favebnoos

Apunts de tecnologia de materials polímers © Pere Roura Grabulosa i Josep M. Güell Ordis ISBN: 978-84-8458-292-2

1. ESTRUCTURA DELS POLÍMERS
Per tal d’entendre com es comporten aquests materials, i també el perquè de les
diferents operacions involucrades en el seu processament, necessàriament hem de
conèixer com són “per dintre”. Hem de conèixer-ne l’estructura. Recordem que
l’objectiuprincipal d’aquests apunts no és simplement descriure les tècniques de
processament, sinó també entendre per què aquestes tècniques són les que són.
L’estructura bàsica dels polímers se sol descriure en un curs introductori de Ciència dels
Materials, de manera que seria interessant (de fet, imprescindible) repassar-ne els
capítols corresponents. Aquest tema serà sobretot un recordatori, en elqual destacarem
els aspectes més rellevants pel que fa a la conformació.

Enllaços químics en els polímers
Els materials polímers se solen classificar en tres grans famílies:
a) plàstics

termoplàstics
termoestables

b) elastòmers
Els termoplàstics estan constituïts per cadenes lineals cohesionades per enllaços
secundaris (de Van der Waals o ponts d’hidrogen). Les cadenes poden tenirramificacions i també grups laterals. En els termoestables, tot el material és com una
gran molècula. Els àtoms estan units en una xarxa tridimensional d’enllaços covalents.
Finalment, els elastòmers contenen cadenes lineals unides entre elles amb enllaços
covalents (anomenats encreuaments). L’esquema que segueix il·lustra com seria
l’estructura de cada tipus de polímer.

TermoplàsticTermoestable

Elastòmer

Pel que fa a l’estructura dels enllaços, sembla clar que les fronteres entre aquestes tres
famílies de polímers no són gaire estrictes. Abans de vulcanitzar, un elastòmer seria
com un termoplàstic, mentre que un elastòmer amb gran densitat d’encreuaments seria
un termoestable.

Estats d’agregació en els termoplàstics
Les macromolècules es poden empaquetar de duesmaneres: segons l’estat cristal·lí o
segons l’estat amorf. L’estructura, en l’estat cristal·lí, és ordenada, mentre que en l’estat
amorf és desordenada. Il·lustrem aquests trets característics en l’esquema que segueix:

9

Apunts de tecnologia de materials polímers © Pere Roura Grabulosa i Josep M. Güell Ordis ISBN: 978-84-8458-292-2

Estat cristal·lí

Estat amorf

Ara passem a estudiarl’evolució de l’estructura en funció de la temperatura en dos
casos extrems: un polímer 100% cristal·lí i un de 100% amorf.
1. Polímer 100% cristal·lí (per exemple la poliamida - PA, “niló”)
La temperatura de referència és la temperatura de fusió, Tf. A Tf es produeix un canvi
de fase “normal” de la mateixa naturalesa que, per exemple, la fusió del gel. Per a T <
Tf els àtoms ocupen posicionsfixes i ordenades (estat sòlid cristal·lí), mentre que per a
T > Tf es perd l’ordre i les cadenes poden lliscar entre elles (estat líquid amorf). Per
fondre el material s’han de vèncer les atraccions entre cadenes (forces de Van der
Waals). És fàcil d’entendre que les cadenes més llargues necessitaran més energia per
poder-se moure lliurement, d’on deduïm que la temperatura de fusió és méselevada per
a polímers de molècules més llargues. Com que en un plàstic sempre tenim una
distribució de pesos moleculars, la fusió es produirà en un rang de temperatures. Per
tant, a diferència del gel, en els polímers Tf no és una temperatura perfectament
definida. Resumim:
T < Tf
T > Tf

estat sòlid (cristal·lí)
estat líquid (amorf)

2. Polímer 100% amorf (per exemple, el policarbonat - PC)En aquest cas la temperatura de referència és la temperatura de transició vítria, Tg. La
transició que ocorre a Tg no és un canvi de fase “normal”, ja que l’ordenació atòmica no
canvia. L’única cosa que canvia és la facilitat de moviment de les cadenes. Per a T < Tg
no són possibles els moviments relatius entre les cadenes (estat vitri), mentre que a T >
Tg sí que són possibles els...