recubrimientos internos de tanques para productos químicos, mangueras y abrazaderas industriales, precintos y diafragmas de automóviles, correas y en forma de trajes para inmersión sub-acuática.

-CAUCHO DE SILICONA: Un ejemplo es el polidimetil siloxano, aunque hay otros cauchos de silicona con radicales diferentes como fenilos. La ventaja principal de estos cauchos residen en su amplio rango de temperatura de trabajo, poca resistencia mecánica y excelente propiedades eléctricas (aislantes). Como usos principales se puede destacar el sellado, junta de materiales, aislantes eléctricos, tubos de uso alimentario y médicos, y cebadores de bujías.

Conclusiones

Al finalizar esta investigación se logró entender sobre los polímeros. De los cuales se dice que la materia está formada por moléculas que pueden ser de tamaño normal o moléculas gigantes llamadas polímeros. Los polímeros se producen por la unión de cientos de 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. Existen polímeros naturales de gran significación comercial como el algodón, formado por fibras de celulosas. La celulosa se encuentra en la madera y en los tallos de muchas plantas, y se emplean para hacer telas y papel. La seda es otro polímero natural muy apreciado y es una poliamida semejante al nylon. La lana, proteína del pelo de las ovejas, es otro ejemplo. El hule de los árboles de hevea y de los arbustos de Guayule, son también polímeros naturales importantes. Sin embargo, la mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas. Como pudimos observar los polímeros constituyen la mayor parte de las cosas que nos rodean, estamos en contacto con ellos todos los días e incluso nosotros mismos estamos compuestos casi en nuestra totalidad de estas, tan variadas macromoléculas, como por ejemplo: las proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos, etc. Los polímeros han originado en la actualidad un impacto social y ambiental que ha generado aspectos positivos y en su gran mayoría negativos, ya que la eliminación de polímeros contribuye a la acumulación de basuras, las bolsas plásticas pueden causar asfixia si se recubre la cabeza con ellas y no se retira la cabeza a tiempo, entre otros.

BIBLIOGRAFIA

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