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Teoría materiales plasticos
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1
ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE
LOS MATERIALES PLÁSTICOS.
MATERIAS PRIMAS Y ADITIVOS
Mª Dolores La Rubia García
Área de Ciencia de los Materiales
Universidad de Jaén
ÍNDICE
1. LOS PLÁSTICOS
◦ Naturaleza.
◦ Estructura química.
◦ Materias primas.
◦ Síntesis de polímeros.
◦ Tamaños de las macromoléculas.
2. ESTRUCTURA DE LOS POLÍMEROS
◦ Estructura de las cadenas
◦ Estado sólido en polímeros
◦ Clasificación de polímeros
3. COMPORTAMIENTO DE LOS PLÁSTICOS
◦ Comportamiento térmico
◦ Comportamiento mecánico
◦ Factores estructurales que influyen en las propiedades mecánicas
◦ Comportamiento viscoelástico
◦ Otros comportamientos
4. ADITIVOS
“Primero la Edad de Piedra, después la Edad del Hierro y del Bronce,
probablemente hoy vivamos en lo que se conocerá
como la Edad de los Polímeros”
Leo Mandelkern
1. LOS PLÁSTICOS
• Naturales
• Semisintéticos
Sintéticos
Celulosa y el caucho
Celuloide
Termoplásticos
Termoestables
Elastómeros PLÁSTICOS
1.1. Naturaleza
Compuestos formados por grandes moléculas (MONÓMEROS) en cadena
Cadenas entre 60 y las 1000 unidades
Longitud cadena hasta 0,01mm
Masa molecular oscila entre 10000 y 100000 g/mol
1. LOS PLÁSTICOS
POLÍMERO ADITIVO PLÁSTICOS
Representación de una macromolécula
1.2. Estructura Química
Son compuestos de naturaleza orgánica: C
◦ Otros elementos: H, O, S, Si, Cl y P
Tipos de monómeros:
◦ OLEFINAS = ALQUENOS (Carbono e hidrógeno)
◦ MONÓMEROS FUNCIONALIZADOS
(Poseen elementos como O y N que forman funciones orgánicas reactivas)
1. LOS PLÁSTICOS
Estructura de algunas olefinas y nombre y
siglas de los polímeros que forman
6
Monómeros funcionalizados componentes
de los plásticos más comunes
1.2. Estructura Química 1. LOS PLÁSTICOS
7
1.3. Materias primas 1. LOS PLÁSTICOS
Clasificación de los recursos naturales
8
1.3. Materias primas 1. LOS PLÁSTICOS
Esquema de la destilación fraccionada del petróleo (refinado)
9
1.3. Materias primas 1. LOS PLÁSTICOS
Transformación de la nafta hacia olefinas y aromáticos
10
1.3. Materias primas 1. LOS PLÁSTICOS
Conversión de olefinas y aromáticos a polímeros
Mecanismos de Polimerización
Adición Condensación
Proceso por el cual moléculas más pequeñas se unen para
formar una molécula grande
1.4. Síntesis de polímeros 1. LOS PLÁSTICOS
Reacción de Polimerización
Apertura
de anillo
Polimerización por adición
También llamada polimerización por reacción en cadena
Reacción de monómeros bifuncionales que se unen a modo de cadena
formando una macromolécula lineal
Iniciación
Crecimiento
Terminación
Etapas
1.4. Síntesis de polímeros 1. LOS PLÁSTICOS
Mecanismos por los que transcurren las
polimerizaciones por adición
Polimerización por adición
a) Los extremos activos de las cadenas se acercan
b) Las dos cadenas se combinan
convirtiéndose en una cadena larga
c) La redisposición de un átomo de
hidrógeno y creación de un enlace
covalente doble por
desproporcionación causa la
terminación de dos cadenas cortas
a) Producción de radicales libres a partir de iniciadores como peróxido de benzoílo
b) Fijación de una unidad de repetición de polietileno a uno de los radicales del
iniciador
c) Fijación de unidades de repetición adicionales para la propagación de la cadena
o
Terminación
Iniciación y
crecimiento
1.4. Síntesis de polímeros 1. LOS PLÁSTICOS
También llamada polimerización de crecimiento por pasos
Reacción de dos grupos funcionales distintos dando polímeros lineales
Obtención del Polietilentereftalato (PET)
Polimerización por condensación
1.4. Síntesis de polímeros 1. LOS PLÁSTICOS
Dimetil tereftalato
Etil tereftalato
Etilenglicol
Alcohol metílico
15
Polimerización por apertura de anillo
1.4. Síntesis de polímeros 1. LOS PLÁSTICOS
Los monómeros de naturaleza cíclica originan polímeros a través de
reacciones de adición
Los monómeros presentan al menos un heteroátomo
Obtención del polióxido de metileno a partir de trioxano
Obtención del polióxido de etileno a partir del óxido de etileno
Obtención del nylon 6 a partir de E-caprolactona
16
1.5. Tamaño de las macromoléculas 1. LOS PLÁSTICOS
Promedio en número Mn
Promedio en peso Mw
Distribución de tamaños moleculares
Peso molecular
17
Peso molecular promedio en peso de cadenas
Se define como la fracción en peso wi de las cadenas de polímero de peso
molecular Mi dividido por el peso total de la muestra
Peso molecular promedio en número de cadenas
Se define como el peso de la muestra de polímero dividido por el número de
moléculas en esa muestra, siendo ni el número de cadenas de peso molecular Mi
1.5. Tamaño de las macromoléculas 1. LOS PLÁSTICOS
Peso molecular
Grado de polimerización
Cociente entre la masa molecular del polímero y la masa molecular del
monómero
GP = Peso molecular del polímero / Peso molecular de la unidad de repetición
18
2. ESTRUCTURA
DE LOS POLÍMEROS
Mª Dolores La Rubia García
Área de Ciencia de los Materiales
Universidad de Jaén
•Estructura de las cadenas
•Estado sólido en polímeros
•Clasificación de polímeros
19
2.1. Estructura de las cadenas 2. ESTRUCTURA
Polímero lineal
Polímero ramificado
Polímero reticulado
• Los meros se unen unos tras otros
• Cadenas flexibles
• Enlaces van der Waals
• La cadena principal se une lateralmente a otras
por enlaces covalentes
• Son menos densos
• La ramificación debilita los enlaces
• Formadas por entrecruzamiento de cadenas lineales
• Enlaces covalentes
Geometría
Distintas estructuras de cadenas
Poseen cadenas o grupos sustitutivos del hidrógeno
en el mismo lado de la cadena
Estereorregularidad
Polímero Isotáctico
Polímero Sindiotáctico
Pólímero Atáctico
Los monómeros se colocan de forma alternante,
dando lugar a una configuración regular
Los monómeros se unen aleatoriamente, por lo que
los grupos sustitutivos se colocan al azar
2.1. Estructura de las cadenas 2. ESTRUCTURA
20
21
2.1. Estructura de las cadenas 2. ESTRUCTURA
Clasificación de las características de las moléculas poliméricas
Química
(composición
unidad monomérica)
Química
(composición
unidad monomérica)
Tamaño
(peso molecular)
Forma
(cadena plegada
doblada, etc)
Estructura
Lineal Ramificada Entrecruzada Reticulada
Características moleculares
Estados isoméricos
Esteroisómeros Isómeros geométricos
Isotáctico Sindiotáctico Atáctico Cis Trans
Homopolímeros Formados por cadenas compuestas por la unión
del mismo monómero
Copolímeros Formados por cadenas compuestas por la unión
de al menos dos tipos de comonómeros
Copolímeros alternados ABABABAB…
Copolímeros en bloque AAABBBAAABBB...
Copolímeros al azar ABAABBABAABBA..
Homopolímeros y copolímeros
2.1. Estructura de las cadenas 2. ESTRUCTURA
22
Polímeros cristalinos y amorfos
23
2.2. Estado sólido en polímeros 2. ESTRUCTURA
Macromoléculas amorfas y cristalinas
Zonas cristalinas
Zonas amorfas
24
Polímeros cristalinos y amorfos
2.2. Estado sólido en polímeros 2. ESTRUCTURA
Celda ortorrómbico correspondiente al polietileno
25
2.2. Estado sólido en polímeros
Polímeros cristalinos y amorfos
2. ESTRUCTURA
Modelo de la micela a franjas
26
Disposición de las cadenas en los planos cristalinos
2.2. Estado sólido en polímeros
Polímeros cristalinos y amorfos
2. ESTRUCTURA
27
2.2. Estado sólido en polímeros 2. ESTRUCTURA
Esferulitas obtenidas en la cristalización a 90 ºC
de un fundido de Polihidroxibutirato (PHB)
Polímeros cristalinos y amorfos
Cristalinidad en los plásticos
a) Estructura química
Simetría estructural
Regularidad estructural
Interacciones entre cadenas
b) Proceso seguido para la cristalización
2.2. Estado sólido en polímeros 2. ESTRUCTURA
Factores que
afectan a la
cristalinidad
en los plásticos
ESTRUCTURA QUÍMICA
Simetría estructural
Regularidad estructural
El PP isotáctico comercial que está sustituido de manera regular, aun siendo su estructura
asimétrica, es cristalino y también el PVC cuya estructura es sindiotáctica
Empaquetamiento más regular de las cadenas, permite una mayor proximidad y favorece las
interacciones entre ellas.
cristalinos amorfo
Factores que afectan
a la cristalinidad
2.2. Estado sólido en polímero 2. ESTRUCTURA
cristalinos cristalinos
Interacciones entre cadenas
La existencia de interacciones entre
cadenas también favorece la cristalinidad y
eleva la temperatura de su fusión.
Ejemplo típico son las interacciones por
enlace de hidrógeno, como las que tienen
lugar entre grupos dadores y grupos
aceptores de hidrógeno, como N-H o O-H
y C=O
ESTRUCTURA QUÍMICA
Ramificación de las cadenas
La ramificación de las cadenas disminuye la
tendencia a la cristalización
Factores que afectan
a la cristalinidad
2.2. Estado sólido en polímero 2. ESTRUCTURA
Complejidad
La temperatura a la que se efectúa la cristalización. La cristalización es más fácil para
polímeros formados por adición simple, en el cual no están unidas a la cadena de
carbono moléculas muy voluminosas o grupos de átomos que puedan interferir en la
compactación de las cadenas
Velocidad de enfriamiento
Enfriamiento lento promueve la cristalización
Recocido
El calentamiento de una estructura amorfa por debajo de la temperatura de fusión
proporciona la activación térmica necesaria para la nucleación y crecimiento de
cristales
Grado de polimerización
Es más difícil cristalizar polímeros de cadenas largas
Deformación
También se favorece sometiendo al polímero a tensión entre las Tf y Tv promoviendo
la cristalización al alinear las cadenas permitiendo acercarse entre sí
PROCESO DE CRISTALIZACIÓN
Factores que afectan
a la cristalinidad
2.2. Estado sólido en polímero 2. ESTRUCTURA
Cristalinidad en los plásticos
Densidad Propiedades
mecánicas
Resistencia al
ataque químico
Cristalinidad (%) = rc (r-ra)
r (rc-ra) x 100
rc
r
ra
= densidad polímero completamente cristalino
= densidad medida del polímero
= densidad del polímero amorfo
2.2. Estado sólido en polímero 2. ESTRUCTURA
Criterios
2.3. Clasificación de los Polímeros 2. ESTRUCTURA
Síntesis de las moléculas
Estructura molecular
Familia química
Comportamiento térmico y mecánico
Termoplásticos
Termoestables
Elastómeros
34
2.3. Clasificación de los Polímeros 2. ESTRUCTURA
Se pueden moldear por calentamiento y/o presión manteniendo
la forma
Tienen una mayor resistencia a la fractura
Se funden
Moderado coste, aceptables propiedades mecánicas y
resistencia al calor
Translúcidos (buena calidad óptica)
Corto tiempo de fabricación
Postformabilidad
Facilidad de realizar uniones
Posibilidad de reciclado
Termoplásticos
2.3. Clasificación de los Polímeros 2. ESTRUCTURA
Termoplásticos
etilénicos
Termoplásticos complejos
2.3. Clasificación de los Polímeros 2. ESTRUCTURA
Aplicaciones
Polímeros termoplásticos
2.3. Clasificación de los Polímeros 2. ESTRUCTURA
El procesado no exige ni altas presiones ni temperaturas
Estabilidad térmica
Resistencia química
Mayor resistencia a fluencia
Duros y rígidos incluso a altas temperaturas
Limitada vida de almacenamiento a temperatura
ambiente antes de su moldeado final
Tiempo prolongado en el moldeo
Baja deformación a fractura
Baja resistencia la impacto
Difícil reciclaje
Ventajas
Inconvenientes
Polímeros termoestables
Poseen una estructura reticulada
Características
2.3. Clasificación de los Polímeros 2. ESTRUCTURA
2.3. Clasificación de los Polímeros 2. ESTRUCTURA
Polímeros termoestables
Aplicaciones
Polímeros termoestables
2.3. Clasificación de los Polímeros 2. ESTRUCTURA
Elastómeros
Características
•Estructuras poco entrecruzadas unidas por enlaces covalente
•No son solubles, pero se hinchan
•No se funden
•Experimentan una gran deformación elástica al ser sometidos a diferentes
esfuerzos, pudiendo recuperar su forma original cuando cesa la tensión aplicada.
2.3. Clasificación de los Polímeros 2. ESTRUCTURA
.Tiene como fin que la deformación de los elastómeros sea sólo de tipo
elástico por lo que la reticulación debe ser lo suficientemente pequeña
como para permitir el alineamiento de las cadenas, pero impidiendo que
se deslicen.
Es una reacción no reversible, que normalmente se realiza con la ayuda
de presión y temperatura.
Se lleva a cabo añadiendo azufre, que hace de puente entre las cadenas
del polímero descomponiendo los enlaces dobles insaturados.
Vulcanización
Vulcanización
Grandes deformaciones, sin que
se rompan los enlaces primarios
de las cadenas
,
Conforme aumenta la
reticulación
Normalmente, y una vez vulcanizado el elastómero, quedarán
todavía muchos enlaces dobles sin saturar que pueden por el
oxígeno ambiente (sobre todo por el ozono), dando lugar a un
aumento en el grado de reticulación, lo que reduce la elasticidad
del elastómero
El grado de reticulación (grado de flexibilidad) se controla
por la cantidad de azufre que se adiciona
El grado de reticulación = un
enlace covalente entre cadenas
contiguas por cada 100-200
monómeros
~1,2% de S en peso
~5% de S en peso El caucho cambia progresivamente
de ser un material gomoso, a una
sustancia elástica firme como, por
ejemplo, en los neumáticos para
automóviles
Para mayores reticulaciones ~30-40% en peso de S El caucho se hace más
duro y frágil (ebonita)
Envejecimiento
Elastómeros
2.3. Clasificación de los Polímeros 2. ESTRUCTURA
Aplicaciones
2.3. Clasificación de los Polímeros 2. ESTRUCTURA
EXPERTO EN TRANSFORMACIÓN DE
MATERIALES PLÁSTICOS
Febrero-Mayo 2014
45
3. COMPORTAMIENTO DE LOS
PLÁSTICOS
Mª Dolores La Rubia García
Área de Ciencia de los Materiales
Universidad de Jaén
Líquido: movimiento
fácil de las cadenas
Sólido amorfo:
movimiento de
las cadenas
bajo tensión Sólido cristalino:
movimiento difícil
de las cadenas
Vítreo: Sólo movimiento
local de los segmentos
de las cadenas
TEMPERATURA DE FUSIÓN
TEMPERATURA DE TRANSICIÓN VÍTREA
TE
MP
ER
AT
UR
A
Si es amorfo, se comporta
como vidrio a temperaturas
bajas y se hace correoso a
temperaturas ligeramente
por encima de su Tv. Estos
polímeros correosos pasan
a ser gomosos a
temperaturas algo más
altas y, finalmente, fluyen,
como líquidos viscosos, a
temperaturas superiores.
Si es cristalino, funde al
llegar a su Tf, pasando a
líquido viscoso.
• Temperatura de fusión (Tf)
• Temperatura de transición vítrea (Tv)
• Temperatura de descomposición (Td)
•El reblandecimiento ocurre a
temperaturas comprendidas entre Tv y
Tf del polímero.
El comportamiento térmico viene marcado por unas ciertas temperaturas que delimitan
sus propiedades y resistencia
3.1. Comportamiento térmico 3. COMPORTAMIENTO
AMORFO CRISTALINO
Polímeros amorfos Polímeros cristalinos
3.1. Comportamiento térmico 3. COMPORTAMIENTO
Variación del volumen específico de un polímero
amorfo y de un polímero cristalino
Los polímeros cuyas cadenas son de
estructura muy flexible (goma
natural) tienen valores bajos de Tv.
Las interacciones suelen hacer que Tv
aumente.
Los anillos aromáticos son estructuras
rígidas, y su presencia en los eslabones
de la cadena hace que tanto Tv como
Tf de los polímeros que contienen
estas estructuras aumenten.
Relación entre estructura y propiedades térmicas
GP Tf
Tf Ramificación
3.1. Comportamiento térmico 3. COMPORTAMIENTO
3.2. Comportamiento mecánico 3. COMPORTAMIENTO
Influencia de la cristalinidad y del peso molecular en las
propiedades
Peso Molecular
Cristalinidad
Sustituyentes laterales o voluminosos
Factores estructurales que
afectan al
comportamiento mecánico
Curvas esfuerzo-deformación
Resistencia
a la tensión
3.2. Comportamiento mecánico 3. COMPORTAMIENTO
a: Fibra cristalina orientada o
polímero altamente entrecruzado
b: Polímero en estado vítreo
c: Material semicristalino
d: Elastómero
51
3.2. Comportamiento mecánico 3. COMPORTAMIENTO
Plásticos semicristalinos
Curvas esfuerzo-deformación de un polímero dúctil y su
cambio de dimensiones
En los polímeros amorfos la estricción no es estable
debido a que la alineación local endurece la región del cuello, lo
que reduce la velocidad de deformación
3.2. Comportamiento mecánico 3. COMPORTAMIENTO
Etapas en la deformación de un polímero semicristalino
53
Cuando un elastómero se somete a un
esfuerzo de tracción las cadenas podrán
desenrollarse con pequeños esfuerzos
hasta que las cadenas se extiendan en
toda su longitud en la dirección del
esfuerzo aplicado.
A cierto nivel de desenrollamiento, las
cadenas tenderán a deslizarse unas
sobre otras con lo que aparece una
componente de la deformación plástica
no recuperable.
Finalmente, si la tensión aplicada es
demasiado elevada y el alargamiento de
sus cadenas es demasiado grande, los
enlaces covalentes de las cadenas
principales se rompen causando la
fractura del material.
La explicación del porqué al eliminar la
carga las cadenas vuelven a enrollarse
se debe a razones termodinámicas
(estado de mayor entropía)
ELASTÓMEROS
3.2. Comportamiento mecánico 3. COMPORTAMIENTO
Elastómeros
Influencia del grado de cristalinidad en tensión-deformación
3.2. Comportamiento mecánico 3. COMPORTAMIENTO
Influencia de la cristalinidad
55
3.2. Comportamiento mecánico 3. COMPORTAMIENTO
Influencia de la temperatura
Variación de las propiedades por acción de la temperatura
La tenacidad del polímero la aportan las zonas amorfas
Las fuerzas intermoleculares contribuyen a la tenacidad de los polímeros.
Una influencia notable la ejercen los enlaces de hidrógeno entre cadenas.
También disminuyen la tenacidad del material la presencia en las cadenas de
grupos químicos que introducen rigidez en al estructura, como es el caso de
los anillos
TENACIDAD
Ensayos Izod para un polímero
termoplástico
3.2. Comportamiento mecánico 3. COMPORTAMIENTO
3.2. Comportamiento mecánico 3. COMPORTAMIENTO
58
3.3. Comportamiento viscoelástico 3. COMPORTAMIENTO
(a) Carga frente al tiempo, donde la carga se aplica instantáneamente en el instante to y se elimina
en el instante tt. Comportamiento del ciclo carga-tiempo (a) respuesta deformación-tiempo
totalmente elástica (b) viscoelástica (c ) y viscosa (d)
E (t) =
s (t)
e0
Modulo de relajación
Caracterización del comportamiento viscoelástico
59
3.3. Comportamiento viscoelástico 3. COMPORTAMIENTO
Modulo de relajación:
módulo elástico
dependiente del tiempo
Logaritmo del módulo de relajación frente al tiempo en un polímero viscoelástico.
Las graficas isotermas se han generado a temperaturas entre T1 y T7 .
El módulo de relajación
depende de la temperatura
3.3. Comportamiento viscoelástico 3. COMPORTAMIENTO
Cadenas
Inmovilizadas
Pol. Rígido
Movimiento
de segmentos en
zona amorfa
Movimiento
de segmentos en
zona amorfa y
cristalina
Variación del módulo de relajación en
función de la temperatura
A
B
C
D
E
61
3. COMPORTAMIENTO
Variación del módulo en
función de la temperatura para distintos plásticos
Tv Tm
Rígido
Correoso
Elástico
Viscoso
3.3. Comportamiento viscoelástico
62
Comportamiento de diferentes tipos de
plásticos con la temperatura
I: Polímero amorfo de alto Pm
II: Polímeros amorfo de bajo Pm
III: Elastómero con mayor densidad de nudos
IV: Elastómero con menor densidad de nudos
V: Polímero cristalino
3. COMPORTAMIENTO 3.3. Comportamiento viscoelástico
Propiedades Ópticas
Las propiedades ópticas están relacionadas con:
El PS de alto impacto, que es un copolímero bifásico es
traslúcido porque en él coexisten dos fases
Estructura molecular del polímero
Cristalinidad
Homogeneidad del material
Polímeros amorfos Transparentes
PMMA y PC
Polímeros cristalinos Translúcidos
PS isotáctico y PE
IR (zonas cristalinas) > IR (zonas amorfas) Pérdida de
transparencia
La falta de homogeneidad
(dos fases, defectos, etc.) Pérdida de transparencia
Edificaciones, mobiliario,
decoración,
lentes de contacto,
recubrimientos, pinturas,
barnices, lacas, etc.
3. COMPORTAMIENTO 3.4. Otras propiedades
64
4. ADITIVOS
Mª Dolores La Rubia García
Área de Ciencia de los Materiales
Universidad de Jaén
65
Generalidades 4. ADITIVOS
Son sustancias dispersas en la masa de polímero que se
incorporan para mejorar alguna propiedad del plástico
• No deben ser volátiles a la temperatura de transformación
• No deben migrar hacia el exterior para no producir contaminación
• No deben ser nocivos ni durante su manipulación ni su uso
• Se dosifican en 100 g de plásticos o partes por 100 de resina (phr)
¿Qué son?
Requisitos que deben cumplir
66
Porcentaje de utilización de los diferentes
tipos de aditivos
Tipos de aditivos para polímeros 4. ADITIVOS
67
ADITIVO FUNCIÓN TIPOS DE SUSTANCIAS
Plastificantes
Reducen Tv mejorando las
características de transformación
Ftalato de dioctilo
Adipato de dioctilo
Tipos de aditivos para polímeros 4. ADITIVOS
Asociación plastificante-polímero y efecto apantallamiento de la cadena
alifática del plastificante
Tipos de aditivos para polímeros 4. ADITIVOS
ADITIVO FUNCIÓN TIPOS DE
SUSTANCIAS
Lubricantes Disminuyen el
rozamiento entre las
superficies
Sales sódicas del ácido
esteárico
Ceras
Capa límite de lubricante entre la superficie
metálica y el polímero fundido
69
ADITIVO FUNCIÓN TIPOS DE
SUSTANCIAS
Biocidas Evitan ataques y
crecimiento de cultivos
microbianos
Tipos de aditivos para polímeros 4. ADITIVOS
70
ADITIVO FUNCIÓN TIPOS DE
SUSTANCIAS
Colorantes
y Pigmentos
Se usan para producir
colores en los polímeros
y pinturas
Colorantes:
azocompuestos y
antraquinonas
Pigmentos: óxidos de
cadmio, cromo y titanio
Agentes antiestáticos Mejoran la
conductividad superficial
Ésteres de ácidos grasos
Éteres
Aminas cuaternarias
Tipos de aditivos para polímeros 4. ADITIVOS
Tipos de aditivos para polímeros 4. ADITIVOS
ADITIVO FUNCIÓN TIPOS DE
SUSTANCIAS
• Estabilizantes
térmicos
• Antioxidantes
• Desactivadores de
metales
Retardan el deterioro
del polímero
• BHT
• Fenólicos
• Aminas
• Lactonas
• Fofitos
• Tioéteres
Los antioxidantes interrumpen
reacciones de oxidación, se combinan con
los radicales libres o peróxidos
ANTIOXIDANTES
•PRIMARIOS (Capturan radicales libres)
•SECUNDARIOS (Destruyen peróxidos)
Funcionan con un primario
Desactivadores de iones metálicos
(A) ROOH + M+ ----------> RO. + HO
- + M
++
(B) ROOH + M++
-----------> ROO. + H+
+ M+
Los iones más activos son:
Fe, Co, Ni, Mn, Ti, V, Cu
y promueven la termo-oxidación de los polímeros reduciendo drásticamente la efectividad de los antioxidantes.
El caso más grave es el de los cables telefónicos, donde los iones de cobre que libera el conductor al pasar la corriente, causan fallas por degradación del recubrimiento de polietileno. También se ha detectado mayor degradación en polipropileno reforzado con talcos, mica, etc, posiblemente por la presencia de iones.
Los iones metálicos que frecuentemente se encuentran como impurezas, promueven la degradación temo-oxidativa porque catalizan la descomposición de los hidroperóxidos en esta forma
Tipos de aditivos para polímeros 4. ADITIVOS
73
Tipos de aditivos para polímeros 4. ADITIVOS
Los estabilizantes térmicos
• Se usan en plásticos halogenados
• Además de oxidación en el procesado se produce deshidrohalogenación
• Los haluros de hidrógeno (HCl) son productos y catalizan la reacción
• En este proceso se producen dobles enlaces conjugados que dan una coloración fuerte
Carboxilatos metálicos
•Polímeros estables: PS, PMMA
•Polímeros sensibles: poliolefinas (PP),
Polímeros muy sensibles: PVC, poliacetales
Estabilizadores térmicos
para PVC
75
ADITIVO FUNCIÓN TIPOS DE
SUSTANCIAS
Estabilizantes a luz
ultravioleta
Absorben radiación UV,
retardando el deterioro
Negro de carbono
Benzofenona
Benzotriazol
Benzofenona Benzotriazol
76
ADITIVO FUNCIÓN TIPOS DE SUSTANCIAS
Retardantes de la
combustión
Reducen la probabilidad de
que ocurra la combustión
Bromuros y fosfuros
orgánicos
Organofosforados
Óxidos de antimonio
Trihidrato de alúmina
Tipos de aditivos para polímeros 4. ADITIVOS
Pueden actuar:
• En forma de recubrimiento de la zona sensible y reducen la
permeación de oxígeno y la velocidad de las reacciones oxidativas.
• Dando lugar a grandes cantidades de gases incombustibles que diluyen
el suministro de oxígeno y reducirán la velocidad de combustión.
Además, disminuye la temperatura del material por debajo de la de
ignición y provocando la autoextinción.
77
4. ADITIVOS
ADITIVO FUNCIÓN TIPOS DE SUSTANCIAS
Espumantes Permiten hacer materiales más
ligeros, con buenas propiedades
aislantes térmicas y acústicas
Físico: fluorocarbono, nitrógeno o
sustancias volátiles
Químico: Hidrazina
Cargas
Reducen coste
Mejoran la procesabilidad
Disipan el calor de las reacción de
curado
Talco,
mica,
arcilla,
harina de madera
Refuerzos
Mejoran las propiedades
mecánicas
Negro de carbono y sílice
Tipos de aditivos para polímeros
78
Ejemplos de formulaciones de plásticos
Tipos de aditivos para polímeros 4. ADITIVOS