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http://tecnopolimeros.blogspot.mx/2011/03/mecanismos-y-tecnicas-de-polimerizacion.html
Mecanismos y técnicas de polimerización
(Síntesis)
La polimerización es un proceso químico por el que los reactivos, monómeros (compuestos de bajo peso molecular) se agrupan químicamente entre sí, dando lugar a una molécula de gran peso, llamada polímero, bien una cadena lineal o una macromolécula tridimensional.
Mecanismos y técnicas son cosas distintas. Los mecanismos de polimerización se diferencian en la especie activa en la reacción de polimerización (radicálica, aniónica, catiónica, por pasos,...) mientras que las técnicas de polimerización se distinguen por el medio en el que la reacción tiene lugar (en disolución, en bloque o en masa, en suspensión, en emulsión,...)
Mecanismos
Existen muchos tipos de polimerización, sin embargo en este espacio les llevaremos los más resaltantes.
Polimerización radicalaria. La polimerización de radicales libres es uno de los procesos químicos más estudiados. Esto no es sorprendente, ya que polimerización de radicales libres se lleva a cabo a gran escala industrialmente, la producción mundial de polímeros por este método está en el rango de 100 millones de toneladas por año. Esta enorme producción corresponde a casi el 50% de todos los polímeros sintéticos.
Al igual que las reacciones en cadena, el proceso de polimerización por radicales puede subdividirse en la iniciación, propagación, transferencia y terminación, estos pasos se encuentran representados en el esquema 1.
Esquema 1.
El mecanismo ocurre cuando se calienta el iniciador(I 2 )y escinde homolíticamente y se forman los radicales (I*), el radical se adiciona al monómero (M), estabilizando por resonancia la molécula (R 1 ), iniciando así el crecimiento de la cadena polimérica. En cada paso de propagación se irá añadiendo otra molécula del monómero a la cadena de crecimiento. La longitud de una cadena polimérica depende del número de adiciones de monómeros que se produzcan antes de que la etapa de terminación pare el proceso. Eventualmente la reacción en cadena se para, bien por el acoplamiento de dos cadenas o por la reacción con una impureza (como el oxígeno), o simplemente por agotamiento del monómero.
Polimerización catiónica.
Esta se produce por un mecanismo similar al proceso radicalario, excepto en que implica a carbocationes como intermedios. La polimerización catiónica puede ser iniciada por una gran variedad de químicos y métodos físicos. Ejemplos de ello son la iniciación por los ácidos de Brönsted, ácidos de Lewis, ácidos de Lewuis en combinación con una fuente de iones o protones carbonios, iones estable de carbonio, UV o γ- irradiación, reacciones fotoquímicas, y la aplicación de altos campos eléctricos. En la representación del mecanismo de la polimerización catiónica a continuación se emplea el BF 3 como catalizador, el cual requiere de agua o metanol como co-catalizador es utilizado para dar inicio a esta reacción.
Según la forma de la cadena polimérica
De acuerdo a la forma de las cadenas macromoleculares los polímeros pueden
ser:
Lineales: no tienen ramificaciones.
Ramificados: todas las moléculas tienen ramificaciones (pequeñas cadenas
laterales).
Entrecruzados: los polímeros poseen estructura tridimensional, donde las cadenas
están unidas unas a otras por enlaces laterales
Los termoplásticos hacen referencia al conjunto de materiales que están formados por polímeros que se encuentran unidos mediante fuerzas intermoleculares o fuerzas de Van der waals, formando estructuras lineales o ramificadas. Un material termoplástico lo podemos asemejar a un conjunto de cuerdas enredadas que tenemos encima de una mesa, cuanto mayor sea el grado de enredo de las cuerdas mayor será el esfuerzo que tendremos que realizar para separar las cuerdas unas de otras dado a que el rozamiento que se produce entre cada una de las cuerdas ofrece resistencia a separarlas, en este ejemplo las cuerdas representa a los polímeros y el rozamiento representa las fuerzas intermoleculares que los mantiene unidos.
En función del grado de las fuerzas intermoleculares que se producen entre las cadenas poliméricas, estas pueden adoptar dos tipos diferentes de estructuras, estructuras amorfas o estructuras cristalinas, siendo posible la existencia de ambas estructuras en un mismo material termoplástico.
- Estructura amorfa - Las cadenas poliméricas adquieren una estructura liada, semejante a de la un ovillo de hilos desordenados, dicha estructura amorfa es la responsable directa de las propiedades elásticas de los materiales termoplásticos.
- Estructura cristalina - Las cadenas poliméricas adquieren una estructura ordenada y compacta, se pueden distinguir principalmente estructuras con forma lamelar y con forma micelar. Dicha estructura cristalina es la responsable directa de las propiedades mecánicas de resistencia frentes a esfuerzos o cargas así como la resistencia a las temperaturas de los materiales termoplásticos.
Si el material termoplástico dispone de una alta concentración de polímeros con estructuras amorfas, dicho material presentará una pobre resistencia frente a cargas pero una excelente elasticidad, si por el contrario el material termoplástico dispone de una alta concentración de polímeros con una estructura cristalina, el material presentará unas altas propiedades de resistencia frente a cargas y esfuerzos superando incluso a materiales termoestables, por otro lado presentará unas pobres propiedades elásticas aportándole su característica fragilidad.
Propiedades de los materiales termoplásticos
1. Pueden derretirse antes de pasar a un estado gaseoso.
2. Permiten una deformación plástica cuando son calentados.
3. Son solubles en ciertos solventes.
4. Se hinchan ante la presencia de ciertos solventes.
5. Buena resistencia al fenómeno de fluencia.
Ejemplos y aplicaciones de materiales termoplásticos:
- Polietileno de alta presión como material rígido aplicado para cubiertas de máquinas eléctricas, tubos, etc..
- Polietileno de baja presión como material elástico usado para el aislamiento de cables eléctricos, etc..
- Poliestireno aplicado para aislamiento eléctrico, empuñaduras de herramientas...
- Poliamida usada para la fabricación de cuerdas, correas de transmisión, etc...
- PVC o cloruro de polivinilo para la fabricación de materiales aislantes, tubos, envases, etc... Ejemplos de adhesivos termoplásticos:
- Acrilatos
- Cianoacrilatos
- Epoxy curados mediante radiación ultravioleta
- Acrilatos curados mediante radiación ultravioleta Ahora que ya conoces a los termoplásticos ¿sabías que la mayoría de envases que contienen bebidas refrescantes están fabricados con materiales termoplásticos?
Los productos SAFI son elaborados a partir de las mejores calidades de termoplásticos, para satisfacer las condiciones de uso más estrictas.
Polipropileno Anti-Static (PPAS) Este material contiene 20% de fibra de carbono y conduce la electricidad. Se utiliza en las zonas explosivas donde los materiales anti-estáticos son obligatorios. Permite que una gama de productos SAFI sean compatibles con la normativa ATEX zonas 1 y 2.
Polifluoruro de vinilideno (PVDF)
El Kynar es un polímero de vinilideno. Su nombre en inglés es " P oly V inyli D ene F luoride", lo que explica su código ISO: PVDF. El PVDF es un termoplástico muy resistente. Al igual que otros fluoropolímeros, este aguanta las variaciones en la temperatura, la radiación ultravioleta y los agentes químicos más corrosivos. El PVDF es un homopolímero sin aditivos (de tipo estabilizador, por ejemplo), no tóxico, y tiene una superficie especialmente lisa que impide el desarrollo de microorganismos. Por estas razones, el PVDF se utiliza regularmente con los alimentos, las tuberías de agua o en la industria farmacéutica y los semiconductores, aunque sus aplicaciones principales son en química, dado sus excelentes propiedades anticorrosivas. SAFI ha seleccionado un grado altamente cristalino de PVDF, producido por suspensión. Este grado tiene una muy buena resistencia mecánica y una gran estabilidad a largo plazo a altas temperaturas. Este grado tiene la ventaja añadida de no hacer ampollas cuando se someten a cloro húmedo. Las principales ventajas de PVDF son los siguientes:
- Gran Resistencia química
- Amplitud de la resistencia a las variaciones de temperatura
- Resistencia a abrasión
- Estabilidad a alta temperatura
- Facilidad de soldadura
- Resistente a los rayos UV
- Buen estado de superficie
Polifluoruro de vinildeno antiestático (PVDF-AS) Este PVDF contiene el polvo de carbono que le permite conducir electricidad. Se utiliza en zonas explosivas donde los materiales antiestáticos son obligatorios y permite a los productos SAFI elaborados en este material de ser utilizados en zona ATEX 1 y 2.
Propiedades ASTM ESTÁNDAR Aplicable
Unidad GRPP PVDF PP PVC ASPP
- % Fibra - % 20 (glass) 0 0 20
- Densidad D 792 g/cm2 1.04 1.78 0.9 1.41 1. Propiedades
- Tensión de ruptura D 638 MPa 55 50 35 48 75
- Resistencia a la tensión D638 Mpa 3137
- Alargamiento a la rotura D638 % 3 40 200 - 2.
- Tensión de ruptura en flexión D 790 Mpa 70 94 35 90 95
- Módulo de flexión D 790 Mpa 4200 2500 1200 4900
- Elasticidad, ensayo de impacto IZOD D 256 J/m 80 100 to 200 - 76
- Dureza, Rockwell R D 785 105 115 30 112
- Dureza, Shore D D 785 74 77 to 82 - 70 Propiedades Térmicas
- Temperatura de deflexión por calor 18. kg/cm
D 648 °C 125 115 52 74
- Punto de ablandamiento- Vicat menos de 5kg
D 1525 °C 140 147 152 Coeficiente de expansión térmica lineal de 0 a 100°C
D 696 10 /°C 6 11 13 Propiedades Eléctricas Resistencia de superficie ASTM D257 ohm 10 Resistencia al rastreo NF C 26-220 V 270
JAN 9
Plásticos termoplásticos/Teflón
PLÁSTICOS TERMOPLÁSTICOS/ TEFLÓN
(FLUOROCARBONO)
Los fluorocarburos (llamados también fluorocarbonos por influencia del inglés) son compuestos químicos que contienen enlaces carbono-flúor. Los fluorocarburos tienden a romperse muy lentamente en el medio ambiente y por tanto muchos se considerancontaminantes orgánicos persistentes. Muchos fluorocarburos comercialmente útiles también contienen hidrógeno,cloro y bromo.
PROPIEDADES
- Poseer un bajo coeficiente de fricción (< 0,1)
- Ser un material inerte y antiadherente
- Tener un punto de fusión medio (~342 ºC)
- Presentar excelentes propiedades dieléctricas y de aislamiento eléctrico.
Además de sus propiedades antiadherentes y su bajo coeficiente de fricción, el teflón posee también una alta resistencia, tanto a la humedad, como al paso del tiempo y a los rayos ultravioleta (UV). Del mismo modo su antiadherencia lo convierte en un material impermeable y de fácil de limpieza.
Temperatura máxima de uso continuo (ºC)
100 100 Superior al poliestireno, al LDPE y al PVC pero inferior al HDPE, al PET y a los "plásticos de ingeniería" Temperatura de transición vítrea (ºC)
A baja temperatura el PP homopolímero se vuelve frágil (típicamente en torno a los 0ºC); no tanto el PP copolímero, que conserva su ductilidad hasta los -40ºC.
PPC Polipropileno Copolímero
Es un polímero termoplástico, parcialmente cristalino, que se obtiene de la polimerización del propileno (o propeno). Pertenece al grupo de las poliolefinas. Al añadirse entre un 5 y un 30% de etileno en la polimerización, se obtiene el copolímero que posee mayor resistencia al impacto.
Propiedades:
Densidad : 0,9g/cm La temperatura de fusión, varía en función del contenido del copolímero.
Modificaciones:
- Material de refuerzo y aditivos funcionales.
- Fibra de vidrio.
- Carga mineral.
- Carbón black. Se pueden obtener productos ignífugos con aditivos halogenados y productos exentos de halógeno y fósforo rojo.
Prestaciones:
- Óptima resistencia química.
- Muy baja absorción de agua.
- A diferencia del polipropileno homopolímero, el copolímero presenta una mejor resistencia en caso de choque a las bajas temperaturas, y un alargamiento de rotura más elevado.
- Decaen ligeramente las características térmicas.
Aplicaciones:
- Respaldos y asientos para sillas, muebles de jardín.
- Material interno del sector público.
- Componentes eléctricos que operan a baja temperatura.
PPH Polipropileno Homopolímero
Es un polímero termoplástico parcialmente cristalino que se obtiene de la polimerización del propileno (o propeno). Pertenece el grupo de las poliolefinas. El homopolímero se obtiene del propileno puro.
Propiedades:
Material semi-cristalino con un porcentaje de cristalinidad igual al 60-70%. Temperatura de fusión: 168ºC Densidad : 0,9g/cm
Modificaciones:
Material de refuerzo y aditivos funcionales:
- Fibra de vidrio.
- Fibra de carbono.
- Cargas minerales.
- Carbón black. Se pueden obtener productos ignífugos con aditivos halogenados o con sustancias exentas de halógenos y fósforo rojo, por ejemplo, utilizando polifosfatos de amonio.
Prestaciones:
- Absorción de agua extremadamente baja.
- Óptima resistencia química.
- En el ámbito del tecno-polímero el polipropileno viene aditivado con carga mineral o fibra, alcanzando buenas propiedades mecánicas y térmicas.
- Las mejores prestaciones se obtienen utilizando fibra de vidrio aggraffata químicamente.
- Los productos estabilizados térmicamente permiten que las temperaturas de utilización de continuo sean de 120ºC.
- Están disponibles productos a diversos niveles de fluidez en función del peso molecular.
Aplicaciones:
- Envolturas para electrodomésticos.
- Ventiladores, cubas de contención, conexiones, colectores de agua caliente.
- Componentes eléctricos para lavavajillas y lavaplatos.
