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La Norma Técnica Peruana (NTP) NTP 399.611:2010 UNIDADES DE ALBAÑILERÍA. Adoquines de concreto para pavimentos. Requisitos, 2a Edición, se encuentra incluida en el Plan de revisión y actuali…Descripción completa
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La Norma Técnica Peruana (NTP) NTP 399.611:2010 UNIDADES DE ALBAÑILERÍA. Adoquines de concreto para pavimentos. Requisitos, 2a Edición, se encuentra incluida en el Plan de revisión y actualización ...Descripción completa
La Norma Técnica Peruana (NTP) NTP 399.611:2010 UNIDADES DE ALBAÑILERÍA. Adoquines de concreto para pavimentos. Requisitos, 2a Edición, se encuentra incluida en el Plan de revisión y actuali…Descripción completa
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N O I C A G I T S O E H V C N U I E A C N L O I E C D A Y T I C O C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
Introducción a la química de polímeros Por: Dr. C. Q. Juan Diego Sierra M. Jefe Área Materiales Poliméricos 2011
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Preguntas de reflexión N O I C A G I T S O E H V C N U I E A C N L O I E C D A Y T I C O C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
¿Qué son los polímeros? ¿Cómo se fabrican? ¿A qué deben sus propiedades? ¿Cómo se controlan sus propiedades ¿Cómo se pueden clasificar?
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Preguntas de reflexión N O I C A G I T S O E H V C N U I E A C N L O I E C D A Y T I C O C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
¿Qué son los polímeros? ¿Cómo se fabrican? ¿A qué deben sus propiedades? ¿Cómo se controlan sus propiedades ¿Cómo se pueden clasificar?
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Un poco de Historia N O I C A G I T S O E H V C N U I E A C N L O I E C D A Y T I C O C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
El Hombre viene utilizando los polímeros naturales desde tiempos prehistóricos (fibras de celulosa, proteínas, ambar, carbohidratos, asfaltos, caucho, etc) A pesar del uso masivo de los polímeros, hasta unas pocas décadas atrás virtualmente no se conocía sobre su estructura y composición química En las primeras décadas del siglo pasado se inicia el conocimiento científico sobre la estructura de los polímeros (teoría macromolecular de Staudinger) A partir de este momento el desarrollo científico y tecnológico de los materiales poliméricos ha sido vertiginoso. Los materiales poliméricos han pasado de ser materiales de reemplazo a irreemplazables
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Descubrimiento de la estructura Macromolecular N O I C A G I T S O E H V C N U I E A C N L O I E C D A Y T I C O C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
Raoult y Van’t Hoff en 1880 sentaron los fundamentos para la medición
de los pesos moleculares (primeras determinaciones PM en el rango de 10,000 a 40,000) Sin embargo, se consideraban sustancias coloidales o miscelares Staudinger 1922 (premio Nobel 1953), propone la teoría macromolecular: sustancias orgánicas de muy alto peso molecular
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Convertimos CONOCIMIENTO en Riqueza
Descubrimiento de la estructura Macromolecular N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
W. Carothers 1938, Conocimiento sistemático de la química de Polimerización y síntesis de cientos de polímeros (entre ellos la Poliamida) Flory 1937 (premio nobel en 1974), elucida el mecanismo de reacción de la polimerización en cadena, lográndose entender mas claramente la naturaleza de los grupos terminales.
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Convertimos CONOCIMIENTO en Riqueza
Propiedades de los materiales plásticos N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
Los plásticos son livianos Los plásticos permiten la elaboración de partes complejas en un solo paso. Las temperaturas de procesamiento son bajas. Su resistencia térmica es limitada. Excelentes aislantes térmicos y eléctricos Se dejan colorear fácilmente. Pueden ser reciclados y/o re-usados por varios métodos. Los plásticos tienen una gran gama de propiedades mecánicas Tienen una gran resistencia química. Son permeables. 6
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Materiales plásticos MATERIALES N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
METALICOS
NO METALICOS
(Atomos)
(Moléculas)
METALES PUROS Hierro Cobre Aluminio Zinc Plomo Oro Plata
INORGANICOS
ORGANICOS
(Moléculas)
(Macromoléculas)
Granito Mármol Vidrio Cerámica Cemento
Polímeros Plásticos Caucho
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Origen de los polímeros N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
Materiales artificiales creados por el hombre de acuerdo a sus necesidades
Modificación de sustancias naturales macromoleculares Ejemplos Derivados de la Celulosa Caucho Natural
Cadenas Macromoleculares Forman cadenas de muchos átomos N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
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Fuerzas moleculares de enlace N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
Primarias (Fuerzas de enlace de Valencia) 10 a 200 kcal/mol Energía de Enlace: 0.75 a 3 A Distancia de acción: Secundarias (Fuerzas de Van der Waals) 0.3 a 10 kcal/mol Energía de Enalce: 3 a 10 A Distancia de acción: Clases: Dispersión Dipolo Inducción Puentes de hidrógeno (2 a 10 kcal/mol)
Fuerzas intermoleculares
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Clasificación de los Polímeros De acuerdo con la forma de las cadenas:
N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
Lineales
Ramificadas
Mientras más lineales las moléculas
Mayor densidad. Mayor grado de cristalización. Mayor temperatura de fusión. Mejor resistencia química. Menor brillo. Menor transparencia. 11
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Clasificación de los Polímeros N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
De acuerdo con el ordenamiento molecular Semicristalinos
Amorfos
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POLIMEROS NO RETICULADOS N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
AMORFOS
PS SB SAN ABS ASA PVC PMMA CA CAB PC
SEMICRISTALINOS
LDPE HDPE LLDPE PP PET PBT PTFE PUR PA PC
RETICULADOS ELASTOMEROS
NBR EPDM EVA PUR
Clasificación de los Polímeros Convertimos CONOCIMIENTO en Riqueza
TERMOFIJOS
PF MF UP PUR EP
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Polimerización N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
Reacción en Cadena Monómeros con enlaces no saturados Ejemplos
Fases Iniciación Crecimiento de cadenas Terminación 14
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Polimerización N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
Tipos Según iniciadores:
Por radicales libres (v. gr. Peróxidos): LDPE Iónica: Aniónica (extremos +, medio básico): PMMA Catiónica (extremos -, medio ácido): PIB Por complejos metálicos: catalizadores estereo específicos (catalizadores Ziegler-Natta y Metalocenos)
Según la técnica:
En masa (ausencia de medio): PMMA En emulsión (monómero emulsificado y Polímero disperso): PVC En suspensión (monómero y Polímero disperso): PAN En solución (monómero y polímero disueltos): PVA, PE Por precipitación (monómero disuelto y polímero precipita): HDPE, PIB 15
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Polímerización Heterocíclica N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
Caracterizada por la apertura de enlaces en estructuras cíclicas
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Policondensación
N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
Mecanismo de Reacción Reversible Los monómeros deben contener Grupos funcionales como: Hidroxilo: -OH Carbonilo: -CO Carboxilo: -CO0H Amino: -NH2
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Policondensación
Ejemplo de Policondensación
N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
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Poliadición N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
Los monómeros deben contener grupos bifuncionales. La reacción no dá origen a productos secundarios. Casi siempre se da por un desplazamiento de un átomo de hidrógeno de un grupo funcional a otro
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Poliadición
Ejemplo de Poliadición
N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
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Estructura macromolecular N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
Estructura química
Constitución Grupos atómicos (Cuáles?) Tamaño (peso molecular) (Cuántos?) Forma de las cadenas (Lineal, ramificadas) Configuración(disposición en el espacio) Isomería estructural Isomería espacial Conformación Otras Polaridad Flexibilidad
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Unidad Básica y Estructural a)
N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
Unidades básicas
CH2
b)
CH
CH2
CH
Unidades estructurales H N
R
H
O
N
C
U.B1.
R'
O
H
C
N
R
H
O
N
C
O R'
C
U.B2.
unidad estructural
c)
Unidades estructurales diferentes
CH3 O
C
CH3
O O
O
C
CH3
se mento olicarbonato
k
C
O
O
O
C
C
CH3
m
n
se mento éster 22
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Copolímeros N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
De acuerdo con el número de unidades estructurales constituyentes se pueden tener: Homopolímeros A-A-A-A-A-A-A Copolímeros
Aleatorio
Alternantes
Bloque
Injertos
A-A-B-B-B-A-B-B-A-A Poli(A- co - B) A-B-A-B-A-B-A-B Poli(A-alt - B) A-A-A-B-B-B-B-A-A-A Poli(A- b - B) B-B-B-B A-A-A-A-A-A-A B-B-B-B Poli(B- g - A)
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ESQUEMA HOMOPOLIMEROS
N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
DESCRIPCION Homopolímero a partir de unidades simetricas. Homopolimero a partir de dos monómeros diferentes.
COPOLIMEROS
EJEMPLO PE PTFE PA 6.6
SAN Copolímeros de unidades alternantes. Copolímeros con unidades acopladas al azar.
SB
SB Copolímero en bloque.
MEZCLAS
Copolímero de injerto. Un monómero polimeriza como cadena lateral sobre un polímero existente.
ABS ASA
Polimezclas (Poliblends): Polímeros se mezclan sin existir reacción química entre ellos. A veces como alternativa del copolímero (ABS = SAN + SB)
PP/PC PVC/ABS PE/PTFE ABS SB 24
Convertimos CONOCIMIENTO en Riqueza
Distribución de pesos moleculares de un Polímero N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
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Promedio de Peso Molecular Promedio en número: N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
Mn
niMi ni
(1)
Donde:
ni: número de moléculas de una fracción determinada Mi: peso molecular de una fracción determinada Mn: promedio en número Promedio en peso: niMi
Mw
2
niMi
Polidispersidad: U
Mw Mn
(2)
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Distribución de peso molecular N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
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Peso molecular vs. Propiedades A N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
mayor peso molecular
Aumenta la viscosidad del fundido.
Aumenta peligro de ruptura en la extrusión. Aumenta temperatura de fusión. Disminuye la solubilidad. Mejora la resistencia al impacto.
Con
una distribución amplia
El comportamiento no newtoniano se acentúa. Baja la temperatura de solidificación. Menor peligro de ruptura. Disminuye resistencia al impacto. Disminuye módulo elástico. Aumenta elongación a rotura.
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Peso molecular vs. Propiedades N O I C A G I T S O E H V C N I U E A C N L O I E C D A Y T I O C C A I P T A S C A L Y P E L D E D O T U T I T S N I
Aumento cristalización Propiedad Aumento Densidad R. Tensión Aumenta Rigidez Aumenta R. impacto Disminuye Fragilidad bajas temp. Aumenta R. Abrasión Aumenta Dureza Aumenta Temp. Ablandamiento Aumenta ESCR Disminuye Permeabilidad Disminuye Barrera Aumenta R. Química Aumenta R. Fundido Transparencia Disminuye Haze Aumenta % Encogimiento Aumenta Elongación Brillo Aumenta COF Disminuye Procesabilidad (Fluidez)
Disminución Mn Aumento MFI Disminuye Disminuye Disminuye Aumenta Disminuye Disminuye
