Polimeros caracteristicas
Polímeros
¿Qué propiedades presentan los polímeros?
Los polímeros tienen gran cantidad de usos, pues, encontramos polímeros con diversas propiedades debido a las estructuras que presentan. De esta manera, podemos mencionar propiedades que presentan todos los polímeros como:
- Un bajo costo de producción
- Alta relación resistencia mecánica/densidad
- Alta resistencia al ataque de sustancias químicas, como los ácidos o las bases
- No son conductores de la electricidad
Las propiedades físicas más significativas son las mecánicas, térmicas, eléctricas y ópticas.
Las siguientes variables se pueden controlar al producir un polímero
- El monómero polimerizado o los monómeros copolimerizados
- El reactivo utilizado para iniciar la reacción de polimerización
- La identidad y cantidad del reactivo utilizado para reticular las cadenas de polímero
- La temperatura y presión a las que se produce la polimerización
- El disolvente en el que se polimeriza el monómero
- La forma en que se recolecta el polímero, que puede producir una alineación más o menos aleatoria de las cadenas del polímero o una tela en la que las cadenas están alineadas en una dirección
El cambio de uno o más de estos parámetros puede afectar la linealidad del polímero, su peso molecular medio, la táctica de las cadenas laterales en la cadena principal del polímero y la densidad del producto. También es posible cambiar las propiedades de un polímero añadiendo estabilizadores o plastificantes. Los estabilizadores se utilizan para aumentar la capacidad de un plástico para resistir la oxidación, para hacerlo menos sensible al calor o la luz, o como retardadores de llama. Los plastificantes aumentan la flexibilidad de un plástico al actuar como lubricante, disminuyendo la fricción entre moléculas a medida que una cadena de polímero pasa junto a otra. También aumentan la cantidad de espacio vacío, el llamado volumen libre dentro del polímero, al abrir espacio entre las cadenas de polímero para aumentar la facilidad con la que la cadena termina, las cadenas laterales y la cadena principal pueden moverse. El resultado de todas estas manipulaciones puede ser un polímero tan fuerte como el Kevlar, que se utiliza para fabricar chalecos antibalas, o un material tan fácil de rasgar como una hoja de papel. Puede ser tan duro como una bola de boliche o tan suave como un papel de seda. Puede ser tan frágil como los vasos de poliestireno desechables que se usan en las fiestas o tan elástico como una taza de café de poliestireno.
La siguiente lista describe algunas de las propiedades importantes de un polímero.
Capacidad calorífica / conductividad térmica La medida en que el plástico o polímero actúa como un aislante eficaz contra el flujo de calor. (El poliestireno de los vasos de plástico desechables no es un aislante muy bueno. Sin embargo, soplar aire a través del estireno mientras se polimeriza produce la espuma de poliestireno que se usa para las tazas de café desechables, que es un aislante mucho mejor).
Expansión térmica El grado en que el polímero se expande o contrae cuando se calienta o enfría. (La silicona se usa a menudo para sellar ventanas de vidrio a sus marcos porque tiene un coeficiente de expansión térmica muy bajo). La expansión térmica también se ocupa de la cuestión de si el polímero se expande o contrae en la misma cantidad en todas las direcciones. (Los polímeros suelen ser anisotrópicos. Contienen fuertes enlaces covalentes a lo largo de la cadena del polímero y fuerzas de dispersión mucho más débiles entre las cadenas del polímero. Como resultado, los polímeros pueden expandirse en cantidades diferentes en diferentes direcciones).
Cristalinidad El grado en que las cadenas de polímero están dispuestas en una estructura regular en lugar de una forma aleatoria. (Algunos polímeros, como Silly Putty y Play Dough, son demasiado amorfos y carecen de la rigidez necesaria para hacer un producto útil. Los polímeros que son demasiado cristalinos a menudo también son demasiado frágiles).
Permeabilidad La tendencia de un polímero a pasar materiales extraños. (El polietileno se usa para envolver alimentos porque es 4000 veces menos permeable al oxígeno que el poliestireno).
Módulo elástico La fuerza que se necesita para estirar el plástico en una dirección.
Resistencia a la tracción La resistencia del plástico. (La fuerza que se debe aplicar en una dirección para estirar el plástico hasta que se rompa).
Resiliencia La capacidad del plástico para resistir la abrasión y el desgaste.
Índice de refracción La medida en que el plástico afecta a la luz cuando atraviesa el polímero. (¿Pasa la luz como lo hace el PMMA o absorbe la luz como el PVC?)
Resistencia a la corriente eléctrica ¿Es el material un aislante, como la mayoría de los polímeros, o conduce una corriente eléctrica? (Existe un interés creciente en polímeros conductores, que se pueden cargar y descargar, y polímeros fotoconductores que pueden recoger una carga eléctrica cuando se exponen a la luz).
Propiedades físicas y mecánicas
El conocimiento de las propiedades mecánicas y físicas de los materiales es un requisito previo indispensable para su correcta utilización. Siempre se intenta relacionar el comportamiento con la estructura para intentar establecer generalizaciones que faciliten el entendimiento y predicción del comportamiento de los materiales. Las propiedades de los materiales poliméricos, comunmente llamados plásticos, son las responsables de su utilización en lugar de otros materiales y en algunos casos presentan propiedades únicas que los hacen insustituibles para ciertas aplicaciones, como ejemplo los elastómeros o cauchos que además constituyen una industria estratégica para los países desarrollados. Las propiedades se pueden clasificar en químicas y físicas. Las genuinamente químicas son aquellas que involucran reacciones químicas y por tanto cambios en los enlaces primarios de los materiales. Cuanto a la reactividad química de los polímeros tiene una gran importancia práctica el estudio de los procesos de degradación térmica, mecánica por radiación y por agentes químicos, para asegurar la funcionalidad , operabilidad y durabilidad del material en el entorno en que ha de ser utilizado. Directamente relacionada está la solubilidad o resistencia a los disolventes aunque en realidad sean cambios físicos relacionados con las interacciones intermoleculares. Las propiedades físicas más significativas son las mecánicas, térmicas, eléctricas y ópticas. Nos vamos a centrar en el estudio de las propiedades químicas y físicas mencionadas a excepción de las mecano-térmicas que son el objeto de otras conferencias del presente curso.
Propiedades química
La solubilidad de los polímeros en diferentes disolventes, esta relacionada con su resistencia químicas. Es importante a la hora de especificar su resistencia a determinados ambientes, por su utilización en la fabricación de envases, recipientes de almacenamiento, tuberías y maquinaria, así como en aplicaciones en las que el polímero se encuentra en disolución como pinturas, recubrimientos, hilado de fibras, adhesivos, aceites multigrado, plastificantes. Además la caracterización macromolecular (determinación de masas moleculares promedio, distribución de pesos moleculares, polidispersidad y dimensiones) se realiza fundamentalmente a través de medidas de propiedades físicas de disoluciones de polímeros. Debido al gran tamaño de las moléculas, la solubilidad de los polímeros es más compleja que la de los compuestos de bajo peso molecular. La forma de proceder la disolución es ya diferente, en este caso son las pequeñas moléculas de disolvente las que en una fase inicial penetran la muestra del material hinchándole y formando un gel, únicamente en el caso de polímeros no reticulados (termoplásticos), el proceso continúa hasta formar una verdadera disolución en la que se encuentran separadas las macromoléculas. Cada una de las cadenas forma un ovillo más o menos solvatado por el disolvente según la calidad del mismo. Si el polímero es reticulado el proceso se detiene en la fase de hinchamiento, la acción del disolvente no llega a separar las cadenas y en lugar de una disolución ten~mos un gel. El grado de hinchamiento depende de la interacción con el disolvente (cuanto mayor sea la interacción más hinchado estará el gel) y del grado de reticulación del material polimérico (a mayor reticulación menor hinchamiento).
Propiedades térmicas
La temperatura afecta al envejecimiento de los materiales poliméricos. Por debajo de la temperatura de transición vítrea, Tg , los movimientos moleculares están congelados por lo tanto el avance de las reacciones degradativas es lento. Sin embargo por encima de la Tg la movilidad molecular es muy superior, aumentando con la temperatura lo que favorece el progreso de las reacciones degradativas. Concordantemente en las zonas cristalinas las cadenas se encuentran en un estado altamente ordenado, estando impedidos la difusión y casi todos los movimientos, por ello en los polímeros semicristalinos las reacciones se producen preferentemente en la fase amorfa. La estabilidad térmica se indica por la temperatura a la que se notan los primeros indicios de descomposición. La estabilidad es debida al tipo de enlaces químicos presentes. Los polímeros se utilizan en una amplia gama de temperaturas y los efectos de la temperatura y el impacto de los tipos de cargas durante un tiempo de servicio prolongado en las propiedades de expansión física, eléctrica y térmica deben establecerse antes de que un material termoplástico pueda usarse para una aplicación de producto en particular.
