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2 Polímeros o plásticos.
2.1 Definición.
Son aquellos que se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman cadenas de diversas formas, que resultaron ser durables y resistentes a la corrosión, aislantes térmicos, ligeros siendo manejables y fáciles de transportar, económico y se pueden reutilizar.
2.2 Característica de los polímeros.
Pueden ser encontrados en diversos objetos y elementos naturales, por ende estos pueden ser artificiales o creados por el hombre. Soportan la ruptura y el desgaste. Poseen alta resistencia eléctrica. Poseen baja densidad, en general entre 0,9 g/cm³ y 1,5 g/cm³. Reaccionan de forma variable cuando están sometidos a cierta temperatura.
2.3 Clasificación de los polímeros
2.3.1 Polímeros Naturales
Se encuentran en la naturaleza y no son sintetizados en las industrias pese a esto, presentan una configuración de moléculas muy grande.
2.3.2 Polímeros Sintéticos
Se obtienen a través de reacciones de sintetización, en industrias de polimerización, a través de materias primas diversas provenientes de fuentes renovables o no renovables, sin que este proceso transforme significativamente su naturaleza. A su vez los polímeros sintéticos se clasifican en tres grupos:
2.3.2.1 Polímeros de adición:
Formados por reacciones de adición de una gran cantidad de monómeros iguales, originando una única molécula. Ejemplos : polietileno, PVC (policloruro de vinilo), PTFE (politetrafluoretileno – teflón), PS (poliestireno), PP (polipropileno), PAN (poliacrilonitrilo u orlón), PVA (poliacetato de vinilo), PMMA (polimetilmetacrilato o plexiglass) y las gomas sintéticas.
2.3.2.2 Polímeros de condensación o
de eliminación:
Formados por reacciones de condensación entre moléculas de sustancias iguales o diferentes con la salida de una molécula pequeña, como una molécula de agua. Ejemplos : baquelita, nailon o poliamida, kevlar, poliéster (PET, dacrón o terileno), siliconas y policarbonato.
2.3.2.3 Polímeros de reordenamiento:
En este caso uno o más monómeros sufren reordenamiento en sus estructuras a medida que ocurre la reacción de polimerización. Ejemplo: poliuretano. Los polímeros sintéticos o artificiales son denominados plásticos y en su fabricación se emplea calor y presión para que adquieran forma. Además de eso, tanto los polímeros naturales como los artificiales pueden clasificarse en termoplásticos (su formato puede modificarse) y termorrígidos o termofijos (su estructura tridimensional es rígida con uniones cruzadas por lo que su formato no se puede modificar).
2.3.3 POLIMEROS SEMI-SINTETICOS.
Son los obtenidos por la transformación química de los polímeros naturales, sin que se destruya de modo apreciable su naturaleza macromolecular.
2.4 Clasificación de los polímeros
2.4.1 Clasificación de polímeros:
2.4.1.1 Según su estructura:
Se pueden clasificar en polímeros lineales, polímeros ramificados y polímeros reticulados. Los polímeros lineales se originan cuando el monómero que lo forma tiene dos puntos de ataque, de modo que el polímero se forma unidireccionalmente, formando cadenas lineales
Elastómeros : Son polímeros naturales y sintéticos con una gran elasticidad pudiendo recuperar su forma luego de ser deformado. Por ejemplo: el caucho y el neopreno. Plásticos: Son polímeros sintéticos que se pueden moldear con ayuda del calor o la presión. Por ejemplo: el poliestireno, el PVC y el plexiglás o acrílico. Recubrimientos: Se usa para aplicaciones de tipo superficial, para así proteger paredes de la corrosión utilizando látex. Adhesivos: Son sustancias que combinan una alta adhesión y una alta cohesión, lo que les permite unir dos o más cuerpos por contacto superficial.
2.4.2 Proceso de fabricación.
Los plásticos son materiales poliméricos orgánicos (compuestos por moléculas orgánicas gigantes) que pueden deformarse hasta conseguir una forma deseada por medio de procesos como la extrusión, el moldeo, la inyección, y el hilado, entre otros. En términos técnicos, la producción de plásticos es un proceso llamado polimerización: reacción química en la que dos o más moléculas se combinan para formar otra en la que se repiten las estructuras de las primitivas dando lugar al polímero. Una vez creados los compuestos poliméricos, en forma de resina, polvos, granza, pasta, etc., se lleva a cabo la transformación de los mismos por muy diversos procesos como, inyección, extrusión, termoconformado, soplado, calandrado, etc. Si se trata de productos semielaborados requieren una manipulación posterior como mecanizado, ensamblando, encolado, etc., que darán lugar al producto final acabado. La fabricación de los plásticos y sus manufacturas implica 3 pasos básicos: obtención de las materias primas proceso de polimerización moldeo o deformación del plástico a su forma definitiva.
2.4.3 Diferencias Termoplásticos – Termoestable
Un termoplástico es un plástico el cual, a temperatura ambiente es plástico o deformable, se derrite a un líquido cuando es calentado y se endurece. Se caracterizan porque se ablandan con el calor y se pueden moldear para darle una gran variedad de formas sabiendo que al enfriarse volverá a endurecerse manteniendo sus características iniciales Los plásticos termoestables son polímeros infusibles e insolubles. La razón de tal comportamiento estriba en que las cadenas de estos materiales forman una red tridimensional espacial, entrelazándose con fuertes enlaces covalentes. Al calentarlos por primera vez el polímero se ablanda y se le puede dar forma bajo presión. Debido al calor comienza una reacción química en la que las moléculas se enlazan permanentemente. Esto se conoce como degradación, ahí el polímero se hace rígido permanentemente y si se calienta no se ablandará si no que se romperá.
2.4.4 Definición, características y ejemplos de:
2.4.4.1 Termoplástico.
Son plásticos que se reblandecen a altas temperaturas y se vuelven rígidos por enfriamiento. Pueden fundirse fácilmente una vez formados, y pueden ser remoldeados varias veces, debido a que las fuerzas de cohesión entre las cadenas moleculares son débiles. Por eso, se pueden
separar con mucha facilidad por acción del calor. Son solubles en solventes orgánicos. Por ejemplo: el polietileno, el poliestireno, policloruro de vinilo o PVC, el polimetacrilato de metilo o plexiglás, etc. Polietileno Una molécula del polietileno no es nada más que una cadena larga de átomos de carbono, con dos átomos de hidrógeno unidos a cada átomo de carbono.Éste es el polímero que hace las bolsas de almacén, los frascos de champú, los juguetes de los niños, e incluso chalecos a prueba de balas. Por ser un material tan versátil, tiene una estructura muy simple, la más simple de todos los polímeros comerciales. Polipropileno Es un termoplástico que es obtenido por la polimerización del propileno, subproducto gaseoso de la refinación del petróleo. Todo esto desarrollado en presencia de un catalizador, bajo un cuidadoso control de temperatura y presión, se puede clasificar en tres tipos (homopolímero, copolímero rándom y copolímero de alto impacto), los cuales pueden ser modificados y adaptados para determinados usos Características:
- Optima relación Costo / Beneficio.
- Versatilidad: compatible con la mayoría de las técnicas de procesamiento existentes y usado en diferentes aplicaciones comerciales, como, packaging, industria automotriz, textiles,menaje, medicina, tuberías, etc.- Buena procesabilidad: es el material plástico de menor peso especifico (0,9 g/cm3), lo que implica que se requiere de una menor cantidad para la obtención de un producto terminado. -Barrera al vapor de agua: evita el traspaso de humedad, lo cual puede ser utilizado para la protección de diversos alimentos. -Buenas propiedades organolépticas, químicas, de resistencia y transparencia. Ejemplos: Juguetes Boomerangs Vasos de plástico Los recipientes para alimentos, medicinas, productos químicos Ropa y electrodomésticos Fibras Policarbonato es un grupo de termoplásticos, fácil de trabajar, moldear y termoformar, y es utilizado ampliamente en la manufactura moderna se basa en que se trata de polímero que presentan grupos funcionales unidos por grupos de carbonato en una larga cadena molecular. es un material preferido en la fabricación de Revestimientos plásticos, Cubiertas Plásticas y Techos de Policarbonato por sus excelentes cualidades en durabilidad, resistencia y economía. Entre los Tipos de Plásticos,
Alta hidrofobicidad y no permeabilidad a gases y vapor Baja perdida de evaporación en temperaturas normales y vulcanización completa bajo altas temperaturas, sin dejar residuos Copolímero acrilonitrilo - butadieno - estireno (ABS) El acrilonitrilo butadieno estireno o ABS es un termoplástico duro, resistente al calor y a los impactos. Es un copolímero obtenido de la polimerización del estireno y acrilonitrilo en la presencia del polibutadieno, resultado de la combinación de los tres monómeros, originando un plástico que se presenta en una gran variedad de grados dependiendo de las proporciones utilizadas de cada uno. Características: Acrilonitrilo: -Resistencia química -Resistencia a la fatiga -Dureza y rigidez -Resistencia a la fusión Butadieno: -Ductilidad a baja temperatura -Resistencia al impacto -Resistencia a la fusión Estireno: Facilidad de procesado (fluidez) Brillo Dureza y rigidez Ejemplos : Carcasas de electrodomésticos y de teléfonos Maletas Cascos deportivos Cubiertas internas de las puertas de refrigeradores Carcasas de computadora Policloruro de vinilo (PVC) es similar al polietileno, con la diferencia que cada dos átomos de carbono, uno de los átomos de hidrógeno está sustituido por un átomo de cloro. Es producido por medio de una polimerización por radicales libres del cloruro de vinilo, la resina que resulta de esta polimerización es la más versátil de la familia de los plásticos, además de ser termoplástica (bajo la acción del calor se reblandece y puede moldearse fácilmente, al enfriarse recupera la consistencia inicial y conserva la nueva forma), se pueden obtener productos rígidos y flexibles. El PVC flexible o también llamado plastificado, constituye el 50% de la producción. En este tipo de PVC, se emplea un polímero de suspensión o masa y aditivos que hacen procesable el material como son plastificantes que imparten al producto terminado flexibilidad, dependiendo de la proporción del plastificante usado. El PVC rígido utiliza un polímero o resina de PVC de suspensión o masa y que se encuentra integrado con un gran número de aditivos
como modificadores de flujo, de impacto, estabilizadores, colorantes, entre otros, pero que no contiene plastificantes que modifiquen la flexibilidad del material. Se usa en la fabricación de tuberías para riego, juntas, techado, botellas, y también en partes de automóviles. Ejemplos: Tubería Botellas (Aceites comestibles, shampoos y agua purificada) Película y Lámina Perfiles Segmento Flexible: Calzado Película Poliestireno (PS) El Poliestireno se designa con las siglas PS., estructuralmente, es una cadena larga de carbono e hidrógeno, con un grupo fenilo unido cada dos átomos de carbono. Es producido por una polimerización vinílica de radicales libres a partir del monómero de estireno. A temperatura ambiente, el poliestireno es un sólido termoplástico que puede ser derretido a altas temperaturas para moldearlo por extrusión y después resolidificarlo. El monómero utilizado como base en la obtención del poliestireno es el estireno (vinilbenceno). Caractericticas: Color transparente (sólo el GPPS, el HIPS es blancuzco opaco) Baja resistencia al impacto (aunque algunos grados de HIPS llamados SHIPS alcanzan resistencias al impacto que les hace competitivos con resinas de ingeniería para partes que no demandan demasiadas propiedades de resistencia) Muy baja elongación Buen brillo Liviano Puede ser procesado en un amplio rango de temperaturas Elevada fuerza de tensión Resistente a químicos inorgánicos y al agua Ejemplos : Refrigeradores, aires acondicionados, hornos, horno de microondas, aspiradoras, licuadoras; estos y otros electrodomésticos suelen fabricarse con poliestireno (sólido y en espuma) porque es inerte (no reacciona con otros materiales), económico y duradero. Poliamidas (PA) Una poliamida es un tipo de polímero que contiene enlaces de tipo amida. Las poliamidas se pueden encontrar en la naturaleza, como la lana o la seda, y también ser sintéticas, como el nailon. Características : Resistencia y rigidez alta Resistencia al choque y resilencia altas. Alta resistencia a la deformación con calor. Alto poder amortiguador Buenas propiedades de deslizamiento Buena resistencia a la fatiga Fácil de mecanizar
La reacción entre el fenol y el formaldehído tiene como resultado las resinas fenólicas o fenoplast. El producto tiene uniones cruzadas entre las cadenas que permiten redes tridimensionales. Las propiedades más importantes de los termofijos fenólicos son su dureza, su rigidez y su resistencia a los ácidos. Tienen excelentes propiedades aislantes y se pueden usar continuamente hasta temperaturas de 150'C. Se usan para producir controles, manijas, aparatos, pegamentos, adhesivos, material aislante., laminados para edificios, muebles, tableros y partes de automóviles. Estas resinas son las más baratas y las más fáciles de moldear. Pueden reforzarse con aserrín de madera, aceites y fibra de vidrio. Las tuberías de fibra de vidrio con resinas fenólicas pueden operar a 150'C y a presiones. Resinas Ureicas. Se obtiene por condensación de urea y formaldehído; es insípida, incolora, dura, tenaz y transparente o de un color blanco translúcido. Posee gran facilidad para ser teñida o coloreada, presenta estabilidad de coloración a la luz y al calor; buenas propiedades difusoras a la luz y es infusible; excelentes cualidades de moldeo, medianas propiedades mecánicas que mejoran adicionándoles otros agregados; la atacan los ácidos y bases fuertes. Resiste a la mayoría de los disolventes ordinarios. Se usa en la preparación de adhesivos y barnices; en la confección de planchas para decorados y en revestimientos de algunas partes interiores de los automóviles, lavadoras, etcétera. RESINAS DE MELAMINA. Se les puede considerar polímero de la cianamida. Se obtiene por condensación de la melamina y formaldehído. Son polvos blancos o incoloros, inodoros e insípidos, resisten las altas temperaturas mejor que otros aminoplastos; estables a la luz y al calor; tienen gran facilidad de coloración y transparencia, excelentes propiedades dieléctricas. Sus cualidades mecánicas mejoran notablemente añadiendo otros agregados. Tienen buena resistencia química frente a los ácidos y bases débiles y resisten los disolventes orgánicos ordinarios. Se emplean en la industria textil, en la confección de distintos tipos de tejidos, además, se usan como aislantes térmicos en forma de revestimiento de cocinas y refrigeradores. También en la preparación de adhesivos. Resinas epoxídicas Este tipo de polímeros generalmente no da lugar a productos de reacción cuando se produce el curado además de presentar poca contracción. Presentan buena adherencia a otros materiales junto a buena resistencia química, propiedades mecánicas y buen comportamiento como aislante eléctrico Resinas de POLIÉSTER: Se denomina con la abreviatura RP. Su principal propiedad es que polimeriza a temperatura ambiente con ayuda de un elemento químico endurecedor, lo que confiere gran facilidad para utilizarlo en elementos con un proceso de fabricación sencillo. Es rígido, duro y frágil.
2.4.4.3 ELASTOMEROS
Tienen una capacidad característica de sufrir grandes deformaciones elásticas sin ruptura. Son blandos y tienen un bajo modulo elástico. El término elastómero se deriva de las palabras elastic y mero. La estructura de estos polímeros esta muy retorcida (apretadamente torcida o rizada). Se estiran pero después regresan a su forma original una vez retirada la carga. Polisopreno El poliisopreno es un polímero dieno, o sea un polímero formado a partir de un monómero que contiene dos enlaces dobles carbono-carbono. Como la mayoría de los polímeros dieno, tiene un enlace doble carbono-carbono en la cadena polimérica. El poliisopreno puede extraerse de la savia del árbol de la Hevea, pero también puede sintetizarse por medio de la polimerización Ziegler- Natta. Poli butadieno El poli butadieno es un elastómero o caucho sintético que se obtiene mediante la polimerización de 1,3-Butadieno. La molécula de butadieno puede polimerizar de tres maneras diferentes, originando tres isómeros llamados cis, trans y vinilo. Las propiedades del polibutadieno son diferentes según la proporción de cada uno de estos isómeros que contenga en sus moléculas. Así por ejemplo el polibutadieno llamado "alto-cis" tiene una alta elasticidad y es muy apreciado mientras que el denominado "alto-trans" es un plástico cristalino sin ninguna aplicación de utilidad Polisobutileno El poliisobutileno es un caucho sintético, o elastómero. Es especial porque es el único caucho impermeable a los gases, es decir, es el único caucho que puede mantener el aire por largos períodos. Usted puede haber notado que los globos se desinflan después de algunos días. Esto es porque están hechos de poliisopreno, que no es impermeable a los gases. Dado que el poliisobutileno mantiene el aire, se utiliza para hacer cosas como cámaras para neumáticos y pelotas de básquet. Poliuretano Es un polímero que se obtiene mediante condensación de bases hidroxílicas combinadas con diisocianatos (en general se utiliza TDI o MDI). Los poliuretanos se clasifican en dos grupos, definidos por su estructura química, diferenciados por su comportamiento frente a la temperatura. De esta manera pueden ser de dos tipos: Poliuretanos termoestables o poliuretanos termoplásticos (según si degradan antes de fluir o si fluyen antes de degradarse, respectivamente). Los poliuretanos termoestables más habituales son espumas, muy utilizadas como aislantes térmicos y como espumas resilientes. Entre los poliuretanos termoplásticos más habituales destacan los empleados en elastómeros, adhesivos selladores de alto rendimiento, suelas de calzado, pinturas, fibras textiles, sellantes, embalajes, juntas, preservativos, componentes de automóvil, en la industria de la construcción, del mueble y múltiples aplicaciones más. Policloropreno Neopreno o policloropreno es una familia de cauchos sintéticos que se producen por polimerización de cloropreno.1 El neopreno presenta una buena estabilidad química y mantiene la flexibilidad en un amplio rango de temperaturas.
El caucho nitrilo es entonces un copolímero de acrilonitrilo-butadieno. Es el que más resiste a los aceites de todos los productos de caucho comercializados y se usa en artículos que funcionan en contacto con aceites minerales. Hay diferentes grados de caucho nitrilo, esto depende del contenido de nitrilo (la proporción de acrilonitrilo puede variar desde el 18% al 40 %). Los de alto contenido en nitrilo (35-40%) resisten más a los aceites, pero son más caros, tienen mayor temperatura de transición vítrea (Tg) y por eso, poseen pocas propiedades a bajas temperaturas y son más rígidos. Los grados medios (25%) y bajos (18%) en contenido de nitrilo, se usan donde no es tan importante la resistencia a los aceites. Caucho butilo El caucho butilo es impermeable al aire y se utiliza en muchas aplicaciones que requieren una estanqueidad de caucho. El poliisobutileno y caucho butilo se utilizan en la fabricación de adhesivos, productos químicos agrícolas, compuestos de fibra óptica, cámaras pelota, masillas y selladores, film transparente, los fluidos eléctricos, lubricantes, papel y pulpa, productos de cuidado personal, pigmentos concentrados, modificación de caucho y polímeros, para proteger y sellar ciertos equipos para su uso en áreas donde las agentes químicos están presentes, aditivo para la gasolina y el combustible diesel e incluso en la goma de mascar. La primera aplicación importante de goma de butilo son las cámaras de aire de neumáticos. Esto sigue siendo un importante segmento de su mercado hoy en día. Caucho de etileno-propileno Es un material utilizado como aislante eléctrico en cables de potencia para alto voltaje. Posee mejores características térmicas que otros materiales aislantes utilizados en cables tradicionales, tales como polietileno reticulado, por lo que permite fabricar cables de menor área transversal a igual capacidad de transmisión de potencia. El cable es flexible y adecuado para ser utilizado en situaciones en las cuales debe ser desplazado con regularidad, tales como en la industria de la minería e instalaciones temporales.
2.4.7 Teflón
Su nombre real es poli tetrafluoretileno que hoy en día es conocido como teflón el cual es usado, ya que resiste a las altas temperaturas, es decir, puede llegar a soportar temperaturas de hasta 300º y puede hacerlo durante largos periodos de tiempo sin interrupción. Es también resistente a casi todos los ácidos y también es impermeable, es decir, evita el paso de la humedad al exterior. Además, se trata de un material resistente también a lo largo del tiempo, por lo que puede durar años en la misma tubería.
2.4.8 Asfalto
Son materiales aglomerados de color oscuro, que tienen la capacidad de resistir altos esfuerzos instantáneos y fluir bajo la acción de cargas permanentes. Proporcionando impermeabilidad al pavimento y une y cohesiona agregados, capaz de resistir la acción mecánica de disgregación producida por cargas de vehículos. Que puede tener dos orígenes, uno derivado del petróleo y otro natural. Asfalto natural: se producen a partir de petróleo pero con un proceso natural de evaporación de las fracciones volátiles dejando solamente las asfálticas. Asfalto derivado del petróleo: Se obtiene por medio de un proceso de destilación industrial del crudo.
2.4.9 Ventajas y desventajas de los polímeros en construcción.
VENTAJAS.
La obtención, invención y fabricación de polímeros, ha desarrollado nuevas maneras de construir, generar, ensamblar y producir diferentes productos industriales, en distintos campos, tales como la industria automotriz, de alimentos, textil y electrónica. Algunas ventajas pueden ser: Reciclables: Los plásticos pueden fundirse y usarse para fabricar otros productos. Pueden ser incinerados: Los plásticos pueden fundirse y ser capaces de generar electricidad. Durables: Los plásticos pueden resistir el uso y abuso diario sin caerse en pedazos. Resistentes al medio ambiente: Los plásticos son capaces de resistir distintas condiciones climáticas sin desintegrarse. Bajo costo Fácil maleabilidad Fácil fabricación en la mayoría de los polímeros Buena resistencia mecánica Buena resistencia a la corrosión Amplia variedad de polímeros con distintas propiedades DESVENTAJAS Las principales desventajas de los polímeros son: Inflamables: Si bien es una ventaja que puedan fundirse. Pero También el plástico ardiendo, puede liberar gases tóxicos. Caros de reciclar: Si bien el reciclado es una ventaja, pero hacerlo es muy caro. Volumen: Cada vez se hacen más productos de plásticos. En algunos países ya se esta usando un 20 % de plásticos para relleno de tierras. Pero a Donde iremos a parar de continuar todo esto. Durabilidad: Es una ventaja y también una desventaja. Porque Los plásticos son extremadamente durables. Tardan 100 años en degradarse. Baja conductividad eléctrica Baja resistencia a altas temperaturas Su fabricación e utilización produce muchos residuos Por su alta resistencia a la corrosión y gran durabilidad son difíciles de degradar para 9.naturaleza por lo que son grandes contaminantes. Son inflamables, y pueden producir gases tóxicos. Baja resistencia a temperaturas: Esta característica "deficiente" también se puede aprovechar para su moldeo y así obtener botellas, envases y otros productos. Baja conductividad eléctrica: Se han descubierto en la Industria a través de varias investigaciones polímeros conductores. Contaminantes del ambiente: En la actualidad se han desarrollado polímeros biodegradables
