Leccion1.IntroduccionPolimeros.Generalidades

POLIMEROS /// TEMA 1 --PROBLEMAS Y CUESTIONES.-
HOJA 1.
P1.- Diferenciar polimorfismo de isomorfismo.
P2.- Esquematizar las unidades monoméricas de los siguientes polímeros: (a) cloruro de polivinilo, (b)
metacrilato de polivinilo, (c) nilón 66,
(d) policarbonato, (e) fluoruro de polivinilo, (f)
policlorotrifluoroetileno y (g) alcohol polivinilico.
P3.- Calcular el peso molecular de las unidades monoméricas de los siguientes polímeros: (a) cloruro de
polivinilo, (b) policlorotrifluoroetileno, (c) alcohol polivinilico (d) policarbonato, (e) Polietileno
tereftalato y (f) Polidimetil siloxano.
P4.- (a).- Determinar el peso molecular de la unidad monomérica del poliestireno.
(b).- El peso molecular medio numérico del poliestireno es 500000 g/mol. Calcular el grado de
polimerización medio numérico.
(c).- Calcular el peso molecular medio másico de un poliestireno cuyo grado de polimerización medio
numérico es de 25000.
P5.- (a).- Calcular el peso molecular de la unidad monomérica del polipropileno.
(b).- Calcular el peso molecular medio másico de un polipropileno cuyo grado de polimerización medio
másico es 15000.
(c) El peso molecular medio numérico de un polipropileno es de 1000000 g/mol. Determinar el grado de
polimerización medio numérico.
P6.- Se han tabulado los pesos moleculares de un politetrafluoroetileno. Calcular (a) el peso molecular
medio numérico, (b) el peso molecular medio másico, (c) el grado de polimerización medio numérico y
(d) el grado de polimerización medio másico.
Intervalo de peso
molecular (g/mol)
xi
wi
10 000-20 000
20 000-30 000
30 000-40 000
40 000-50 000
50 000-60 000
60 000-70 000
70 000-80 000
80 000-90 000
0,03
0,09
0,15
0,25
0,22
0,14
0,08
0,04
0,01
0,04
0,11
0,23
0,24
0,18
0,12
0,07
P7.- Se han tabulado los pesos moleculares de algunos polímeros. Calcular (a) el peso molecular medio
numérico y (b) el peso molecular medio másico. (c) Si se sabe que el grado de polimerización medio
numérico de este material es 211, ¿a qué polímero de la tabla 1 corresponde? ¿Por qué? (d) ¿Cuál es el
grado de polimerización medio másico de este material?
Intervalo de peso
molecular (g/mol)
xi
wl
8000-20 000
20 000-32 000
32 000-44 000
44 000-56 000
56 000-68 000
68 000-80 000
80 000-92 000
0,05
0,15
0,21
0,28
0,18
0,10
0,03
0,02
0,08
0,17
0,29
0,23
0,16
0,05
POLIMEROS /// TEMA 1 --PROBLEMAS Y CUESTIONES.-
HOJA 2.
P8.- Se han tabulado los pesos moleculares de un polipropileno. Determinar: (a) el peso molecular medio
numérico, (b) el peso molecular medio másico, (c) el grado de polimerización medio numérico y (d) el
grado de polimerización medio másico.
Intervalo de peso
molecular (g/mol)
xi
wi
8000-16000
16000-24000
24000-32000
32000-40000
40000-48000
48000-56000
0,05
0,16
0,24
0,28
0,20
0,07
0,02
0,10
0,20
0,30
0,27
0,11
P9.- Se han tabulado los pesos moleculares de algunos polímeros. Calcular (a) el peso molecular medio
numérico y (b) el peso molecular medio másico. (c) Si se sabe que el grado de polimerización medio
másico de este material es 780, ¿a qué polímero de la tabla 1 corresponde? ¿Por qué? (d) ¿Cuál es el
grado de polimerización medio numérico de este material?
Intervalo de peso
molecular (g/mol)
xi
wl
15000-30000
30000-45000
45000-60000
60000-75000
75000-90000
90000-105000
105000-120000
120000-135000
0,04
0,07
0,16
0,26
0,24
0,12
0,08
0,03
0,01
0,04
0,11
0,24
0,27
0,16
0,12
0,05
P10.- ¿Cuál es la masa molecular media en numero ( M n ) y en peso ( M w ) de una mezcla que pesa 2 g y
esta formada por 1 g de la parafina C95H192 y 1 g de la parafina C105H212?
Resolver la misma cuestión cuando se mezclan 1 g de C10H22 y 1 g de C190H382 . Lo mismo cuando se
mezclan 1 g de C10H22 y 1 g de C1000H2002 .
Razonar como afecta la presencia de especies de bajo peso molecular y de elevado peso molecular en los
valores de la masa molecular media en numero ( M n ) y en peso ( M w )
P11 (Junio 2007).- Calcular la masa molecular media en peso y en número de una muestra de poliestireno
(PS) formada al mezclar 8 fracciones de poliestireno monodispersas. En la tabla se indica la masa molecular
de cada fracción de poliestireno asi como la cantidad de cada una en las mezclas.
Mmol
Peso (g)
15000
0.1
27000
0.18
39000
0.25
56000
0.17
78000
0.12
104000
0.08
120000
0.06
153000
0.04
¿Cuál es el efecto sobre el M n y el M w de la adición de un 0.5 % en peso de monómero de estireno a la
muestra de PS ?
POLIMEROS /// TEMA 1 --PROBLEMAS Y CUESTIONES.-
HOJA 3.
P12.- ¿Es posible disponer de un homopolímero de polimetil metacrilato con los siguientes datos de peso
molecular y un grado de polimerización medio másico de 585? ¿Por qué sí o por qué no?
Intervalo de peso
molecular (g/mol)
xi
wl
8000-20 000
20 000-32 000
32 000-44 000
44 000-56 000
56 000-68 000
68 000-80 000
80 000-92 000
0,04
0,10
0,16
0,26
0,23
0,15
0,06
0,01
0,05
0,12
0,25
0,27
0,21
0,09
P13.- El polietileno de alta densidad se puede clorar induciendo la substitución aleatoria de átomos de
hidrógeno por átomos de cloro. (a) Determine la concentración de Cl (en % en peso) que se debe añadir
para que la substitución alcance el 8 % de los átomos de hidrógeno originales. (b) ¿En qué difiere la
cloración del polietileno de la del cloruro de polivinilo?
P14.- Explicar la diferencia entre configuración y conformación de cadenas poliméricas.
P15.- La longitud total L de una molécula polimérica lineal depende de la longitud del enlace d entre
átomos de la cadena, del número total de enlaces en la molécula N y del ángulo  entre átomos de la
cadena. Es decir:
 
L = Nd sen  
2
Además, la distancia media cabeza-cola, r, (Figura 1) de una serie de moléculas poliméricas es igual a:
r=d N
(a).-Un polietileno lineal tiene un peso molecular medio numérico de 300000 g/mol. Calcular los valores
medios de L y r para este material. Se deben deducir las expresiones anteriores.
(b).- Un politetrafluoretileno lineal tiene un peso molecular medio numérico de 500000 g/mol. Calcular
los valores medios de L y r para este material.
P16.- Usando las definiciones de longitud total de la cadena molecular L y de distancia media cabeza-cola
r determinar, para el politetrafluoroetileno: (a) el peso molecular medio numérico para L = 2000 nm y (b)
el peso molecular medio numérico para r = 15 nm.
Determinar para el polietileno lineal: (a) el peso molecular medio numérico para L = 2500 nm y (b) el
peso molecular medio numérico para r = 20 nm.
P17.- Comparar los polímeros termoplásticos y termoestables en base a:
(a).- Características mecánicas si experimentan un calentamiento.
(b).- Posible estructura molecular.
(c).- Algunos poliesteres pueden ser termoplásticos o termoestables. Sugerir una razón para ello.
P18.- (a).- ¿Es posible moler y reusar el fenol formaldehído? ¿Por qué o por qué no?.
(b).- ¿Es posible moler y reusar el polipropileno? ¿Por qué o por qué no?.
POLIMEROS /// TEMA 1 --PROBLEMAS Y CUESTIONES.-
HOJA4.
P19.- (i).- Esquematizar las porciones de una molécula lineal de polipropileno: (a) sindiotáctico, (b)
atáctico y (c) isotáctico.
(ii).- Lo mismo para el poliestireno.
P20.- Esquematizar las estructuras de la unidad monomérica cis y trans para: (a) el butadieno y (b) el
cloropreno.
P21.- Esquematizar la estructura de la unidad monomérica de cada uno de los siguientes copolímeros
alternados: (a) poli(etileno-propileno), (b) poli (butadieno-estireno), (c) poli (isobutileno-isopreno) (d)
poli (butadieno-cloropreno) (e) poli(estireno-metil metacrilato) y (f) poli(acrilonitrilo-cloruro de vinilo).
P22.- El peso molecular medio numérico del copolímero alternado poli (acrilonitrilo-butadieno) es de
1000000 g/mol. Determinar el número medio de unidades monoméricas de acrilonitrilo y de butadieno
por molécula.
P23.- El peso molecular medio numérico del copolímero alternado poli (estireno-butadieno) es de
1350000 g/mol. Determinar el número medio de unidades monoméricas de estireno y de butadieno por
molécula.
P24.- Calcular el peso molecular medio numérico de un copolímero al azar de poli(isobutileno-isopreno)
cuya fracción de unidades monoméricas del isobutileno es 0.25. Suponer que dicha concentración
corresponde a un grado de polimerización medio numérico de 1500.
P25.- Calcular el peso molecular medio numérico de un copolímero al azar de poli(acrilonitrilobutadieno) cuya fracción de unidades monoméricas del butadieno es 0.30. Asumir que dicha
concentración corresponde a un grado de polimerización medio numérico de 2000.
P26.- Se sabe que un copolímero alternado tiene un peso molecular medio numérico de 100000 g/mol y
un grado de polimerización medio numérico de 2210. Si una unidad monomérica es el etileno, ¿cuál es la
otra unidad monomérica: etileno, propileno, tetrafluoretileno o cloruro de vinilo? ¿Por qué?.
P27.- Se sabe que un copolímero alternado tiene un peso molecular medio numérico de 250000 g/mol y
un grado de polimerización medio numérico de 3420. Si una unidad monomérica es el estireno, ¿cuál es
la otra unidad monomérica: estireno, propileno, tetrafluoretileno o cloruro de vinilo? ¿Por qué?.
P28.- (a) Determine la relación entre unidades monoméricas de butadieno y de acrilonitrilo en un
copolímero que tiene un peso molecular medio másico de 250000 g/mol y un grado de polimerización
medio másico de 4640.
(b) De las siguientes posibilidades: al azar, alternado, en bloque o de injerto, ¿de qué tipo o tipos será este
copolímero? ¿Por qué?.
P29.- (a) Determine la relación entre unidades monoméricas de butadieno y de estireno en un copolímero
que tiene un peso molecular medio másico de 350000 g/mol y un grado de polimerización medio másico
de 4425.
(b) De las siguientes posibilidades: al azar, alternado, en bloque o de injerto, ¿de qué tipo o tipos será este
copolímero? ¿Por qué?.
P30.- Copolímeros entrecruzados consistentes en 60 % en peso de etileno y 40 % en peso de propileno
pueden tener propiedades elásticassimilares a las de la goma natural. En un copolímero de esta
composición, determinar las fracciones de ambos tipos de unidades monoméricas.
POLIMEROS /// TEMA 1 --PROBLEMAS Y CUESTIONES.-
HOJA 5.
P31.- Un copolímero al azar de poli(estireno-butadieno), tiene un peso molecular medio másico de
350000 g/mol y un grado de polimerización medio másico de 5000. Calcular las fracciones de unidades
monoméricas de estireno y de butadieno en dicho copolímero.
P32.- Un copolímero al azar de poli(isobutileno-isopreno), tiene un peso molecular medio másico de
200000 g/mol y un grado de polimerización medio másico de 3000. Calcular las fracciones de unidades
monoméricas de isobutileno e isopreno en dicho copolímero.
P33.- (a) Comparar el estado cristalino de los metales con el de los polímeros. (b) Compare el estado no
cristalino y aplíquelo a polímeros y vidrios cerámicos.
P34.- Explicar brevemente por qué la tendencia de un polímero a cristalizar decrece al incrementarse el
peso molecular.
P35.- Para cada uno de los siguientes pares de polímeros hacer lo siguiente:
(i).- Si es posible determinar si uno de ellos tiene mayor probabilidad de cristalizar que el otro, y dar las
razones para ello en el caso de que sea posible.
(ii).- Si no es posible decidirse por uno de ellos, entonces razonarlo.
(a).- Cloruro de polivinilo lineal e isotáctico; polipropileno lineal y atáctico.
(b).- Polipropileno lineal y sindiotáctico; cis-isopreno entrecruzado.
(c).- Fenol-formaldehído reticulado; poliestireno lineal e isotáctico.
(d).- Politetrafluoroetileno ligeramente ramificado; polietileno lineal.
P36.- Para cada uno de los siguientes pares de polímeros hacer lo siguiente:
(i).- Si es posible determinar si uno de ellos tiene mayor probabilidad de cristalizar que el otro, y dar las
razones para ello en el caso de que sea posible.
(ii).- Si no es posible decidirse por uno de ellos, entonces razonarlo.
(a).- Cloruro de polivinilo lineal y sindiotáctico; poliestireno lineal e isotáctico.
(b).- Fenol-formaldehído reticulado; cis-isopreno lineal y con un grado de entrecruzamiento elevado.
(c).- Polietileno lineal; polipropileno isotáctico ligeramente ramificado.
(d).-Copolímero alternado poli(estireno-etileno); Copolímero al azar poli(cloruro de vinilotetrafluoroetileno).
P37.- Calcular la densidad del polietileno totalmente cristalino. En la figura 2 se muestra la celdilla
unidad ortorrómbica del polietileno; cada celdilla unidad contiene el equivalente a dos unidades
monoméricas del etileno.
P38.- La densidad del nilón 66 totalmente cristalino a temperatura ambiente es de 1.213 g/cm3. Además,
a temperatura ambiente la celdilla unidad de este material es triclínica con los siguientes parámetros de
red:
a = 0.497 nm ,
b = 0.547 mm ,
c = 1.729 nm ,
 = 48.4°
 = 76.6°
 = 62.5°
Si el volumen de una celdilla unidad triclínica
por :
VTRICLINICA
es función de los parámetros de red viene dado
VTRICLINICA  ABC 1  cos2   cos2   cos2   2cos cos  cos 
determinar el número de unidades monoméricas asociado a cada celdilla unidad.
POLIMEROS /// TEMA 1 --PROBLEMAS Y CUESTIONES.-
HOJA 6.
P39.- La densidad y el porcentaje de cristalinidad asociado a dos materiales de polietileno son los
siguientes:
 (g/cm3)
0.965
0.925
Cristalinidad (%)
80.1
46.4
(a) Calcular las densidades del polietileno totalmente cristalino y totalmente amorfo.
(b) Determinar el porcentaje de cristalinidad de una muestra que tiene una densidad de 0.950 g/cm3.
P40.- La densidad y el porcentaje de cristalinidad de dos materiales de polipropileno son los siguientes:
 (g/cm3)
0.904
0.895
Cristalinidad (%)
62.8
54.4
(a) Calcular la densidad del polipropileno totalmente cristalino y totalmente amorfo.
(b) Determine la densidad de una muestra que tiene 74.6 % de cristalinidad.
P41.- La densidad y el porcentaje de cristalinidad de dos materiales de nylon 6,6 son los siguientes:
 (g/cm3)
1.188
1.152
Cristalinidad (%)
67.3
43.7
(a) Calcular la densidad del nylon 6,6 totalmente cristalino y totalmente amorfo.
(b) Determine la densidad de una muestra que tiene 55.4 % de cristalinidad.
P42.- Calcular la cristalinidad que presenta un PVC comercial de densidad 1.442 g/mol, sabiendo que la
densidad del PVC amorfo es de 1.412 g/cm3 y la del PVC cristalino es de 1.477 g/cm3.
P43.- Mediante fraccionamiento en una columna cromatográfica de un polímero con una distribución de
pesos moleculares relativamente estrecha, se obtuvieron los datos que figuran en la tabla siguiente.
Calcular los valores de M n y M w y dibujar las curvas de distribución integral y diferencial.
POLIMEROS /// TEMA 1 --PROBLEMAS Y CUESTIONES.-
HOJA 7.
P44 (Junio 2007) .- La temperatura de transición vítrea [Tg(K)] de un copolímero al azar viene dada, en
buena aproximación, por la siguiente expresión:
w
w
1
 1  2
Tg Tg1 Tg 2
donde:
w1, w2 = Fracciones en peso de los comonomeros
Tg1, Tg2 = Temperaturas de transición vítrea de los correspondientes homopolímeros.
Calcular la temperatura de transición vítrea de un copolímero al azar poli(estireno-butadieno), que tiene
un peso molecular medio másico de 350000 g/mol y un grado de polimerización medio másico de 5000.
Las temperaturas de transición vítrea del poliestireno y del polibutadieno son 100 ºC y -100 ºC,
respectivamente. MBUTADIENO = 54 , MESTIRENO = 104
P45 (Junio 2007).- Calcular las densidades del nilón 6.6 y del polietilen tereftalato (PET), sabiendo que
tienen una estructura cristalina triclinica.
-12
-10
(i).- Nilón 6.6: a = 490 pm (1 pm = 10 m = 10 cm ), b = 540 pm. c = 1720 pm, α = 48.5º,  = 77º y
 = 63.5º. La celda unitaria contiene un simple grupo:
(ii).- PET: a = 456 pm, b = 596 pm. C = 1075 pm, α = 98.5º,  = 118º y  = 112º. La celda unitaria
contiene un simple grupo:
El volumen de la celdilla unidad triclínica, función de los parámetros de red, viene dado por:
VTRICLINICA  abc 1  cos2   cos2   cos2   2cos cos  cos 
Pesos atómicos: C = 12, O = 16, N = 14, H = 1
P46.- El análisis de una muestra de policloruro de vinilo (PVC) muestra que existen cinco longitudes de
cadenas, según los datos de la tabla que se muestra abajo. Determinar:
a) El peso molecular medio numérico.
b) El peso molecular medio másico.
c) grado de polimerización medio numérico.
d) grado de polimerización medio másico.
e) Explicar por qué se preferiría que el peso molecular medio numérico de un polímero fuera lo más
cercano posible al peso molecular medio másico.
Datos: C= 12 g/mol, H=1 g/mol, Cl=35,5 g/mol
El PVC se obtiene por polimerización del monómero cloroetileno: CH2-CHCl
Número de cadenas
100
180
170
150
90
M medio (g/mol)
3000
6000
9000
12000
15000
POLIMEROS /// TEMA 1 --PROBLEMAS Y CUESTIONES.-
HOJA 8.
P47.- Se tiene una muestra de polietileno que contiene 4000 cadenas con pesos moleculares entre 0 y
5000 g/mol, 8000 cadenas con pesos moleculares entre 5000 y 10000 g/mol, 7000 cadenas con pesos
moleculares entre 10000 y 15000 g/mol y 2000 cadenas con pesos moleculares entre 15000 y 20000
g/mol. Determinar:
a) ¿Cuál es el peso molecular medio numérico?
b) ¿Cuál es el peso molecular medio másico?
c) ¿Cuál es el grado de polimerización medio numérico?
d) ¿Cuál es el grado de polimerización medio másico?
e) Si ponemos a calentar el polietileno anterior junto con un polietileno de peso molecular medio másico
de 20000 g/mol, ¿cuál de los dos fundirá antes?
Los pesos atómicos del C y H son 12 y 1 g/mol respectivamente
P48.- Las moléculas de un copolímero en bloque consisten en un bloque central de unidades
monoméricas de butadieno con bloques finales de unidades monoméricas de estireno.
El grado de polimerización medio del bloque central es de 2000 y de 150 para los bloques de los
extremos. En el material sólido, las cadenas de poliestireno se presentan como una fase separada, la cual
-9
adopta la forma de esferas con un diámetro de, aproximadamente, 25 nanómetros (1 nm = 10 m).
Calcular la fracción en peso de estireno en el copolímero de bloque y estimar el número de cadenas de
poliestireno en cada esfera. La densidad del poliestireno es de 1050 kg/m3.
POLIMEROS /// TEMA 1 --PROBLEMAS Y CUESTIONES.-
HOJA 9.
Tabla 1.- Estructuras de la unidad monomérica de algunos de los polímeros más utilizados.
POLIMERO
UNIDAD MONOMERICA
PESO
MOLECULAR
POLIETILENO (PE)
28
CLORURO DE POLIVINILO (PVC)
62.5
POLITETRAFLUOROETILENO (PTFE)
100
POLIPROPILENO (PP)
42
POLIESTIRENO (PS)
104
POLIMETACRILATO DE METILO (PMMA)
100
FENOL-FORMALDEHIDO (BAQUELITA)
133
POLIHEXAMETILENADIPAMIDA (NILON 66)
226
TEREFTALATO DE POLIETILENO (PET)
192
POLICARBONATO
254
POLIISOPRENO
68
56
POLIISOBUTILENO
POLIMEROS /// TEMA 1 --PROBLEMAS Y CUESTIONES.-
HOJA 10.
Figura 1.- Representación esquemática de una cadena molecular de un polímero simple, que tiene
numerosos pliegues producidos por las rotaciones de los enlaces.
Figura 2.- Ordenación de las cadenas en la celda elemental del polietileno