Cristalinos o amorfos
Termoplàsticos
Termoplásticos "Cristalinos o Amorfos"
Hay termoplásticos cristalinos y amorfos (TP). Durante el procesamiento se ablandan y al enfriarse se endurecen en productos que pueden ser ablandados repetidamente por recalentamiento con su morfología (estructura molecular) siendo cristalina o amorfa. Sus temperaturas de ablandamiento varían . Una analogía sería un bloque de hielo que puede ablandarse (volverse líquido), verterse en un molde o troquel de cualquier forma y luego enfriarse para volverse sólido de nuevo. Este ciclo se repite. Durante el ciclo de calentamiento se debe tener cuidado de evitar la degradación o la descomposición. Con algunos TP no se producen cambios o prácticamente no se producen cambios significativos en las propiedades. Sin embargo, algunos pueden tener cambios significativos. Los plásticos cristalinos (polímeros básicos) tienden a tener sus moléculas dispuestas en una estructura repetitiva relativamente regular, como el polietileno (PE) y polipropileno (PP) Este comportamiento identifica su morfología, es decir, el estudio de la forma física o estructura de un material. suelen ser translúcidos u opacos y generalmente tienen puntos de ablandamiento más altos que los plásticos amorfos. Pueden hacerse transparentes con modificaciones químicas. Dado que no se producen polímeros cristalinos comercialmente perfectos, se identifican técnicamente como TP semicristalinos. Los TP cristalinos normalmente tienen hasta un 80% de estructura cristalina y el resto es amorfo. El plástico amorfo es el término utilizado que significa informe que describe un TP que no tiene una estructura plástica cristalina. No forman un patrón por el que su estructura tiende a formarse como espaguetis con sus moléculas yendo en todas direcciones diferentes. Estos TP no tienen un punto de fusión definido y suelen ser vidriosos y transparentes como el PS y el PMMA. Los plásticos amorfos se ablandan gradualmente a medida que se calientan. Si son rígidos, pueden resultar frágiles a menos que se modifiquen con ciertos aditivos. Los plásticos durante el procesamiento están normalmente en estado amorfo sin un orden definido de cadenas moleculares. Si los TP que normalmente cristalizan no se enfrían adecuadamente (cuando la masa fundida se enfría para solidificar el plástico), el resultado es un estado sólido amorfo o parcialmente amorfo que generalmente da como resultado propiedades inferiores. En comparación con los tipos cristalinos, los polímeros amorfos experimentan solo pequeños cambios volumétricos cuando se funden o solidifican durante el procesamiento. Esta acción influye en el grado de tolerancia dimensional que se puede alcanzar después del proceso de calentamiento / enfriamiento. A medida que las moléculas simétricas se acercan a una distancia crítica durante el procesamiento de la masa fundida, los cristales comienzan a formarse en las áreas donde están más densamente empaquetados. Un arca cristalizada es más rígida y fuerte, un área no cristalizada (amorfa) es más resistente y más flexible. Con una mayor cristalinidad, ocurren otros efectos. Por ejemplo, con polietileno (cristalino) hay una mayor resistencia a la fluencia. En general, los tipos de plásticos cristalinos son más difíciles (pero controlables) de procesar, requieren un control más preciso durante la fabricación, tienen temperaturas de fusión más altas y tienden a encogerse y deformarse más que los tipos amorfos. Tienen un punto de fusión relativamente agudo. Es decir, no se ablandan gradualmente al aumentar la temperatura, sino que permanecen duros hasta que se ha absorbido una gran cantidad de calor y luego se transforman rápidamente en un líquido de baja viscosidad. Si no se aplica correctamente la cantidad correcta de calor durante el procesamiento, el rendimiento del producto puede reducirse drásticamente y / o se produce un aumento en el costo de procesamiento. Las diferentes condiciones de procesamiento influyen en el rendimiento de los plásticos. Por ejemplo, los efectos del tiempo son similares a los de la temperatura en el sentido de que cualquier plástico dado tiene una estructura preferida o de equilibrio en la que preferiría disponerse en el tiempo. Sin embargo, se le impide hacerlo instantáneamente o al menos con poca antelación. Si se les da suficiente tiempo, las moléculas se reorganizarán en su patrón preferido. El tiempo de calentamiento adecuado hace que esta acción ocurra pronto. De lo contrario, con una acción rápida, podrían ocurrir cambios severos en las propiedades de contracción en todas las direcciones en los productos plásticos procesados. Esta morfología característica de los plásticos se puede identificar mediante pruebas. Proporciona un control excelente tan pronto como el material se recibe en la planta, durante el procesamiento y después de la fabricación.
Amorfo
- Polieterimida (PEI)
- Polietersulfona (PES)
- Polisulfona (PSU)
- Poliamida amorfa
- Policarbonato (PC)
- Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS)
- Acrilonitrilo Butadieno Estireno transparente (MABS)
- Metacrilato-butadieno-estireno (MBS)
- Estireno Acrilonitrilo (SAN)
- Poliestireno (PS)
- Poliestireno de alto impacto (HIPS)
- Acrilonitrilo-estireno-acrilato-nitrilo (ASA)
- Acrílico (PMMA)
- Resina rigido (SBC)
- Poliestireno de alto impacto (HIPS)
Semicristalino
- Polieteretercetona (PEEK)
- Sulfuro de polifenileno (PPS)
- Poliftalamida (PPA)
- Poliamida (PA/Nylon)
- Tereftalato de polietileno (PET)
- Tereftalato de polibutileno (PBT)
- Acetal (POM)
- Ácido poliláctico (PLA)
- Polipropileno (PP)
- Polietileno (HDPE, LDPE, LLDPE)
- Tereftalato de politrimetileno PTT
- Tereftalato de policiclohexileno-dimetileno (PCT)
- Tereftalato de isosorbida de polietileno (PIT)
- Tereftalatos de polibutileno cíclicos (CBT)
- Polietilen naftalato (PEN)
Grado de cristalinidad
El grado de cristalinidad va a tener gran relación con las propiedades de los polímeros, al igual que el tipo de enlaces intermoleculares que se establecen entre las cadenas. Así, en el caso de las poliolefinas, cuyas cadenas siempre estarán unidas mediante débiles fuerzas de Van der Waals, la posibilidad de que se puedan formar estructuras semicristalinas resulta fundamental para que este tipo de polímeros tengan utilidad. Sin embargo, cuando se trata de polímeros en los que los enlaces intermoleculares son mas intensos (dipolo-dipolo o puentes de hidrogeno) éstos pueden ser útiles en estado amorfo; tal es el caso del poli(cloruro de vinilo) o el poli(metilmetacrilato). El grado de cristalinidad optimiza las fuerzas intermoleculares, proporcionando mayor grado de cohesión en el conjunto del polímero. Por tanto, en relación a sus propiedades mecánicas, aumentará su rigidez y dureza y será menos dúctil. Asimismo, será más resistente a los disolventes y a la acción del calor. Igualmente, las propiedades ópticas se ven afectadas por esta característica, debido a la refracción de la luz en la interfase existente entre las regiones cristalinas y amorfas. Este fenómeno de refracción provoca una perdida de transparencia en el polímero. Por esta razón, los polímeros cristalinos son translúcidos, e incluso pueden llegar a ser totalmente opacos, tal es el caso del polietileno de alta densidad, mientras que los polímeros completamente amorfos, como por ejemplo el poli(metilmetacrilato), pueden ser transparentes. En el caso de los polímeros semi-cristalinos, conviene señalar que, en cierta medida, el grado de cristalinidad puede modificarse dependiendo de la velocidad de enfriamiento. Así puede disminuirse mediante enfriamiento rápido o incrementarse mediante un enfriamiento más lento. Por el contrario, un polímero amorfo no llegará nunca a presentar un grado cristalinidad alto, ni aunque su velocidad de enfriamiento sea extremadamente lenta.
Morfologías de los polímeros
La morfología de los polímeros es muy diferente de la de las moléculas orgánicas en estado sólido. Los polímeros muestran simultáneamente las características de los sólidos amorfos o semicristalinos. Los términos de la fase cristalina y amorfa se usan para indicar las regiones ordenadas y desordenadas presentes en una matriz polimérica sólida. La morfología de los dominios cristalinos se describió inicialmente con la teoría del modelo de micelas con flecos desarrollada en 1930. Esta teoría considera los polímeros de estado sólido formados por dominios ordenados llamados cristalitos inmersos en una fase continua, llamada matriz polimérica amorfa. El término "cristalitos" se refiere a los dominios cristalinos formados por cristales imperfectos debido a la naturaleza y complejidad de las macromoléculas. Dado que las cadenas de polímero son más largas que 100 Å, se supuso que si las cadenas se plegaran hacia adelante y hacia atrás durante la cristalización, este plegamiento sería el mejor compromiso para formar estructuras cristalinas con alta estabilidad. En los años siguientes, se pensó que otro modelo indicaba la existencia de defectos presentes en las cadenas de polímeros que no pueden mantener la regularidad de los pliegues. De hecho, una de las razones por las cuales la cristalinidad en los polímeros alcanza un máximo de 60-65% puede atribuirse a estas imperfecciones o defectos que reducen la posibilidad de empaquetamiento en la formación de las láminas. La formación de cristales tiene lugar en varios núcleos y el crecimiento de los cristales tiene lugar en forma radial. Las esferulitas tienen una forma que depende de las condiciones de cristalización. El núcleo de la esferulita crece en un solo cristal y se originan estructuras multicapa que forman fibrillas laminares. Las fibrillas laminares divergen, distorsionan y se ramifican fuera del núcleo. El estado cristalino de los polímeros se caracteriza por un orden tridimensional de al menos una parte de las cadenas e, independientemente de los detalles de la estructura. Se conocen como semillas cristalinas porque cristalizan solo parcialmente dando una estructura mixta caracterizada por una temperatura de fusión cristalina Tf y una temperatura de transición vítrea Tg siempre mucho más baja que Tf. El grado de cristalinidad de los polímeros, que debido a su estructura regular y la flexibilidad de sus cadenas, tienen una mayor tendencia a cristalizar, depende de las condiciones de cristalización. Cuando una resina cristalina solidifica sus cadenas, trata de formar estructuras llamadas cristalitas. Las resinas cristalinas son opacas ya que no hay espacio para el paso de la luz entre las moléculas.
- poliamidas
- polietileno
- polipropileno
- poliacetal
- tereftalato de polietileno
Al contrario de las resinas amorfas, las cristalinas tienen un buen porcentaje de contracción lo que representa ciertas consideraciones en su procesamiento para lograr una buena estabilidad dimensional y evitar problemas como rechupes y deformaciones por contracción. En general, el grado de cristalinidad:
- es muy alto en polímeros de estructura lineal no ramificada
- disminuye drásticamente para los monómeros fuertemente
- asimétrico, fuertemente ramificado o con enlaces cruzados frecuentes, es decir, enlaces cruzados
Un alto grado de cristalinidad determina un mayor empaquetamiento de las cadenas con el consiguiente aumento de densidad, rigidez, dureza, resistencia a la fricción, desgaste, agresión ambiental y fluencia, es decir, una deformación lenta y progresiva del material sometido a una. esfuerzo constante.
La diferencia entre la cristalinidad de los compuestos de bajo peso molecular y la relativa a los compuestos de alto peso molecular consiste esencialmente en el hecho de que, mientras que en la primera, la célula elemental generalmente comprende más moléculas o más iones o más átomos (dependiendo de si es un sólido molecular, o iónico o un elemento metálico), en polímeros, la misma molécula incluye más células elementales y, a veces, incluso más cristales; de hecho, como la cristalinidad de los polímeros nunca es completa sino parcial, y por lo tanto las regiones cristalinas se alternan con las zonas amorfas, generalmente la misma molécula comprende partes cristalinas y partes amorfas, en varias secciones sucesivas. Esto conduce a una marcada irregularidad de los cristales, que generalmente se indican con el nombre de cristalitos. Por lo tanto, para un polímero, el grado de cristalinidad se define como la relación entre el peso de una sustancia en forma cristalina y el peso total y generalmente se expresa en porcentaje. Los grados de cristalinidad varían desde cero o desde pocas unidades, en muchos polímeros, hasta alcanzar porcentajes muy altos para polímeros con estructura lineal no ramificada. El grado de cristalinidad también depende del mismo tipo de configuración de la historia térmica mecánica de la muestra. Especialmente en el caso de largas cadenas lineales, la laminación, el estiramiento y la extrusión, especialmente si se llevan a cabo a temperaturas adecuadas, a las que la movilidad de las macromoléculas es alta, tienden a orientarse paralelas entre sí. La permanencia a una temperatura suficientemente alta (recocido), favoreciendo los movimientos macrobrownianos de las macromoléculas, en cambio tiende a desorientarlos, mientras que el enfriamiento, especialmente si es brusco (templado), tiende a estabilizar la estructura preexistente, tanto en el caso de que esto es principalmente amorfo como desordenado. que en cambio es cristalino y orientado. Las partes de la macromolécula que forman parte de las zonas cristalinas no son naturalmente libres de moverse como las de las partes amorfas y por lo tanto, su conformación permanece determinada, aunque los elementos individuales pueden oscilar armoniosamente alrededor de un punto que se asume como representativo de la posición del elemento del cristal mismo.