1 FACULTAD DE INGENIERÍA – UNJu QUIMICA ORGANICA San Salvador de Jujuy 2016 2016 POLIMEROS PARTE 2 Ing. Saluzzo Luciana Ing. Saluzzo Luciana

2 ELASTOMEROS Sustancias naturales o sintéticas dotadas de gran elasticidad, con una estructura reticulada, a base de macromoléculas largas y filiformes unidas entre sí, con una propiedad singular: la de su expansibilidad reversible.

3 Plásticos ELASTÓMEROS Propiedades Aplicaciones principales Caucho natural Resistente al desgaste y al impacto, buen aislante eléctrico. Neumáticos, juntas, tacones y suelas de zapatos. Polibutadieno (BR) Resistente a las bajas temperaturas y al desgaste. Neumáticos. Policloropreno (CR) Resistente al calor y a los esfuerzos mecánicos. Cintas transportadoras, manqueras, cables, trajes de submarinista. Polisiloxano (SL) Ligero, alta resistencia mecánica y resistente al desgaste, buen aislante. Materiales aislantes eléctricos y térmicos, prótesis, adhesivos. ELASTOMEROS

4 ELASTOMEROSNEOPRENO Acetileno Monómero cloropreno Neopreno Producto similar al caucho natural pero con propiedades técnicas superiores. Se usa como trajes para submarinismo, aislamiento eléctrico y correas para ventiladores de automóviles. Su inercia química le hace útil en aplicaciones como sellos (o juntas) y mangueras, así como en recubrimientos resistentes a la corrosión. También puede usarse como base para adhesivos. Sus propiedades también lo hacen útil como aislante acústico en transformadores. Su elasticidad hace que sea muy difícil plegarlo. Su flexibilidad también lo hace apto para diseñar fundas que se ajusten perfectamente al objeto que se desea proteger

5 ELASTOMEROS POLIISOPRENO (o caucho natural) El caucho natural se obtiene de cierto tipo de árboles (especies Hevea, Ficus y otras) que exudan una substancia blanca y lechosa, el “látex”, cuando se hace una incisión profunda en su corteza (el árbol no se daña). El latex contiene 30-36% de caucho en forma de pequeñísimas gotas en suspensión, el que es obtenido en forma solida por “coagulación” mediante acido fórmico (HCOOH) o acético (CH 3 COOH) a un pH de 4,8 a 5,0. El poliisopreno puede extraerse de la savia del árbol de la Hevea, pero también puede sintetizarse por medio de la polimerización Ziegler-Natta. Este es un raro ejemplo de un polímero natural que puede hacerse casi tan bien como lo hace la naturaleza.

6 ELASTOMEROS CAUCHO NATURAL Y CAUCHOS SINTÉTICOS Después se mezcla, en otras maquinas “amasadoras”, con substancias tales como oxido de cinc (ZnO), acido esteárico, antioxidantes, azufre, pigmentos y plastificantes, los que se incorporan al caucho original; un alto contenido de azufre produce cauchos del tipo rudos y poco flexible. En la industria se utiliza generalmente mezclas de cauchos natural y sintético de diversos tipo. En muchos casos es conveniente “vulcanizar” el caucho Este caucho coagulado se procesa en cilindros rotatorios, para obtener el “caucho bruto”. Este material es flexible, pero con el tiempo se oxida lentamente y comienza a fragilizarse, por lo que debe ser sometido a otros procesos. La siguiente etapa, “masticación”, se hace mediante molinos de rodillos, con lo cual el caucho de flexibiliza aún más..

7 Amasando el caucho con S y calentándolo a una T superior a 100 ºC (125-150ºC), el S se combina químicamente con el caucho. El producto no se deforma por el calor, no es quebradizo en frío y sobre todo, no es pegajoso. Si se estira un trozo, recupera después de la tensión su forma primitiva. ELASTOMEROS CAUCHOS SINTÉTICOS – VULCANIZACION Se forman puentes de cadenas de S entre las moléculas de caucho dando una trama total. Proceso llamado VULCANIZACIÓN. El negro de humo y óxidos de Zn y Pb, y productos orgánicos, actúan como acelerantes de la vulcanización, dando un caucho más tenaz y duradero.

8 Variedad de cauchos sintéticos: “Buna 85" esta formado por polimerización del butadieno, "Neopreno" por polimerización del cloropreno, "Perbunan N" a partir del butadieno y el cianuro de vinilo, "Buna S" a partir del butadieno y el estirol, Otros menos "ameripol", "koroseal", "thincol", "chemigum", etc. ELASTOMEROS CAUCHOS SINTÉTICOS – VULCANIZACION La formación de los distintos cauchos sintéticos se basa en la polimerización del butadieno o de homólogos (isopreno) o derivados (cloropreno) que tiene la misma estructura.

9 ELASTOMEROSGUTAPERCHA Se obtiene de ciertos arboles. La gutapercha silvestre, goma, era exudaba del tronco y se arrancaba como masas coaguladas. Hoy la masa lleva un tratamiento con agua. El lavado da un producto de mayor pureza. La gutapercha se comprime en bloques que se envían al mercado. La gutapercha tiene la misma formula empírica que el hidrocarburo del caucho, pero mientras el caucho es el isómero cis, la gutapercha es el isómero trans.

10 CAUCHO y GUTAPERCHA Ejemplo: CAUCHO y GUTAPERCHA n  1.500-15.000 M  100.000- 1.000.000 Caucho cis CLASIFICACIÓN DE POLIMEROS: CLASIFICACIÓN SEGÚN SU ESTRUCTURA MOLECULAR Cristalino Amorfo Cristalino Amorfo Monómero: Isopreno (2-metil-1,3-butadieno) (2-metil-1,3-butadieno)

11 n  100 M  7.000 trans Gutapercha El caucho es menos lineal que la gutapercha. La disposición cis de los dobles enlaces dificulta en una colocación ordenada de unas moléculas con otras para dar lugar a una estructura cristalina  el caucho es AMORFO  la gutapercha es más CRISTALINA La gutapercha es mas dura y menos flexible que el caucho Recubrimiento cables Recubrimiento cables (aislante eléctrico) (aislante eléctrico) Recubrimiento pelotas golf Recubrimiento pelotas golf

12 Polímero amorfo: Moléculas sin ningún orden de acomodo físico, comparado con un plato de Spaghetti después de hervir. Ejemplo de estos materiales es el vidrio y por ello a estos polímeros se les conoce también como vítreos. Polímeros cristalinos: Algunos polímeros exhiben ordenamiento parcial en regiones llamadas cristalitos. Se distinguen regiones de 2 clases: las cristalinas, con cadenas dobladas varias veces en zigzag alineadas y otras regiones amorfas. El % de zonas cristalinas puede ser muy alta, como en el polietileno, en el nylon y en la celulosa. El enfriamiento muy rápido, de un polímero fundido, puede reducir considerablemente el grado de cristalinidad.

13 TERMOESTABLES POLIESTERES LINEALES – POLICARBONATOS Policarbonato Placas El policarbonato toma su nombre de los grupos carbonato en su cadena principal. El policarbonato es un grupo de termoplásticos fácil de trabajar, moldear y termoformar, y son utilizados ampliamente en la manufactura moderna. Ej. Policarbonato de bisfenol A

14 TERMOESTABLES SINTESIS DE POLICARBONATO Se trata el bisfenol A con NaOH. El grupo hidroxilo toma un protón del bisfenol A. Se forma una molécula de agua y una sal sódica del bisfenol A.

15 TERMOESTABLES SINTESIS DE POLICARBONATO La sal de bisfenol A puede donar un par de e - al átomo de carbono del fosgeno. (El C se encuentra deficiente de e - ) Se restituye el enlace C=O. El ion cloruro se une con el ion sodio para formar NaCl. Una segunda molécula de bisfenol A puede atacar tal como lo hizo la primera

16 TERMOESTABLES SINTESIS DE POLICARBONATO Los grupos salinos de la gran molécula pueden reaccionar con más fosgeno, la molécula crece hasta que obtenemos el policarbonato

17 TERMOESTABLES POLIESTERES LINEALES – POLICARBONATOS USOS: Óptica: usado para crear lentes para todo tipo de gafas, Electrónica: se utilizan como materia prima para CD, DVD y algunos componentes de los ordenadores. Seguridad: cristales antibalas y escudos anti-disturbios de la policía. Diseño y arquitectura: cubrimiento de espacios y aplicaciones de diseño. Moldes de Pastelería: utilizados para la elaboración de bombones y figuras de chocolate. Tiene gran resistencia a los impactos y a la temperatura así como a sus propiedades ópticas.

18 TERMOESTABLES POLIESTERES LINEALES - POLIETILENTEREFTALATOS Plástico muy usado en envases de bebidas y textiles. Plástico muy usado en envases de bebidas y textiles. Tereftalato de polietileno, polietilentereftalato o polietileno Tereftalato (más conocido por sus siglas en inglés PET, Polyethylene Terephtalate) Se obtiene mediante una reacción de condensación entre el ácido tereftálico y el etilenglicol. Es un polímero termoplástico lineal, con un alto grado de cristalinidad.

19 TERMOESTABLES POLIESTERES LINEALES - POLIETILENTEREFTALATOS -TPA ácido tereftálico -TPA ácido tereftálico -DMT dimetiltereftalato -DMT dimetiltereftalato -Por esterificación el TPA o DMT con glicol etilénico se obtiene el monómero bis-(2- hidroxietil)tereftalato, -En una fase sucesiva, mediante policondensación, se polimeriza en PET En la reacción de esterificación, se elimina agua en el proceso del TPA y metanol en el proceso del DMT. La reacción de policondensación se facilita mediante catalizadores y elevadas temperaturas (arriba de 270°C).

20 NYLONS (POLIAMIDAS) NYLONS (POLIAMIDAS) NYLONS 6,10 (POLIAMIDAS) NYLONS 6,10 (POLIAMIDAS) + Nylon es el nombre común de las poliamidas sintéticas Nylon 6,10: seis átomos de carbono del 1,6- diaminohexano y diez átomos de carbono del ácido dicarboxílico.

21 Nylon 6,6 también llamado nylon 66, es el más útil de las poliamidas. Nylon 6,6 también llamado nylon 66, es el más útil de las poliamidas. NYLONS (POLIAMIDAS) NYLONS (POLIAMIDAS) + La designación de 6,6 surge porque está hecho de diamina de seis carbono y ácido dicarboxílico de seis carbono.

22 NYLONS 6,6 (POLIAMIDAS) NYLONS 6,6 (POLIAMIDAS) NYLON: UNIONES PUENTE DE HIDRÓGENO ENTRE CADENAS Es resistente, translúcido blanco, semicristalino, un material de alto punto de fusión (255 ºC).

23 Otra clase de Nylon es el Nylon 6. Es muy parecido al nylon 6.6, excepto que tiene sólo un tipo de cadena carbonada, de seis átomos de largo, es más suave y tiene menor punto de fusión. NYLONS 6 (POLIAMIDAS) NYLONS 6 (POLIAMIDAS)

24 SILICONAS La silicona es un polímero inorgánico derivado del polisiloxano, está constituido por una serie de átomos de silicio y oxígeno ambos alterados. Es inodoro e incoloro hecho principalmente de silicio. Es la silicona más común es la polidimetil siloxano. La silicona es inerte y estable a altas temperaturas, lo que la hace útil en gran variedad de aplicaciones industriales, como lubricantes, adhesivos, moldes, impermeabilizantes, y en aplicaciones médicas y quirúrgicas, como prótesis valvulares, cardíacas e implantes de mamas.

25 Uno de los pomos contiene un polímero de bajo peso molecular con grupos epoxi en sus extremos, mientras que el segundo pomo contiene una diamina POXIPOL 1 ¿Por qué el pegamento epoxi (Poxipol) viene en dos pomos diferentes que se mezclan?

26 POXIPOL 2 Cuando se mezclan ambas partes, el diepoxi y la diamina reaccionan entre sí mediante el ataque del par electrónico libre del grupo amino a uno de los carbonos unidos al oxígeno del epóxido.

27 POXIPOL 3 No sólo el mismo grupo amino puede volver a reaccionar, sino que tanto el grupo amino como el époxido que aún no han reaccionado pueden hacerlo, y por sucesivas reacciones las moléculas se enlazan para formar una red entrecruzada gigantesca. La rigidez del polímero dependerá del grado de entrecruzamiento, y esto a su vez de la relación amina- epóxido que se utilice. Por eso, es posible regular la dureza del Poxipol de acuerdo a la cantidad de material que se tome de cada pomo.

28 SÍNTESIS DEL POLÍMERO ADITIVOS QUÍMICOS: Para conseguir una propiedad determinada. ADITIVOS QUÍMICOS: Para conseguir una propiedad determinada. Los antioxidantes: Protegen al polímero de las degradaciones químicas causadas por el oxígeno o el ozono, estabilizadores ultravioleta (que protegen de la intemperie), los plastificantes (que producen más flexibilidad), los lubricantes (que reducen la fricción) y los pigmentos que colorean los plásticos. MOLDEADO Y ACABADO: La forma final de los polímeros puede conseguirse por medio de varias técnicas. Las técnicas más comunes son la extrusión y el moldeo. Estas técnicas son únicamente válidas para la fabricación de polímeros termoplásticos, pues los termoestables, al no fundirse, necesitan unos procesos más complicados.

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31 Plastificantes Son aditivos, compuestos orgánicos que se disuelven en un polímero,casi siempre ftalatos que dan a plásticos duros como el PVC la flexibilidad y durabilidad deseadas. Trabajan incrustándose entre las cadenas de polímeros espaciándolas (incrementando el "volumen libre"), descendiendo así de forma significativa la temperatura de transición vítrea para el plástico haciéndolo más suave. Ej: El ftalato de di-2-etilhexilo se adiciona al policloruro de vinilo, que en el caso normal es un polímero frágil, para obtener productos como impermeables de vinilo, cortinas para regaderas y mangueras de jardín. Ftalato de di-2-etilhexilo Plastificante Se debe tener en cuenta la permanencia del plastificante en el polímero, algunos plastificadores se evaporan y tienden a concentrarse en un espacio cerrado. El “olor a vehículo nuevo” es el del plastificante que se ha evaporado de la tapicería de vinilo. Cuando se evapora una parte apreciable del plastificante, tapicería se vuelve frágil y se agrieta.

32 POLIMEROS BIODEGRADABLES Aquellos polímeros que se pueden descomponer en pequeños segmentos mediante reacciones catalizadas por enzimas que provienen de microorganismos. Ej: si un determinado acetal se adiciona a un alqueno que tenga una polimerización por radicales, los grupos éster se insertarán en el polímero formando uniones débiles susceptibles a la hidrólisis catalizadas por las enzimas. Los enlaces C-C de los polímeros de adición son inertes a reacciones catalizadas por enzimas, por lo que no son biodegradables a menos que se inserten enlaces que se puedan romper con enzimas. Para hacer que un polímero sea biodegradable se puede insertar grupos éster hidrolizables dentro de él.

33 POLIMEROS BIODEGRADABLES Polímeros biodegradables más utilizados en medicina

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35 PLÁSTICOS RECICLADOS SÍMBOLOS DE RECICLAJE DEL PLÁSTICO SÍMBOLOS DE RECICLAJE DEL PLÁSTICO Las flechas que forman esa especie de estrecho anillo triangular son señal de que el producto plástico puede ser reciclado de alguna forma. Los números y las letras indican tipo de plástico

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