PLÁSTICOS Y COMPOSITES

Presentación del tema: "PLÁSTICOS Y COMPOSITES"— Transcripción de la presentación:

1 PLÁSTICOS Y COMPOSITES
© Kepa Castro

2 POLÍMEROS

3 Están en todas partes: Comida Ropa Transporte Electricidad Etc

4 NATURALES Látex Caucho Aceite secativo: linaza Celulosa caseína Almidón SINTÉTICOS Polietileno Caucho sintético Baquelita Poliamidas Poliestireno Poliester Teflón Polipropileno PVC Metacrilato Silicona

5 Hidroxi propil celulosa
Los polímeros naturales se pueden modificar (nace la ciencia de los polímeros) Se puede sintetizar un polímero partiendo de cero Celulosa Celulosa Celulosa Celulosa Acetato de celulosa Metil celulosa Hidroxi etil celulosa Hidroxi propil celulosa Película Pegamento Pegamento en cemento y cal hidráulica

6 Plástico = Polímero Paraloid B72

7 Plástico = Polímero Orgánicos (esqueleto de átomos de carbono + otros elementos: N, Cl, O, etc) Son grandes moléculas formadas por monómeros que se repiten (“poli”) Se forman tras una reacción de polimerización (distintos tipos) Pueden ser amorfos o cristalinos Las características de los polímeros difieren mucho de las de los monómeros Dos polímeros de igual composición química pueden tener propiedades muy diferentes (celulosa vs almidón) Muchos plásticos con características muy diferentes

8 Historia del plástico Vulcanizado: caucho + azufre data de 1839 (Charles Goodyear) La cultura Olmeca hacía algo similar con savias y otros extractos de plantas (hace años) para hacer pelotas de hule destinadas a un juego ritual

9 Historia del plástico Primer plástico se origina como resultado de un concurso realizado en 1860, cuando el fabricante estadounidense de bolas de billar Phelan and Collarder ofreció una recompensa de dólares a quien consiguiera un sustituto del marfil natural. Una de las personas que compitieron, John Wesley Hyatt, desarrolló el celuloide disolviendo celulosa en alcanfor y etanol. No ganó el premio pero consiguió un producto muy comercial. En 1909 el químico Leo Hendrik Baekeland sintetizó la baquelita a partir de moléculas de fenol y formaldehído. Fue el primer plástico totalmente sintético de la historia, iniciando la «era del plástico».

10 Propiedades Las propiedades y características de la mayoría de los plásticos (aunque no siempre se cumplen en determinados plásticos especiales) son estas: fáciles de trabajar y moldear bajo costo de producción baja densidad suelen ser impermeables aislantes eléctricos aislantes acústicos aislantes térmicos a bajas temperaturas resistentes a la corrosión y a muchos productos químicos

11 Propiedades

12 Clasificación Termoplásticos (se funden con el calor y pueden ser moldeados) Resinas celulósicas, como el rayón o viscosa (seda artificial) Polietilenos y derivados, como el acetato de vinilo, alcohol vinílico, cloruro de vinilo, etc. Pertenecen a este grupo el PVC, el poliestireno, el metacrilato, Maylar, Dracon, Terylene, Teflón, etc. Derivados de las proteínas, como el nailon y el perlón o el kevlar Derivados del caucho, como el neopreno y el polibutadieno

13 Clasificación Termoestables (no se funden con el calor, se incendian) Polímeros del fenol, son plásticos duros Resinas epoxi Resinas melamínicas Baquelita Aminoplásticos: Polímeros de urea y derivados Poliésteres, que suelen emplearse en barnices Las más usadas en arquitectura

14 ¿Cómo se nombran?

15 ¿Cómo se nombran?

16 Envejecimiento Todo material orgánico envejece Pierde propiedades: Pierde flexibilidad Cambio de color Pierde capacidad hidrofóbica Aumenta la fragilidad Luz (UV) Aire (oxígeno)

17 Envejecimiento

18 Envejecimiento Está demostrado que las resinas acrílicas muy usadas en consolidación de piedras son alimento para hongos y bacterias

19 Limpieza y tratamientos
Se recomienda el uso de disolventes orgánicos y agua Los más usados son: Acetone Metil etil cetone Alcohol isopropílico Alcohol metílico Tolueno (toluol) 1,1,1-tricloroetano Nafta Agua destilada o desionizada (a veces con detergentes) Algunos disolventes pueden dañar los plásticos

20 COMPOSITES

21 Definición Es una mezcla de una polímero embebido en fibras resistentes Las propiedades mecánicas de un composite son asimilables a las de la madera Algunas se pueden comparar a las de los metales Como polímero: Como fibras: Resina epoxy Poliester Fibra de vidrio Fibra de carbón Aramida

22 Definición Se han usado para soportar fragmentos pesados de piedra, sustituyendo a los pernos. No sufren corrosión. También se puede usar fibras de carbón, que tienen un bajo o incluso negativo coeficiente de expansión También las fibras de aramida (Kevlar) tienen un bajo o incluso negativo coeficiente de expansión Se está usando para reforzar estructuras de hormigón dañadas por la corrosión

23

24

25 ¿Alguien sabe cuál fue el primer composite
de la historia de la humanidad?

26 El adobe es uno de los primeros composites que la humanidad utilizó

27 El adobe es uno de los primeros composites que la humanidad utilizó

28 ¿Qué resistencia tiene?
¿Qué tamaño de edificio se puede construir con él?

29 Shibam (Yemen)

30 Shibam (Yemen)

31 Shibam (Yemen)

32 Shibam (Yemen)

33 Shibam (Yemen)

34 Durisol Mezcla de virutas y desechos de madera con cemento portland Usado en lo que se conoce como Green Building Se fabrica en bloques para aislantes sonoros 100% reciclable

35 Durisol

36 Pykrete Es un composite con un 14% de serrín y un 86% de hielo (Geoffrey Pyke) Durante la segunda guerra mundial Louis Francis Albert Victor Nicholas George Mountbatten (Almirante de la flota inglesa) Projecto Habbakuk Tan resistente como el hormigón No se le ha encontrado ningún uso

37 SILICATOS, SILANOS Y SILICONAS

38 Silicatos Sales y ésteres del ácido silícico (H4SiO4) se han usado como consolidantes de piedra hidrofílicas Se forma un polímero inorgánico El H4SiO4 se forma dentro de las fisuras tras la hidrólisis de una sal o un ester Puede consolidar fisuras de hasta 0.1 mm

39 Silicatos Silicatos de sodio y potasio Na2SiO3 + 3H2O Si(OH)4 + 2NaOH Muy usados durante el siglo XIX Dan muchos problemas y el riesgo de fallo es alto El NaOH puede formar carbonatos solubles Completamente en desuso Fluorosilicatos MgSiF6 + 4H2O Si(OH)4 + MgF2 + 4HF El MgF2 es poco soluble en agua El HF elimina algas y otros organismos La hidrólisis es muy rápida y puede quedar en superficie sin penetrar y sin consolidar Se ha usado para consolidar arenisca, siendo menos efectiva en roca calcárea Prohibido en muchos paises

40 Silicatos Etil silicato Si(OC2H5)4 + 4H2O Si(OH)4 + 4C2H5OH Muy adecuado por su baja viscosidad (fácil penetración) Hidrólisis lenta El etanol de evapora sin causar problemas El etil silicato es muy volatil y se puede evaporar sin consolidar (se puede evitar)

41 Silanos

42 Silanos

43 Silanos Al igual que los silicatos, los silanos consolidan materiales hidrofílicos Además, introducen radicales que son hidrófobos Al igual que los silicatos, no consolidan fisuras de más de 0.1 mm

44 Siliconas Son polisiloxanos, largas cadenas de -Si-O-Si-O-Si-O-Si- Resistentes al calor (hasta 200 ºC) Gran adherencia en materiales hidrofílicos Repele el agua líquida

45 Los radicales determinan las
Siliconas Son polisiloxanos, largas cadenas de -Si-O-Si-O-Si-O-Si- Resistentes al calor (hasta 200 ºC) Gran adherencia en materiales hidrofílicos Los radicales determinan las propiedades

46 Siliconas Forma films semipermeables: Impermeables al agua líquida Permeable al vapor de agua No produce efectos visuales sobre las fachadas Funciona mejor sobre piedra silícea que sobre carbonatada Amarillea y decolora muy ligeramente El edificio respira Poco resistente al paso de los gases ácidos

47 Siliconas La luz y el oxígeno oxidan las siliconas Pierden poder hidrofóbico Vida útil: 5-10 años Las impurezas en la silicona o los disolventes aceleran el envejecimiento

48 APLICACIONES

49 Plexiglas o Perspex Polimetil-metacrilato Transparente Baja resistencia al arañado Muy resistente al impacto Si se rompe, sus fragmentos son menos peligrosos que el vidrio Con la luz UV se decolora Sustitutos del cristal Introducción de un filtro UV Altísimo coeficiente de expansión, 10 veces mayor que el vidrio Creación de efecto invernadero

50 Plexiglas o Perspex

51 Lexan Policarbonato Transparente Muy resistente al impacto Permite ser doblado y formar esquinas muy marcadas Con la luz UV de decolora Sustitutos del cristal Introducción de un filtro UV Altísimo coeficiente de expansión, 10 veces mayor que el vidrio Creación de efecto invernadero

52 Lexan

53 Teflón Poli-tetrafluoro-etileno Gran resistencia el calor (se funde a 327 ºC) Es hidrófobo, repele el agua. Insoluble en casi ningún disolvente No se oxida con el oxígeno Ideal para Recubrimientos de larga duración Muy caro No es transparente

54 Teflón

55 Teflón

56 Teflón

57 Acetatos de vinilo y ésteres acrílicos
Buenos adhesivos Forman films Coatings en Metales (evita la corrosión, protección química) Madera (evita el ataque de los microorganismos, antihumedad) Aunque se aplican disueltas en agua (emulsión), cuando se secan, son insolubles en ella Vehículo para pinturas A altas temperaturas chorrean

58

59

60

61 Constan de dos componentes: resina y un endurecedor (aminas)
Resinas epoxi Se conocen desde 1950 Constan de dos componentes: resina y un endurecedor (aminas) Se han de mezclar en la proporción adecuada y dejar endurecer a T ambiente Cuidado con la viscosidad vs penetración en la piedra Problemas de consolidación

62 Constan de dos componentes: resina y un endurecedor (aminas)
Resinas epoxi Se conocen desde 1950 Constan de dos componentes: resina y un endurecedor (aminas) Se han de mezclar en la proporción adecuada y dejar endurecer a T ambiente Las características de la piedra es muy importante Porosidad muy influyente

63 Estructura 3D muy sólida y compacta
Resinas epoxi El polímero se forma mediante una reacción de cross-linking Estructura 3D muy sólida y compacta

64 Resinas epoxi Muy usado como adhesivo y como consolidante sobre superficies hidrofílicas La humedad y el agua dificultan el endurecimiento de la resina

65 Pérdida de propiedades hidrofóbicas
Resinas epoxi Muchas veces se usa mezclado con una carga de relleno Abarata el producto Favorece la adhesión y la cohesión Reduce el coeficiente de expansión Otras veces se añade sobre un tejido, aumentando las prestaciones del tejido Se oxida bajo la acción de la luz y el aire Apenas envejece si se le preserva del aire y la luz Decoloración Pérdida de propiedades hidrofóbicas

66 Resinas epoxi Usarlas requiere cuidado y experiencia Buen uso de las proporciones Cuidado con la humedad Una vez endurecido, el adhesivo es insoluble

67 Poliuretano Como aislante se utiliza normalmente en: Aislamiento de fachadas (interior, exterior y cámaras de aire) Aislamiento de cubiertas (planas e inclinadas) Aislamiento de techos Aislamiento de suelos Recubrimiento de tuberías Recubrimiento de calderas Aplicaciones en forma de: Poliuretano Proyectado Planchas de Poliuretano Conformado Paneles Sándwich de Poliuretano.

68 Poliuretano

69 Poliuretano Características: Gran durabilidad (reducción su mantenimiento) Ligeros y resistentes tanto a los esfuerzos mecánicos como a la humedad Gran impermeabilidad Conserva sus propiedades de eficiencia energética durante toda la vida Aprovecha mejor el espacio que otros aislantes Versátil y eficiente en la rehabilitación de edificios Amarillea con la luz solar y es muy sensible al biodeterioro Las poliureas se están poniendo de moda

70 Poliuretano

71 Poliuretano

72 Poliuretano

73 Resinas de poliester Usadas en pinturas y recubrimientos Buena estabilidad frente a la luz, oxígeno, agua y muchos productos químicos Sensible a la hidrólisis (incompatible con ambientes ácidos o básicos) Las capas de pintura son flexibles y elásticas (bien para metales) Resistentes al impacto, el rascado y al manchado Hay muchas variedades

74 Resinas de poliester

75 Pinturas retardantes del fuego
Pinturas basadas en mezclas de compuestos clorurados con óxido de antimonio

76 Morteros y cementos modificados
Desde 1960, cuando se añadió metil celulosa al cemento. También hidroximetil celulosa o alcohol polivinílico

77 Morteros y cementos modificados

78 Morteros y cementos modificados

79 Morteros y cementos modificados

80 Morteros y cementos modificados

81 Morteros y cementos modificados
Se obtienen cementos más resistente y con menos microfisuras Mayor impermeabilidad Al paso de humedad Al paso de iones cloruro (menor corrosión del acero) Al paso de CO2 (menor carbonatación) Menor porosidad y tamaño de poro Aumenta la durabilidad del material Mayor resistencia a la crioclasticidad (al haber menos humedad)

82 Morteros y cementos modificados
El tiempo de trabajo con el cemento depende de cada tipo de mezcla Suele ser inferior a 1 hora Se pega a todo, gran poder de adherencia, incluso el metal Hay que limpiar bien todas las herramientas

83 Morteros y cementos modificados
Antes de secar Tiene un alto índice de retención de humedad La humedad inhibe el dry-out (falta de hidratación del cemento) El dry-out debilita las estructuras Este hecho aumenta al aumentar la cantidad de polímero Se hace constante a partir del 5-10% de polímero

84 Morteros y cementos modificados
Después de secar Aumenta la resistencia y la dureza Aumenta la resistencia al impacto y la abrasión Presenta una mayor elasticidad Durante el secado se contrae Se reduce la permeabilidad, la absorción de agua y la transmisión de vapor Tienen poca resistencia al agua La resistencia química depende del agresor y del tipo de polímero No resisten a los ácidos No resiste a los sulfatos Resistente a las bases y a algunas sales Resistente a algunos disolventes orgánicos Similar resistencia térmica con respecto a los morteros normales Aditivos expansivos Malos resultados en ambientes muy húmedos

85 Morteros y cementos modificados

86 Morteros y cementos modificados

87 Morteros y cementos modificados

88 Morteros y cementos modificados

89 Morteros y cementos modificados

90 Morteros y cementos modificados
Los morteros se usan más que los cementos modificados La razón es meramente económica Los cementos modificados son muy caros

91 Morteros y cementos modificados
Para mejorar las propiedades anticorrosión se añade El modificador PVDC ya no se usa por que genera cloruros Ca(NO2)2 LiNO2 PELIGROSO Se generan nitratos Sales solubles

92 Morteros y cementos modificados
Muy criticados en la actualidad Su uso se ha puesto en tela de juicio

93 Alquitrán Es el material más impermeable y resistente al agua de la historia Resistente a ácidos, bases y sales Sensible a detergentes, grasas, aceites y disolventes orgánicos Se usa como vehículo de pinturas Buen resultado sobre cemento pero malo sobre metales Se usa en forma de tela asfáltica en tejados o en pinturas

94 Alquitrán

95 Alquitrán

96 Nitrato de celulosa Es el material explosivo En aplicaciones para restauración es estable incluso a la llama Se usa como pegamento y consolidante en cerámicas Muy usado para recubrir metales (Plata, hierro, cobre, bronce, latón) Se degrada con cierta facilidad: Temperatura (Calor) Ácidos inorgánicos fuertes Luz ultravioleta Se está sustituyendo por el Paraloid B72

97 Nitrato de celulosa Barnices de nitrocelulosa

98 LO QUE ESTÁ POR VENIR “Yo he visto cosas que vosotros no creeríais”
(Blade Runner)

99

100 Materiales activos Que cambian de color cuando hay humedades Que cambian de color cuando aumenta o disminuye la temperatura Sirven de indicadores Materiales inteligentes Que cambian sus propiedades en función del entorno Ventanas que regulan el paso de luz o de calor Pinturas que cambian de color Materiales que son capaces de analizar las vibraciones y absorberlas (antiterremoto) Materiales capaces de absorber CO, CO2

101 Se fabrica a partir de residuos industriales generados en la fabricación del acetileno, optimizados y purificados, cuyo coste energético y medioambiental ha sido prácticamente amortizado en la fase productiva del residuo por el producto principal (acetileno). Tiene una elevada capacidad de captación del CO2 ambiental al estar compuesto básicamente por hidróxido de calcio inestable optimizado en condiciones de captar el CO2 necesario para su transformación en carbonato de calcio según la siguiente reacción: Ca(OH)2 + CO CaCO3 + H2O

102 Cien veces más fuertes que el acero pesando seis veces menos

103 Nanotubos de carbono Ignífugos Hidrófobos Duros, tenaces, gran resistencia mecánica (módulo de Young del orden de 1 TPa, una resitencia a la tracción en torno a los 50 GPa y una elongación del 10%) Flexibles y elásticos Conducen la electricidad (Creación de sensores en estructuras) Alta conductividad térmica en un sentido pero aislante en otro (Disipadores de calor) Aislantes acústicos

104 Nanocomposite Adición de nanopartículas a los materiales de construcción La gran superficie de las nanopartículas hace que una pequeña cantidad de este material pueda variar mucho las propiedades del composite sin apenas cambios en la densidad ni el peso

105 Ventanas electrocrómicas, termocrómicas, fotocrómicas, de cristal líquido

106 Nanocomposites derivados de polímeros estructurales de la familia del naylon, poliésteres, polipropileno, poliestireno, fluoropolímeros, etc, tienen propiedades retardantes de llama y producen menos CO y hollín Pinturas con nanopartículas de TiO2 o de otro tipo mejoran sus propiedades antioxidantes y protectoras frente a la corrosión Algunos composites son más duros y resistentes que el hormigón armado, pero no se han testado en objetos de gran tamaño o que soporten grandes pesos Hormigones reforzados con nanotubos de carbono (gran resistencia) Materiales siempre limpios, añadiendo nanopartículas de TiO2 que absorbe el UV y puede oxidar materia orgánica y matar microorganismos

107 En la ciudad de Kobe, en Japón, tras el terremoto sufrido en 1995, se reforzaron las columnas y soportes de hormigón de las autopistas rodeándolas con varias capas de fibra de carbono y polímeros, por lo que no hubo que rehacerlas

108 Los materiales inteligentes podrán replicarse y repararse así mismos, e incluso, si fuera necesario, autodestruirse, reduciéndose con ello los residuos y aumentando su eficiencia. Estudiando las características de la hoja de loto a escala nanométrica, se está aprendiendo a diseñar superficies autolimpiables. La superficie de la hoja de loto repele al agua de forma extrema; se dice que es superhidrofóbica. Las gotas de agua que se depositan sobre la hoja de loto adoptan la forma esférica y deslizan ante una pequeña inclinación, arrastrando las partículas de suciedad. Se ha podido asociar esta propiedad a la geometría nanoestructurada de la superficie. Reproduciendo esta geometría en otras superficies se pueden conseguir propiedades de "autolimpieza" similares. Nanorobots inteligentes capaces de arreglarlo y limpiarlo todo

109