Polímeros La materia está constituida por moléculas que pueden ser de tamaño normal o por macromoléculas llamadas polímeros. Polímero del griego poly,

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1 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.

2 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 copolímero de injerto

3 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.

4 Clasificación de los polímeros
Según su comportamiento a alta temperatura Para clasificar polímeros, una de las formas empíricas más sencillas consiste en calentarlos por encima de cierta temperatura. Según si el material funde y fluye o por el contrario se descompone se diferencian dos tipos de polímeros: Termoplásticos: que fluyen al calentarlos y se vuelven a endurecer al enfriarlos. Su estructura molecular presenta pocos (o ninguno) entrecruzamientos. En general son de estructura unidimensional y tienen peso molecular muy elevado, son generalmente rígidos a temperatura ambiente pero se vuelven blandos y flexibles al elevar la temperatura pudiendo moldearse bajo presión. Termoestables o Termorígidos: que se descomponen químicamente al calentarlos, en vez de fluir. Este comportamiento se debe a una estructura con muchos entrecruzamientos, que impiden los desplazamientos relativos de las moléculas. Son polímeros de estructura tridimensional forman moléculas rígidas de peso molecular relativamente bajo, que originan sustancias duras, insolubles y de gran resistencia a ablandarse por calentamiento.

5 Métodos generales de formación de polímeros
1.1.1 Adición 1,2 1.1 Lineal 1.1.2 Adición 1,4 Formación de polímeros 1.Adición 2.Condensación 1.2 Cruzada Adición 1,2 fenólica esterificación poliamídicas siliconas 2.1 Lineal fenólica carboxílicas esterificación siliconas urea formaldehido 2.2 Cruzada

6 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.

7 Polimerización por Adición 1,2 lineal
Polietileno (PE) Polietileno (PE) PEAD PEBD 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. Bolsas supermercado, residuos

8 Polimerización por Adición 1,2 lineal
Polipropileno (PP) 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.

9 Polimerización por Adición 1,2 lineal
Policloruro de vinilo (PVC): 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

10 Polimerización por Adición 1,2 lineal
Poliestireno (PS): 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

11 Polimerización por Adición 1,2 lineal
Poliacrilonitrilo (PAN): 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

12 Polimerización por Adición 1,2 lineal
Politetrafluoroeteno (PTFE): 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.

13 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.

14 Polimerización por Adición 1,4 lineal
Se obtiene a partir del butadieno o sus derivados. Se obtienen productos flexibles a temperatura ambiente (elastómeros) 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.

15 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.

16 Polimerización por Adición 1,4 lineal
Caucho natural Vulcanizado:

17 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.

18 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

19 Polimerización por Adición 1,4 lineal
Buna N o Butadieno-acrilonitrilo (caucho BA o ABR): 1,3 butadieno Los copolímeros que intervienen en la polimerización son el butadieno y el acrilonitrilo o etenonitrilo o cianoeteno. Tiene propiedades semejantes al buna S pero es mas resistente a los aceites. Se usa en mangueras para combustible. viton

20 Polimerización por Adición 1,4 lineal
Poli Estireno-Butadieno-Estireno: (Caucho SBS) El poli(estireno-butadieno-estireno), o SBS, es un caucho duro, que se usa para hacer objetos tales como suelas para zapatos, cubiertas de neumáticos, y otros donde la durabilidad sea un factor importante. Es un copolímero en bloque. Su cadena principal está constituida por tres segmentos. El primero es una larga cadena de poliestireno, el del medio es una cadena de polibutadieno, y el último es otra larga sección de poliestireno. Es un elastómero termoplástico. Estos son materiales que a temperatura ambiente se comportan como cauchos elastoméricos, pero cuando se calientan, pueden ser procesados como plásticos. La mayor parte de los cauchos son difíciles de procesar, porque están entrecruzados.

21 Polimerización por Adición 1,2 Cruzadas
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 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

22 Polimerización por Adición 1,2 Cruzadas
Poliestireno de alto impacto (HIPS)

23 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: 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

24 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.

25 2.1 . Polimerización de Condensación Lineales
Resinas de esterificación: Se obtiene por condensación de polialcoholes con poliácidos (copolímeros) para dar poliesteres. Se forman largas cadenas. Son resistentes al calor, fuertes, repelentes al agua y poco permeable a los gases. Se lo utiliza como fibras y películas. Usos: botellas para bebidas, fibras textiles, sogas.

26 2.1 . Polimerización de Condensación Lineales
Polietilentereftalato (PET): Copolímeros: 1,2-etanodiol (etilenglicol) y ácido terftálico. Nombre comercial: Dacron, Terylene, Trevira Resinas de esterificación

27 2.1 . Polimerización de Condensación Lineales
Resina poliamídicas: Se obtienen por condensación de ácidos dicarboxílicos con diaminas conteniendo ambos tipos de sustancias cuatro o más grupos metílicos intermedios para evitar la formación de anillos o bien con una sola sustancia que posea los dos grupos funcionales en la misma molécula (aminoácidos). Son tenaces, de baja absorción de agua, hilables y autolubricantes. Usos: fibras textiles, sogas, bujes, cojinetes, engranajes.

28 2.1 . Polimerización de Condensación Lineales
Resina poliamídicas Nylon 6 : Monómero: ácido 6-aminohexanoico

29 2.1 . Polimerización de Condensación Lineales
Resina poliamídicas Nylon 6,6 Copolímero: ác. adípico o hexanodioico y 1,6-hexanodiamina

30 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 .

31 2.1 . Polimerización de Condensación lineal
Siliconas: Por reacciones de condensación con pérdida de agua, los siloxanos forman los polisiloxanos o siliconas Polidimetilsiloxano (PDMS): Monómero: dimetil silanodiol 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

32 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.

33 2.2 . Polimerización de Condensación Cruzadas
Bakelita

34 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

35 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

36 2.2 . Polimerización de Condensación Cruzadas
Melamina formaldehído (MF) Se obtiene reaccionando melamina y formaldehido (metanal). Usos: discos antiguos

37 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

38 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:

39 Otros polímeros interesantes
Poliuretanos: 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. Los poliuretanos se sintetizan haciendo reaccionar diisocianatos con dialcoholes

40 Otros polímeros interesantes
Poliuretanos: Spandex o Lycra: tiene enlaces urea y uretanos

41 Otros polímeros interesantes
Polímeros Naturales: Celulosa Almidón

42 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

43 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

44 Fuerzan intermoleculares, estructura y propiedades Mecánicas de los polímeros
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. 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

45 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

46 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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