Poliésteres
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Poliésteres
Los poliésteres que existen en la naturaleza son conocidos desde 1830, pero el término poliéster generalmente se
refiere a los poliésteres sintéticos (plásticos), provenientes de fracciones pesadas del petróleo. Los poliésteres
lineales son productos de condensación resultantes de la esterificación de ácidos dicarboxílicos saturados con
alcoholes difuncionales. Las macromoléculas formadas son lineales, no reticuladas, y en consecuencia tienen las
propiedades características de los termoplásticos. En un sentido general, los poliésteres son polímeros que contienen grupos carboxilo en la cadena. Por el término general poliéster, nos referimos a todos los polímeros obtenidos por condensación de un poliácido con un polialcohol. Normalmente, el poliácido es un ácido bifuncional y el polialcohol es un alcohol bifuncional (copolimerización). Los poliéteres y poliésteres son polímeros que contienen oxígeno. Estos polímeros contienen en general grupos funcionales de éteres (poliéteres) o ésteres (poliésteres) en la cadena principal de la macromolécula; pueden estar saturados o insaturados. Los polímeros termoplásticos generalmente se refieren a una clase de plástico que se utiliza en una variedad de mercados y aplicaciones, especialmente en el sector del transporte, incluido el exterior del automóvil y la fascia interior. Por lo general, se moldean por inyección en el artículo deseado, aunque existe un uso cada vez mayor de extrusión / termoformado de láminas y perfiles y otros procesos. Estas útiles características han llevado, en las últimas dos décadas, a un amplio desarrollo comercial y al uso de una variedad de poliéteres. El poli (óxido de propileno) se ha convertido en la base del desarrollo mundial a gran escala del caucho de espuma de poliuretano "one-shot" para colchones, muebles, cojines, acolchados, etc. El poli (2,6-xilenol) lineal se fabrica a gran escala como un plástico de ingeniería con una combinación importante de propiedades, como alta temperatura de transición vítrea, buena estabilidad térmica, buenas propiedades eléctricas, excelente adhesión y fácil solubilidad en disolventes orgánicos comunes. Los poliéteres suelen ser más elásticos que los poliésteres. Los poliéteres y poliésteres pueden entrar en reacciones químicas en los grupos funcionales finales, con un aumento del peso molecular; los poliéteres y poliésteres insaturados se reticulan para formar estructuras tridimensionales. Los poliésteres se hidrolizan en presencia de ácidos y álcalis, mientras que los poliéteres son considerablemente más resistentes a la hidrólisis. Las propiedades de los poliéteres y poliésteres determinan sus usos. Por ejemplo, los poliéteres y poliésteres insaturados de bajo peso molecular se utilizan como componentes para adhesivos, pinturas y barnices, y también para la impregnación. Los poliésteres de alto peso molecular se utilizan en la fabricación de plásticos (por ejemplo, policarbonatos), películas y fibras. Las propiedades muy diversas de los poliéteres y poliésteres dependen de la composición química, la estructura y el peso molecular, y también de la presencia de grupos funcionales (—OH y —COOH). Solo para aplicaciones especiales, también se usan ácidos o alcoholes trifuncionales o polifuncionales en pequeñas cantidades estrictamente controlados para no incurrir en una reticulación tridimensional con la consiguiente gelificación de la masa del polímero. En la fase de producción. La copolimerización ofrece muchas ventajas, ya que un homopolímero por sí solo no puede satisfacer una amplia gama de propiedades, por lo general, un homopolímero no se caracteriza por buenas propiedades mecánicas, no es fácil de trabajar y no muestra una buena resistencia a los agentes químicos y físicos. En relación con los monómeros de partida, los poliésteres se dividen en alifáticos y aromáticos. La principal diferencia entre los dos es la presencia de anillos de benceno en la unidad de monómero: los alifáticos no tienen una estructura aromática, mientras que en la unidad repetitiva de los aromáticos hay uno o más anillos aromáticos. En función de la distribución estructural o espacial de los átomos, se pueden distinguir en:
Polímeros lineales (termoplásticos o termoendurecibles)
Obtenido por reacción entre un ácido dibásico y un alcohol bifuncional saturado. Debido a la saturación completa, no tienen una estructura tridimensional y, por lo tanto, el termoplástico se vuelve termoestable mediante reticulación.
Polímeros ramificados
Las ramas inhiben la biodegradación.
Polímeros reticulados (insaturados - endurecimiento térmico)
Obtenido por reacción de ácidos polifuncionales y alcoholes
Poliésteres saturados
son polímeros termoplásticos de cadena lineal, incluido el tereftalato de polietileno
Poliésteres insaturados
contienen enlaces de carbono-carbono dobles (C = C) o triples (C = C) dentro de ellos
Poliésteres aromáticos
Los poliésteres aromáticos son los más utilizados, ya que tienen excelentes propiedades mecánicas, adecuadas para la producción de películas y fibras y artículos técnicos. Entre los más importantes están los poliésteres tereftálicos. Los poliésteres contienen porcentajes variables de oligómeros cíclicos de aproximadamente el 1,5% Los oligohemeros se consideran dañinos ya que tienden a migrar en la superficie. Por lo tanto, cuanto menor sea la cantidad de oligómeros, mejor será el producto. El poli (tereftalato de alquileno) se puede preparar a través de varios métodos, pero las dos vías de síntesis más explotadas y estudiadas son aquellas que proporcionan la reacción de los glicoles con ácido tereftálico (TPA) o con tereftalato de dimetilo (DMT).
- PPT - éter ftalato de polipropileno
- PEN - naftalato de polietileno
- PBN - naftalato de polibutileno
- PET - ftalato de éter de polipropileno
- PBT - ftalato de éter de polipropileno
- PCT - tereftalato de policiclohexileno-dimetileno
PC: el policarbonato es una cadena de alquilo derivada de un diol típicamente aromático. Los policarbonatos son parte, con muchas distinciones, de resinas de poliéster.
Poliésteres alifáticos
Los poliésteres alifáticos son, junto con los polianhídridos y los poli (aminoácidos), los polímeros sintéticos hidrolizables más conocidos. Aunque no es adecuado para muchas de las aplicaciones técnicas en las que se usan poliésteres aromáticos, son fácilmente biodegradables y, además, muestran buenas propiedades de biocompatibilidad. Esto los hace muy interesantes tanto en el campo ecológico como en el biomédico. Los primeros poliésteres alifáticos sintetizados se caracterizaron por un bajo peso molecular y, por lo tanto, por malas propiedades mecánicas, por esta razón se utilizaron principalmente como plastificantes. Los polímeros alifáticos son más vulnerables al ataque microbiano que los aromáticos correspondientes. Aunque se ha observado que los poliésteres alifáticos son más susceptibles al ataque enzimático que los aromáticos, no obstante tienen un punto de fusión demasiado bajo y / o características mecánicas inadecuadas. Por lo tanto, para mejorar estas propiedades, se introdujeron unidades aromáticas en los poliésteres alifáticos.
- PBS succinato de polibutileno
- WT en succinato de polietileno
- PBSA polibutileno succinato-adipato
- Adipato de polibutileno PBAd
- PCL Policaprolactona
Los poliésteres son los materiales más prometedores para la producción de productos biodegradables, ya que tienen una estructura similar a la de los polímeros naturales y algunos de ellos, especialmente los poli (a-hidroxiácidos), pueden fragmentarse por enzimas producidas por microorganismos como las bacterias. y champiñones. Los poli (hidroxiácidos) más simples son los poliácidos glicólicos PGA y los poliácidos PLLA L-lácticos, obtenidos mediante reacciones de polimerización respectivamente abriendo el anillo de glicólido y lactida.
Pros y contras
Cuando los poliésteres se sintetizan a partir de la masa fundida, contienen 1,5% de oligómeros cíclicos. La presencia de cíclicos ha llevado a problemas técnicos en los polímeros finales, debido a su tendencia a migrar a la superficie externa del material. Las ramas inhiben la biodegradación.
Resistencia química de los poliésteres
Los poliésteres son químicamente resistentes a la mayoría de los productos químicos. Al ser más PBT cristalino, tiene una resistencia química ligeramente mejor que el PET. Los copoliésteres no combinan bien con los disolventes orgánicos, pero son químicamente resistentes a la mayoría de los productos químicos utilizados en hospitales, como lípidos, reactivos desinfectantes y agua salada.
Esterilización de poliéster
Los poliésteres se pueden esterilizar con óxido de etileno. Debido a su baja estabilidad hidrolítica y bajas temperaturas de transición vítrea, no se recomienda la esterilización en autoclave con vapor y calor elevado. Todos los poliésteres basados en ácido tereftálico contienen grupos aromáticos y, por lo tanto, se pueden esterilizar con rayos gamma y haz electrónico, el PET cambia de color cuando se esteriliza con radiación de alta energía. El color vuelve a su color original después de aproximadamente 42 días. Se pueden usar agentes colorantes para enmascarar esta decoloración.
Síntesis de poliésteres
Los poliésteres son polímeros obtenidos por reacción de condensación de reactivos difuncionales y se caracterizan por la presencia de funciones éster (-COO-) a lo largo de la cadena. Los poliésteres se preparan a partir de recursos químicos que se encuentran principalmente en el petróleo y se fabrican en fibras, películas y objetos de formas simples o complejas. El poliéster lineal se puede clasificar en tres clases: polímeros alifáticos, parcialmente aromáticos y aromáticos. Los poliésteres alifáticos se obtienen a partir de ácidos (o ésteres) dicarboxílicos alifáticos y dioles alifáticos. Los compuestos parcialmente aromáticos se obtienen a partir de ácidos (o ésteres) dicarboxílicos aromáticos y dioles alifáticos y poliésteres aromáticos que tienen todas las funciones éster unidas a anillos aromáticos. Los poliésteres como termoplásticos pueden cambiar de forma después de la aplicación de calor. Aunque son combustibles a altas temperaturas, los poliésteres tienden a encogerse lejos de las llamas y se autoextinguen al encenderse. Las fibras de poliéster tienen alta tenacidad y módulo E, así como baja absorción de agua y mínima contracción en comparación con otras fibras industriales. La estructura general de los poliésteres lineales es la siguiente:
H—[—OAO—CO —A' —CO —] —OH
En esto, A es un radical hidrocarbonado y A 'es un radical de ácido orgánico o inorgánico (por ejemplo, tereftalato de polietileno, ácidos nucleicos). Se preparan por policondensación de glicoles con ácidos dibásicos o sus anhídridos, o hidroxiácidos. Los poliésteres ramificados (por ejemplo, resinas alquídicas) o poliésteres reticulados se producen utilizando alcoholes polivalentes (más de dos grupos OH; por ejemplo, glicerol y pentaeritritol y varios polioles).
Policarbonato (PC)
El policarbonato (PC) tiene buenas propiedades aislantes. Como resultado, hoy en día la principal aplicación de la PC es para la producción de carcasas para herramientas eléctricas, conectores y, más en general, para dispositivos electrónicos y eléctricamente aislantes. El policarbonato es resistente y resistente a los impactos (la segunda propiedad de la lista). De ahí que se utilice en cascos, cascos y en deportes. Por la misma razón, encuentra aplicación como endurecedor en mezclas de polímeros con PBT y PET y con plástico ABS. El policarbonato es transparente. Se utiliza en la industria del automóvil para lentes. Como se discutió anteriormente, la PC de masa molar alta (con Mn = 50000 Mw = 100000 gramos / mol) es más cara que la PC de masa molar baja (con Mn = 6000 Mw = 12000). En la fabricación de discos compactos (y DVD), la cara superior suele estar hecha de un policarbonato económico o de un copolicarbonato. La cara está cubierta por una capa de metal muy delgada (generalmente Al) que refleja la luz del láser de diodo. La capa metálica debe estar protegida por una capa de plástico (esta constituye la cara inferior). Está hecho de poliestireno (u otro plástico básico). Los policarbonatos (PC) se prepararon hace más de un siglo haciendo reaccionar hidroquinona o resorcinol con fosgeno en piridina, pero los polímeros cristalinos producidos eran frágiles y difíciles de procesar. Debido al alto rendimiento de ingeniería del polímero de PC, encuentran amplios usos en los campos mecánico, eléctrico, químico y térmico. Se han estudiado los comportamientos termo y fotooxidativos, la estabilidad hidrolítica y la consiguiente modificación en PC.
Tereftalato de polietileno PET
La producción de PET creció rápidamente y durante las dos últimas décadas. El PET se ha convertido en un material de elección en diversas aplicaciones. El poli (tereftalato de etileno) (abreviado PET o PETE) es un poliéster termoplástico semiaromático obtenido por reacción de condensación de reactivos difuncionales y conocido desde hace más de 60 años. El PET se produce comúnmente por reacción de esterificación entre ácido tereftálico y etilenglicol con agua como subproducto o por reacción de transesterificación entre etilenglicol y tereftalato de dimetilo con metanol como subproducto. Para obtener polímeros de masas molares elevadas, se lleva a cabo una polimerización en estado sólido. El PET es uno de los polímeros industriales más importantes por sus excelentes propiedades como resistencia al impacto por tracción, resistencia química, procesabilidad, claridad, estabilidad térmica y otras. Las principales aplicaciones del PET son fibras para textiles, films y botellas. Los materiales PET se fabricaron utilizando técnicas de extrusión, moldeo por inyección y moldeo por soplado. El PET encuentra muchas aplicaciones. En el campo del envasado, el PET encuentra muchas aplicaciones debido a su facilidad de mecanizado, alta resistencia, estabilidad dimensional en un amplio rango de temperatura, claridad cristalina, imprimibilidad, resistencia a la humedad y disolventes, barrera contra el oxígeno y el vapor de agua. En aplicaciones eléctricas, el PET se utiliza en motores, alambres, cables, transformadores y equipos de distribución de alta tensión, aplicaciones herméticas con refrigeradores y motosr de aire acondicionado. El PET también se utiliza en imágenes digitales, transparencias, películas de impresión y preimpresión, pruebas de color, planchas de impresión, etc.
Poli(tereftalato de butileno) PBT
La síntesis, las propiedades y la aplicación del poliéster termoplástico, poli (tereftalato de butileno) (PBT), están bien documentadas en la literatura. Las ventajas y desventajas de dos rutas sintéticas, desde el tereftalato de dimetilo (DMT) y el tereftálico (TPA), se han discutido ampliamente. Las condiciones de reacción de la ruta DMT, como la principal ruta sintética industrial, se describen en otra parte. La mezcla de PBT con otros polímeros es una ruta poderosa para obtener materiales con un rendimiento mejorado de propiedad/costo. Una amplia variedad de nanopartículas, como arcillas, nanotubos de carbono y otras, se utilizan a menudo para mejorar las propiedades físicas, mecánicas y térmicas de los nanocompuestos de PBT. PBT es un polímero termoplástico semicristalino diseñado para funcionar en aplicaciones que requieren alta resistencia y tenacidad con muy baja fluencia incluso a temperaturas elevadas. Presenta una absorción de humedad mínima y es resistente a muchos productos químicos, aceites, grasas y disolventes. Las propiedades de PBT dependen en gran medida de la porción cristalina y de la morfología resultante después del procesamiento. Como poliéster termoplástico fuerte y ligero, resistente a la intemperie, al calor y a los productos químicos, el PBT se puede utilizar en numerosas aplicaciones: equipos electrónicos y de comunicaciones, computadoras, televisores, electrodomésticos y cocina, equipos industriales, sistemas de iluminación, equipos de jardinería y agricultura, dispositivos médicos, sistemas de manipulación de alimentos, bombas, bobinas y husillos, así como piezas de automóviles, tanto en aplicaciones "debajo del capó" como en exteriores. Ejemplos de estos últimos incluyen extensiones de guardabarros, conductos de ventilación y manijas de puertas, actuadores de vacío, válvulas de aire acondicionado, piezas de transmisión hidráulica, conectores de cables moldeados, insertos de portalámparas y puentes rectificadores. Hoy en día, la mayoría de las tapas de los teclados están hechas de PBT. El PBT sin modificar también se utiliza en tubos de protección de fibra óptica y algunos conectores eléctricos. Sin embargo, la gran mayoría de los PBT se mezclan con muchos otros ingredientes para brindar un equilibrio de propiedades para diferentes aplicaciones. El PBT se utiliza normalmente en aplicaciones de "alta temperatura". Los filtros industriales para aceite hidráulico y los filtros de automoción para motores diésel son algunos ejemplos típicos. El uso de PBT en filtros automotrices es muy popular en comparación con el poli (propileno) (PP) tradicional, ya que los filtros PBT duran más y permiten un mayor kilometraje del vehículo entre cambios de aceite. La filtración de sangre es otra área de aplicación, ya que el PBT es un buen candidato para su uso como filtro, gracias a su excelente humectabilidad y tamaño de fibra fina. Los filtros de leucocitos para filtrar eritrocitos y concentrados de trombocitos, así como sangre total, son cada vez más importantes en el uso hospitalario diario. En la literatura se puede encontrar una ilustración de un filtro de sangre típico utilizado durante una cirugía a corazón abierto. El PBT se puede esterilizar eficazmente, lo que lo hace adecuado para otras aplicaciones médicas. Los monofilamentos de PBT se han utilizado en ciertos refuerzos de neumáticos y mangueras, así como en pinceles y cepillos de dientes. Los productos de tejido industrial también se han fabricado a partir de poliésteres termoplásticos como el PBT, aunque normalmente no se utiliza en aplicaciones textiles debido a su alto precio percibido. Además, PBT se usa ampliamente para formar conectores eléctricos. Como resultado de la estabilidad dimensional y las buenas propiedades eléctricas, PBT permite la soldadura automatizada. Otro campo de especialización es su aplicación como cables de ondas luminosas. En la industria, los polímeros PBT se utilizan para válvulas, soportes, componentes de medidores de agua, carcasas y reemplazos de metales en muchos tipos de piezas de carga. Dado que son ligeros, coloridos y fáciles de moldear con buenas propiedades de fricción, los polímeros PBT también se utilizan en secadores de pelo, cálculos de bolsillo y cilindros de bolígrafos. Las carcasas de la plancha y la tostadora, los mangos de la cocina / freidora, las boquillas del secador de pelo y las cuchillas del procesador de alimentos pueden estar hechos de PBT. PBT, a través de sus muchos productos combinados, se puede adaptar para adaptarse a numerosas aplicaciones. En la actualidad, se encuentra disponible una amplia gama de grados PBT de puras y modificadas, así como un espectro completo de mezclas de PBT, con numerosas aplicaciones. En general, las propiedades de los polímeros puros no siempre cumplen con las exigencias de la aplicación del cliente. A menudo, las propiedades a granel deben modificarse para hacer que el polímero sea adecuado para alguna aplicación específica. Hoy en día, se encuentra disponible una amplia gama de grados de PBT puros y modificados, así como un espectro completo de mezclas de PBT que se aplican ampliamente en las industrias automotriz y eléctrica / electrónica..
Elastómeros de copoliéster termoplástico (TPEE)
Los elastómeros de copoliéster termoplástico son copolímeros multibloque formados a partir de los llamados segmentos duros cristalizables cortos y segmentos flexibles largos. Debido a tal estructura química, los TPEE exhiben una combinación inusual de comportamiento termoplástico y elastomérico. Las propiedades físicas y mecánicas de estos copolímeros dependen en gran medida de la composición química y la estructura molecular de los segmentos tanto duros como blandos. Mediante la variación de la relación entre segmentos duros y blandos, la longitud de los segmentos blandos y el grado de cristalinidad de los segmentos duros, podrían obtenerse TPEE que varían de elastómeros blandos a relativamente duros. Los elastómeros de copoliéster termoplástico son una clase de materiales poliméricos que combinan muchas de las propiedades tanto de los termoplásticos como de los cauchos. En aplicaciones comerciales, los TPEE podrían reemplazar una variedad de materiales convencionales, como metal, cuero y caucho. Dado que la resistencia de los TPEE es de 2 a 15 veces mayor que la de los elastómeros reticulados químicamente, podrían reemplazar los compuestos de caucho con metal, vidrio y tela sin refuerzo. La industria automotriz es el principal usuario final de los TPEE, que se aplican en botas y fuelles, conductos de aire y cubiertas de bolsas de aire. La resistencia de los TPEE al aceite y a los productos químicos, junto con su flexibilidad y resistencia a la abrasión, los hacen adecuados para su aplicación en muchos tipos de revestimientos de cables y mangueras, tanto como tubos como cubiertas. Aprovechando su resistencia mecánica combinada con la resistencia ambiental, los TPEE se pueden utilizar en la tecnología de fibra óptica para revestimientos de cables. Además, se utilizan varios tipos de TPEE en polvo como recubrimientos protectores en piezas metálicas de todos los tamaños y complejidades. También se pueden aplicar mediante técnicas tales como recubrimiento en lecho fluidizado, deposición electrostática, aspersión con llama y aspersión con plasma. Estos elastómeros termoplásticos también se utilizan ampliamente, con y sin cordones de refuerzo de tracción, como correas de transmisión de potencia y cubiertas de rodillos, y en una amplia gama de productos moldeados, como diafragmas, juntas, sellos, juntas tóricas, tapones y almohadillas. Las películas de TPEE también se aplican como laminados para la base de la alfombra. La aplicación importante de los TPEE se encuentra en los dispositivos médicos debido a su compatibilidad con la sangre y los tejidos humanos, así como a la resistencia inherente a la radiación utilizada para la esterilización. Por ejemplo, los TPEE biodegradables basados en PBT y PEO con el nombre comercial Poly Active podrían usarse en andamios de ingeniería de tejidos, reemplazo de huesos, vendajes para heridas, piel artificial y como portador de liberación de fármacos, debido a propiedades mecánicas similares al cartílago nativo.