MATERIALES POLIMÉRICOS
Clasificación de los materiales polimericos
Según su origen
• Polímeros naturales. Existen en la naturaleza
muchos polímeros y las biomoléculas que forman los seres vivos
son macromoléculas poliméricas. Por ejemplo, las
proteínas, los acidos nucleicos, los polisacaridos (como la celulosa y la
quitina), el hule o caucho natural, la lignina, etc
• Polímeros semisintéticos. Se obtienen
por transformación de polímeros naturales. Por ejemplo, la
nitrocelulosa, el caucho vulcanizado, etc
• Polímeros sintéticos. Muchos
polímeros se obtienen industrialmente a partir de los monómeros.
Por ejemplo, el nylon, el poliestireno, el Policloruro de
vinilo (PVC), el polietileno, etc.
Según su mecanismo de polimerización
• Polímeros de condensación. La reacción de
polimerización implica a cada paso la formación de una
molécula de baja masa molecular, por ejemplo agua.
• Polímeros de adición. La polimerización no implica
la liberación de ningún compuesto de baja masa molecular.Esta
polimerización se genera cuando un
'catalizador', inicia la reacción. Este
catalizador separa la unión doble carbono en los monómeros, luego
aquellos monómeros se unen con otros debido a los electrones libres, y
así se van uniendo uno tras uno hasta que la reacción termina.
• 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 eliniciador 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.
Según su composición química
• Polímeros organicos. Posee en la
cadena principal atomos de carbono.
• Polímeros organicos vinílicos. La cadena principal
de sus moléculas esta formada exclusivamente por atomos de
carbono.
• Polímeros organicos no vinílicos. Ademas de carbono, tienen atomos de oxígeno o
nitrógeno en su cadena principal.
Según su comportamiento al elevar su temperatura
• Termoplasticos, que fluyen (pasan al estado líquido) al
calentarlos y se vuelven a endurecer (vuelvenal estado
sólido) al enfriarlos. Su estructura molecular
presenta pocos (o ningún) entrecruzamientos. Ejemplos:
polietileno (PE), polipropileno (PP), cloruro de polivinilo PVC.
• Termoestables, que no fluyen, y lo único que conseguimos al
calentarlos es que se descompongan químicamente, en vez de fluir. Este
comportamiento se debe a una estructura con muchos entrecruzamientos, que
impiden los desplazamientos relativos de las moléculas.
• Elastómero, plasticos con un
comportamiento elastico que pueden ser deformados facilmente sin
que se rompan sus enlaces no modifique su estructura.
Propiedades físicas de los materiales polimericos
Estudios de difracción de rayos X sobre muestras de polietileno
comercial, muestran que este material, constituido por
moléculas que pueden contener desde 1.000 hasta 150.000 grupos CH2
– CH2 presentan regiones con un cierto ordenamiento cristalino, y otras
donde se evidencia un caracter amorfo: a éstas últimas se
les considera defectos del cristal. En este caso las
fuerzas responsables del
ordenamiento cuasicristalino, son las llamadas fuerzas de van der Waals. En
otros casos (nylon 66) la responsabilidad del ordenamiento
recae en los enlaces de H. La temperatura tiene mucha importancia en
relación al comportamiento de los polímeros. A temperaturas
mas bajas los polímeros se vuelven mas duros y con ciertas
características vítreas debido a la pérdida de movimiento
relativo entre las cadenas que forman el material. Latemperatura en la cual
funden las zonas cristalinas se llama temperatura de fusión (Tf) Otra
temperatura importante es la de descomposición y es conveniente que sea
bastante superior a Tf.
propiedades mecanicas
Son una consecuencia directa de su composición así como de la
estructura molecular tanto a nivel molecular como supermolecular. Actualmente
las propiedades mecanicas de interés son las de los materiales
polímeros y éstas han de ser 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 en términos 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.
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, llegando en la actualidad a
tensiones de aplicación superiores a los 20 KV, y casi todas las
carcasas de los equipos electrónicos se construyen en
termoplasticos de magníficas propiedades mecanicas,
ademas de eléctricas y de gran duración y resistencia al
medio ambiente, como son, por ejemplo, las resinas ABS.
Para evitar cargas estaticas en aplicaciones que lo requieran, se ha
utilizado el uso de antiestaticos que permite en la superficie del
polímero una conducción parcial de cargas eléctricas.
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).
Las propiedades eléctricas de los polímeros industriales
estan determinadas principalmente, por la naturaleza química del material (enlaces covalentes
de mayor o menor polaridad) y sonpoco sensibles a la microestructura cristalina
o amorfa del
material, que afecta mucho mas a las propiedades mecanicas. Su estudio se acomete mediante ensayos de comportamiento en campos
eléctricos de distinta intensidad y frecuencia. Seguidamente se analizan las características
eléctricas de estos materiales.
aplicaciones
Atendiendo a sus propiedades y usos finales, los polímeros pueden
clasificarse en:
• Elastómeros. Son materiales con muy bajo módulo de
elasticidad y alta extensibilidad; es decir, se
deforman mucho al someterlos a un esfuerzo pero recuperan su forma inicial al
eliminar el esfuerzo. En cada ciclo de extensión y
contracción los elastómeros absorben energía, una
propiedad denominada resiliencia.
• Plasticos. Son aquellos polímeros que, ante un esfuerzo suficientemente intenso, se deforman
irreversiblemente, no pudiendo volver a su forma original. Hay
que resaltar que el término plastico se aplica a veces
incorrectamente para referirse a la totalidad de los polímeros.
• 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.
