DEFINICIÓN
* Grupo de materiales de origen orgánico que pertenecen a
uno más amplio denominado polímeros, caracterizados por
estar formados por macromoléculas, es decir, moléculas de
elevado peso molecular, constituidas por la repetición de
unidades moleculares más pequeñas (monómeros), pudiendo
llegar a tener pesos moleculares de entre 10.000 y 1.000.000
de gr/mol.
* Pertenecen a este grupo materiales naturales como: madera
proteínas, celulosa, resinas, ceras, algodón, látex, etc; e
infinidad de productos sintéticos obtenidos por la industria
química.
CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES
1.- Estar formados por macromoléculas, es decir, moléculas gigantes constituidas por unidades más pequeñas que contienen carbono y se repiten formando cadenas lineales, ramificadas o entrecruzadas.
2.- Ser plásticos, pudiéndose conformar por moldeo, extrusión, estirado, laminado, hilado, soplado, etc.
APLICACIONES
Construcción. Medicina
Transporte. Telecomunicaciones
Embalaje y envasado. Industria Textil
Electricidad y Electrónica Agricultura
Electrodomésticos. Etc.
Menaje del hogar.
PROPIEDADES GENERALES
Baja densidad
Alta estabilidad química
Aislante eléctrico, térmico y acústico.
Fácil de conformar y bajos costes de producción.
Baja resistencia mecánica aunque alta relación resistencia/densidad.
No soportan temperaturas elevadas.
Algunos son muy elásticos, otros rígidos, en general son fáciles de colorear, muchos son transparentes y otros opacos
ORIGEN
1.- A PARTIR DE SUSTANCIAS VEGETALES O
ANIMALES COMO:
LA CELULOSA,
EL LÁTEX
LA CASEÍNA DE LA LECHE DE VACA.
2.- POR TRANSFORMACIÓN DE DERIVADOS DEL PETRÓLEO, EL GAS NATURAL O ELCARBÓN COMO:
EL PVC
POLIETILENO,
POLIESTIRENO,
BAQUELITA,
CAUCHO ARTIFICIAL, ETC.
LINEA DE TIEMPO
En 1838 el químico francés Regnault polimeriza el cloruro de vinilo mediante la luz solar.
En 1839 Charles Goodyear descubre por casualidad el proceso de vulcanización del caucho.
En 1869 Wesley Hyatt fabrica el celuloide al hacer reaccionar nitrato de celulosa y alcanfor, siendo este el primer plástico que se consiguió de importancia comercial.
En 1906 el belga Leo Baekeland sintetiza el primer plástico termoestable a partir del fenol y el formaldehído, la baquelita.
A partir de 1920 se sabía que la estructura interna de estos materiales estaba compuesta por macromoléculas.
Entre 1920 y 1940 se fabricaron muchos plásticos de importancia en la actualidad: el metacrilato, el PVC, los poliuretanos, las resinas de poliester, el nailon, el teflón, el poliestireno.
LINEA DE TIEMPO
Durante la segunda guerra mundial los suministros de materias primas se vieron dificultados. Esa circunstancia estimuló el desarrollo del caucho sintético y el uso masivo de otros plásticos sintéticos como los poliesteres y el nailon.
Después de la guerra se desarrollaron los poliamidas, policarbonatos, polietileno (1953) y polipropileno (1954).
En la actualidad los plásticos se emplean de forma masiva en todos los sectores. La industria química permite lograr materiales capaces de soportar temperaturas de servicio por encima de 300ºC y hasta 500ºC (sustituyendo en las macromoléculas el hidrógeno por cloro o flúor y el carbono por silicio), polímeros de altas prestaciones mecánicas, polímeros reforzados y materiales híbridos. Se investiga con la posibilidad de conseguir polímeros con conductividad metálica, superconductividad o magnetismo
En la actualidad la industria química permite la fabricación de polímeros prácticamente “a la carta”.
POLIMERIZACIÓN
La polimerización es el proceso por el cual unidades moleculares pequeñas (monómeros) se unen por repetición para formar el polímero.
Para que tenga lugar, son necesarias unas determinadas condiciones de temperatura, presión y presencia de ciertas sustancias químicas.
Si interviene un solo tipo de monómero se origina un homopolímero; si intervienen dos o más un copolímero.
Las cadenas poliméricas, en las que los monómeros se unen mediante enlaces covalentes pueden ser: lineales, ramificadas o reticuladas (entramado tridimensional), dependiendo de si los monómeros tiene durante la polimerización dos o más enlaces o grupos reactivos libres.
MECANISMOS DE POLIMERIZACIÓN
Existen dos mecanismos básicos:
1.- Polimerización de adición: cuando el polímero se
constituye por yuxtaposición de unidades monoméricas
que se repiten, siendo la masa molecular del polímero
múltiplo entero de la del monómero.
-XYX-XYX-XYX-XYX-XYX-
2.-Policondensación: cuando la polimerización tiene lugar
con separación de productos sencillos no polimerizables
(agua, alcohol, amoníaco, etc).
-XYZ-XYZ-XYZ-XYZ-XYZ- + Subproducto
EJEMPLO DE POLIMERIZACIÓN POR ADICIÓN
En presencia de calor, presión adecuadas y un catalizador
como el peróxido de hidrógeno se rompe el doble enlace
de la molécula de etileno. Un grupo –OH actúa como iniciador
de la cadena. Una vez iniciada la reacción transcurre
espontáneamente. Cuando quedan pocos monómeros libres
la cadena puede unirse a otra por su extremo activo o bien
capturar un grupo –OH que la cierra.
POLIETILENO
OTROS EJEMPLOS DE POLÍMEROS DE ADICIÓN
EJEMPLO DE POLIMERIZACIÓN POR CONDENSACIÓN
La reacción del dimetiltereftalato y el etilenglicol, da como
resultado poli(tereftalato de etilenglicol), Dacrón, una fibra
poliester. Durante la plimerización, un grupo OH del etilenglicol
se combina con un grup –CH3 del dimetiltereftalato produciendo
un producto sencillo no polimerizable: el alcohol metílico.
DACRÓN
OTROS EJEMPLOS DE POLICONDENSACIÓN
Por reacción del ácido tereftálico y el etilenglicol se obtiene poli(tereftalato de etilenglicol), una fibra poliéster conocida como terylene
Por reacción del ácido adípico y la exametilendiamina, se obtiene poli(adipato de exametilendiamina), un poliamida conocido como nylon 66.
CONSTITUCIÓN DEL PLÁSTICO
La materia prima previa a la fabricación de piezas de plástico
suele presentarse en forma de:
Polvo
Gránulos
Resinas (líquidos viscosos)
Durante la fabricación del plástico se pueden añadir, además:
Cargas: materiales como fibra de vidrio, fibras textiles, papel, sílice, serrín, para potenciar algunas propiedades.
Aditivos: sustancias químicas entre las que destacan los colorantes o pigmentos y los plastificantes, que dificultan la unión de las cadenas poliméricas incrementando la flexibilidad.
CLASIFICACIÓN
En función de su estructura interna los materiales
plásticos se clasifican en:
TERMOPLÁSTICOS
TERMOESTABLES
ELASTÓMEROS
TERMOPLÁSTICOS
De cadena lineal o ramificada, son fusibles y, en este estado, moldeables en teoría un número ilimitado de veces.
Cuando se calientan a temperaturas relativamente bajas (100-150ºC) los enlaces intermoleculares entre las cadenas poliméricas se rompen y se posibilita el deslizamiento de las mismas (fluyen).
No forman estructuras cristalinas, aunque pueden tener cierto ordenamiento, no tienen punto de fusión, sino intervalo de reblandecimiento, cuando se enfrían pueden ser duros y frágiles, no resisten temperaturas elevadas.
Son ejemplos de este tipo de plásticos: polietileno, PVC, polipropileno, poliestireno, teflón, metacrilato, nailon, etc
EJEMPLO DE TERMOPLÁSTICOS: EL POLIETILENO (PE)
Es un plástico transparente, químicamente inerte, fácil de colorear, de
gran resistencia eléctrica, blando, impermeable y de baja densidad. Se
obtiene por polimerización del etileno. (CH2=CH2)
Existen dos variedades:
Se usa para:
envases, depósitos,
juguetes, tuberías, ruedas
dentadas, mangos de
herramientas, utensilios
domésticos.
Polietileno de alta densidad (HDPE):
de cadena lineal y alto grado de polimerización
Polietileno de baja densidad (LDPE): de cadenas ramificadas y grado de polimerización más bajo. Tiene menor densidad, resistencia, rigidez y punto de fusión, pero mayor flexibilidad.
EJEMPLO DE TERMOPLÁSTICOS: EL POLIETILENO (PE)
Se usa para:
bolsas, sacos, embalaje recubrimiento de cables, paletización, invernaderos, impermeables, recipientes para menaje del hogar, etc.
EJEMPLO DE TERMOPLÁSTICOS: EL POLIPROPILENO (PP)
Es un plástico transparente o claro, resistente químicamente, fácil de
colorear, de gran resistencia eléctrica, densidad inferior a la del agua, más
rígido y de punto de fusión más elevado que el polietileno, resistente al
choque y a la tracción, se puede doblar muchas veces sin romperse,
impermeable. Se obtiene por polimerización del propileno (CH2=CHCH3)
Se usa para:
Recipientes, botellas,
utensilios de cocina,
aislamiento de cables,
bolsas, sacos, tacos de
presión, cascos, tuberías,
engranajes, bisagras,
césped artificial, sillas
apilables, menaje del
hogar, etc
EJEMPLO DE TERMOPLÁSTICOS: EL PVC
El policloruro de vinilo (PVC) es un plástico incoloro pero fácil de colorear,
de elevada resistencia química, difícil de trabajar por su alta viscosidad, es
resistente, duro y rígido, de baja tenacidad, inestable a la luz y al calor. Los
plastificantes separan las cadenas poliméricas dando un PVC mucho más
flexible y de menor resistencia. Procede de la polimerización de acetileno
con ácido clorhídrico (CH2=CHCl)
Se usa para:
Tuberías, carpintería de
exteriores, depósitos,
discos de música,
recubrimiento de
cables y suelos,
juguetes, cuero artificial,
mangueras, impermeables,
etc
EJEMPLO DE TERMOPLÁSTICOS: EL POLIESTIRENO (PS)
Es un plástico transparente, fácil de colorear, de elevada resistencia
química, poco resistente al calor, aislante eléctrico y térmico, destaca
por su elevada fluidez y durante mucho tiempo ha sido el plástico más
usado para obtener piezas por inyección. Procede de la polimerización
del monómero estireno: CH2=CH- Existen dos variedades:
Poliestireno rígido:
Resistente, muy frágil y con sonido metálico al golpear.
Se usa para:
envases, carcasas
de electrodomésticos,
Faros de automóvil
juguetes, vasos y
platos, envases de
yogurt, difusores de
lámparas ….
EJEMPLO DE TERMOPLÁSTICOS: EL POLIESTIRENO (PS)
Poliestireno expandido (corcho blanco):
Durante su elaboración se produce un gas que queda atrapado en su estructura y luego se volatiliza dejando huecos.
Proporciona un material blando y esponjoso y de altas prestaciones como aislante térmico.
Se usa para:
Envases de alimentos,
(bandejas), aislamiento
térmico, embalajes ..
EJEMPLO DE TERMOPLÁSTICOS: EL METACRILATO (PMMA)
El polimetacrilato de metilo (plexiglás) se caracteriza por su
elevada transparencia, aunque es fácil de colorear.
Inalterable químicamente, rígido y frágil, se raya fácilmente
y no resiste temperaturas elevadas.
Se usa para:
Faros de automóvil, lentes,
farolas, luminosos, diales,
difusores de lámparas,
sustituto del vidrio
Procede del ácido
acrílico (CH2=CH-COOH)
y metilacrílico.
EJEMPLO DE TERMOPLÁSTICOS: EL NAILON (PA)
Es un poliamida que se obtiene de la reacción de condensación entre un
ácido adípico y la exametilediamina. Se repite el grupo –CO-NH-.
Es transparente, incoloro, insípido, de gran elasticidad y alta resistencia
a la tracción. Impermeable, resistente a temperaturas elevadas, bajo
coeficiente de fricción y resistencia a la abrasión. Posibilidad de ser hilado
Sólido se utiliza para:
engranajes, cojinetes,
soportes, piezas de
ferretería…
Hilado se utiliza para:
Medias, tela de paracaídas,
hilo de pescar, airbags,
tiendas de campaña,
Cerdas para cepillos y
peines, cuerdas de escalar.
EJEMPLO DE TERMOPLÁSTICOS: EL TEFLÓN (PTFE)
El politetrafluoetileno se obtiene a partir del acetileno por repetición del
grupo –CF2- CF2-
Es un plástico de alta estabilidad química incluo en caliente, resiste
temperaturas elevadas (300ºC), de gran tenacidad y muy aislante
eléctrico, de alta densidad (2,2gr/cm3), no absorbe nada de agua. De
coeficiente de rozamiento bajo, antiadherente y resistente a la abrasión.
Se usa para:
Engranajes, cojinetes, juntas,
piezas de motores, tuberías
de combustibles y aceites,
material de laboratorio,
recubrimiento antiadherente
de sartenes y cacerolas,
componentes eléctricos,
aislantes para alta tensión…
EJEMPLO DE TERMOPLÁSTICOS: POLICARBONATOS (PC)
Son polímeros con el grupo –O-R-O-CO- y eslabones –CH- y –OCOO-.
Son materiales muy transparentes, de gran brillo y fáciles de colorear,
de elevada resistencia al calor (140ºC) y gran estabilidad química, altas
prestaciones mecánicas (resistencia, rigidez, tenacidad), no producen
astillas al romperse.
Se usa para:
Carcasas, engranajes, vajillas,
hélices de barco, ventiladores,
cristales irrompibles para
aviones y trenes de alta
velocidad , cascos de
seguridad, escudos de la
policía, CD,s, cámaras de
fotografía y vídeo…
EJEMPLO DE TERMOPLÁSTICOS: POLIÉSTERES (PC)
Grupo de materiales obtenidos por condensación del ácido dicarboxílico
y un dialcohol. En la cadena se repite el grupo éster (-CO-O-).
Se obtiene, fundamentalmente fibras (tergal, terylene, enkalene, dacrón)
de gran resistencia a tracción y al desgaste, produciendo tejidos de fácil
mantenimiento e inarrugables. Muy aislante, resistente a tª elevada y
alta estabilidad química. Se combina bien con el algodón y la lana.
Se usa para:
Trajes, camisas, vestidos,
blusas, mangueras contra
incendios, cintas
transportadoras, lonas
impermeables, tejidos para
neumáticos, filtros, cuerdas
de remolque…
TERMOESTABLES
Proceden de resinas cuyas cadenas poliméricas (lineales o ramificadas) contienen grupos funcionales susceptibles de reaccionar, estableciendo uniones cruzadas y dando lugar a un entramado tridimensional con enlaces fuertes.
Cuando se someten a presión y temperatura adecuadas se establecen estas uniones cruzadas (curado) y resultan materiales infusibles e insolubles en muchos disolventes.
No se pueden volver a remoldear. Si se calientan en exceso, su estructura interna se degrada y el material queda inservible.
No forman estructuras cristalinas, son generalmente más duros y resistentes que los termoplásticos, más rígidos y soportan temperaturas más elevadas (200ºC).
Son ejemplos de este tipo de plásticos: baquelita, melamina, poliuretano, resina epóxi, resina de poliester….
EJEMPLO DE TERMOESTABLES: BAQUELITA (PF)
Resinas fenólicas de la policondensación del fenol y el formaldehído.
Material con buena resistencia mecánica y al calor, frágil, de alta
estabilidad química, buen aislante térmico y eléctrico, se oscurece al
exponerse a la luz y tiene un olor característico (no apto para contener
alimentos).
Se usa para:
Componentes eléctricos
(casquillos, interruptores,
circuitos impresos), mangos y
asas de utensilios de cocina,
carcasas de electrodomésticos,
muelas de abrasión, moldes,
barnices, adhesivos,
revestimiento de madera…
EJEMPLO DE TERMOESTABLES: MELAMINA (MF)
Aminorresina obtenida por policondensación de la melamina con
formaldehído. Nombre comercial: formica.
Incoloro, se colorea fácilmente, sin olor ni sabor, inalterable a la luz, de
gran resistencia mecánica, al rayado y al desgaste, más tenaz que la
baquelita, gran resistencia al calor, aislante térmico y eléctrico.
Se usa para:
Revestimiento de muebles
de cocina y encimeras,
chapeado de tableros de
muebles en general,
juguetes, vajillas
irrompibles, cuberterías,
recipientes de alimentos,
tiradores, piezas de
ajedrez, adhesivos…
EJEMPLO DE TERMOESTABLES: UREA FORMALDEHIDO (UF)
Aminorresina obtenida por policondensación de la urea con
formaldehído.
Pertenece también a la familia de las aminorresinas y tiene
propiedades parecidas a las de la melamina.
Se usa para:
Vajillas, Interruptores,
portalámparas, clavijas,
revestimiento de muebles,
tiradores de cajones,
mandos de electrodomés-
ticos, colas y barnices…
EJEMPLO DE TERMOESTABLES: RESINAS DE POLIESTER (UP)
Las resinas de poliéster o poliésteres no saturados, contiene grupos
funcionales disponibles para formar uniones. Polimerizan a tª ambiente
al mezclar con un catalizador. Son materiales que duros y frágiles que,
Con frecuencia, se combinan con fibra de vidrio que confiere resistencia
y rigidez.. Son incoloros y resisten temperaturas elevadas.
Se usan para:
Construcción de
embarcaciones,
automóviles, depósitos,
tuberías, esquíes, placas
transparentes de tejados,
cascos de moto, piscinas,
piezas de aviones,
maletas, condensadores,
bandejas…
EJEMPLO DE TERMOESTABLES: RESINA EPOXI (EP)
Una resina epoxi o epoxídica es un polímero termoestable que se endurece
cuando se mezcla con un agente catalizador o "endurecedor". Las más
frecuentes son producto de una reacción entre epiclorohidrina y bisfenol-a.
Son inodoras e insípidas en estado sólido y venenosas en estado líquido.
alta resistencia química y al calor y buenas prestaciones mecánicas, fáciles
de mecanizar, resistentes a la abrasión, buenos aislantes eléctricos y se
adhieren bien a otros materiales.
Se usan para:
Revestimiento de latas
conserva, barnices y lacas
muy resistentes, recubrimiento
de conductores, encapsulados
de componentes electrónicos,
circuitos impresos, pinturas
antipolvo de suelos de garaje,
herramientas, adhesivos
(pegan hormigón y metales)…
EJEMPLO DE TERMOESTABLES: POLIURETANOS (PUR)
Polímero que se obtiene por polimerización de determinados compuestos que contienen el grupo isocianato (-N=C=O-). Los poliuretanos son resinas que van desde las formas duras y aptas para recubrimientos resistentes a los disolventes hasta cauchos sintéticos resistentes a la abrasión, espumas flexibles y fibras de gran elasticidad (lycra).
Se utiliza para:
Espuma para paneles aislantes, espuma inyectable, rellenos de almohadas y colchones, juntas, mangueras, ruedas de fricción, prendas deportivas, de corsetería y bañadores (lycra y elastán), pegamentos y barnices duros…..
ELASTÓMEROS
Grupo de materiales caracterizados por su elevada elasticidad, formados por largas cadenas enrolladas susceptibles de desenrollarse por la acción de tensiones internas y recuperar su forma cuando cesan.
Ofrecen la posibilidad de establecer uniones cruzadas entre sus cadenas por vulcanización, para impedir el flujo plástico.
No forman estructuras cristalinas, son extraordinariamente blandos, su módulo elástico es inferior al del resto de los materiales.
Su temperatura de trabajo es, por lo general, la ambiente.
Son ejemplos: caucho natural, caucho sintético, neopreno, siliconas…
ELASTÓMEROS
Constitución de elastómeros y vulcanización
El proceso de vulcanización, descubierto por casualidad por Goodyear en 1839, consiste en añadir azufre al caucho crudo o a las gomas sintéticas y calentar a unos 160º con el fin de que el azufre actúe como puente entre las cadenas poliméricas para que se establezcan uniones cruzadas. La cantidad de azufre adicionado determina el grado de rigidez alcanzado por las gomas. Para mantener la elasticidad no debe ser superior al 8%.
Caucho natural vulcanizado
El mónomero isopreno tiene dos dobles
enlaces. Una vez rotos puede polimerizarse quedando libres muchos de estos enlaces
Por vulcanización, algunos de estos enlaces
libres se unen a otras cadenas poliméricas
actuando el azufre como puente. La cantidad
de uniones depende de la cantidad adicionada
de azufre.
Con el tiempo, el resto de los enlaces libres
forman uniones intermoleculares con otras
cadenas por acción del oxígeno, la luz o
el calor. Esto provoca una disminución de
la elasticidad y un aumento de la rigidez
(envejecimiento)
EJEMPLO DE ELASTÓMERO: CAUCHO NATURAL
El caucho natural vulcanizado se obtiene por coagulación del látex y mezcla con una cantidad no superior al 8% de azufre a 160ºC.
Es un material muy elástico, con elevada resistencia mecánica, no adherente y que no se ablanda con el calor. Es bastante resistente a la abrasión y al impacto, a la fatiga, muy aislante eléctrico, insoluble en disolventes orgánicos y con elevada resistencia química.
Se utiliza para:
Neumáticos (la mayor parte, especialmente neumáticos grandes y para condiciones duras de trabajo), cilindros de impresoras, ,juntas, suelas de zapatos, tubos flexibles, correas, guantes..
EJEMPLO DE ELASTÓMERO: CAUCHO SINTÉTICO
Se utilizan para:
Neumáticos, juntas, mangueras, suelas de zapatos, correas de transmisión, cámaras de neumáticos, cintas transportadoras, guantes, botas de agua, tubos …
Se incluyen aquí un grupo de polímeros elastómeros que proceden de derivados del petróleo (polibutadieno, butadieno-estireno, butadieno-acrilonitrilo, cauchos de etileno-propileno, caucho butílico, etc).
Estos elastómeros suelen presentar mas resistencia al calor, a la abrasión,
al endurecimiento por envejecimiento, a las bajas temperaturas, a los disolventes y ser más impermeables que el caucho natural, pero también
son menos elásticos y flexibles que este.
EJEMPLO DE ELASTÓMERO: NEOPRENO O CLOROPRENO (CR)
Se utiliza para:
Trajes de inmersión, fundas, asientos de grandes vigas de puentes y cimentaciones de edificios protegidos contra terremotos, juntas, correas de transmisión, recubrimiento de cables, mangueras, cintas transportadoras, etc
Se obtiene por polimerización del neopreno en presencia de HCl y catalizadores. Contiene el grupo –CH2-CCl=CH-CH2-.
Tiene mayor resistencia mecánica, química, al calor, al envejecimiento e impermeabilidad que el caucho, es buen aislante térmico y eléctrico pero menos elástico y flexible y su precio es mas elevado que el caucho.
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