Polímeros Cerámicos Y Compuestos

Polímeros, cerámicos y compuestos

Fundamentos de la ciencia y tecnología de los polímeros

Polimerización por adición: el proceso se conoce con el nombre de polimerización en cadena. Se inicia con el uso de un catalizador químico (llamado un iniciador) que abre los dobles enlaces de carbono en algunos de los monómeros. Estos monómeros se vuelven altamente reactivos debido a sus electrones libres y capturan otros monómeros para formar cadenas reactivas. Las cadenas se propagan, capturando además otros monómeros, uno a la vez, hasta que se producen grandes moléculas y la reacción termina.

La fórmula química del monómero es la misma que la del mero en el polímero. Ésta es una característica de este método de polimerización. El polipropileno (PP), el policloruro de vinilo (PVC) y el poliestireno (PS) son ejemplos de esta sustitución. La mayoría de los polímeros de adición son termoplásticos, con excepción del poliisopreno que es un elastómero.

Polimerización por pasos:

En esta forma de polimerización se unen dos monómeros reaccionantes para formar una nueva molécula el compuesto deseado. En la mayoría de los procesos de polimerización por pasos (más no en todos), se produce un subproducto de la reacción. El subproducto típico es agua, la cual se condensa, de aquí que se use frecuentemente el término polimerización de condensación para los procesos que producen un condensado.

Debe hacerse notar que el agua no siempre es el único subproducto de la reacción; por ejemplo, el amoníaco (NH3) es otro compuesto simple que se produce en algunas reacciones.

Tanto los termoplásticos como los termofijos son polímeros que sesintetizan por este método, el nylon 6,6 y el policarbonato (PC) son polímeros TP, mientras que el fenol formaldehído y la urea formaldehído son polímeros TS.

Grado de polimerización y peso molecular:

Una macromolécula producida por polimerización consiste en n meros que se repiten. Como las moléculas en un lote de material polimerizado varían en longitud, n es un promedio para el lote y su distribución estadística es normal. El valor promedio de n se llama grado de polimerización (GP). El grado de polimerización afecta las propiedades del polímero, un GP más alto incrementa la resistencia mecánica pero también aumenta la viscosidad en el estado fluido, lo cual hace su grado de procesamiento más difícil.

El peso molecular (PM) del polímero es la suma de los pesos moleculares de los meros en la molécula; es n veces el peso molecular de cada unidad que se repite. Ya que n varía para diferentes moléculas en un lote, el peso de la molécula debe interpretarse como un promedio.

Estereoregularidad:

Tiene que ver con el arreglo espacial de los átomos y grupos de átomos en las unidades repetitivas de la molécula de polímero. Son posibles tres arreglos tácticos, a) isotáctico, en el cual los grupos impares de átomos se colocan del mismo lado de la cadena, b) sindiotáctico, donde los grupos de átomos se alternan en lados opuestos; y c) atáctico, en el cual los grupos se colocan aleatoriamente a cualquier lado.

La estructura táctica es importante para la determinación de las propiedades del polímero. Influye también en la tendencia del polímero a cristalizar.

Polímeros lineales, ramificados y cadena transversal:Los procesos de polimerización que producen macromoléculas con una estructura de cadena, se llama polímero lineal. Esta estructura es característica de un polímero termoplástico. Una alternativa son las cadenas ramificadas lateralmente que se forman a lo largo de la cadena, el resultado es un polímero ramificado

En ciertos polímeros, los enlaces primarios se forman en determinados puntos de contacto entre las cadenas y otras moléculas que constituyen los polímeros de cadena transversal. Las estructuras con un ligero encadenamiento transversal son características de los elastómeros. Cuando decimos que un polímero tiene un alto encadenamiento transversal nos referimos a que tiene una estructura de red. Los polímeros termofijos adoptan esta estructura después del curado.

Los polímeros termoplásticos siempre poseen estructuras lineales, ramificadas o una mezcla de ambas. Las ramificaciones aumentan el enmarañamiento entre las moléculas, haciendo que los polímeros sean generadamente más fuertes en el estado sólido y más viscosos en el estado plástico o líquido a una temperatura dada.

Los termofijos y los elastómeros son polímeros encadenados transversalmente. El encadenamiento es la causa de que el polímero fije su estructura química o fragüe. El efecto es un cambio permanente en la estructura del polímero. Los termofijos son duros y frágiles, en tanto que los elastómeros son elásticos y con gran capacidad para absorber energía elástica (resilencia).

Copolímeros:

Los copolímeros son polímeros cuyas moléculas están constituidas por unidades repetitivas de dos tipos diferentes. Un ejemplo es el copolímero sintetizadoa partir del etileno y del propileno para producir un copolímero con propiedades elastómeras. El copolímero etileno-propileno puede representarse como sigue:

-(C2H4)n (C3H6)m-

Donde n y m fluctúan entre 10 y 20, y las proporciones de los dos constituyentes son alrededor de 50% cada uno.

Los copolímeros pueden poseer diferentes arreglos de sus meros constituyentes. Las posibilidades son, (a) alternante, en el cual los meros se repiten uno cada vez, (b) aleatorio, los meros están acomodados al azar y la frecuencia depende de la proporción relativa de los monómeros iniciales; (c) bloque, los meros del mismo tipo tienden a agruparse en largos segmentos a lo largo de la cadena; y (d) injerto, los meros de un tipo se adhieren como ramas a un tronco de meros de otro tipo. Es también posible sintetizar terpolímeros, que consisten en meros de tres tipos diferentes. En ejemplo es el plástico ABS.

Cristalinidad:

El grado de cristalinidad (la proporción de material cristalizado en masa) es siempre menor que 100%. Conforme aumenta la cristalinidad en un polímero se incrementa:

1) la densidad

2) la rigidez, la resistencia y la tenacidad

3) la resistencia al calor

4) si el polímero es transparente en el estado amorfo se convierte en opaco cuando cristaliza parcialmente.

Numerosos factores determinan la capacidad o tendencia de un polímero a formar regiones cristalinas dentro del material. Estos factores se pueden resumir como sigue:

1) Sólo los polímeros lineales pueden formar cristales

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