Introducción a los Polímeros

Grupo de Investigación en Polímeros: fue creado en 1986 según acta tal de consejo superior universitario como grupo de investigación en catálisis y polímeros. En el año 1996 se separaron en los grupos de catálisis y polímeros porque el grupo de catálisis se fue a Guatiguara. El grupo de polímeros continuo labores de investigación adscrito a la escuela de ingeniería química hasta la fecha. En Agosto de 2013 el grupo de investigación en polímeros se traslada a Guatiguara. Durante su existencia el grupo de investigación en polímeros ha desarrollado actividades de investigación financiadas por Colciencias y por proyectos internos; ha organizado o participado en diferentes eventos a nivel nacional e internacional; estudiantes de química, ingenierías química, sistemas, petróleos, y metalurgia han realizado trabajos de grado en el grupo, y trabajos de investigación en maestría y tesis doctoral en ingeniería química. Los profesores investigadores a lo largo de estos años han sido: Aristóbulo Centeno, Simón Pardo, Sonia Giraldo, Jorge Pulido, Ramiro Salazar, y Álvaro Ramírez. Nuevos: Gustavo E Ramirez Caballero, Martha Barajas

enlace químico entre meros, Macromoléculas Definición: Poli: Muchos Mero: Unidad enlace químico entre meros, Macromoléculas Etileno Polietileno Compuesto orgánico mas utilizado en el mundo, la mayoria se obtiene de las refinerias (cracking) Producción mundial de aprox 80 millones de toneladas anuales

Como las propiedades del material cambian con 𝑛 ? Grado de polimerización Monómero oligómeros Polímeros Como las propiedades del material cambian con 𝑛 ?

Polietileno Plástico mas común principal uso: empaques Químicamente inerte. Hay muchos tipos de polietileno (diferente densidad, ramificaciones, peso molecular) Termoplasticos High density polyethylene Linear low-density polyethylene Low-density polyethylene Catalizadores Ziegler-Natta Sintesis a bajas presiones y alta selectividad

Policloruro de Vinilo (PVC) Polietileno Cloruro de vinilo, cloroetileno Propileno Polipropileno (PP)

Estireno Poliestireno (PS) Tetrafluoroetileno Politetrafluoroetileno Teflon PTFE Muy electronegativo, No hay electrones libres todos los tiene el F. Baja fricción

Clasificación 1. Origen 2. Reacción de síntesis 3. Estructura de las cadenas 4. Procesabilidad ….

1. Clasificación según origen Naturales Proteínas Ácidos nucleicos Celulosa Almidón Caucho (natural) Sintéticos Nylon Dacron Polietileno ….

Almidón Glucógeno

Proteínas: La mayoria de proteinas consisten en polímeros formados por hasta 20 amino ácidos. Pueden tener diversas funciones dentro de los organismos vivos como : catalizar reacciones metabolicas, replicar DNA, responder a estimulos, transportar moleculas de un sitio a otro

Tacticidad: Polímero isotáctico Polímero sindiotáctico Polímero atácticos: La existencia de los vegetales y animales se debe a la formación, transformación y descomposición de moleculas de alto peso molecular: carbohidratos y proteinas. Toda la naturaleza animada esta ligada a el proceso de formación y transformación de compuestos de alto peso molecular.

Polímeros inorganicos: Óxido de Silicio mas del 50% del globo de la tierra. La mayoria estan en forma de polímeros.

Carbón:

Metal Organic Frameworks (MOFs)

Industria de los polímeros base natural, primeras grandes industrias: Algodón, madera, caucho natural Algodón: Practicamente pura celulosa

Madera:

Caucho natural:

A partir de 1920 empezaron a nacer las primeras industrias grandes que dependian de la venta de polímeros: Caucho, Plastico, Fibras, Recubrimientos, Adhesivos.

Materiales duros (hard matter) Materiales blandos (soft matter) Las fuerzas que mantienen el sólido unido causando el arreglo mesoscopico particular de los átomos y moléculas que lo componen son relativamente débiles, y estas fuerzas se pueden vencer fácilmente por influencias térmicas y mecánicas. Dependiendo de estas influencias externas el material puede estar en estados meta-estables. Se pueden sintonizar las propiedades aplicando estímulos relativamente débiles. Origen de las propiedades de los materiales suaves (Polímeros, orgánicos, cristales líquidos, gel, comida, vida): Fuerzas entre moléculas relativamente débiles. Muchos tipos de enlaces, fuerte anisotropía de los enlaces. Amplio rango de formas, tamaños y distribuciones moleculares. Gran variedad de funcionalidades. Conformación molecular fluctuante .

Copolímeros: Peso molecular: Arquitectura:

Arquitecturas poliméricas

El proceso de sintesis de un polímero a partir de unidades que se repiten (monómeros) se puede dar de muchas formas. Se pueden clasificar algunas de ellas: Por el número de enlaces que cada monomero puede formar en la reacción: por la funcionalidad. Por la cinética de la reacción que gobierna la polimerización. Reacción en cadena Vs reacción por etapas Por la reacción química que produce nuevos enlaces: esterificación, amidación, intercambio ester, etc. Por el número de monomeros usados para dar un homopolímero, compolímero, terpolímero, etc. Por el arreglo físico: Bulk, solución, suspensión, o emulsión.

Tipos fundamentales de polimeriación: adición y condensación Polimerización por adición: Los monómeros reaccionan formando el polímero y no se obtiene producto secundario. La masa del polímero es un múltiplo exacto de la masa molecular del monómero. Mecanismo de tres fases: Iniciación, Propagación o crecimiento, terminación. (ver video) Radicales libres: Ejemplos:

Polimerización por condensación: En cada unión de dos monómeros se pierde una molécula pequeña, por ejemplo agua. La masa del polímero no es un múltiplo exacto de la masa molecular del monómero. (ver video)

Funcionalidad de uno 𝑨−

Funcionalidad de dos −𝑩−

Funcionalidad de tres −𝑪−

homopolímero copolímero alternado copolímero aleatorio copolímero en bloque copolímero ramificado

Polimerización en cadena: Cada polímero se forma en corto tiempo y luego “muere” permaneciendo sin reaccionar Se alcanzan altos pesos moleculares de forma rapida. Polimerización por pasos: Cada polímero formado puede reaccionar posteriormente con otro monómero Se lleva a cabo entre grupos funcionales. Se alcanzan altos pesos moleculares de forma lenta

d gris: Elastómero nitrilo butadieno reforzado con fibras inorganicas Azul: Elastómero nitrilo butadieno reforzado con fibras aramidas (sintéticas) amarilla: Resina epóxica reforzada con tejido de vidrio marrón: Resina fenólica reforzada con tejidos de algodón amarilla: Resina epóxica reforzada con tejido de vidrio normalizado