Polimeros

3.1 Cristalinidad y estereoisomería de termoplásticos.
Cuando solidifican los termoplásticos desde el estado liquido pueden formar un sólido no cristalino o un sólido cristalino. Si repasamos la solidificación y enfriamiento lento de termoplásticos no cristalinos o semicristalinos se produce, como se observa en la figura 15.5, un descenso del volumen especifico con la disminución de temperaturaque presenta un cambio de pendiente a una temperatura característica del material que recibe el nombre de temperatura de transición vítrea, Tg, por encima de la cual el polímero presenta un comportamiento viscoso (gomoso, elástico), y por debajo un comportamiento de vidrio quebradizo.

Figura 15.5. Solidificación y enfriamiento de termoplásticos no cristalinos y parcialmente cristalinos con cambiode volumen específico con la temperatura.
 
Esta rápida disminución se debe al empaquetamiento de las cadenas poliméricas en las regiones cristalinas del material, ya que la estructura del material está compuesta por regiones cristalinas inmersas en una matriz amorfa de liquido subenfriado, que por debajo de Tg pasa al estado vítreo, quedando la estructura formada por regiones cristalinasinmersas en una matriz amorfa vítrea.
Aunque la forma exacta en la que las moléculas de polímeros se ordenan en estructuras cristalinas no está perfectamente conocida, si que se conocen perfectamente diferentes distribuciones estructurales para polímeros de idéntica composición química. Si tomamos como ejemplo el polipropileno, pueden existir tres formas estereoisómeras diferentes, tal como se aprecia enla figura 15.6:

Figura 15.6. Estereoisómeros del polipropileno: a) Isómero atáctico, b) isómero isotáctico, y c) isómero sindiotáctico.
 
1) 
Estereoisómero atáctico. Los grupos metilo del polipropileno están dispuestos de forma aleatoria a un lado y otro de la cadena principal.
2) 
Estereoisómero isotáctico. Los grupos metilo se encuentran siempre en el mismo lado de la cadena principal.
3) Estereoisómero sindiotáctico. Los grupos metilo sustituyentes están distribuidos alternativamente en uno y otro lado de la cadena principal.

De los tres, es el isotáctico el que a escala industrial se produce mayoritariamente puesto que su alta cristalinidad hace que presente mejores resistencias en general y en particular al calor que los otros estereoisómeros.
 
3.2. Termoplásticos de interés eningeniería
A continuación se detallan algunos de los aspectos mas importantes de los materiales termoplásticos de mayor aplicación, cuyas propiedades y aplicaciones mas extendidas, aparecen reflejadas en la tabla 15.1.
 
Tabla 15.1. Propiedades y aplicaciones de termoplásticos.
Polímero
Estructura
Carga rotura (MPa)
Alarg.
(%)
Módulo de elasticidad (GPa)
Densidad (Mg/m3)
Temp. def. por calor a 455kPa
Aplicaciones
Polietileno (PE)
Baja densidad
Alta densidad

8-21
21-38
50-800
15-130
0.1-0.28
0.4-1.20
0.92
0.96
42
85
Embalaje, aislantes eléctricos, artículos del hogar, botellas
Policloruro de vinilo (PVC)

34-62
2-100
2.1-4.10
1.40
-
Tuberías, válvulas, revestimientos de suelos, aislantes eléctricos, revestimientos de automóviles
Polipropileno (PP)

28-41
10-700
1.1-1.5
0.90
115
Tanques,embalaje, fibras para ropa y sobrenvolturas
Poliestireno (PS)

22-55
1-60
2.6-3.1
1.06
82
Embalaje y espumas aislantes, revestimientos de automóviles, electrodomésticos y utensilios de cocina
Policloruro de vinilideno
(PVPS)

24-34
160-240
0.3-0.55
1.15
60
Embalaje, tuberías, chubasqueros
Poliacrilonitrilo (PAN)

62
3-4
3.5-4.0
1.15
78
Fibras textiles, precursor de fibras de carbono, embalaje dealimentos
Polimetil-metacrilato (PMMA)

41-82
2-5
2.4-3.1
1.22
93
Acristalamiento de vehículos, lentes de contacto, iluminación exterior, señales publicitarias, pantallas de seguridad, gafas protectoras.
Policlorurotri-fluoretileno

31-41
80-250
1.0-2.1
2.15
125
Aislante eléctrico, componente de válvulas, juntas.
Politetrafluor-etileno (PTFE)

14-48
100-400
0.41-0.55
2.17
120
Cierres, juntas,...