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Polímeros - desarrollo de los Polímeros a lo largo de la historia, evolución De Los Polímeros En La Construcción, estructura de los Polímeros
Introducción
Los polímeros son moléculas gigantes que componen la materia.
Estas se encuentran conformadas por la unión de miles
de moléculas mas pequeñas denominadas monómeros.
El término polímero proviene del griego, en el que
“poli” se entiende como “mucho” y “mero”
como “partes”. Se los conoce también como
macromoléculas debido al enorme tamaño de las moléculas
que los forman. Los plasticos son el ejemplo mas
característico de este tipo de materiales,
todos los plasticos son polímeros, pero no todos los
polímeros son plasticos. La celulosa es un
ejemplo de polímero no plastico.
Los polímeros son de gran importancia y se les dan los
mas diversos usos. Su importancia ha estado presente desde las
épocas mas primitivas, donde el hombre encontraba la forma de
tratamiento de polímeros a fin de curtir las pieles de animales y poder
convertirlas en cuero, teñir lanas y tejer todo tipo de fibras
naturales, así como también para, a través del calor, modelar
caparazones de tortuga a las que se les ha dado muchísimos usos.
En términos generales, es posible decir que, casi todo lo que podemos
encontrar sobre la Tierra son polímeros, a
excepción de los metales y los compuestos inorganicos. Estos se pueden clasificar en dos grandes grupos, los
biopolímeros o polímeros naturales y los sintéticos,
creados por el hombre.
La industria de los polímeros sintéticos, en la actualidad crece
con mucha fuerza, ya que sin ellos, nuestra calidad de vida se vería
francamente disminuida. Lo anterior, debido a que existen polímeros
sintéticos de uso tan importante y cotidiano como el PVC, que en su
producción requiere de bajos montos de materia prima y
recursosmateriales.
Desarrollo de los Polímeros a lo largo de la historia
Los polímeros son muy grandes sumas de moléculas, con masas
moleculares que puede alcanzar incluso los millones de UMAs que se obtienen por
la repeticiones de una o mas unidades simples llamadas
“monómeros” unidas entre sí mediante enlaces covalentes.
Estos forman largas cadenas que se unen entre sí por
fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones
hidrofóbicas.
El desarrollo de los polímeros fue inducido a través de las
modificaciones de estos con el fin de mejorar sus propiedades físicas en
pro del
auge de las aplicaciones de los mismos. En 1839, Charles Goodyear modifico el
hule a través del calentamiento con azufre
(vulcanización), ya que este por lo general era fragil en
temperaturas bajas y pegajoso a altas temperaturas. Mediante la vulcanización, el hule se convirtió en una sustancia
resistente a un amplio margen de temperaturas. Otro acontecimiento que contribuyo al desarrollo continúo de
los polímeros fue la modificación de la celulosa que
permitió el surgimiento de las fibras sintéticas llamadas
rayones. Posteriormente Leo Baekeland instauro el primer polímero
totalmente sintético al que llamó baquelita; este
se caracterizó por ser un material muy duradero y por provenir de otros
materiales de bajo costo como
el fenol y el formaldehido. Este compuesto llegó a tener gran
éxito durante cierto tiempo, sin embargo,
independientemente de los avances aplicativos de los polímeros, no se
tenía mucha información en cuanto a la estructura de estos.
En el transcurso de la década de 1920, Herman Staudinger fue el primero
en instituir que los polímeroseran compuestos de gran peso molecular que
se encontraban unidos mediante la formación de enlaces covalentes. Tal
idea fue apoyada años mas tarde por Wallace Carothers, de DuPont,
los cuales llegaron a establecer concepciones
similares. Estos conceptos dieron paso al desarrollo de la química de
los polímeros tanto sintéticos como naturales.
Los polímeros naturales, por ejemplo la lana,
la seda, la celulosa, etc., se han empleado profusamente y han tenido mucha
importancia a lo largo de la historia. Sin embargo, hasta finales del siglo XIX no aparecieron los
primeros polímeros sintéticos, como por ejemplo el celuloide.
Los primeros polímeros que se sintetizaron se
obtenían a través de transformaciones de polímeros
naturales. En 1839 Charles Goodyear realiza el vulcanizado del
caucho. El nitrato de celulosa se sintetizó accidentalmente en el
año 1846 por el químico Christian Friedrich Schönbein y en
1868, John W. Hyatt sintetizó el celuloide a partir de nitrato de
celulosa.
El primer polímero totalmente sintético se
obtuvo en 1907, cuando el químico belga Leo Hendrik Baekeland fabrica la
baquelita a partir de formaldehido y fenol. Otros
polímeros importantes se sinterizaron en años siguientes, por
ejemplo el poliestireno (PS) en 1911 o el cloruro de polivinilo (PVC) en 1912.
En 1922, el químico aleman Hermann Staudinger comienza a estudiar
los polímeros y en 1926 expone su hipótesis de que se trata de
largas cadenas de unidades pequeñas unidas por enlaces covalentes.
Propuso las fórmulas estructurales del poliestireno y del
polioximetileno, tal como las conocemos
actualmente, como
cadenas moleculares gigantes, formadas por la asociación medianteenlace
covalente de ciertos grupos atómicos llamados 'unidades
estructurales'. Este concepto se convirtió en
'fundamento' de la química macromolecular sólo a partir
de 1930, cuando fue aceptado ampliamente. En 1953
recibió el Premio Nobel de Química por su trabajo.
Wallace Carothers, trabajando en la empresa DuPont desde 1928,
desarrolló un gran número de nuevos
polímeros: poliésteres, poliamidas, neopreno, etc.
La Segunda Guerra Mundial contribuyó al avance en la
investigación de polímeros. Por ejemplo, fue muy importante la
sustitución del
caucho natural por caucho sintético.
En los años 1950 el aleman Karl Ziegler y el
italiano Giulio Natta desarrollaron los catalizadores de Ziegler-Natta y
obtuvieron el Premio Nobel de Química en 1963.
Otro Premio Nobel de Química fue concedido por sus
estudios de polímeros a Paul J. Flory en 1974.
En la segunda mitad del siglo XX se desarrollaron
nuevos métodos de obtención, polímeros y aplicaciones. Por
ejemplo, catalizadores metalocénicos, fibras de alta resistencia,
polímeros conductores (en 2000 Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid y
Hideki Shirakawa recibieron el Premio Nobel de Química por el desarrollo
de estos polímeros), estructuras complejas de polímeros,
polímeros cristales líquidos, etc.
Evolución De Los Polímeros En La Construcción
La evolución de este sector ha sido lenta hasta la mitad del siglo
pasado, pero a raíz de la “revolución del
plastico” la sociedad y este sector sufrieron un cambio
excepcional con la entrada de los polímeros sintéticos. Gracias a
que los arquitectos, ingenieros y especialistas del sector empezaron a adquirir
conocimientos de las ventajas que pueden brindan estospolímeros, hoy en
día nos podemos beneficiar de múltiples y diferentes aplicaciones
en la construcción y equipamiento de una vivienda y resto de obras
públicas. Ademas otro objetivo de estos profesionales es la de
conseguir un equilibrio entre las necesidades de
construcción de la población y la protección del medio ambiente, así como de la salud de sus habitantes.
Estos polímeros resultaron ser materiales
idóneos para satisfacer todas estas necesidades debido a sus
características particulares. En general serian las siguientes
Durables y resistentes a la corrosión, por ello se aplican en elementos
que estan expuestos al aire libre pudiendo durar décadas.
Aislantes tanto de frío como
del calor, lo
cual permite el ahorro de energía, y también aislantes
acústicos.
Muy ligeros frente a otros materiales usados en la
construcción, siendo así manejables y faciles de
transportar y almacenar.
Tienen buena relación costo/ beneficio
La mayoría (a excepción del PVC) son respetuosos
con el medio ambiente, se pueden reciclar, reutilizar o trasformar en una
fuente de energía.
Estas son las características mas generales pero luego cada uno
posee propiedades particulares que hacen que sean
mas adecuados para unas aplicaciones que para otras.
Existe una gran variedad de polímeros usados en la construcción
pero los mas utilizados son el PVC, PSE, PU, y PE (alta
y baja densidad). Mas del 50% de los polímeros utilizados en la
construcción se reducen únicamente a PVC, de ahí la gran
importancia de este polímero.
Definición
Los polímeros (del griego poly: muchos y mero:
parte, segmento) son macromoléculas formadas por la unión
repetida de una ovarias moléculas llamadas monómeros unidas por
enlaces covalentes que le confieren un alto peso molecular.
Estructura de los Polímeros
Para abordar el estudio de la estructura de los polímeros se suelen
considerar dos niveles, estructura física y estructura química.
La estructura química se refiere a la construcción de la
molécula individual y la estructura física al ordenamiento de
unas moléculas respecto a otras. La estructura
química de los polímeros comprende el sustituyente de las mismas,
las uniones entre monómeros, el peso molecular y su distribución
y efecto de las ramificaciones o entrecruzamientos en la cadena principal. Igualmente las diferentes configuraciones que pueden adoptar los
sustituyentes de la cadena principal condicionan notablemente las propiedades
de los polímeros y son parte de su estructura química. En
los polímeros la unión entre monómeros se realiza siempre
mediante enlaces covalentes. Sin embargo, las fuerzas
responsables de la cohesión entre sus cadenas pueden ser de naturaleza
diversa y estan fuertemente condicionadas por las características
de los atomos y de los sustituyentes de la cadena principal. La
polaridad y el volumen de estos atomos afectaran especialmente a
las fuerzas de cohesión entre cadenas, que a su vez determinaran
la flexibilidad del material, temperatura de transición vítrea,
temperatura de fusión y capacidad de cristalización entre otras
propiedades. En general, cuanto mayor seas las fuerzas de
cohesión entre las cadenas, tanto mas rígido resultara el
polímero y tanto mayor sera la temperatura de fusión en el
caso de polímeros cristalinos o la temperatura de reblandecimiento en el
caso depolímeros no cristalinos. La introducción de grupos
voluminosos como
sustituyentes de la cadena principal aumenta la rigidez de la misma.
Cuando se hace referencia a la estructura física de los polímeros
se trata basicamente de la orientación y cristanilidad que
dependen en gran medida de la estructura química y a su vez condicionan
el comportamiento del
material durante el procesado y durante su vida de servicio. Los
términos cristalinos y amorfos se usan normalmente para indicar las
regiones ordenadas y desordenadas de los polímeros, respectivamente.
En estado sólido algunos polímeros son completamente amorfos,
otros son semicristalinos y, dependiendo de las condiciones de cristalización,
un polímero con capacidad de cristalizar puede
ser amorfo o semicristalinos. Con frecuencia se usa el
término cristalino en lugar de semicristalino, aunque ningún
polímero es completamente cristalino. Los polímeros con capacidad
de cristalizar con aquellos cuyas moléculas son química y
geométricamente regulares en su estructura. Las irregularidades
ocasionales, tales como
las ramificaciones de la cadena, o la copolimerización de una
pequeña cantidad de otro monómero limitan el alcance de la cristalización,
pero no evitan que ocurra. Por el contrario, los polímeros no
cristalinos típicos son aquellos en los que existen una clara irregularidad en su estructura: polímeros
ramificados y copolímeros con cantidades significativas de dos o mas
constituyentes monoméricos bastante diferentes. En el estado liquido o
fundido las moléculas del polímero se encuentran
enmarañadas si no hay una fuerza externa que las obligue a orientarse en
una dirección. Si la energía disponible
essuficiente, las moléculas podran moverse y los atomos de
las cadenas podrían rotar produciéndose cambios de
conformación. A temperaturas elevadas los polímeros
termoplasticos se encuentran en un estado
líquido o fundido en el que pueden pasar rapidamente de una
conformación a otra. Las moléculas de polímeros que poseen
una estructura muy compleja e irregular (ramificaciones, fuertes
interacciones entre cadenas, etc) presentan viscosidades muy elevadas en el
estado líquido. Cuando estas moléculas se enfrían, a la
temperatura a la que cabria esperar que el estado cristalino fuese mas
estable que el amorfo, la viscosidad de las moléculas es demasiado
elevada y/o su geometría demasiado compleja para adquirir
conformación cristalina. En los polímeros existe una temperatura,
la temperatura de transición vítrea, Tg,
a partir de la cual el material sufre un marcado cambio de propiedades. A
temperaturas >Tg, segmentos relativamente grandes de 10 a 50 unidades de
repetición se pueden mover con libertad en movimientos conjuntos,
logrando modificar su conformación, mientras que por debajo de esta
temperatura los movimientos quedan limitados a segmentos muy pequeños,
impidiendo una reorganización. Por debajo de la temperatura de
transición vítrea (estado vítreo), los polímeros
amorfos tienen muchas de las propiedades asociadas con los vidrios
inorganicos ordinarios, incluida la rigidez, fragilidad y transparencia.
Mientras que por encima de su Tg los polímeros
amorfos se comportan como
cauchos o elastómeros.
El termino temperatura de fusión se debe emplear solo
para los polímeros cristalinos o semicristalinos. En el caso de
los polímeros amorfos a temperaturas>Tg las
cadenas adquieren mayor movilidad, llegando a hacerse fluidas, si bien
realmente no hay fusión, por lo que se habla de intervalo de reblandecimiento
y estrictamente hablando no se puede decir que el polímero se encuentra
fundido. Los polímeros cristalinos pueden presentar también
temperatura de transición vítrea pues la cristalización
solo ocurre hasta cierta extensión y siempre habra regiones
amorfas en un primer sólido. Hasta cierto punto
las propiedades de los polímeros cristalinos dependeran de si las
regiones amorfas residuales se encuentran en el estado vítreo ( Tg).
Clasificación de los Polímeros
1. De acuerdo a su origen
Polímeros Naturales: Son todos aquellos que provienen de los seres
vivos, y por lo tanto, dentro de la naturaleza ponemos encontrar una gran
variedad de ellos. Ejemplos: El caucho, la madera.
Polímeros Semi-sintéticos: Son los polímeros obtenidos a
partir de la modificación de un monómero
natural. Ejemplos: El caucho vulcanizado, la nitrocelulosa.
Polímeros Sintéticos: Son aquellos polímeros que se
obtienen por síntesis, ya sea en una industria o laboratorio, estas
formados a base de monómeros naturales. Ejemplos: El vidrio, la
porcelana, el nailon, el rayón, los adhesivos, polietileno.
2. De acuerdo al tipo de monómero
Los homopolímeros: Son macromoléculas que estan formadas
por monómeros idénticos. Ejemplos: La celulosa y el caucho
(homopolímeros naturales
Los copolímeros: Estan constituidos por dos o mas
monómeros diferentes, dentro de estos tenemos una
sub-clasificación que depende de la forma en que estén ordenados
los monómeros: al azar, alternado, en bloque, injertado. Ejemplos:La seda (copolímero natural), la baquelita
(copolímero sintético).
3. Según la estructura de sus cadenas
Lineales: Se forman cuando el monómero que lo origina tiene 2 puntos de
“ataque” (de unión), de modo que la polimerización
ocurre en una sola dirección, pero en ambos sentidos. Es
decir, se repite el mismo tipo de unión por ambos lados de la cadena.
Ramificados: Se forman debido a que, a diferencia del lineal, estos tiene 3 o
mas puntos de “ataque”, de tal forma que la
polimerización ocurre en forma tridimensional. O sea, tiene cadenas
laterales unidas a la principal. Dentro de los polímeros ramificados
encontramos 3: los con forma de estrella, de red y de dendritas.
Entrecruzado: Si se forman enlaces entre cadenas vecinas.
4. Según su forma de polimerización
En 1929 Carothers propuso la siguiente clasificación:
Existen dos reacciones generales de polimerización: la de adición
y la condensación. En las polimerizaciones de adición, todos los
atomos de monómero se convierten en partes del
polímero. En las reacciones de condensación algunos de los
atomos del
monómero no forman parte del
polímero, sino que son liberados como
H2O, CO2, ROH, etc.
Polimerización por Adición: En este tipo
de polimerización la masa molecular del
polímero es un múltiplo exacto de la masa molecular del monómero.
Suelen seguir un mecanismo en tres fases, con ruptura hemolítica
Iniciación: CH2=CHCl + catalizador •CH2–CHCl•
Propagación o crecimiento: 2 •CH2–CHCl•
•CH2–CHCl–CH2–CHCl•
Terminación: Los radicales libres de los extremos se unen a impurezas o
bien se unen dos cadenas con un terminal neutralizado.
Polimerización porcondensación: En este
caso, por cada unión de dos monómeros se pierde una
molécula pequeña, por ejemplo de agua. Esto causa de que la masa
molecular del
polímero no es un múltiplo exacto de la masa molecular del monómero.
Ejemplo: HOOC--R1--NH2
Si reacciona consigo mismo, entonces:
2 HOOC--R1--NH2 HOOC--R1--NH• + •OC--R1--NH2 + H2O
HOOC--R1-NH--CO--R1--NH2 + H2O
Clasificación de Flory (modificación a la de Carothers para considerar
la cinética de la reacción):
Polímeros formados por reacción en cadena: Se requiere un
iniciador para comenzar la polimerización; un ejemplo es la
polimerización de alquenos (de tipo radicalario). En este
caso el iniciador reacciona con una molécula de monómero, dando
lugar a un radical libre, que reacciona con otro monómero y así
sucesivamente. La concentración de monómero disminuye lentamente.
Ademas de la polimerización de alquenos,
incluye también polimerización donde las cadenas reactivas son iones
(polimerización catiónica y aniónica).
Polímeros formados por reacción por etapas: El peso molecular del polímero crece a lo
largo del
tiempo de manera lenta, por etapas. Ello es debido a que el monómero
desaparece rapidamente, pero no da inmediatamente un polímero de
peso molecular elevado, sino una distribución entre dímeros,
trímeros, y en general, oligómeros; transcurrido un cierto
tiempo, estos oligómeros empiezan a reaccionar entre sí, dando
lugar a especies de tipo polimérico. Esta categoría incluye todos
los polímeros de condensación de Carothers y ademas
algunos otros que no liberan moléculas pequeñas pero sí se
forman gradualmente, como por ejemplo los poliuretanos.
5. Según su composición química
Polímerosorganicos: Posee en la cadena principal atomos de
carbono.
Polímeros organicos vinílicos: La cadena principal de sus
moléculas esta formada exclusivamente por atomos de
carbono.
6. Según su comportamiento al elevar su temperatura
Para clasificar polímeros, una de las
formas empíricas mas sencillas consiste en calentarlos por encima
de cierta temperatura. Según si el material funde y fluye o por el
contrario no lo hace se diferencian tipos de polímeros
Plasticos
Plasticos, son polímeros que, bajo condiciones apropiadas de
presión y temperatura, pueden ser modelados. Al
contrario de los elastómeros, los plasticos tienen una rigidez
superior y carecen de elasticidad reversible.
Termoplasticos, que fluyen (pasan al estado líquido) al
calentarlos y se vuelven a endurecer (vuelven al
estado sólido) al enfriarlos. Son
termoplasticos debido a que su estructura no esta unida, solo
presenta fuerzas intermoleculares entre sus cadenas que se debilitan con el
aumento de temperatura, provocando el reblandecimiento. Son materiales
rígidos a temperatura ambiente, pero se vuelven blandos y moldeables al
elevar la temperatura, por lo que se pueden fundir y moldear varias veces, sin
que por ello cambie sus propiedades, esto los hace reciclables. Estan
presentes en el poliestireno, el polietileno; la seda, la lana,
el algodón (fibras naturales), el poliéster y la poliamida
(fibras sintéticas). Ejemplos: polietileno (PE), polipropileno (PP),
cloruro de polivinilo PVC.
No plasticos
Elastómeros, polímeros con un
comportamiento elastico que pueden ser deformados facilmente sin
que se rompan sus enlaces o modifique su estructura. Podemos representarnos la
estructura de unelastómero del
siguiente modo: Las cadenas estan unidas entre sí mediante
enlaces químicos verdaderos y no meras interacciones estéricas como en el caso de los
polímeros termoplasticos. Esta estructura es la
que proporciona elasticidad al material. Estos polímeros pueden
ser deformados ante un esfuerzo externo pero
tenderan a volver a su estado inicial. Como promedio se entrecruzan alrededor de 1 cada 100 moléculas.
Los cauchos naturales y sintéticos son los ejemplos
mas comunes de elastómeros.
No elastómeros, cuando el número medio de entrecruzamientos
aumenta hasta 1 cada 30 moléculas, el material se convierte en
mas rígido y quebradizo. Un ejemplo de
entrecruzamiento con este fin es la vulcanización del caucho para endurecerlo. Dentro de estos
nos encontramos con dos tipos principales
Termorrígidos.- No se ablandan con calor. Por ejemplo,
el teflón.
Termofraguables Con calor, forman materiales
rígidos que no se ablandan con futuros calentamientos. Por ejemplo, la baquelita.
Termoestables
Termoestables, que no fluyen, y lo único que conseguimos al calentarlos
es que se descompongan químicamente, en vez de fluir. Esto es por
causas estructurales pues cuando se calientan no se funden, sino que los
enlaces que mantienen unidas las moléculas que forman el material
impiden los desplazamientos de las mismas, por eso se destruyen y se degradan,
volviéndolos esto no reciclables. Una vez que son
moldeados no se pueden volver a cambiar en lo que a forma respecta, porque no
se ablandan cuando se calientan. Este comportamiento de los
polímeros termoestables se debe a que presentan una estructura interna
mucho mas compacta que la de los termoplasticos,debido
a la existencia de un mayor número de enlaces entre las moléculas
que los componen. Son materiales rígidos, fragiles y con cierta resistencia
térmica. Tienen algunas ventajas ante los termoplasticos, como: elevada resistencia al impacto, a los solventes, a la
permeación de gases y a las temperaturas extremas. Los
plasticos termoestables mas utilizados son los
poliésteres, la baquelita, las resinas epoxi y el poliuretano. Se
aplica en: Baquelitas duras, resistentes al calor y a los productos
químicos, porque son buenos aislantes; Industria eléctrica y
electrónica, laminados, recubrimientos, menajes de cocina, adhesivos;
resistentes a la corrosión y a los agentes químicos, poco
inflamable.
7. Según sus aplicaciones
Plasticos: Son aquellos polímeros que, ante un
esfuerzo suficientemente intenso, se deforman irreversiblemente, no pudiendo
volver a su forma original.
Fibras: Presentan alto módulo de elasticidad y baja extensibilidad, lo
que permite confeccionar tejidos cuyas dimensiones permanecen estables.
Recubrimientos: Son sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a
la superficie de otros materiales para otorgarles alguna propiedad, por ejemplo
resistencia
a la abrasión.
Adhesivos: Son sustancias que combinan una alta
adhesión y una alta cohesión, lo que les permite unir dos o
mas cuerpos por contacto superficial.
Propiedades de los polímeros
El rango de densidades es relativamente bajo y se extiende desde 0.9 hasta 2.3
g/cm3. Esta densidad tan baja se debe a dos motivos: por un lado los
atomos que componen los polímeros son ligeros, y por otro, las
distancias medias entre atomos dentro de los polímeros son
relativamente grandes.Una densidad tan baja permite que estos sean materiales
faciles de manejar y por otra parte, supone una gran ventaja en el
diseño de piezas en las que el peso es una limitación.
El valor de la conductividad térmica de los polímeros es
sumamente pequeño, esto resulta siendo un
inconveniente durante las transformación de los polimeros. El calor
necesario para transformar los polímeros se absorbe de manera muy lenta
y la eliminación del
calor durante la etapa del
enfriamiento resulta igualmente costosa. Sin embargo, en muchas aplicaciones,
la aja conductividad térmica se convierte en una ventaja, pues permite
el empleo de estos materiales como aislantes térmicos.
Propiedades mecanicas Son una consecuencia directa de su
composición así como
de la estructura molecular tanto a nivel molecular como supramolecular. Actualmente sus
propiedades mecanicas de interés son mejoradas mediante la
modificación de la composición o morfología, por ejemplo,
cambiar la temperatura a la que los polímeros se ablandan y recuperan el
estado de sólido elastico o también el grado global del
orden tridimensional. Normalmente el incentivo de estudios sobre las propiedades
mecanicas es generalmente debido a la necesidad de correlacionar la
respuesta de diferentes materiales bajo un rango de
condiciones con objeto de predecir el desempeño de estos
polímeros en aplicaciones practicas. Durante mucho tiempo los
ensayos han sido realizados para comprender el comportamiento mecanico
de los materiales plasticos a través de la deformación de
la red de polímeros reticulados y cadenas moleculares enredadas, pero
los esfuerzos para describir la deformación de otros polímeros
sólidos entérminos de procesos operando a escala molecular son
mas recientes. Por lo tanto se consideraran los
diferentes tipos de respuesta mostrados por los polímeros sólidos
a diferentes niveles de tensión aplicados, elasticidad,
viscoelasticidad, flujo plastico y fractura.
Resistencia: Un polímero puede ser resistente a la
compresión o al estiramiento, es decir, puede soportar golpes sin perder
su forma o no estirarse con facilidad, respectivamente. También hay
ciertos polímeros que son resistente al impacto, y por tanto no se
destruyen al golpearlos; a su vez hay otros que presentan resistencia a la flexión: los doblamos
con facilidad; y finalmente podemos encontrar resistencia a la torsión, que son los
que recuperan su forma luego de haberlos torcido. Un
ejemplo de resistencia
al estiramiento son las cuerdas (específicamente sus fibras), ya que por
lo general estan sujetadas a tensión y es necesario que no se
extiendan al aplicarles esta fuerza. En sí, la resistencia es la
medida de la cantidad de tensión necesaria para romper el
polímero.
Dureza: En cuanto a dureza, un polímero
puede ser rígido o flexible. El primer tipo suelen ser resistentes y
casi no sufren deformaciones, pero al no ser duros, se quiebran con facilidad;
el segundo tipo, por el contrario, aguantan bastante bien la deformación
y no se rompe tan facilmente como los rígidos.
Elongacion: En lo que a elongación respecta, los polímeros
llamados elastómeros pueden ser estirados entre un 500% y un 1.000% y
aun así volver a su longitud original sin haber sufrido rotura alguna.
Al fin y al cabo, la elongación es el cambio de forma que sufre un polímero cuando es sometido a tensión; es
lacapacidad de estiramiento sin que se rompa.
Propiedades eléctricas: Los polímeros industriales en general
suelen ser malos conductores eléctricos, por lo que se emplean
masivamente en la industria eléctrica y electrónica como
materiales aislantes. Las baquelitas (resinas fenólicas) sustituyeron
con ventaja a las porcelanas y el vidrio en el aparellaje de baja
tensión hace ya muchos años; termoplasticos como el PVC y
los PE, entre otros, se utilizan en la fabricación de cables
eléctricos, y casi todas las carcasas de los equipos electrónicos
se construyen con termoplasticos de magníficas propiedades
mecanicas, ademas de eléctricas y de gran duración
y resistencia al medio ambiente, como son, por ejemplo, las resinas ABS.
Evidentemente la principal desventaja de los materiales plasticos en
estas aplicaciones esta en relación a la pérdida de
características mecanicas y geométricas con la
temperatura. Sin embargo, ya se dispone de materiales que
resisten sin problemas temperaturas relativamente elevadas (superiores a los
200 °C).
Polímeros Principales
Polietileno (PE): Es químicamente en polímero mas simple,
de color blanquecino tranparente. Existes de dos tipos
El PEBD, polietileno de baja densidad, se utiliza para fabricar bolsas
flexibles , embalajes industriales, techos de invernaderos agrícolas,
etc. porque posee muy buena resistencia
a desgarro y al impacto. También gracias a su resistencia
dieléctrica se utilizan para aislante de cables eléctricos.
El PEAD, polietileno de alta densidad, se utiliza también para bolsas
(grandes almacenes, mercados), gracias a su resistencia al impacto, se utiliza
para cajas de botellas, tuberías , juguetes,cascos de seguridad laboral,
recubrimiento de acequias, etc.
Polimetacrilato (PMMA): Este polímero tiene una gran transparencia,
ademas de elevada rigidez y tenacidad, buena resistencia
química, facil moldeo, y buen comportamiento dieléctrico.
Se utiliza en múltiples aplicaciones como accesorios para cuartos de baño,
parabrisas y ventanas de aviones, portillos de barcos, claraboyas
.
Polipropileno (PP): Este polímero se obtiene de la polimerización
por adicción del propileno. Es el mas
ligero de todos los materiales plasticos, tiene buenas propiedades
mecanicas, térmicas y eléctricas, alta
temperatura de reblandecimiento, óptima resistencia química, a la
abrasión, impermeable, larga vida útil. Tiene diversas
aplicaciones: Alfombras, cañerías e instalaciones de agua
fría y caliente, cajas de electricidad, enchufes, sacos y bolsas para
cargar cemento, arena y otros materiales granulados o en polvo. Se distinguen
porque repelen el agua, no se ensucian ni pudren y son
resistentes a la luz.
Policarbonato (PC): Este plastico apareció en los años
cincuenta. Es amorfo y transparente, aguanta una temperatura de trabajo hasta
135 ºC, y tiene buenas propiedades mecanicas, tenacidad y
resistencia química, gran resistencia al impacto, ligero, impermeable .
Se utiliza en electrotecnia, aparatos electrodomésticos, piezas de
automóviles, luminotecnia, cascos de seguridad, carteles y exhibidores
por su resistencia
a la radiación UV, el viento, clima.
Poliestireno (PS): Se obtiene de la polimerización del estireno. Posee
gran capacidad aislante (térmico) debido a su baja conductividad
térmica, resistencia a la compresión, alto poder de
amortiguación, facil detrabajar y manipular, estabilidad a bajas
temperaturas y soporta también altas temperaturas (cañerías
de agua fría y caliente), una resistencia limitada a los ataques
químicos, es de baja densidad, su precio es relativamente bajo, puede
ser facilmente coloreado y moldeado, ya sea por inyección o
extrusión.
Existen tres tipos principales
El PS cristal, que es transparente, rígido y quebradizo. Ejemplos: cajas
de CD, perchas, cajas para huevos. Otra aplicación muy importante es en
la producción de espumas rígidas, denominadas a veces
'poliestireno extruido' usada por ejemplo en la construcción como
relleno de vacío, en puentes reduciendo peso total.
El PS choque, resistente y opaco. Ejemplos: carcasas
de televisores, impresoras, puertas e interiores de frigoríficos,
maquinillas de afeitar desechables, juguetes.
PS expandido, el tipo mas usado, es muy ligero, utiliza como aislante
acústico y sobretodo térmico en cañerías, suelos
flotantes, ladrillos, techos, paredes y suelos, en hormigón liviano,
construcción prefabricada, sistemas de calefacción, camaras
frigoríficas, embalajes de transporte fragil (amortiguación),
electrodomésticos, etc.
Cloruro de polivinilo (PVC): Se presenta como un material blanco que
comienza a reblandecer alrededor de los 80°C y se descompone sobre
140°C. Se obtiene a parte del
cloruro de sodio y del gas natural de etileno,
posee buena resistencia
eléctrica; existen dos formas basicas, una de orden rígido
y otra de orden flexible. Entre sus principales características tenemos
la versatilidad, es ligero, resistente a la intemperie, de alta tenacidad
(soporta altos requerimientos mecanicos), facil
instalación, baja toma de humedad(cañerías), resistente a
la abrasión, al impacto, y a la corrosión, buen aislante
térmico, eléctrico y acústico, no propaga llamas,
resistente a la mayoría de los reactivos químicos, duradero. Sin duda es el mas utilizado. Aplicaciones: envases,
ventanas, tuberías, las cuales han reemplazado en gran medida al hierro,
membranas para impermeabilizar suelos, laminas para carteles, sobretodo en una
gran variedad de cañerías tanto de domicilios como públicos,
recubrimiento aislante de cables, cajas de distribución, enchufes,
recubrimiento de paredes, techos, piscinas, alfombras, cortinas, tapizados,
ventanas, puertas, persianas, muebles de exterior e interior, mangueras,
carpas, etc.
TEFLON (PTFE): El politetrafluoretileno, es un
polímero similar al polietileno, donde los atomos de
hidrógeno estan sustituidos por flúor. Se aplica en
pinturas y barnices, en estructuras y elementos sometidos a ambientes
corrosivos, así como en mangueras y conductos por
los que circulan productos químicos.
Poliurea (PU): Material resistente a la corrosión, flexible, ligero, no
tóxico, de alta resistencia a la temperatura, propiedades
mecanicas y productos químicos. Aplicaciones: su uso en
construcción se basa como
materiales de aislamiento, en techos, cañerías, paneles, etc
(HDPE): Resistente a las bajas temperaturas, ligero, impermeable, flexible,
duradero, siendo así de bajo mantenimiento y económico. Entre sus
aplicaciones tenemos: Recubrimiento de cañerías, como aislante ya que
el HDPE aguanta de-20ºC a85ºC. Revestimiento de
cables. Caños para gas, telefonía, agua potable,
minería, laminas plasticas para aislamiento
hidrófugo.
(LDPE): De características similares,Flexible,
ligero transparente, impermeable, económico. Entre sus principales
aplicaciones tenemos: Revestimiento para suelos, recubrimiento de obras en
construcción (cobertores de seguridad). Protección,
tuberías para riego.
Hay otros materiales poliméricos menos usados, pero importantes
también como
son el PMMA que por su aspecto vítreo se emplea para realización
de rótulos, lamparas, muebles y otros elementos decorativos.
También podemos nombrar el poliacetato de vinilo que se emplea mucho como adhesivo así como en masillas,
pavimentos y pinturas. Poliesteres, se utilizan en carrocerías,
estructuras ligeras, placas para cubiertas, depósitos. Poliamidas
como aislantes
eléctricos y como
fibras textiles de tapicerías en decoración.
Algunas empresas del
rubro de INDUSTRIA PERUANA DE POLIMEROS S.A.C.:
• KIMBERLY-CLARK PERU S.R.L
• LAPICES Y CONEXOS S.A. LAYCONSA
• MACCAFERRI DE PERU S.A.C.
• MATERIALES DERIVADOS DEL ALGODON E.I.R.L
• FOSFORERA PERUANA S A
• YOBEL SCM COSTUME JEWELRY S.A.
• INDUSTRIAS MANRIQUE S.A.C.
• CORPORACION REY S.A.
• FABRICA DE HIELO POLO SUR
• DOMUS AUREA S.A.C.
Conclusiones
Durante los últimos 20 años, el consumo de plasticos en el
sector de la construcción ha ido aumentando drasticamente a
medida que los arquitectos y especialistas empezaron a tener conocimiento de
los beneficios que pueden brindar estos materiales en sus muy diferentes
aplicaciones. La facilidad de procesamiento el poco peso que caracteriza a los
polímeros, ademas de su fuerza y durabilidad, hacen que estos
materiales resulten ideales para satisfacer los requerimientos del
sector.
Estos polímeros ofrecen cada vez mas ventajas ybrindan confort y
eficiencia a lo cotidiano. Las
diversas propiedades que ya hemos mencionado de cada uno de ellos los hacen
convenientes para una gran variedad de aplicaciones importantes para vivir con
comodidad y seguridad.
A la vez, la mayoría son no contaminantes y respetuosos con el medio
ambiente, pero hay algunos que no cumplen esto, es por ejemplo el caso del
PVC. A pesar de ser el material plastico mas usado en este sector es el que presenta mas inconvenientes ya
que en su obtención participan sustancias tóxicas. Ademas
cuando se elimina va a los vertederos o incineradoras
(emitiendo sustancias tóxicas al aire: cloro). Aunque es un material perfecto por sus propiedades y aplicaciones
también conlleva riesgos lo que implica buscar otro material que lo
pueda sustituir. El equilibrio entre las necesidades de la construcción
y la protección del
medio ambiente es uno de los mayores desafíos que enfrentan hoy a los
responsables del
planeamiento urbano.
Referencia Bibliografica
www.qip.com.mx
https://www.universidadperu.com/empresas/industria-peruana-polimeros.php
https://www.eis.uva.es/~macromol/curso03-04/PP/caracteristicas.html
https://www.telecable.es/personales/albatros1/quimica/industria/polipropileno.htm
https://www.psrc.usm.edu/spanish/pp.htm
https://www.monografias.com/trabajos31/polimeros/polimeros.shtml
https://www.plastunivers.com/Tecnica/Hemeroteca/ArticuloCompleto.asp?ID=9242
https://www.epa.gov/
Dedicatoria
Dedico este trabajo a los ingenieros que usan sus
conocimientos en beneficio de la sociedad
y de la salud del planeta.
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