Polímeros

Introducción

Del griego Poly (muchos) y Meros (partes), un Polímero es un compuesto que consiste en moléculas de cadenas largas. Cada molécula esta hecha de unidades representativas que se conectan entre sí; puede haber miles o millones de unidades en una sola molécula de polímeros. Los polímeros juegan un papel muy importante en la vida humana. En parte, nuestro cuerpo esta constituido por un monton de poímeros, por ejemplo, proteínas, encimas, etc. Otra naturaleza de los polímeros esta en la madera, tela, piel o caucho, que han sido utilizacos por la humandidad desde el paso de los siglos hasta ahora. Los científicos modernos se encuentran revolucionando el procesamiento de polímeros que son materiales sinteticos (metales y cerámicos), las propiedades de los polímeros son basadas por la constitucion estructural de sus elementos y sus usos.  

Este documento introduce a la clasificación de polímeros, procesamiento y síntesis de polímeros, dando seguimiento a mecánismos de deformación y mecanica a comportamiento  de polímeros.

Polímeros y Tipos de Polímeros sintetizados y procesados.

Los Polímeros estan clasificados en diferentes formas, como las moléculas que son sintetizadas, como su estructura molecular, o como su grupo de familia  químico. Un ejemplo, son las consistentes lineas polimeras de cadenas largas de moléculas, mientras la brecha de los polímeros consisten principalmente en cadenas largas y secundariamente cadenas conectadas a la cadena pricipal. En algunos casos, linealmente no estan las lineas conecadas. La mejor forma en que se puede clasificar los polímeros de acuerdo a su mecanica y su comportamiento térmico. Industrialmente los polímeros son clasificados en dos clases: Plásticos y Elastómeros.

           

Plásticos

Son resinas orgánicas moldeables. Estos sean naturales o sintéticos, y son procesados por transformadoras o moldeadoras en sus formas. Los Plásticos son importantes en la mecánica de materiales por diferentes razones (Gowariker, 2001). Estas tienen un alto rango de de propiedades, algunas de las cuales son inpropias de otros materiales, y en los casos más relativos, son de bajo costo. Siguiendo con la lista breve de las propiedades de plásticos: Peso ligero, alto rango de colores, baja conductividad térmica y eléctrica, buena resistencia a los ácidos, bases y compuestoss, alta fuerza dieléctrica (usado en inducciones eléctricas), menos fractucas, buena consistencia, etc.

Los plásticos estan nuevamente clasificados en dos grupos sobre otro comportamiento  mecánico y térmico como los Termoplastos y Termoestables.

Termoplastos

También conocidos como Polímeros Termoplásticos, Son plásticos suaves cuando estan calientes, y duros cuando estan fríos; una vez procesados son totalmente revesibles y pueden ser repetidos. Estos materiales normalmente fabricados por aplicaciones de calor presión simultaneamente. Estos son polímeros lineales sin algún conexión cruzada en su estructura donde las cadenas largas de moléculas son reforzadas cada una por eslabones secundarios y/o inter-juntados. Estos tienen la propiedad de incremento de plasticidad con el incremento de temperatura quebrando los eslabones secundarios de las cadenas principales.

Comunmente los termoplásticos son: Acrílicos, PVC, nylon, polipropileno, poliestireno, polimetireno metacrílico (plásticos trabajados o Perspex), etc.

Termoestables

Estos plásticos requieren calor y presión para moldarlos a su forma. Estos se basan en su forma permanente y tratados o “armados” por reacciones químicas como una excesiva conexión cruzada. Estos no se pueden revertir o reformar en otra forma pero se pueden descomoponer empezando a calentarlo a altas temperaturas. Estos Termoestables no se pueden reciclar, mientras que los Termoplásticos si se pueden reciclar. El térmico Tesmoestable implica que el calor es requerido permanentemente para fabricar los plásticos. Más Termoplásticos estan compuestos por cadenas largas que son fuertemente conectadas a otra conexión en estructura 3-D para un sólido rígido (William, 2004). Los Termoestables generalmente son muy fuertes, pero mas susceptibles que los Termoplastos. Las ventajas de los Termoestables designadas para las aplicaciones en ingeniería incluyen una de las mas buscadas: Alta estabilidad térmica, alta estabilidad dimensional, alta rigidez, poco peso, propiedades de alta inducción eléctrica y térmica y resistencian a deformaciones y golpes por cargas. Hay dos métodos de conexión donde las reacciones inician; las conexiones pueden ser acompletadas por desprendimiento de calor en las bases en un molde situable (por ejemplo: Bakelite), resinas más expuestas (por ejemplo: Araldite) son tratadas en bajas temperaturas por la adición de un agente conector situable en la molécula. Epoxies, caucho vulcanizado, Fenolina, Resinas de Poliester insaturadas, y Amino-resinas (Ureas o Melaminas) son ejemplos de Termoestables.

Elastómeros

Todos saben que como el caucho, hay polímeros los cuales pueden incrementar su elongacion bajo una carga, en un cuarto a temperatura, y regresar a su forma original cuandl la carga ha sido movida (Harper, 1996). Hay un numero de elaboracion de elastómeros en adición al  caucho natural. Estos consisten de la colacíon de las cadenas de polímeros que pueden ser reversibles si le es aplicada una fuerza.

Procesos

El procesamiento de polímeros principalmente se ve envuelto preparando un polímero en particular mediante síntesis de materiales obtenidos, sseguido por formarlo de diferentes formas.  Para la  polimerización son usualmente derivados de cocoa y productos petroleros. Las grandes moléculas de algunos polímeros comercialmente son sintetizados por sustancias que tienen moléculas más pequeñas. La síntesis de de las grandes moleculas de un polímero es sabiendo una polimerización en cuanto a las unidades entrantes y teniendo por productor una molécula grande. Este seguimiento es de la forma de operación. Polomerización por Adición y Polimerización Condensada son los dos principales tipos de polimarización.

Polimerizacion por Adición

También se sabe que la reacción de una  cadena de polimerización, es un proceso en el cual un elemento multi-funcional en unidad es atado al mismo tiempo que encadenado a una forma lineal/3-D macromolecular. La composición de las macromoléculas son un multiplo exacto de ellas mismas con el elemento original. El tipo de polimerización envuelve tres areas:  iniciación, propagación y finalización.

Para iniciar el proceso, un iniciador es aderido al monómero. Esto forma un radical libre con el cual una reaccion tiene lugar a la atraccion de un átomo de carbono de el monómero.

Imagen  1 Etapa de Iniciación.

Cuando esto ocurre, el sitio del reactivo es tranferido a otro átomo de carbon en el monómero y la cadena empieza a formar una etapa de propagación.

Imagen  2 Etapa de Propagación.

Un iniciador comun ahora es un Peróxido Benzolítico.

Imagen  3 Peróxido Benzolítico.

Cuando la polimerización esta cercanamente completa, el resto de los monomeros más combinados a una larga distancia para buscar un sitio de reacción, esto provoca el grado de crcimiento incalculado.

Imagen  4 Etapa de Finalización.

Polimerización Condensada

También se sabe que para el crecimiento en la polimerización, se ven envueltos mas de un tipo de especies de  monómeros, y usualmente hay moleculas mas pequeñas en peso por productos como el agua, los cuales son eliminados. La unidad repetida aqui forma del monomero original, y no de fórmulas químicas  que son repetidas en la unidad.   La polimerización de Terepalatico de Dimetíl y extractos de Etileno produce poliester como un ejemplo importante.

Imagen  5 Fórmula del Poliester.

Propiedades

La mayoría de las propiedades de los polimeros son intrinsecas, u otras son propiedades unicas de un polímero específico. Algunas sustancias son llamadas Aditivas por su introducción intencional para modificar o cambiar sus propiedades. Estas incluyen: Filtros, Plassticidas, colorantes, estabilizadores y/o extinguidores.

Los Filtros son usados para proveer fuerza de compresion y tensión , resistencia a corrosión, estabilididad dimensional, etc., en pisos de madera, arena, tierra o cemento, estos son ejemplos para filtros.

Los Plasticidas proveen flexibilidad, ductibilidad y maneabilidad a polímeros por baja transision de temperaturas a cristales de un polímero. Hay genergalmente liquidos de bajo peso molecular.

Los Estabilizadores son aditivos los cuales contraatacan el proceso de deterioro en una oxidación, radiación y eventualmente deterioración.

Los Colorantes en parte específica a un color para un polímero, adieren en forma de disolventes o restos de base en separado.

Los Retarda-Llamas son usados para incrementar la resistencia flameable de un polímero combustible. Estos sirven en proposito por estar interfiriendo con la combustión a través del gas por la fase química de una reacción.

Clasificación y Aplicaciones Típicas de algunos materiales plásticos.

Termoplásticos.

1. Acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS):  Características: Sobre-fuerza y rigidez, resistencia a la distorsión de calor; buenas propiedades electricas, flamable y soluble en algunos solventes orgánicos. Aplicaciones: Equipo de jardineria y patio, juguetes, alta seguridad en dispositivos y linea de Refrigeración.

2. Acrilicos (poli-methil-methicrílico): Caracteristicas: Sobre-ligero en transmision de resitencia al clima; solo para propiedades mecánicas. Aplicaciones: Señales Publicas, reforzamientos transparentes en el campo aéreo, artes.

3. Fluorocarbonos (PTFE o TFE): Características: Quimicamente inerte en todas las reacciones, excelentes propiedades electricas, bajo coeficiente de fricción; puede ser usado hasta 260°C; relativamente debil y propiedades probes ante el frío. Aplicaciones: Anticorrosivo, Pipas químicas y valvúlas, antiadherentes por picaduras, partes electrónicas de altas temperaturas.

4. Poli-ámidos (nylon): Características: Bueno contra fuerzas mecánicas, resistencia a la corrosión, y rigidez; bajo coeficiente de fricción; aboserve el agua y uno que otro líquido. Aplicaciones: Engranes, Characteristics: Good mechanical strength, abrasion resistance, and toughness; low coefficient of friction; absorbs water and some other liquids. Application: Bearings, gears, cams, bushings, handles, and jacketing for wires and cables 

5. Poli-carbonatos: Características: Dimensionalmente estable, baja absorción de agua, muy buena resistencia y ductibilidad ante impactos. Aplicaciones: Cascos de seguridad, basado para filmes fotográficos.

6. Polietireno: Características: Quimicamente resistente y inductivo a la electricidad; rigizo y bajo coeficiente de riccion relativamente; baja dureza y pobre resistencia al clima. Aplicaciones: Botellas flexibles, juguetes, partes de bateria, contenedores de hielo, materiales para filmar situaciones.

 7. Polipropileno: Características: Resistentes a la distorsión al calor; excelentes propieades electricas y fuerte fatiga; quimicamente inerte; relativamente barato; pobre resistencia a los rayos UV. Aplicaciones: Botellas Esterilizables, Paquetes de filmes, Gabinetes de TV, y lujos.  

8. Polystyrene Caracteristicas: Excelentes propiedades electricas y clardidad óptica; gran estabilidad termica y dimension; Aplicaciones: porta pilas, juguetes, paneles de luz internos, muros.

9. Poliester (PET o PETE): Características: Uno de los mas rígidoz plasticos formados; excelente fatigación y fuerza de tensión, resistencia al hundirlos en acidos, aceites y solventes, usado para tapas, contenedores y auto-motivo en prácticas.

Termoestables

1. Epoxies: Características: Excelente combinación de propieades mecanicas y resistencia a la corrosión; dimensionalmente estables; buena aderencia; relativamente baratos; buenas propiedades eléctricas. Aplicaciones: Moldes eléctricos, bases, adhesivos, protectores de trabajo, usados con fibra de vidrio.

2. Fenolicas: Características: Excelente estabilidad térmica alrededor de los 150°C; puede ser componente de un largo numero de resinas, filtros, etc.; barato. Aplicaciones: Motor a caballos de fuerza, telefonos, auto-distribuidoras, reparaciones electricas.

Conclusión

Como hemos visto en este articulo, los polímeros son materiales los cuales gracias a sus caracteristicas, y bajo costos lo cual los convierte en una mejor opción para ciertos usos ya que en comparación con otros materiales esto se apegan más a lo que se requiere ya que la mayoria de estos pueden tomar diferentes formas y volver a su original sin perder sus caracteristicas, además del hecho de que son reutilizables (reciclables) en disitintos grados. Los polimeros se encuentran en muchos lugares de la vida cotidiana, en la industria textil, la construcción, en talleres mecanicos, astilleros u otro lugares donde se llevan a cabo los procesos de polimerización.