POLIMEROS (presentación gral)

POLIMEROS
• Los Polímeros, provienen de las palabras
griegas Poly y Mers, que significa muchas
partes, son grandes moléculas o
macromoléculas formadas por la unión de
muchas pequeñas moléculas: sustancias
de mayor masa molecular entre dos de la
misma composición química, resultante
del proceso de la polimerización
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1
POLIMEROS NATURALES
Provienen directamente
del reino vegetal o animal.
Por ejemplo: celulosa,
almidón, proteínas, caucho
natural, ácidos nucleicos
Hemoglobina
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2
POLIMEROS:
¿Que es un polímero?
Es una macromolécula formada por la unión de moléculas
de menor tamaño que se conocen como monómeros.
n
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n
4321-20
> MONOMERO
DIMERO
TRIMERO
20OLIGOMEROS
POLIMERO
3
POLIMEROS SINTETICOS
TIPOS DE POLÍMEROS
Son los que se obtienen por
procesos de polimerización
controlados por el hombre a partir
de materias primas de bajo peso
.
Plásticos: polietileno
Elastómeros: caucho
Termorrígidos: baquelita
Fibras: poliéster
molecular
•
•
•
•
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4
POLIMEROS NATURALES: ADN
T
A
H
P
CH2 O
H H
H
H
O H
N
H
N
O
N
CH2
O
PO2
N
C
H
G
PO2
H
O
N
CH2 O N
H H
H
H
O H
PO2
PO2
O
H
H
N
O
CH2
O
PO2
T
H3C
H
N
O
H
N
H
O
H
H
H
N
N
CH2 O N
H H
H
H
O H
H
O
A
H
O
H
N H
H
N
H
H
N
N
N
O
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H
O
N
O
O
H
OH
H
H
H
N
N
O
H
H3C
H
O
N
CH2
O
O
N
H
H
G O
N
CH2 O N
H H
H
H
OH H
N
N
N
H
O
N H
H
H
O
H
H
H
N
N
PO2
C
H
O
CH2
O
P
5
CELULOSA
ALMIDÓN
Hidrato de carbono
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MOLECULAS DE HIDROCARBUROS
•
•
•
•
•
•
•
•
•
SATURADAS: enlaces covalentes simples.
Metano
CH
Etano
C2H6
Propano
C3H8
Butano
C 4 H 10
Octano
C 8 H 18
H H H H H H H H
H—C—C—C—C—C—C—C—C—H
H H H H H H H H
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MOLECULAS DE HIDROCARBUROS
• MOLECULAS INSATURADAS:
• Tienen doble o triple enlaces covalentes
•
• Doble etileno C 2 H 4
•
• Triple acetileno
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C2 H2
H H
C==C
H H
H—C=-C—H
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POLIMERIZACIÓN
• R* SUSTANCIA CATALIZADORA con electrón
desapareado
• C 2H 4
gas etileno; molécula insaturada
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9
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ESTRUCTURA DE LA CADENA
TIPOS DE POLÍMEROS
Lineal
Ramificado
Entrecruzado
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CONFIGURACIÓN MOLECULAR
• Estereoisomería:
• ISOTÁCTICA: todos los grupos R estan a un
mismo lado de la cadena.
• SINDIOTÁCTICA: los grupos R estan alternados
a ambos lados de la cadena.
• ATÁCTICOS: los grupos R estan en forma
• Aleatoria.
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TACTICIDAD Y PROPIEDADES
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ESTRUCTURA
Cristalinos vs. Amorfos
En general, al aumentar la
cristalinidad no sólo aumenta
la opacidad sino también la
rigidez y la resistencia a la
tracción –estiramiento- de los
polímeros debido a las fuerzas
intermoleculares que actúan
entre las cadenas.
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POLIMERIZACION DE PLASTICOS
• POLIMEROS DE ADICION
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Polimerización en cadena de monómeros no saturados.
INICIACIÓN
PROPAGACIÓN
TERMINACIÓN
INICIACIÓN: Activación del monómero : catalizadores
calor, radiación
Apertura del doble enlace con formación de un radical o un ion
R-CH2- XCH*
PROPAGACION : Adición sucesiva y rápida de los monómeros a
los centros activos
TERMINACIÓN : Desactivación de las especies activas, por
reacción mutua o con otras moléculas .
• POLIMEROS DE CONDENSACIÓN
•
•
•
•
Enlace a través de grupos funcionales de las moléculas de
monómeros.
EJEMPLOS ESTERIFICACION
AMIDACION
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SINTESIS DE POLIMEROS
• UNA NUEVA
CLASIFICACIÓN
– POLÍMEROS DE ADICIÓN
– POLÍMEROS DE
CONDENSACIÓN
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POLIMERIZACIÓN
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POLIMERIZACIÓN DE ADICIÓN
IÓNICA
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POLIMERIZACIÓN DE ADICIÓN
EN CADENA POR RADICALES LIBRES
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INICIADORES
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TERMINACION
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POLIMERIZACIÓN DE ADICIÓN
ORGANOMETALICA
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POLIMEROS DE ADICION
Name(s)
Formula
Monomer
Properties
Uses
Polyethylene
low density (LDPE)
- (CH2-CH2)n-
ethylene
CH2=CH2
soft, waxy solid
film wrap, plastic
bags
- (CH2-CH2)n-
ethylene
CH2=CH2
rigid, translucent
solid
electrical
insulation
bottles, toys
atactic: soft, elastic
solid
isotactic: hard,
strong solid
similar to LDPE
carpet,
upholstery
Polyethylene
high density (HDPE)
Polypropylene
(PP) different grades
- [CH2-CH(CH3)]n-
propylene
CH2=CHCH3
Poly(vinyl chloride)
(PVC)
- (CH2-CHCl)n-
vinyl chloride
CH2=CHCl
strong rigid solid
pipes, siding,
flooring
- (CH2-CCl2)n-
vinylidene
chloride
CH2=CCl2
dense, highmelting solid
seat covers,
films
- [CH2-CH(C6H5)]n-
styrene
CH2=CHC6H5
hard, rigid, clear
solid
soluble in organic
solvents
toys, cabinets
packaging
(foamed)
- (CH2-CHCN)n-
acrylonitrile
CH2=CHCN
high-melting solid
soluble in organic
solvents
rugs, blankets
clothing
Poly(vinylidene
chloride)
(Saran A)
Polystyrene
(PS)
Polyacrylonitrile
(PAN, Orlon, Acrilan)
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POLIMEROS DE ADICION
tetrafluoroethy
lene
CF2=CF2
resistant, smooth
solid
non-stick
surfaces
electrical
insulation
Poly(methyl
methacrylate)
(PMMA, Lucite,
Plexiglas)
methyl
- [CH2methacrylate
C(CH3)CO2CH3]n- CH2=C(CH3)C
O2CH3
hard, transparent
solid
lighting covers,
signs
skylights
Poly(vinyl acetate)
(PVAc)
- (CH2CHOCOCH3)n-
vinyl acetate
CH2=CHOCO
CH3
soft, sticky solid
latex paints,
adhesives
cis-Polyisoprene
natural rubber
- [CH2CH=C(CH3)CH2]n-
isoprene
CH2=CHC(CH3)=CH2
soft, sticky solid
requires
vulcanization
for practical
use
Polychloroprene
(cis + trans)
(Neoprene)
- [CH2-CH=CClCH2]n-
chloroprene
CH2=CHCCl=CH2
tough, rubbery
solid
synthetic
rubber
oil resistant
Polytetrafluoroethy
lene
- (CF2-CF2)n(PTFE, Teflon)
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POLIMEROS DE CONDENSACION
Formula
~[CO(CH2)4CO-OCH2CH2O]n~
TIPO
polyester
HO2C-(CH2)4-CO2H
HO-CH2CH2-OH
polyester
Dacron
Mylar
para HO2C-C6H4-CO2H
HO-CH2CH2-OH
polyester
meta HO2C-C6H4-CO2H
HO-CH2CH2-OH
polycarbonate
(HO-C6H4-)2C(CH3)2
(Bisphenol A)
X2C=O
(X = OCH3 or Cl)
Lexan
~[CO(CH2)4CONH(CH2)6NH]n~
polyamide
Nylon 66
~[CO(CH2)5NH]n~
polyamide
Nylon 6
Perlon
polyamide
Kevlar
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COMPONENTES
HO2C-(CH2)4-CO2H
H2N-(CH2)6-NH2
para HO2C-C6H4-CO2H
para H2N-C6H4-NH2
25
POLIMERIZACIÓN EN ETAPAS
(CONDENSACIÓN)
SEA
El lignano es un
polímero natural que
junto con la celulosa
constituye la madera
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Tensión –deformación de polímeros
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PROPIEDADES MECÁNICAS a temp. ambte.
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Temperatura Tg-transición vítrea
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POLIMEROS DE MAYOR CONSUMO
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POLÍMEROS DE MAYOR CONSUMO
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POLICARBONATO
(COMERCIAL)
Bisfenol A
¾Reacción bifásica
(H2O/solvente)
¾Bu4NX catalizador de
transferencia de fase
Fosgeno
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OTROS BISFENOLES
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Es el polímero que más se ve en la vida diaria.
El plástico más popular del mundo.
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.
Material versátil.
Estructura muy simple.
En ocasiones es un poco más complicado. A veces algunos de los carbonos, en lugar
de tener hidrógenos unidos a ellos, tienen asociadas largas cadenas de polietileno.
Esto se llama polietileno ramificado, o de baja densidad, o LDPE. Cuando no hay
ramificación, se llama polietileno lineal, o HDPE. El polietileno lineal es mucho más
fuerte que el polietileno ramificado. El ramificado es más barato y mas fácil de
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POLIETILENO
• El polietileno de alta densidad (PAD):
– es un sólido rígido translúcido
– se ablanda por calentamiento y puede ser moldeado como
películas delgadas y envases
– a temperatura ambiente no se deforma ni estira con facilidad. Se
vuelve quebradizo a -80 °C.
– es insoluble en agua y en la mayoría de los solventes orgánicos.
• El polietileno de baja densidad (PBD):
– Es un sólido blando translúcido
– Se deforma completamente por calentamiento. Sus films se
estiran fácilmente, por lo que se usan comúnmente para
envoltorios (de comida, por ejemplo).
– Es insoluble en agua, pero se ablanda e hincha en presencia de
solventes hidrocarbonados
– También se vuelve quebradizo a -80 ° C
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35
•
•
•
•
•
El polipropileno es uno de esos polímeros versátiles.
Cumple una doble tarea, como plástico y como fibra.
Como plástico se utiliza para hacer envases para alimentos
capaces de ser lavados en un lavaplatos. Esto es factible
porque no funde por debajo de 160 oC. (el polietileno, se
recalienta a aproximadamente 100oC), lo que significa que los
platos de polietileno se deformarían en el lavaplatos.
Como fibra, el polipropileno se utiliza para hacer alfombras de
interior y exterior, la clase que usted encuentra siempre
alrededor de las piscinas y las canchas de mini-golf. El
polipropileno, a diferencia del nylon, no absorbe el agua.
Estructuralmente es un polímero vinílico, similar al polietileno,
sólo que uno de los carbonos de la unidad monomérica tiene
unido un grupo metilo. El polipropileno se puede hacer a partir
del monómero propileno, por polimerización Ziegler-Natta y por
polimerización catalizada por metalocenos.
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36
POLIPROPILENO
• El polipropileno se sintetiza por la polimerización del propileno.
Las macromoléculas de polipropileno contienen de 5,000 a 20,000 unidades
monoméricas. El arreglo estérico de los grupos metilo unidos en cada
átomo de carbono secundario puede variar. Si todos los grupos metilos se
ubican en el mismo lado de la cadena molecular, el producto se conoce como
polipropileno "isotáctico". Solamente el polipropileno isotáctico cumple con
los requisitos necesarios para uso en la fabricación de artículos sólidos.
La estructura estereo-regular favorece el desarrollo de regiones
cristalinas. En las piezas moldeadas se obtiene una cristalinidad del 50 al
70%, dependiendo de las condiciones de procesamiento. Las cadenas
moleculares raramente se incorporan en su totalidad a los dominios
cristalinos, ya que contienen partes no isotácticas, y por lo tanto,
incapaces de cristalizar. Es por eso que se usa el término "parcialmente"
cristalinos. La estructura cristalina da origen a alta resistencia y rigidez a
partir de las fuerzas secundarias, mientras que las regiones desordenadas
amorfas retienen una gran movilidad. El polipropileno isotáctico es
entonces un material termoplástico que, aún por encima de la temperatura
de transición de segundo orden, presenta una relativamente alta rigidez y
resistencia.
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POLIPROPILENO
•
•
•
•
•
•
•
HOJA2
¿Quiere saber más?
El polipropileno que utilizamos, es en su mayor parte isotáctico. Esto significa
que todos los grupos metilos de la cadena están del mismo lado, de esta
forma:
Pero a veces utilizamos el polipropileno atáctico. Atáctico significa que los
grupos metilos están distribuidos al azar a ambos lados de la cadena, de este
modo:
Sin embargo, usando catalizadores especiales tipo metaloceno, podemos
hacer copolímeros en bloque, que contengan bloques de polipropileno
isotáctico y bloques de polipropileno atáctico en la misma cadena polimérica,
como lo mostramos en la figura:
Este polímero es parecido al caucho y es un buen elastómero. Esto es porque
los bloques isotácticos forman cristales. Pero dado que los bloques
isotácticos están unidos a los bloques atácticos, cada pequeño agrupamiento
de polipropileno cristalino isotáctico quedaría fuertemente enlazado por
hebras del dúctil y gomoso polipropileno atáctico, como usted puede ver en la
figura de la derecha.
Para ser honestos, el polipropileno atáctico sería parecido a la goma sin ayuda
de los bloques isotácticos, pero no sería muy fuerte. Los bloques isotácticos
rígidos mantienen unido al material atáctico gomoso, dándole más resistencia.
La mayoría de los tipos de caucho deben ser entrecruzados para darles fuerza,
pero eso no ocurre con los elastómeros del polipropileno.
El polipropileno elastomérico, como es llamado este copolímero, es una clase
de elastómero termoplástico.
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38
•
•
•
El poliestireno es un plástico económico y resistente y probablemente sólo el
polietileno sea más común en su vida diaria
Puede presentarse en forma de espuma para envoltorio y como aislante.
(StyrofoamTM es una marca de espuma de poliestireno). Las tazas rígidas
transparentes están hechas de poliestireno. También una gran cantidad de
partes moldeadas en el interior de su auto, como los botones de la radio. El
poliestireno también es usado en juguetes y para las partes exteriores de
secadores de cabello, computadoras y accesorios de cocina.
El poliestireno es un polímero vinílico. Estructuralmente, es una larga cadena
hidrocarbonada, con un grupo fenilo unido cada dos átomos de carbono. Es
producido por una polimerización vinílica por radicales libres a partir del
monómero estireno.
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39
•
•
•
•
El poliestireno es también un componente de un tipo de caucho duro
llamado poli(estireno-butadieno-estireno), o caucho SBS. El caucho
SBS es un elastómero termoplástico
Hay una nueva clase de poliestireno, llamada poliestireno
sindiotáctico. Es diferente porque los grupos fenilo de la cadena
polimérica están unidos alternativamente a ambos lados de la misma.
El poliestireno "normal" o poliestireno atáctico no conserva ningún
orden con respecto al lado de la cadena donde están unidos los
grupos fenilos.
El nuevo poliestireno sindiotáctico es cristalino, y funde a 270oC.
El poliestireno sindiotáctico se obtiene por polimerización catalizada
por metalocenos
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•PVC
Materiales Industriales I - Fiuba
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•
•
•
•
El poli (cloruro de vinilo) es el plástico que en la ferretería se conoce
como PVC. Éste es el PVC con el cual se hacen los caños y los caños
de PVC están por todas partes.
Los revestimientos "vinílicos" en las casas se hacen de poli (cloruro
de vinilo). En los años '70, el PVC fue utilizado a menudo en los
automotores, para hacer techos vinílicos.
El PVC es útil porque resiste dos cosas que se odian mutuamente:
fuego y agua. Debido a su resistencia al agua, se lo utiliza para hacer
impermeables y cortinas para baño, y por supuesto, caños para agua.
También tiene resistencia a la llama, porque contiene cloro. Cuando
usted intenta quemar el PVC, los átomos de cloro son liberados,
inhibiendo la combustión.
Estructuralmente, el PVC es un polímero vinílico. 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.
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44
• TEFLON
•
•
•
•
Se utiliza para fabricar sartenes donde no se pegue la comida.
El politetrafluoroetileno es mejor conocido por el nombre
comercial Teflon.
El PTFE también se utiliza para tratar alfombras y telas para
hacerlas resistentes a las manchas. Y lo que es más, es también
muy útil en aplicaciones médicas. Dado que el cuerpo humano
raramente lo rechaza, puede ser utilizado para hacer piezas
artificiales del cuerpo.
El PTFE, está compuesto por una cadena carbonada, donde
cada carbono está unido a dos átomos de flúor.
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45
•
Se elabora a partir de El policarbonato toma su nombre de los
grupos carbonato en su cadena principal. bisfenol A y fosgeno.
Esto comienza con la reacción del bisfenol A con hidróxido de
sodio para dar la sal sódica del bisfenol A. El policarbonato, o
específicamente policarbonato de bisfenol A, es un plástico claro
usado para hacer ventanas inastillables, lentes livianas para
anteojos y otros. La General Electric fabrica este material y lo
comercializa como Lexan.
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POLICARBONATO
200 veces más resistente
que el vidrio al impacto
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POLICARBONATO:
DEGRADACION
ƒ En presencia de luz
sufre un reordenamiento
fotoquímico (Fries)
ƒ Indeseado porque el
producto es amarillo y
quebradizo
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NYLON: UNIONES PUENTE DE HIDRÓGENO
ENTRE CADENAS
NYLON 6,6
Materiales Industriales I - Fiuba
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POXIPOL 1
¿Por qué el pegamento epoxi (Poxipol) viene en dos
pomos diferentes que se mezclan?
Uno de los pomos contiene un
polímero de bajo peso molecular
con grupos epoxi en sus extremos,
mientras que el segundo pomo
contiene una diamina
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50
POXIPOL 2
• Cuando se mezclan ambas partes, el diepoxi y la
diamina reaccionan entre sí mediante el ataque del
par electrónico libre del grupo amino a uno de los
carbonos unidos al oxígeno del epóxido.
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51
POXIPOL 3
No sólo el mismo grupo amino puede volver a reaccionar, sino que tanto el grupo
amino como el époxido que aún no han reaccionado pueden hacerlo, y por sucesivas
reacciones las moléculas se enlazan para formar una red entrecruzada gigantesca.
La rigidez del polímero
dependerá del grado de
entrecruzamiento, y esto
a su vez de la relación
amina-epóxido que se
utilice.
Por eso, es posible
regular la dureza del
Poxipol de acuerdo a la
cantidad de material que
se tome de cada pomo.
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52
EPOXI 3D
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53
ELASTÓMEROS
• VULCANIZACIÓN
• El proceso de entrecruzamiento de las moléculas en
los elastómeros ,se define como vulcanización.
• El método consiste en añadir compuestos de azufre
al elastómero, que se encuentra a elevadas
temperaturas.
• Los átomos de S unen cadenas vecinas.
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54
CAUCHOS SINTETICOS
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55
GOMA: uniones S-S entre cadenas
• La goma natural es un sólido opaco, blando
y fácilmente deformable que se vuelve
pegajoso al calentarlo y quebradizo al
enfriarlo. Es impermeable al agua pero
puede disolverse en solventes orgánicos.
Puede pensarse como derivado del
monómero isopreno, el cual es un líquido
volátil.
GOMA
VULCANIZADA
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FIBRAS NATURALES
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FIBRAS ARTIFICIALES
POLIACRILONITRILO
POLIPROPILENO
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ALGUNAS FIBRAS
•Acetato: El acetato se prepara a partir de celulosa extraída de pulpa de madera por una
esterificación con ácido acético y anhídrido acético en presencia de ácido sulfúrico. Luego
se hidroliza parcialmente para acortar las cadenas y eliminar el sulfato, y una cantidad de
grupos acetato suficiente como para obtener un producto a partir del cual se puedan formar
fibras o películas delgadas. La resistencia de las fibras está dada por la linealidad de las
moléculas (poca ramificación), lo cual hace que puedan encajarse bien una al lado de la
otra y las fuerzas intermoleculares las mantengan unidas. Se puede obtener con un amplio
rango de colores y lustres, es suave, seca rápidamente, es resistente a la humedad y
polillas, no encoge. Usos: ropa, telas, películas fotográficas, filtros de cigarrillo, almohadas.
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ALGUNAS FIBRAS
•
Acrílico: está compuesto por unidades repetitivas (–CH2-CH(CN))n. Las moléculas se encuentran unidas entre sí principalmente
gracias a las interacciones dipolo-dipolo de los grupos –CN. Es
suave, de aspecto similar a la lana, retiene su forma, es resistente a
polilla, luz solar, aceite y agentes químicos. Usos: frazadas,
alfombras, buzos, medias.
•
Aramida: contiene anillos aromáticos en su cadena. Debido a la
estabilidad de la estructura aromática y la conjugación de los
grupos amida, posee gran estabilidad química y térmica, incluyendo
resistencia al fuego, por lo cual se utiliza en ropa de protección para
los bomberos y policías. Sus usos industriales están limitados por
su alto punto de fusión e insolubilidad en solventes comunes. Es
más liviano y más duro que el acero, por lo cual un chaleco
antibalas de poco más de un kilogramo de peso puede detener una
bala calibre 38 disparada desde 3 metros de distancia.
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SILICATOS Y SILICONAS
El silicio forma una
variedad de polímeros
naturales inorgánicos,
los silicatos, que
contienen unidades SiO4
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61
SILICATOS Y SILICONAS
• En las siliconas, dos de los oxígenos de la unidad
SiO4 han sido reemplazados por grupos
hidrocarbonados, dando lugar a polímeros con
estructura (-O-SiR2-)n.
APLICACIONES
TAPAS DE BUJÍAS
CABLES
MANGUERAS DE CALEFACCIÓN
BURLETES DE VENTANAS
TUBOS PARA DIÁLISIS Y TRANSFUSIONES
CATÉTERES
IMPLANTES.
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