INTRODUCCION A LOS POLIMEROS

Definición, clasificación, estructura, aplicaciones, propiedades de los polímeros.

1. Introdución a los
Polímeros
MSc Luis Alberto Laguado Villamizar
Ciencia de los Materiales

2. CONTENIDO
•Historia
•Definición
•Clasificación
•Propiedades
•Reciclaje
•Ciclo de vida

3. Historia
1875
1907
ANT
1920
1839
1846
1860
1869
1930
1955
ACT
SXX
ASFALTO (MEDIO ORIENTE),ALGODÓN (MEXICO), LATEX (MAYAS).
PROCESO DE VULCANIZADO INDUSTRIAL DECAUCHO POR CHARLES GOODYEAR
CHRISTIAN SCHONBEIN (NITROCELULOSA) Y COLOIDON
CELULOIDE (PEINES Y PELICULAS FOTOGRAFICAS)
BOLAS DE BILLAR
ALFRED NOBEL DESCUBRE LA DINAMITA
NUEVAS INVESTIGACIONES
WALLACE HUME CAROTHERS PRIMERA FIBRA SINTETICA (DU PONT) Y POLIURETANOS, PMMA (BAYER)
STAUNDINGER POLIMERO “CADENA MACROMOLECULAR CONSTITUIDA DE ENLACES COV.”
LEO BAEKELAND RESINA TERMOESTABLE A PARTIR DEL FENOL Y FORMALDEHIDO
KARL ZIEGLER Y GIULIO NATTA POLIPROPILNO / ESTEREORREGULARIDAD
NUEVAS TECNOLOGIAS, MATERIALES Y APLICACIONES

4. Definición
►Lospolímerossonmaterialesformadosporlargascadenas
moleculares,derepeticióndeunidadesestructuralesllamadas
monómeros,unidosporenlacescovalentes.
►Polímero(delgriego:“poli”,muchos;“meros”,partes)
►Unmonómeroesunaunidadestructuralbásicaypuedeserde
origennaturalosintético.
n

5. Estructura de los Polímeros
Enlaces covalentes:
►Son enlaces primarios o enlaces fuertes. Al interior de las
cadenas. Los átomos comparten electrones de valencia con
otros átomos. Entre átomos de un mismo elemento o de
afinidad electrónica similar.
►Enlaces direccionales: no conducen la electricidad ni la
temperatura.

6. Fuerzas de Van der Waals:
Son enlaces secundarios o enlaces débiles.
►Se forman por la atracción electrostática entre dos dipolos de
diferentes moléculas
►Estas fuerzas mantienen unidas las cadenas moleculares de los
termoplásticos a temperatura ambiente. Al subir la temperatura estos
enlaces se rompen y el material cambia de fase. Los polímeros pasan
de sólido a un estado de transición vítrea y después a estado líquido.
Enlace covalente fuerte
Fuerzas de
Van der Waals

7. Molécula de Polietileno
Hidrogeno

8. Clasificación de los polímeros
►Segúnsucomportamientomecánicoytérmico,seclasificanen:
termoplásticos,termoestablesyelastómeros.
►Segúnlaestructuradelascadenassepuedenclasificaren
lineales,ramificadasyentrecruzadas.
►Segúnlanaturalezadelosmonómeros:Homopolímeros,
Copolímeros.
►Segúnlaubicacióndelasramificaciones:Isotáctico,
sindiotáctico,atáctico.

9. Según su comportamiento mecánico y
térmico
Servicio Nacional de Aprendizaje SENA, 2005.
POLÍMEROS
Termoplásticos
Parcialmente
Cristalinos
Ejemplo:
polietileno,
polipropileno,
poliamidas
Amorfos
Ejemplo:
Policarbonato,
poliestireno,
polimetalicrato,
policloruro de vinilo
Termoestables
Ejemplo:
Fenol-formaldehido,
úreal-formaldehido,
resina epóxica.
Elastómeros
Ejemplo:
Poliuretano

10. Termoplásticos
►Formadosporlargascadenasflexibles,
puedenserlinealesoramificada,pueden
seramorfosocristalinos.Ejemplo:PE
►Lostermoplásticosseablandanconel
caloryseendurecenenfriándolos.
►Graciasasuflexibilidadyfluidez,se
puedenmoldearporcolada,rotación,
compresión, inyección, soplado,
extrusión.}
►LosTermoplásticossonreciclables
ASKELAND,2007

11. Reciclaje de Polímeros
Símbolo Material Usoscomunes
PET: Tereftalato de
Polietileno
Envases para bebidas
Fibrasde tapetes
PEAD -HDPE:
Polietileno de Alta
densidad
Botellas de leche
Botellas de shampoo
Juguetes
Vasos de plástico
PVC: Policloruro de
Vinilo
Tuberías
Botellas de aceite
Moldes
PEBD -LDPE:
Polietileno de Baja
densidad
Papel envolvente
Bolsas plásticas
PP: Polipropileno
Tapas de botellas
Carcasas
PS: Poliestireno
Platos desechables
Accesorios nevera
NEWELL,2009

12. Estructura Lineal
a.Estructura lineal con enlaces débiles entre cadenas: Termoplásticos.
b. Estructura parcialmente cristalina: se forman regiones
en las cuales las cadenas forman patrones geométricos
(Termoplásticos semicristalinos).
a.Estructura amorfa o vidriosa
(Termoplásticos) Material dúctil.
Cadena de polímeros Cristalino Amorfo
Enlace covalente fuerte
Enlace de hidrógeno
débil
a) Enlaces Cruzados b) Parcialmente Cristalinos

13. Servicio Nacional de Aprendizaje SENA, 2005.

14. PARCIALMENTE CRISTALINOS
PP Polipropileno
PE Polietileno
HDPEPolietileno de alta densidad
LDPE
Polietileno de baja
densidad
POM Polióxido de Metileno
PA Poliamida
AMORFOS
PC Policarbonato
PMMA Polimetacrilato de Metilo
PS Poliestireno
PVC Policlorurode vinilo
PVCw Policlorurode vinilo blando
PVCc Policlorurode vinilo clorado
PVCh Policlorurode vinilo duro
ABS Caucho de Acrilonitrilo
SAN Copolímero de Estireno -
Acrilonitrilo
SB Copolímero de Estireno -
Butadieno
BR Cauchode Butadieno
PTFE Politetrafluor Etileno
PB Polibutileno

15. Moléculas de Termoplásticos
Polietileno, PE
Polipropileno, PP
Poliestireno, PS
Policloruro de vinilo, PVC
Politetrafluoretileno, PTFE

16. Aplicaciones Termoplásticos
PET PEAD
PVC
PEBD Polipropileno
Poliestireno GPPS

17. Poliestireno HIPS Poliestireno EPS
Poliestireno XPS
ABS
PTFE “Teflón”
Poliamida “Nylon”
Aplicaciones Termoplásticos

18. Termoestables
►Estánconstituidosporcadenas
largas(linealesoramificadas)de
moléculasqueestánfuertemente
unidasporenlacescruzados,para
formarestructurasde red
tridimensional.Ejemplo:PU
►Sepresentanenformaderesinas
quesepuedenmoldeara
temperaturaambiente,alcanzando
unaestructurasólidairreversible.
ASKELAND,2007

19. Estructura lineal
Estructura lineal con enlaces fuertes cruzados. Materiales Rígidos
Enlace covalente fuerte
Enlace cruzado
d) Altamente enlace cruzado

20. TERMOESTABLES
SI Resinas de Silicona
UF Resinas de Urea -Formaldehido
UP Poliésteres no saturados
PF Resina de Fenol –Formaldehido
MF Resinade Melamina -Formaldehido
EP Resina Epoxi

21. TIEMPO(MIN)
TEMP ºC
TIEMPO DE GEL
PICO EXOTERMICO
TIEMPO DE
MADURACION
Diagrama exotérmico

22. Aplicaciones Termoestables
Silicona Resinas Uréicas Resinas Poliéster
Resinas Fenólicas Resinas Melamínicas
Resinas Epóxicas

23. Elastómeros
►Tienenlapropiedadderecuperarlaformaoriginaldespuésdeunagran
deformacióncausadaporfuerzasexternas.
►Conocidoscomocaucho,tienenunadeformaciónelásticamayoral
200%,puedensertantotermoplásticoscomotermoestablesligeramente
entrelazados.Lascadenaspoliméricastienenformademoléculasen
espiral.
►Ejemplos:Cauchonatural:“Látex”,Polibutadieno,Neopreno,Caucho
vulcanizado.

24. Estructura con pocos enlaces cruzados: Elastómeros, Materiales
elásticos.
Estructura Lineal
Enlace cruzado
Enlace
cruzado
a) Deformado b) Estirado

25. Servicio Nacional de Aprendizaje SENA, 2005.

26. Deformación en Elastómeros
©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning
™is a trademark used herein under license.
cadenas

27. ELASTÓMEROS
PUR Poliuretano
SBR Caucho de Estireno -Butadieno
MQ Caucho de Silicona
NBR Caucho nitrílico
NR Caucho natural

28. Clasificación estructural
Lineal
Lineal Ramificado
Lineal con
entrecruzamiento
Entrecruzado y
ramificado
ASKELAND,2007

29. Según naturaleza de los
Monómeros:
Homopolímeros
►Todos los monómeros que los constituyen son iguales.

30. Copolímeros
►Estáformadopordosomásmonómerosdeorigen
diferente.

31. Según ubicación de ramificaciones:
Isotáctico
►Esunadisposicióndondetodoslosgrupos
funcionalesramificadosestánalmismoladodela
cadena.Sonconfiguracionesaltamentecristalinas.

32. Sindiotáctico
►Losgruposseencuentranalternadamentea
ambosladosdelacadenaprincipal.Poco
cristalino,menorresistenciamecánica.

33. Atáctico
►Losgruposseencuentranaleatoriamenteaun
ladouotrodelacadenaprincipal.Material
completamenteamorfo,pocasaplicaciones.

34. Propiedades de los Polímeros
3.bp.blogspot.com

35. Resistencia Mecánica
ASKELAND,2007

36. Comportamiento mecánico
Cerámico
Metal
Termoplástico
Elastómero
ASKELAND,2007

37. Esfuerzo deformación NYLON 6,6
ASKELAND,2007
Deformación
Plástica
Deformación
elástica no lineal
Deformación
elástica lineal
Resistencia a la tensión
Tensión (%)
Resistencia a la fluencia
Rebajo

38. Esfuerzo –deformación elastómeros
Esfuerzo ingenieril (psi)
Deformación ingenieril (pulg/pulg)
Desenrollado
de cadenas
Estirado de Enlaces

39. Propiedades mecánicas Termoplásticos
ASKELAND,2007

40. Propiedades mecánicas Elastómeros
ASKELAND,2007

41. Propiedades Mecánicas Termofijos
ASKELAND,2007
Fenólicos
Aminas
Poliésteres
Epóxidos
Uretanos
Silicones

42. Propiedades térmicas Termoplásticos

43. Efecto de la temperatura en Termoplásticos
ASKELAND,2007
Sólido
amorfo:
movimiento
de las
cadenas bajo
esfuerzo
Temperatura de Fusión
Temperatura
Temperatura de Transición Vítrea
Sólido
cristalino:
movimiento
difícil de las
cadenas
Líquido: movimiento fácil
de las cadenas
Vítreo: sólo movimiento
local de segmentos de
cadena

44. Propiedades Térmicas Termoestables
Temperatura de
descomposición

45. Temperaturas de transición
Polímero
Intervalo de
temperatura de
fusión
Intervalo de
temperatura de
transición vítrea (??????
??????)
Intervalo de
temperatura de
procesamiento

46. Conductividad térmica
Material W/mK
Plásticos:
PE
PA(Nylon)
0.32 –0.4
0.23–0.29
Acero 17 –50
Aluminio 211
Cobre 370–390
Aire 0.05

47. BIBLIOGRAFÍA
►ASHBY Michael, SHERCLIFF Hugh, CEBON David. MATERIALS: engineering,
science, processing and design. University of Cambridge, UK Butterworth-
Heinemann, first edition 2007.
http://the-eye.eu/public/WorldTracker.org/Physics/Materials%20Engineering%20%20-
%20Science%2C%20Processing%20and%20Design%20 -
%20M.%20Ashby%2C%20et%20al.%2C%20%28B -H%2C%202007%29%20WW.pdf
►ASKELAND Donald, PHULÉ Pradeep. Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Séptima
edición,Sexta edición, Thomson, México, 2007.
https://drive.google.com/file/d/1YeeQoXjCJndZoX2ZF0O3R2y6RFMiZLxw/view
file:///C:/Users/Mafe%20Pardo%20Lopez/Downloads/Askeland%20Issuu.pdf
►NEWELL James, Ciencia de los Materiales Aplicación e Ingeniería, Primera Edición,
Alfaomega S.A, Mexico,2009