INDICE.
1. INTRODUCCION
2. FORMACIÓN DE POLIMEROS
3. CLASIFICACIÓN Y PROPIEDADES DE LOS POLIMEROS
3.1 Polímeros Termoplásticos
3.2 Polímeros Termoestables
3.3 Elastómeros
4. FORMAS COMERCIALES
5. APLICACIONES
5.1 Polímeros Termoplásticos
5.1.1 Polietilenos
5.1.2 PVC
5.1.3 Polipropileno
5.1.4 ABS
5.1.5 Poliamidas
5.2 Polímeros Termoestables
5.2.1 Resinas fenólicas
5.2.2 Resinas epoxi
5.2.3 Poliésteres insaturados
5.3 Elastómeros
5.3.1 Cauchos naturales
5.3.2 Cauchos sintéticos
1. INTRODUCCIÓN
Lo que habitualmente se entiende por materiales plásticos, son en realidad materiales poliméricos orgánicos, siendo los primeros un grupo extenso de estos.
La palabra polímero (derivada del griego polys= muchos, y meros = partes) se usa para designar a macromoléculas orgánicas formadas por la repetición de unidades estructurales (átomos o grupos de átomos).
2. FORMACIÓN DE POLIMEROS.
De forma previa a estudiar las variedades de polímeros, es interesante conocer cómo se forman estos, pues va a marcar las clases y propiedades de los mismos ya que conforme aumenta el tamaño del polímero se incrementara su punto de fusión y se hace más resistente y rígido.
Como decimos, los polímeros están formados por moléculas gigantescas (macromoléculas) con una alta masa molecular, formadas por la unión repetida de gran número de moléculas más pequeñas, iguales o distintas, conocidos como meros. El mecanismo de formación de estas macromoléculas adquiere el nombre de polimeración, la cual puede tener lugar de las siguientes maneras:
· Adición, unión de monómeros por medio de dobles y triples enlaces. Si interviene un solo tipo de monómero se origina un homopolímero y si son dos o más un copolímero.
· Polimeración por condensación, en este caso se unen moléculas polifuncionales, con separación de productos sencillos no polimerizables (H2O, ClH, NH3, CH3OH y otros).
Los polímeros termoplásticos podrán estar formados por adición o condensación, mientras que los termoestables sólo lo harán por condensación.
Aunque el mecanismo de estas reacciones está perfectamente definido, se puede controlar su marcha utilizando activadores, retardadores e inhibidores cuya misión es acelerar, disminuir o incluso paralizar la reacción.
3. CLASIFICACIÓN Y PROPIEDADES.
La clasificación más usual divide a los polímeros en los dos siguientes grupos:
a. Materiales plásticos propiamente dicho; grupo grande y variado de materiales poliméricos sintéticos cuya forma se obtiene por procesos de conformado y moldeado. Según como estén enlazados químicamente las cadenas moleculares se subdividen en termoplásticos y termoestables.
b. Materiales elastómeros o gomas, estos son materiales que sufren gran deformación elástica al someterlos a tracción o compresión pudiendo recuperar su forma (total o parcialmente) al retirar la fuerza ejercida.
3.1 Termoplásticos.
Deben su nombre al hecho de ser fusibles y en este estado poder ser moldeados. El moldeo se puede realizar, teóricamente, un número ilimitado de veces, pero en la práctica esto no es del todo cierto pues en cada fusión se destruye parcialmente la macromolécula.
Están formados por cadenas lineales, con o sin ramificaciones. Estas moléculas quedan entrelazadas unas con otras pero sin que se reticulen los enlaces covalentes. Los enlaces serán de tipo secundario.
El endurecimiento de los polímeros termoplásticos puede realizarse por varias vías:
Þ Elevando su peso molecular, aunque cada sustancia tiene un punto en que este factor pierde su influencia.
Þ Aumentando su grado de cristalinidad y consecuentemente su densidad. Un claro ejemplo de este tipo es el polietileno de alta densidad.
Þ Introduciendo grupos atómicos en las cadenas principales.
En cuanto a las propiedades de estos materiales hemos de destacar que son ligeros, con densidades relativas alrededor de la unidad, buenos aislantes eléctricos y térmicos. Presentan permeabilidad a los gases y vapores (aumentando conforme aumenta la cristilinidad) además de no sufrir problemas de corrosión
Tienen la capacidad de transmitir la luz, tomar color y disponer de brillo que da a los objetos fabricados diversidad de combinaciones estéticas.
Como inconvenientes destacan su baja resistencia mecánica y su baja temperatura máxima de uso, pues no se pueden superar temperaturas mayores de 150ºC para la mayoría de los termoplásticos.
3.2 Termoestables.
Son materiales poliméricos conformados con una forma permanente y endurecidos por reacciones químicas, no pudiéndose fundir pues se degradan por calentamiento a alta Tª. Es decir, no se vuelven viscosos sino que sufren termólisis y se carbonizan.
Su estructura está formada por unas retículas entre cadenas moleculares que se producen en las reacciones de curado, favoreciéndose a altas temperaturas (por ello también se les conoce como termoendurecibles) formando una red espacial que se traduce en una limitación de movimientos de los segmentos moleculares.
Debido a esta estructura reticulada y a la limitación de movimiento poseen mayor rigidez y dureza relativa que los termoplásticos, incluso a mayores temperaturas. Además poseen una alta estabilidad térmica y estabilidad dimensional gracias a las uniones entrelazadas que evitan su paso al estado fluido.
Al igual que los termoplásticos, son ligeros y muy malos conductores del calor y la electricidad lo cual se utilizará para su aplicación como aislantes. Poseen buenas propiedades ópticas y son resistentes a la corrosión.
Los materiales termoestables coinciden en cuanto a propiedades no competitivas con los termoplásticos, pues presentan muchas limitaciones en cuanto a su resistencia mecánica y rango de temperaturas de uso.
3.3 Elastómeros
Los elastómeros destacan por poder sufrir altas deformaciones de tipo elástico, es decir, que al cesar el esfuerzo que genera la deformación, recuperan al menos parcialmente su forma original.
Son de estructura amorfa, constituidos por macromoléculas largas, voluminosas y enrolladas. Estos materiales pueden ver aumentada su resistencia mecánica mediante vulcanizado. La vulcanización fue descubierta por GoodYear en 1839; es una reacción química que genera un entrecruzamiento de cadenas poliméricas dando otras más voluminosas con menor movilidad.
4. FORMAS COMERCIALES.
Las formas en las que podemos encontrar los polímeros en el mercado dependerán, lógicamente, de su modo de conformación. La elaboración se lleva a cabo por alguno de los siguientes procedimientos:
· Por moldeo por compresión. Los polímeros termoestables pueden conformarse colocando el material sólido en moldes calientes. La aplicación de temperatura y altas presiones implica el llenado del molde, las reacciones de curado y el endurecimiento.
· Por moldeo por inyección en moldes metálicos. Este es un método mucho más eficaz y económico que el anterior. Solo es aplicable a termoplásticos, pues es necesaria la fusión del material. De esta forma se obtienen una enorme variedad de piezas con formas compleja.
· Conformación por deformación plástica. Las materias plásticas reblandecidas por el calor son sometidas a procesos de:
Þ Laminación, ofreciendo planchas y láminas de distintos espesores.
Þ Calandrado, fabricándose películas de plásticos de muy delgado espesor.
Þ Extrusión, forzando al material a fluir por matrices con las se consiguen tubos y perfiles con las secciones deseadas. Además todos estos perfiles podrán ser doblados, curvados…etc.
Þ Embutido y soplado, conformando formas huecas como depósitos, contenedores, botellas…etc.
5. APLICACIONES.
Dentro de cada grupo de polímeros vamos a destacar aquí los más importantes comercialmente junto con sus aplicaciones en la industria
5.1 Termoplásticos
5.1.1 Polietileno. Donde distinguimos:
Polietileno de Baja densidad. También llamado LPDE por sus siglas en inglés; este termoplástico tiene cadena ramificada, que hace que tanto su grado de cristalinidad como su densidad disminuyan..
Generalmente el LDPE se produce en forma de finas películas por calandrado para la fabricación de embalajes y bolsas.
Polietileno de Alta densidad. Conocido este como HPDE. Presenta ramificaciones muy pequeñas sobre las cadenas principales lo hace que la unión de las cadenas es más próxima e intensa aumentando con ello su cristalinidad y resistencia.
Es el material plástico más usado, pues además de su bajo coste, existen infinidad de aplicaciones debido a la gran tenacidad y flexibilidad que presenta a T ambiente y bajas temperaturas, unido con buena resistencia mecánica, resistencia a la corrosión…etc.
Entre sus aplicaciones podemos citar el aislamiento de cables eléctricos, fabricación de contenedores, envases, botellas, bolígrafos, carcasas de electrodomésticos…etc.
5.1.2 Cloruro de Polivinilo y copolímeros (PVC)
Es el 2º plástico en importancia comercial. Su extenso uso se debe a su alta resistencia y estabilidad química y a su facilidad para ser mezclado con aditivos y dar una amplia variedad de compuestos con distintas propiedades físicas y químicas.
El PVC, por sí sólo, es un polímero amorfo de baja flexibilidad (provocada por los momentos bipolares a causa del Cl de su composición). Mediante la adición de aditivos como plastificantes, lubricantes y estabilizantes se consigue que el PVC pueda ser procesado y convertido.
Se utiliza como aislante eléctrico, en tuberías, canalones, decoración, tapizado de muebles, depósitos…etc.
5.1.3 Polipropileno (PP)
Es el tercero más usado. Puede sinterizarse de materiales petroquímicos residuales por lo que su coste de producción es muy bajo en comparación con los anteriores. Presenta buena resistencia química a la humedad y al calor, baja densidad, buena dureza superficial y una flexibilidad notable.
El grupo metilo introducido en su estructura provoca una disminución del movimiento de cadenas aumentando así la resistencia si bien se pierde flexibilidad.
Se utiliza en productos del hogar, embalajes, utensilios de laboratorio, tapizado de automóviles…etc.
5.1.4 ABS
Su nombre viene de los tres monómeros que lo forman: Acrilonitrilo, Butadieno y Estireno.
Su amplio rango de propiedades útiles en la industria es debido a la contribución de cada componente. El Acrilonitrilo le confiere tenacidad, el butadieno buena resistencia al impacto y el estireno rigidez y facilidad de procesamiento.
Se aplica en herramientas, piezas mecánicas, utensilios, tuberías, ordenadores, teléfonos…etc.
5.1.5 Poliamidas
Las poliamidas o nylon son termoplásticos procesables por fusión cuya cadena principal incorpora un grupo amida repetitivo. Son altamente cristalinos, poseen alta flexibilidad, alta lubricidad y buena resistencia a la abrasión.
Son uno de los grupos más usados en la industria, empleándose en forma de láminas, espumas, cojinetes no lubricados, piezas antifricción. En forma de hebras o fibras se utiliza como fase reforzante en materiales composites. Se consiguen así buenas propiedades mecánicas con muy bajas densidades.
El rango de materiales termoplásticos es amplísimo. Además de los nombrados también cabe nombrar otros como los poliésteres, policarbonatos, poliestirenos, el polimetilmetracrilato (PMMA)…etc.
5.2 Termoestables
Dentro de este grupo destacan los fenólicos y las resinas epoxi.
5.2.1 Fenólicos
Fueron los primeros y principales plásticos usados en la industria (Bakelitas) y se siguen usando por su bajo precio y buenas propiedades. Se obtienen por reacción de fenol y formaldehído por polimerización por condensación.
Las resinas fenólicas poseen buena dureza, rigidez y resistencia (mecánica y química) por lo que se utilizan en aplicaciones que requieran de estas características como dispositivos eléctricos, conectores y relés térmicos…otras aplicaciones son la fabricación de moldes para metales de bajo punto de fusión, como adhesivos…etc.
5.2.2 Resinas epoxi
Su estructura molecular les confiere dureza y resistencia. Además como principal características cabe destacar su bajo peso molecular en estado líquido, pudiéndose utilizar como lubricantes y adhesivos.
Como otras aplicaciones podemos citar la fabricación de barnices, material de recubrimiento en la industria eléctrica (alta resistencia dieléctrica), de la construcción e infraestructura viaria, pavimentos industriales, ornamentación…etc.
5.2.3 Poliésteres insaturados
Poseen muy baja viscosidad lo que les permite ser mezclados con gran cantidad de materiales de relleno y reforzantes para formar composites. Se pueden llegar a mezclar con hasta un 80% de fibra de vidrio. Sus usos por tanto comprenden la fabricación de piscinas, palas de aerogeneradores, recubrimientos…etc.
5.3 Elastómeros
5.3.1 Caucho natural
El caucho natural es el poliisopropeno. La materia prima del mismo es un líquido lechoso llamado Latex en cual se encuentran en suspensión las partículas de caucho. A partir de él se obtiene el caucho natural, el cual es muy elástico, si bien a bajas Tº se vuelve quebradizo y a elevadas Tº pegajoso, aunque mejora notablemente sus propiedades mecánicas tras el proceso de vulcanización (caucho+Azufre+negro de humo+Temperatura).
Tiene excelentes propiedades de resiliencia y baja histéresis (medida de la energía que absorbe al caucho cuando se deforma.). La principal aplicación del caucho natural es la fabricación de neumáticos.
5.3.2 Cauchos sintéticos
La escasez de caucho natural obligó a Alemania durante la 1ª Guerra Mundial a obtener sintéticamente polímeros con propiedades similares al caucho. Hoy por hoy estos suponen más del 80% de la producción de caucho mundial. Los más utilizados son
Þ El neopreno utilizado como aislante de cables eléctricos y aislante en térmicos,
Þ Las siliconas utilizadas como lubricantes, adhesivos o material de sellado.
Þ El EPDM, producido por extrusión dando lugar a juntas exteriores para la industria automovilística…etc.
6. CONCLUSIÓN.
Para concluir la exposición queremos resaltar la importancia que los materiales poliméricos han alcanzado en la industria, donde funcionan de manera excelente como materiales complementarios a los aceros, aleaciones ligeras, cerámicos…etc. Su crecimiento y expansión se basa precisamente en las propiedades nombradas: baso peso específico, alta resistencia eléctrica y por supuesto su facilidad de transformación y manufactura. Lástima que su estrecho rango de temperaturas de utilización y su baja resistencia mecánica frenen su expansión.