Materiales Poliméricos Unidad 6

Termoplásticos de uso general
Aspectos a discutir:
a) Estructura
b) Procesado químico
c) Propiedades
d) Aplicaciones
Termoplásticos a discutir
™
™
™
™
™
™
™
Polietileno
Policloruro de vinilo
Polipropileno
Poliestireno
ABS
Polimetacrilato de metilo
Politetrafluoroetileno
60 % de las ventas totales
Causas de uso masivo: Costo
Propiedades básicas
Densidad (cercana a 1 g/cm3)
Resistencia a la tensión baja
Limitación de temperatura de uso
POLIETILENO
Características:
Material termoplástico blanquecino, de transparente a translúcido, es
frecuentemente fabricado en finas láminas transparentes.
Las secciones gruesas son translúcidas y tienen una apariencia de cera.
Mediante el uso de colorantes pueden obtenerse una gran variedad de
productos coloreados.
Obtención:
Polimerización de etileno pueden obtenerse productos con propiedades
físicas muy variadas. Estos productos tienen en común la estructura química
fundamental (-CH2-CH2-)n
Este tipo de polímero se usó inicialmente como aislamiento eléctrico, pero
después ha encontrado muchas aplicaciones en otros campos, especialmente
como película y para envases.
POLIETILENO
Clasificación:
Existen, básicamente, tres tipos de polietileno:
• Polietileno de alta densidad (High Density PolyEthylene HDPE)
• Polietileno de baja densidad (Low Density PolyEthylene LDPE)
• Polietileno de mediana densidad
También se pueden distinguir:
• Polietileno lineal de baja densidad
• Polietileno de peso molecular ultra-alto (Ultra High Molecular Weight
PolyEthylene UHMWPE).
POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD
Es un polímero de cadena lineal no ramificada
Producido comercialmente por primera vez en 1956-1959.
Se obtiene por polimerización del etileno a presiones relativamente bajas, con
catalizador alquilmetálico (catálisis de Ziegler) o un óxido metálico sobre sílice
o alúmina.
Es un plástico incoloro, inodoro, no tóxico, fuerte y resistente a golpes y
productos químicos.
Temperatura de ablandamiento es de 120º C.
Resistencia química y térmica, opacidad, impermeabilidad y dureza son
superiores a las del polietileno de baja densidad.
Se emplea en la construcción y también para fabricar prótesis, envases,
contenedores de agua y combustible, prendas textiles, papeles, etc. Productos
de gran resistencia y no atacables por los agentes químicos.
POLIETILENO DE ULTRA ALTO PESO MOLECULAR (UHMWPE)
Ventajas de las piezas fabricadas en UHMW-PE contra las piezas de otros
materiales.
-Superficie de baja fricción
Su bajo coeficiente de fricción se acerca al del teflón, su superficie limpia y
autolubricada permite que partes móviles como bandas y cadenas se
muevan fácilmente y sin desgaste prematuro o teniendo que agregar
tensión excesiva sobre componentes de mucho valor.
- Resistencia al desgaste
Estructura molecular de UHMW-PE lo hace inherentemente superior en
resistencia al desgaste por fricción. Su coeficiente es superior al Polietileno
de alta densidad, Nylon y Acetal. Los recubrimientos de UHMW-PE
protegen estructuras de mucho valor contra el desgaste prematuro.
POLIETILENO DE ULTRA ALTO PESO MOLECULAR (UHMWPE)
- Resistencia al impacto
Es el mejor sustituto de muchos materiales que están en contacto con
sacudidas repentinas, golpes fuertes, frecuentes o constantes. Los materiales
tradicionales se agrietan, se astillan o simplemente presentan fatiga.
- Resistencia a la corrosión
Resiste ataques químicos severos y no absorbe humedad.
Excelente en ambientes cáusticos, agua salada, limpiezas a vapor.
Mantiene la maquinaria en movimiento sin bloqueos causados por bordes de
metales corroídos.
- Se puede usar sumergido en agua ( Plantas de tratamientos de aguas,
procesos químicos, etc ) , como también a temperaturas de -30 grados
centígrados.
POLIETILENO DE ULTRA ALTO PESO MOLECULAR (UHMWPE)
-Contacto con los alimentos
Cumple con las regulaciones de la FDA, para usarse en proceso de
productos alimenticios y farmacéuticos.
- Fácil de maquinar, se reducen los tiempos muertos por reposición de
partes de equipo al ser fabricadas en este material . Se trabaja tan fácil como
la madera.
- Por sus características de absorber impacto se consigue tener una
maquinaria mas silenciosa.
Dieléctrico. Es ideal para piezas que van en equipos eléctricos o
electromecánicos.
POLICLORURO DE VINILO
Por consumo segundo lugar mundial, detrás del PE.
La versatilidad del PVC lo coloca en posición inigualable frente a los demás
materiales utilizados tradicionalmente para suplir las diferentes necesidades de la
construcción.
Sensible al calor.
Resistencia química y a la llama.
Posibilidad de mezcla con aditivos.
Estructura y propiedades
Atomo de Cl: de gran tamaño producto amorfo y no recristalizable.
Grandes fuerzas de cohesión entre cadenas.
Reduce flexibilidad. Pocas aplicaciones sin aditivos
Aditivos.
Plastificantes.
PRIMARIOS ; Ftalatos y Fosfatos
SECUNDARIOS : Adipatos, sebacatos, azelatos, Trimelitatos y Poliesteres
EXTENDERS: parafinas cloradas y Aceites epoxidados
Estabilizadores al calor.
PRIMARIOS; Son los compuestos de estaño sales de bario zinc ó de bario calcio zinc y
jabones y sales de plomo.
SECUNDARIOS; Aceites epoxidados y fosfitos de dodecil fenilo.
Lubricantes
Modifica las características de la superficie y de la fricción interna, ayudándolo a un
mejor y rápido procesamiento.
INTERNOS; cuando disminuyen el coeficiente de fricción entre las partículas de la resina
y son compatibles con la misma.
EXTERNOS; Evitan la adherencia de la masa fundida a las partes metálicas y son
incompatibles con la resina.
Rellenos y pigmentos
CaCO3, inorgánicos y orgánicos.
Absorbedores de UV
Evitan la fotodegradación del PVC, causada por la radiación UV de la luz solar.
Los absorbedores más comunes son las benzofenonas, los benzotriazoles, los
benzoatos, malonatos, salicilatos y las aminas poliméricas.
Modificadores de impacto
Aumentan la resistencia al impacto, sin impartir blandura ni flexibilidad
Proporcionan características elásticas con la capacidad de absorber choques ó
sacudidas sin fracturarse.
Los más usados son, para interiores; ABS y para exteriores, acrilato.
PVC rígido
Difícil de procesar y poca resistencia al impacto.
Adición de resinas de caucho
Tubos, marcos de ventanas, canalones, molduras.
PVC plastificado
• Mobiliario, tapizado automotores, cubiertas de paredes interiores, prendas de
lluvia, zapatos, maletas, cortinas de baño.
• Cubierta de automóviles, aislantes eléctricos, felpudos.
• Mangueras de jardines, utensilios domésticos.
POLIPROPILENO
Termoplástico semicristalino y blanco semiopaco.
Se produce polimerizando propileno en presencia de un catalizador estereoespecífico.
Múltiples aplicaciones
Inerte, totalmente reciclable, su incineración tiene bajo efecto contaminante, y su
tecnología de producción es la de menor impacto ambiental.
Demanda anual estimada de 40 millones de toneladas.
Sus incrementos anuales de consumo han sido próximos al 10% durante las últimas
décadas, confirmando su grado de aceptación en los mercados.
Propiedades
¾ Baja densidad
¾ Alta dureza y resistente a la abrasión
¾ Alta rigidez
¾ Buena resistencia al calor
¾ Excelente resistencia química
¾ Excelente versatilidad
Por la excelente relación entre sus prestaciones y su precio, el polipropileno ha
sustituido gradualmente a materiales como el vidrio, los metales o la madera, así como
polímeros de amplio uso general (ABS y PVC).
Estructura y propiedades
La sustitución de H por CH3: restringe rotación de cadenas. Mas duro y
menos flexible.
Aumenta Tg y Tf.
PP isotáctico: Tf = 165 177 °C, resiste hasta 120 °C
Elastomérico – Elastómero termoplástico
Copolímero en bloques isotácticos y atácticos
Los bloques isotácticos mantienen unidos grupos de cadenas. Mayor
resistencia (sin entrecruzamiento)
Aplicaciones del polipropileno
Propiedades varían según la longitud de las cadenas del polímero (peso
molecular), de su polidispersidad, de los comonómeros eventualmente
incorporados, etc.
Estas características básicas definen las propiedades mecánicas del
material y sus aplicaciones finales.
Literalmente se habla de diferentes tipos o grados de polipropileno.
Aplicaciones tan variadas como:
• Autopartes
• Baldes, recipientes, botellas
• Muebles
• Juguetes
• Películas para envases de alimentos
• Fibras y filamentos
• Bolsas y bolsones
• Fondo de alfombras
• Pañales, toallas higiénicas, ropa
Aplicaciones con rellenos:
• Tapicería de automóviles,
• Conductos de calefacción.
POLIESTIRENO
Transparente, inodoro, insípido, relativamente frágil.
Hay modificados con cauchos.
Fácil de teñir
Resistente a rayos X
Resistente a aceites
Estructura y propiedades.
Anillo bencénico produce configuración rígida, poco flexible a temperatura
ambiente.
Rígido, brilloso, claridad y facilidad de procesamiento
Frágil
Buena estabilidad dimensional, pequeña contracción al moldearlo y fácilmente
procesables.
Mala resistencia al ambiente, químicamente atacables por aceites
Buenas propiedades aislantes, y propiedades mecánicas en el rango de
temperatura de uso
Mejora con polibutadieno (3 a 12%)
POLIESTIRENO
Espuma de poliestireno para envases (Con freón y calor)
Gránulos ó pellets de espuma para recipientes
Vasos aislantes de bebidas calientes
Envases semirrígidos transparentes para huevos
Poliestireno sindiotáctico es cristalino funde a 270ºC y se obtiene por
polimerización catalizada por metalocenos. Más caro y resistente
POLIACRILONITRILO
Material tipo acrílico, se usa en forma de fibras por resistencia y estabilidad química.
- Pocas aplicaciones solo como polímero
- Componente de fibras copolimerizado con estireno, acrilato de metilo, metacrilato de
metilo, cloruro de vinilo etc.
-Refuerza los copolímeros manteniendo juntas cadenas por fuerzas polares
-Útil para fabricar fibra de carbono
-Estructura y propiedades
-Alta electronegatividad del grupo –CN fuerza a estructuras extendidas, rígidas, en forma
de barras. Fibras fuertes y buena resistencia a la humedad y solventes.
-Aplicaciones
Resinas SAN (estireno-acrilonitrilo y ABS (acrilonitrilo-butadieno-estireno)
RESINAS SAN (ESTIRENO-ACRILONITRILO)
CH 2
CN
CN
CH
CH
CH
CH 2
CH 2
n
CH
CH 2
m
De alto rendimiento
Estructura y propiedades
Copolímeros aleatorios, amorfos.
Hay fuerzas atractivas, puente de hidrógeno
Mayor resistencia química, temperatura de deformación, por calor, dureza y
soporte que poliestireno.
Aplicaciones
Lentes de instrumentación de autos, componentes del guardabarros, soporte
de paneles rellenos de vidrio, jeringas médicas y aspiradores de sangre,
cristales de seguridad, vasos y jarras domésticas.
RESINAS ABS (ACRILONITRILO-BUTADIENO-ESTIRENO)
CH 2
CN
CH 2 CH
CH 2
m
CH
CH
CN
m´
CH 2 CH
CH
CH 2
CH 2
CH
m
m´
n
Buena resistencia mecánica y al impacto, facilidad de procesado
Estructura y propiedades
Acrilonitrilo: contribuye a la resistencia térmica y química y dureza
Butadieno: resistencia al impacto
Estireno: brillo superficial, rigidez, facilidad de procesado
No es aleatoria. Mezcla de copolímero vítreo y elástico.
Aplicaciones
Tubos y accesorios en drenaje, desagüe y ventilación de edificios.
Piezas de autos, recubrimientos interior y exterior de puertas de
refrigeradores, máquinas de oficina, carcasas de PC y de teléfonos.
COPOLÍMEROS DE ACRILONITRILO
Fibras Acrílicas
O
Copolímeros acrilonitrilo- acrilato
de metilo
CN
CH 2 CH
CH 2
- Fibras para tejidos
CH 2
n
CH 3
C O
C
CH 3
- Resistentes a la intemperie
- Todo tipo de prendas de vestir acrílicas
- Lonas para carpas
CH
m
CN
CH 2 CH
C O
n
O
Copolímeros acrilonitrilometacrilato de metilo
CH 3
m
COPOLÍMEROS DE ACRILONITRILO
Fibras Modacrílicas
Copolímeros acrilonitrilo- cloruro de vinilo
CN
Cl
CH 2 CH
CH 2 CH
- Fibras para tejidos
- Retardantes a la llama
- Todo tipo de prendas de vestir
n
m
POLICIANOACRILATOS
CN
n CH 2
C
O
Polimerización
Aniónica
H 2O
CO
R
CN
CH 2
R
O
C
CO
Basta trazas de humedad para iniciar la polimerización
- Normalmente R = metilo
- Pegamentos instantáneos
- La gotita
- También otros R como butilo o etilo
- Con R grande no son tóxicos y pegan la piel y córnea y retina
ocular
R= Octilo
- Pegamentos quirúrgicos
- Películas de policianoacrilatos para piel sintética e injertos en
quemaduras.
n
POLIMETACRILATO DE METILO (Plexiglas, Lucite)
Duro, rígido y transparente.
Buena resistencia a la atmósfera
Mayor resistencia al impacto que el vidrio
Estructura y propiedades
Sustitución de CH3 y COOCH3 proporciona impedimento estérico.
La configuración aleatoria de átomos de carbono asimétricos
produce estructura amorfa
transparencia.
Buena resistencia química.
Aplicaciones
Vidrios de aviones y barcos
Tragaluces
Iluminación exterior
Recubrimientos de bañeras, duchas y lavatorios
Acuarios transparentes de paredes muy gruesas (>30 cm)
Decoración (muebles) y Publicidad (Rótulos)
FLUOROPLÁSTICOS
Alta resistencia a ambientes químicos hostiles
Aislantes eléctricos
Bajo coeficiente de fricción (autolubricación y antiadherencia)
Politetrafluoroetileno (PTFE)
Estructura y propiedades
Átomo de flúor pequeño y regularidad producen material cristalino muy denso (2.13 2.19 g/cm3)
Excepcional resistencia a productos químicos, insoluble en la mayoría de los solventes
orgánicos
Propiedades mecánicas (- 200 a 260 °C)
Resistencia al impacto alta
Baja resistencia a la tensión, al desgaste y a la fluencia
No se puede usar extrusión ni moldeo por inyección
Aplicaciones
Tubos químicamente resistentes
Piezas de bombas
Recubrimientos de sartenes antiadherentes
Prótesis médicas (Válvulas corazón)
Policlorotrifluoroetileno (PCTFE)
Reemplazo de un F por Cl menos cristalino y más moldeable (Tf = 218 °C). Extrusión y
moldeo convencional.
Polifluoruro de vinilideno (PVDF) -(CH2CF2)nResistencia térmica y eléctrica, a la luz ultravioleta
Resistente a reactivos químicos
Aplicaciones
Recipientes para productos químicos
Mezclado con polimetacrilato de metilo lo hace más duradero a la UV
Membrana vibratoria de parlantes piezoeléctricos de agudos (CF2 muy polar
se orienta en el campo eléctrico).