Prosesos industriales

Ciencia de Materiales, 4º curso, 2004/2005

Tema 5. Estructura y aplicaciones de los polímeros.
5.1. Introducción y conceptos básicos sobre polímeros. 5.2. Tipos de polímeros y copolímeros. 5.3. Procesos de obtención de polímeros. 5.4. Propiedades físicas de los polímeros. 5.5. Papel de los aditivos. 5.6. Usos generales de plásticos, elastómeros, fibras y adhesivos. 5.1. Introducción yconceptos básicos sobre polímeros. Los Materiales poliméricos están basados en grandes moléculas con enlaces covalentes y formados por la unión de muchas unidades simples (monómero). Sus antecesores se puede considerar que son las macromoléculas presentes en organismos, y se pueden enumerar ejemplos como el caucho, lana, algodón, etc. Los cuatro tipo de biomoléculas/biopolímeros (naturales) son losácidos nucleicos, proteínas, lípidos y polisacáridos. Las unidades de construcción de esos polímeros naturales son los nucleótidos, aminoácidos, ácidos grasos y los azúcares. En este tema nos vamos a referir principalmente a los polímeros artificiales aunque se hará referencia a polímeros naturales. Los monómeros son las unidades básicas para la formación de materiales plásticos, y según la forma en quese unan pueden dar estructuras lineales o nolineales. El proceso de polimerización es una condensación de monómeros. Por ejemplo, el eteno polimeriza para dar el polieteno (o polietileno) y el proceso se denomina polimerización por adición. Inicialmente, los polímeros eran muy sencillos como el derivado del aldehído fenólico para dar la bakelita. Cuando en la polimerización solo interviene unúnico monómero se denomina homopolímero y cuando polimeriza una mezcla de dos o más monómeros se denomina copolimerización. La gran utilidad de los polímeros actuales se debe a que se puede sintetizar el polímero que cumpla una serie de propiedades que se necesiten (dureza, plasticidad, densidad, etc.). Esto se consigue mediante la elección del monómero pero principalmente controlando: a) Grado depolimerización, según las condiciones de síntesis se pueden obtener longitudes de las cadenas moleculares de diferente tamaño y por tanto con propiedades ligeramente diferentes. b) Entramado "branching", consiste en crear uniones entre diferentes cadenas del mismo polímero para aumentar su dureza y punto de fusión. Por ejemplo, en el polietileno. c) Uniones puente "cross-linking". Un ejemplo clásicoel la vulcanización del caucho usando azufre. El caucho natural es el cis-poliisopreno (que es un polímero insaturado) y cuando se añade azufre entre 1-5 % se producen puentes de azufre entre diferentes cadenas poliméricas lo que se conoce como vulcanizado y aumenta mucho la dureza y resistencia al desgaste. El producto de vulcanización completa (40 %) es la ebonita y es un sólido duro y rígido.5.2. Tipos de polímeros y copolímeros. Los polímeros se clasifican en función de sus propiedades físicas en varios tipos. Termoplásticos cuyo nombre procede de dos palabras griegas “termos” que significa y “plastikos” que significa . Estos polímeros 1

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requieren calor para ser conformados y tras el enfriamiento mantienen la forma (p. ej. PE, PVC,Nylon, etc.). Se ablandan al calentarse hasta que funden y al solidificar se endurecen, siendo procesos reversibles que por tanto se pueden repetir. Plásticos termoestables son materiales que no pueden ser refundidos o re-procesados ya que al ser calentados se endurecen y degradan o descomponen (p. ej. resinas epoxi, fenólicos, poliésteres insaturados, etc.). Al iniciar el calentamiento se danentrecruzamientos covalentes entre las cadenas, y estos enlaces dificultan los movimientos de vibración y rotación. Estos polímeros son generalmente más duros, más resistentes, pero también más frágiles que los termoplásticos pero tienen mayor resistencia dimensional. Elastómeros (o gomas) son materiales poliméricos que a temperatura ambiente se alargan mucho elásticamente bajo una pequeña tensión...