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contiene solo un tema que es nociones generales
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INGENIERIRA DE GAS Y PETRO QUIMICA
MATERIA.- POLIMEOS
INTEGRANTES :
Univ. VICTOR MAURICIO UGARTE MAMANI
Univ. ISMAEL ROCHA ALMANZA
SEMESTRE.- 8º SEMESTRE
FECHA.- 23 de marzo del 2015
EL ALTO – LA PAZ
BOLIVIA
POLÍMEROS NOCIONES GENERALES
1.-INTRODUCCIÓN
A lo largo de cientos de años se han utilizado polímeros naturales procedentes
de plantas y animales .Estos materiales incluyen madera, caucho, lana, cuero y
seda. Otros polímeros naturales tales como las proteínas, los enzimas, los
almidones y la celulosa tienen importancia en los procesos bioquímicos y
fisiológicos de plantas y animales. Desde principios del siglo XX, la moderna
investigación científica ha determinado la estructura molecular de este grupo de
materiales y ha desarrollado numerosos polímeros, sintetizados a partir de
pequeñas moléculas orgánicas .Muchos plásticos, cauchos y materiales
fibrosos son polímeros sintéticos.
2. HISTÓRICA DE LOS PLÁSTICOS
La palabra plástico se usó originalmente como adjetivo para denotar un cierto
grado de movilidad y facilidad para adquirir cierta forma, sentido que se conserva
en el término plasticidad. Actualmente los plásticos (generalmente es un término
referido a termoplásticos) se conocen formalmente como polímeros (término más
genérico).
Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la
unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros.
La inmensa mayoría de los plásticos se sintetizan con moléculas provenientes del
petróleo.
La reacción por la cual se sintetiza un polímero a partir de sus monómeros se
denomina polimerización
El poliestireno es un polímero formado a partir de la unidad repetitiva conocida
como estireno.
Los polímeros en sus diferentes variedades, a saber, plásticos, gomas y fibras,
han jugado papeles esenciales y variados en la vida diaria: aislantes eléctricos, en
neumáticos y como envoltura para alimentos, por mencionar sólo tres
aplicaciones. Hasta la fecha, no hay otra clase de material que sea capaz de
sustituirlos.
Son conocidas las ventajas del empleo de los envases plásticos, por lo que
supone de higiene y mayor duración de los alimentos. Sin embargo, aún es pobre
esta visión comparada con la de otros materiales empleados en alimentación,
tales como vidrio, papel u hojalata.
Resulta bastante difícil imaginar una vida sin plásticos. Las actividades cotidianas
giran alrededor a artículos de plásticos como jarras, gafas, teléfonos, etc. Sin
embargo,hace algo más de 100 años, el plástico que hoy en día nos parece algo
tan normal no existía. Mucho antes del desarrollo de los plásticos comerciales,
algunos materiales existentes presentaban características parecidas a los
plásticos actuales. En la actualidad estos materiales se denominan plásticos
naturales y constituyen el punto de partida de la historia de los materiales
plásticos.
2.1. Plásticos naturales.
Antes de crearse los polímeros, la madre naturaleza era la única y exclusiva
fuente de materiales con que el hombre contaba para la realización de sus
herramientas, útiles y objetos de uso cotidiano. Las propiedades que ofrecían las
piedras, las maderas o los metales no satisfacían todas las demandas existentes
así que, el hombre en su innato afán de investigación y búsqueda comenzó a
aplicar sustancias que suplieran estas carencias; se manipulan los polímeros
naturales: el asta natural, la goma laca y la gutapercha son los precursores de los
polímeros actuales.
2.3. Propiedades de los Plásticos.
Es importante entender las propiedades características de los plásticos, entre los
cuales se encuentran el alto peso molecular, la baja densidad, alta resistencia a la
corrosión y baja conductividad térmica y eléctrica, todo al contrario de los
materiales metálicos, es por ello que su aplicación en la industria moderna es cada
día más creciente. Las características antes mencionadas hacen posible su amplia
aplicación y uso de tipo industrial, tal es así que en la actualidad existen plásticos
con elevada resistencia al calor y a la tracción, con valores próximos a los aceros.
Los plásticos, bajo carga, tienen un comportamiento diferente al de cualquier otro
material industrial, la razón es que en forma especial los termoplásticos tienen un
comportamiento viscoelástico, es decir tienen una reacción viscosa y elástica, al
contrario de los metales que tiene una reacción ante las cargas de una falla por
deformación. Esta deformación viscoelástica se debe, en forma principal, a la
estructura molecular de cadena larga. Cuando las cadenas largas están bajo
cargas, se mueven una a lo largo de la otra y la cantidad de movimiento se debe al
tipo de enlace. Los plásticos con enlaces débiles se deforman con más facilidad
que los que tienen enlaces fuertes.
3. PROCESAMIENTO DE LOS PLASTICOS.
En la industria de los plásticos, participan los manufactureros de las resinas
básicas, a partir de productos químicos básicos provenientes del petróleo y de sus
gases y que suelen producir la materia prima en forma de polvo, gránulos,
escamas, líquidos ó en forma estándar como láminas, películas, barras, tubos y
formas estructurales y laminados, participan también los procesadores de
plásticos que conforman y moldean las resinas básicas en productos terminados.
En la conformación y moldeo de las resinas se utilizan también diversos
componentes químicos o no, que le proporcionan al producto terminado ciertas
características especiales, dentro de ellos tenemos:
4. CLASIFICACIÓN DE POLÍMEROS
4.1. CLASIFICACION DE DE PLASTICOS.
4.2. LOS POLÍMEROS SINTÉTICOS.
Pueden clasificarse de una manera general como plásticos, fibras y elastómeros y
las características de cada uno se resumen en la Figura 3.
4.3. NOMENCLATURA
A parte de las reglas de nomenclatura establecidas por la IUPAC, existe otro
mecanismo alternativo con el que también se pueden nombrar los polímeros y es
tomando como base el monómero del cual son provenientes. Este sistema es el
más común. Entre los compuestos nombrados de esta manera se encuentran: el
polietileno y el poliestireno. Se tiene que cuando el nombre del monómero es de
una sola palabra, el polímero constituido a partir de este sencillamente se nombra
agregando el prefijo poli.
Monómero UER Polímero
Sistema tradicional etileno polietileno
Sistema IUPAC eteno metileno poli (metileno)
Monómero UER Polímero
Sistema tradicional estireno poliestireno
Sistema IUPAC fenileteno 1-feniletileno poli(1-feniletileno)
4.4. DEFINICIONES
Los plásticos son materiales cuyas propiedades son intermedias entre los
elastómeros y las fibras. Estos materiales tienen una infinidad de aplicaciones que
se pueden dividir de acuerdo a ellas como:
4.4.1. Plásticos de uso general, son materiales que se fabrican en grandes
cantidades a bajo costo y son empleados en múltiples aplicaciones en la vida
diaria como pueden ser recipientes, enseres domésticos, juguetes, etc.
4.4.2. Plásticos de ingeniería, su volumen de producción es menor y su precio
más elevado. Se caracterizan por tener propiedades particulares para aplicaciones
específicas. Estos plásticos pueden competir con los materiales metálicos o
cerámicos a los que aventajan por su menor densidad y facilidad de procesado.
Encuentran mucha aplicación en la industria automotriz.
4.4.3. Plásticos avanzados, son materiales que se diseñan con una constitución
molecular definida para satisfacer una aplicación concreta. Estos materiales tienen
propiedades excepcionales que los califican como polímeros de vanguardia para
el futuro. Entre las propiedades más relevantes de ellos destacan la
biocompatibilidad y la formación de fases cristal líquido.
Algunos ejemplos de plásticos de aplicación industrial y comercial son los
siguientes:
4.4.4. Polietileno (PE): Este polímero se obtiene a partir del etileno. Las dos
variedades comerciales más conocidas de este polímero son el polietileno de baja
densidad (LDPE) y el de alta densidad (HDPE). La diferencia en sus propiedades
y aplicaciones vienen dadas por el grado de cristalinidad que cada uno puede
alcanzar.
El LDPE, que posee una estructura muy ramificada y por ende una baja
cristalinidad. Sus principales aplicaciones son la fabricación de bolsas plásticas,
tuberías y recubrimiento para cables. Por su parte el polietileno de alta densidad,
que posee un mayor cristalinidad debido a su estructura prácticamente lineal,
encuentra aplicaciones como tuberías, recipientes, enseres domésticos,
aislamiento para cables, juguetes y asientos para uso público, entre otras.
4.4.5. Polipropileno (PP): El polipropileno se obtiene mediante la polimerización
del propileno. Cuando ésta se lleva a cabo por procesos de Ziegler-Natta se
obtiene un polímero altamente estereorregular con un contenido de al menos 90%
de polímero isotáctico. En términos generales las propiedades del PP son
similares a las del HDPE. Se emplea para la elaboración de tubos, fibras para
cuerdas, artículos textiles y películas para empaque de alimentos.
4.4.6. Poliestireno (PS): La polimerización industrial del estireno se lleva a cabo
mediante radiales libres con la ayuda de peróxidos. El poliestireno obtenido de
esta manera es fundamentalmente atáctico. Existen tres tipos de poliestireno
comercial: el poliestireno de alto impacto, empleado por ejemplo, en la fabricación
de vasos plásticos desechables, el poliestireno cristal que se emplea en la
fabricación de recipientes y el polestireno expandible (anime) que se usa entre
otras cosas como material de empaque.
La copolímerización del estireno con butadieno produce un caucho sintético con
propiedades análogas al caucho natural.
4.4.7. Polimetilmetacrilato (PMMA): El PMMA al igual que otros polímeros
vinílicos es un material amorfo y su propiedad más destacada es su excelente
transparencia lo que hace que una de sus principales aplicaciones sea como
sustituto del vidrio.
4.4.8. Poli cloruro de vinilo (PVC): Muchos autores consideran el PVC como el
plástico más versátil y su producción es solo superada por la del polietileno. Sus
usos abarcan desde la construcción de casas hasta prendas de vestir. Se emplea
en productos de calandrado, fabricación de tubería, dispositivos de uso médico,
etc, etc.
4.4.9. Politetrafluoroetileno (Teflón): Este es un material tenaz, flexible y de gran
resistencia química y térmica, es además un excelente aislante térmico. Su uso se
restringe a aplicaciones técnicas tales como sellantes, aislante eléctrico,
recubrimientos inertes y valvulería.
4.4.10. Poliamidas y poliésteres: Estos materiales tienen su principal aplicación
en la fabricación de fibras, sin embargo, muchos de ellos debido a su versatilidad,
pueden ser usados en la fabricación de izas de plástico tal como podemos ver en
los siguientes ejemplos:
El nylon-6,6 es un material industrial que se usa en la fabricación de rodamientos y
engranajes. En general, los plásticos de poliamida se usan para la fabricación de
componentes y partes para automóviles y camiones.
El polietién tereftalato (PET) se emplea en la fabricación de botellas de refresco y
películas para envoltorios.
4.4.11. Plásticos termoestables: Las Resinas fenol formaldehído se preparan por
una reacción de condensación entre el fenol y el formaldehído que forman
polímeros con un grado de entrecruzamiento que puede ser controlado.
Su principal aplicación es la producción de piezas eléctricas de muy diferente uso.
Las Resinas urea formaldehído tienen aplicaciones similares a las anteriores y
muchas veces se prefieren a las primeras cuando la presentación del material es
un factor a considerar. Las resinas epoxi, los poliuretanos y los poliésteres
insaturados, también son materiales plásticos con infinidad de aplicaciones.
Elastómeros:
5. ESTRUCTURA DE POLIMEROS:
5.1. Copolimeros.- los polímeros pueden ser considerado como homopolimero ya
que está formado idénticamente.
Los polímeros se forman por reaccione de dos monómeros que son los
homopolimeros. Sin embargo cuando se polimeriza dos o más monómero
diferentes se obtiene un copolimero, es decir un polímero con dos o más tipos de
unidades constitucionales respectivas en la misma cadena
El proceso de polimerización simultanea se le conoce de mezcla de monómeros
se le conoce como copolimerizacion. Por medio de la copolimerizacion se puede
obtener una gran variedad de estructuras, ya que las unidades de monómeros
pueden distribuirse en diferentes formas, dependiendo de la técnica y los
monómeros empleados.
5.2. Tacticidad.- Se basa en los efectos sobre las propiedades físicas del
polímero. El conocimiento preciso de tacticidad de un polímero también ayuda a la
comprensión a qué temperatura se derrite un polímero, la forma soluble es en un
disolvente y de sus propiedades mecánicas.
La tacticidad es particularmente significativo en polímeros de vinilo del tipo-H2C-
CH-, donde cada unidad de repetición con un sustituyente R en un lado de la
cadena principal del polímero es seguido por la siguiente unidad que se repite con
el sustituyente en el mismo lado que la anterior.
En una macromolécula de hidrocarburos con todos los átomos de carbono que
constituyen la columna vertebral en una geometría molecular tetraédrica, la
columna vertebral es en zigzag en el plano de papel con los sustituyentes ya sea
que sobresale de la retirada de papel o en el papel. Esta proyección se llama la
proyección después de Giulio NattaNatta. Macromoléculas Monotactic tienen un
átomo de estereoisomérica por unidad de repetición, ditactic a macromoléculas n-
táctica tener más de un átomo de estereoisomérica por unidad
5.3. Describiendo tacticidad
5.3.1. Diadas
Dos unidades estructurales adyacentes en una molécula de polímero constituyen una diada.
La diada meso se compone de dos unidades orientadas idénticamente
El racemo diada es en donde las unidades orientadas están en oposición como un compuesto racemico.
En el caso de moléculas de polímero de vinilo, una diada meso es uno en el que
las cadenas de carbono de libros están orientados en el mismo lado de la cadena
principal del polímero.
5.3.2. Tríadas
Una triada isotáctica se compone de dos adyacentes diadas meso, una triada sindiotáctica consiste en dos diadas racemo adyacentes y una tríada heterotáctico se compone de un meso DIAD adyacente a un racemo diada.
La fracción de masa de las tríadas isotácticas es una medida cuantitativa común
de tacticidad.
Cuando la estereoquímica de una macromolécula se considera que es un proceso
de Bernoulli, la composición tríada puede calcularse a partir de la probabilidad de
encontrar diadas meso. Cuando esta probabilidad es 0.25 entonces la probabilidad
de encontrar:
una tríada isotáctica es Pm2 o 0.0625
una tríada heterotáctico es 14:00 o 0.375
una tríada sindiotáctico es 2 ó 0.5625
con una probabilidad total de 1 - Existen relaciones similares con diadas para
tétradas.
6. ISOMERISMO
Son llamados isomerismo cuando dos compuestos pueden tener la misma formula química pero estructura diferente
Ej.
7. PESOS MOLECULARES:
7.1. Distribución de pesos moleculares
En un polímero no se obtiene un peso molecular único sino una distribución de pesos moleculares, más o menos estrecha, dependiendo del método de síntesis. Por ello los métodos experimentales de determinar el peso molecular proporcionan un valor medio, que será diferente según se emplee una técnica.
En la figura se muestra una curva típica de distribución de pesos moleculares en un polímero sintético. Vemos que existen cantidades apreciables de distinto tamaño, desde oligomeros hasta la especie de muy alto peso molecular.
Es decir, los polímeros son sustancias poli moleculares o poli dispersas. Solamente las macromoleculares biológicas, como proteínas y acido maloico, que son sintetizados de forma específica por los seres vivos, son mono moleculares o mono dispersos
7.2. Peso molecular promedio
El peso molecular en un polímero es en donde depende de una gran cantidad de variables
El resultados es la obtención de un producto final formados por macromoleculares de distintas longitudes.
Para su verificación de pesos moleculares existe un distribución estadística de pesos moleculares.
Las técnicas utilizadas para conocerlas son el FRACCIONAMIENTO y la CROMATOGRAFIA DE EXCLUCION POR TAMAÑO (SEC) por ello se pueden hallar curvas de distribución de pesos moleculares como se ve en la figura
Curva de distribución de pesos moleculares de un polímero
Para la obtención de peso molecular promedio en número (Mn) que corresponde a los valores obtenidos por ebuloscopia, crioscopia y osmometría todas estas técnicas se realizan con disoluciones diluidas y los resultados corresponden al número de moléculas disueltas en la unidad de volumen de disolución.
Donde:
Mn = peso molecular promedio en números
Ni = número de especies de peso molecular
Mi = peso molecular del compuesto
Otra técnica para calcular el peso molecular de un polímero es usando el método de fraccionamiento de un polímero.
Por lo que es conveniente expresar el peso molecular M en función de las fracciones de peso (W) esto es de la siguiente forma:
Donde:
Mn = peso molecular promedio en números
Mi = peso molecular del compuesto
Wi= peso de las moléculas que tiene el peso molecular
