Degradacion De Polimeros

Introduccion

Los materiales polimérlcos orgánicos tienen una aplicación muy amplia y creciente en las industrias contemporáneas, para la fabricación de piezas, equipamiento y especialmente como revestimientos o recubrimientos protectores de equipos e instalaciones en la industria química, debido a la resistencia que presentan en ambientes agresivos. De esta manera, los materiales poliméricos sirven no solamente como substitutos de metales deficitarios y costosos, sino como nuevos materiales que presentan índices fisicoquímicos, mecánicos y de vida útil superiores a los de materiales cerámicos inorgánicos y metales.

En la práctica de protección anticorrosiva, o para fabricación de piezas y equipamientos, son ampliamente utilizados diferentes polímeros sintéticos de ingeniería, como politereftalato de etileno (PET), nylon, polilactona, poliéster, poliurea, policarbonato, poliacrilonitrilo, poliuretano termoplástico (TPU), butadieno estireno (SBR), polibutileno (PBT), polivinilcloruro (PVC), polietileno de alta (HDPE) o de baja densidad (LOPE), etcétera. Los polímeros naturales, como la lana, la seda, la celulosa, el hule o caucho natural o lignina, han sido empleados ampliamente y han tenido mucha importancia a lo largo de la historia.

El proceso de producción de un polímero, a partir de sus monómeros, se denomina polimerización.

Existen varias formas posibles de clasificar los polímeros, sin que sean excluyentes entre sí:

1.- Según su origen: naturales; semi-sintéticos, transformación de polímeros naturales como nitrocelulosa, caucho vulcanizado; sintéticos a partir de monómeros.

2.- Según su mecanismo de polimerización: por condensación; adición; formados por etapas (por ejemplo, poliuretanos); reacción en cadena.

3.- Según su composición química: orgánicos conformados por una cadena principal de átomos de carbono (C); vinílicos (cadena exclusivamente de átomos de carbono): poliolefinas (polietileno y polipropileno}; polímeros estíremeos (poliestireno y caucho estireno-butadieno); polímeros vinílicos halogenados (PVC y PIFE), acrílicos (PMMA); polímeros orgánicos, no vinílicos, los cuales además de carbono, tienen átomos de oxígeno y nitrógeno en su cadena principal: poliésteres, poliamidas, poliuretanos; polímeros inorgánicos: basados en azufre (por ejemplo, polisulfatos), en silicio (por ejemplo, silicona).

4.- Según sus aplicaciones: elastómeros, plásticos, fibras, recubrimientos y adhesivos.

5.- Según su reacción hacia el calor: (a) termoplásticos (polietileno, polipropileno, PVC) y (b) termoreactivos (termoestables). Los polímeros del primer grupo se ablandan y derriten cuando se calientan, y al enfriarse se solidifican de nuevo, restableciendo sus propiedades iniciales. Sin embargo, los polímeros termoreactivos (a base de fenolformaldehida, resina epoxi, poliesteres) durante su calentamiento sufren cambios químicos relacionados con la

formación de una estructura tridimensional, debido a la cual pasan a un estado irreversible sin derretirse (termoestable).

En general, todos los polímeros poseen propiedades fisicoquímicas y tecnológicas muy valiosas, algunas de sus características más importantes son las siguientes:

• Baja densidad: frecuentemente en el rango de 1 300 - 1 500 kg/m3, aunque, el polietileno tiene 920 kg/m3 y el politetrafluoretileno (PTFE) 2 300 kg/m3

• Alta resistencia mecánica: algunos polímeros superan por su resistencia a muchos metales.

• Aislamiento térmico y eléctrico.

• Hidroaislamiento y muy baja absorción de agua.

• Aislamiento de sonido.

• Propiedades adhesivas de alto nivel.

• Alta resistencia química a ácidos, bases y solventes, y en muchos casos de polímeros una resistencia universal.

La degradación de polímeros y su destrucción se produce debido a la acción del medio ambiente que los rodea. Los factores principales que los afectan son agentes químicos líquidos o en forma de gases, calor, radiación solar, influencia mecánica, acción microbióloga. Como consecuencia, los polímeros cambian su estructura y propiedades con una destrucción posterior definitiva.

Cuando su estructura es perturbada pueden ocurrir cambios significativos de sus propiedades mecánicas, entre otras, por lo que el material polimérico no puede ser utilizado. Bajo la acción combinada de ambientes agresivos, carga mecánica, calor, luz y otros factores, los polímeros cambian irreversiblemente sus propiedades iniciales, es decir, envejecen.

Independientemente de esta posibilidad, la mayor parte de estos materiales se caracterizan por una muy alta resistencia química a la acción de medios agresivos, por lo que superan en este sentido a muchos metales.

En condiciones reales los materiales polirméricos son sometidos a diferentes tipos de degradación: por oxidación, acción fotoquímica, radiación, degradación térmica, destrucción mecánica, acción biológica, acción química de gases y líquidos muy agresivos.

La destrucción por oxidación de polímeros se debe a la acción del oxígeno (O2) y el ozono (03). El proceso inicia con la incorporación del oxígeno en la estructura de la cadena de la macromolécula polimérica, formándose así diferentes grupos funcionales, como hidroxilos, carboxilos (COO), peróxidos.

La formación de grupos peróxidos se acelera con el aumento de la temperatura, concentración de oxígeno y radiación solar ultravioleta. Estos grupos funcionales se desintegran fácilmente en radicales libres, que facilitan el proceso de oxidación y destrucción del polímero.

La degradación térmica es resultado de la acción del calor y se acompaña de cambios químicos y físicos en el polímero. El carácter de la destrucción térmica depende de la composición química y estructura del material polimérico.

Por ejemplo, durante el calentamiento de polímeros que contienen grupos de hídroxilos y cloro, liberan agua o cloruro de hidrógeno (HCI), y su composición química cambia. Otros polímeros que no contienen grupos funcionales reactivos, se fraccionan en unidades menores sin cambio en su composición química. Los diferentes polímeros son susceptibles de degradación térmica cuando su temperatura interna sobrepasa cierto límite, llamado temperatura de degradación (Td), a la cual el material pierde 10% de la propiedad física de interés. Existe el parámetro temperatura de vida media (Tm) a la cual el material pierde 50% de su masa a los 30 minutos de tratamiento. Para aumentar su resistencia a degradación térmica se introducen en su composición diferentes compuestos estabilizadores, como sales de cadmio (Cd) y calcio (Ca), aminas

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