Transcript Tema 16 materiales plasticos tecnologia

Un plástico es un variado grupo de materiales de origen orgánico
cuya importancia crece cada día, están constituidos por
macromoléculas de elevado peso molecular cuyo principal
componente es el carbono estas moléculas reciben el nombre de
polímeros.
 Las moléculas de alto peso molecular se constituyen por repetición
sucesiva de unidades químicas simples (monómeros), que se unen
mediante una reacción llamada polimerización.
 Los polímeros poseen las siguientes características:
- Bajos costes de producción.
- Alta relación resistencia/densidad.
- Elevada resistencia al ataque químico.
- Alta constante dieléctrica.
- Pequeña conductividad calorífica.
- Baja temperatura de fusión.

Los polímeros están constituidos por macromoléculas que se
obtienen por la repetición de una unidad simple (recurrente) que
proviene de una molécula sencilla (monómero) mediante una
reacción de polimerización.
El numero de monómeros que se repiten en una misma molécula
de polímero se conocen como grado de polimerización.
Existen 2 tipos fundamentales de polimerización:
Poliadicion.
Policondensacion.

Consiste en la yuxtaposición de las
unidades de un mismo monómero. Si
se polimerizan conjuntamente 2
monómeros distintos el proceso se
denomina copolimerizacion y la
macromolécula que se obtiene es un
copolimero.
Se produce una reacción que, a la vez que une un
monómero a una cadena de ellos genera pequeñas
moléculas de subproductos. En la cadena resultante
aparece siempre un grupo característico que se repite
muchas veces como resultado de la reacción de 2 extremos
de la cadena.
Esto se produce mediante reactores de policondensacion:


El valor medio del peso molecular es un dato
importante, pues cuanto mayor sea este mayores
serán la resistencia a la tracción y la temperatura
de fusión del producto fabricado. Dentro de un
polímero existen 2 tipos de fuerzas de enlace:
- Intramoleculares: unen átomos y forman
moléculas.
- Intermoleculares: mantienen a las
moléculas unidas entre si.
 Según
los enlaces que existen entre
sus cadenas, los polímeros se pueden
clasificar en 3 tipos:
- Termoplásticos.
- Termoestables.
- Elastómeros.
Son polímeros lineales, es decir, las
moléculas solamente crecen en una
dirección y su estructura puede ser sencilla o
ramificada. Cuando se calientan a
temperaturas bajas, los débiles enlaces
intermoleculares se rompen y se ablanda
hasta que se convierten en líquidos (100130ºC). Esta característica facilita el
conformado de los polímeros termoplásticos
por medio de moldeo. El inconveniente es
que solo se pueden utilizar en ambientes y
situaciones de temperaturas moderadas.

Este tipo de polímeros se caracteriza por
presentar enlaces covalentes entre sus
moléculas, se obtiene una estructura
reticulada. Cuando se calienta un polímero
de este tipo, sus moléculas a causa de sus
fuertes enlaces intermoleculares no deslizan,
después de terminados no pueden
ablandarse ni moldearse de nuevo por la
acción del calor. Son plásticos obtenidos por
condensación, se moldean antes de que la
reacción haya llegado a su fin (fraguado).
Son polímeros formados por largas moléculas,
unidas de un modo disperso por enlaces fuertes.
El ejemplo mas típico es la goma natural o
poliisopreno. El monómero isopreno posee dos
enlaces dobles, de los que solo emplea uno en
polimerizarse de forma lineal. Cuando se añade
una cantidad baja de azufre se produce el
proceso denominado vulcanización (las
moléculas se unen actuando el azufre como
puente entre ellas).
Los elastómeros son materiales muy elásticos, al
aplicar una tensión, las cadenas de polímero se
estiran, alcanzando longitudes superiores a la
primitiva.

Un polímero se puede ablandar y hacer
muy flexible añadiéndoles unos
materiales orgánicos de bajo peso
molecular, denominados plastificantes.
si se añade una cantidad elevada de
plastificantes, las fuerzas
intermoleculares en el polímero se
hacen muy pequeñas y este se vuelve
liquido (pinturas plásticas).

Estos polímeros se pueden dividir en 4
grandes grupos:
-
Poliolefinas.
Polímeros vinilicos y acrílicos.
Fibras orgánicas.
Termoplásticos especiales.
Las mas importantes son el polietileno y el
polipropileno. Se forman respectivamente
a partir de los monómeros etileno y
propileno que se obtienen en los procesos
de refino del petróleo y gas natural.
Estas se subdividen en:
- Polietileno
- Polipropileno
Es uno de los polímeros mas estables e inertes a los agentes
químicos. Presenta una excelente combinación de
propiedades mecánicas y eléctricas que lo hacen apto para
múltiples usos industriales, el inconveniente es que es
bastante blando. Otras características importantes son su
transparencia y baja densidad.
Existen 2 clases:
Polietileno de baja densidad: es el llamado polietileno
ramificado, a causa de que sus cadenas presentan múltiples
ramificaciones. Es muy estable e inerte a los agentes
químicos.
Polietileno de alta densidad: En su estructura apenas existen
ramificaciones, por lo que su grado de cristalización es alto y
su densidad, resistencia mecánica, rigidez y punto de fusión
son mayores que en la variedad de polietileno anterior.

El grado de cristalización del
polipropileno industrial esta
comprendido entre el 60 y 75% por ello
es mas rígido y tiene un mayor punto de
fusión que el polietileno. Es el plástico
industrial de menor densidad, su
limitación reside en su fragilidad a bajas
temperaturas. Es un material incoloro o
de coloración clara, resistente a la
tracción y al choque y con buenas
propiedades eléctricas. Sus aplicaciones
son semejantes a las del polietileno.
Son polímeros derivados de monómeros vinilicos. Expondremos las
principales características de algunos de ellos:
-Cloruro de polivinilo (PVC): Es un material vítreo a temperatura ambiente, muy
resistente y rígido, aunque tiene baja tenacidad. Es difícil de trabajar por su
alta viscosidad, incluso a temperaturas elevadas. Se utiliza en la fabricación
de tuberías, canalizaciones, cubiertas de tejados, etc. Se obtiene por
polimerización del cloruro de vinilo.
-Poliestireno: Es un material amorfo, resistente, rígido, muy frágil y poco resistente
al calor. Se utiliza en la fabricación de accesorios domésticos, juguetes, etc.
-Resina ABS: Es un derivado del estireno mas tenaz y con mayor resistencia al
calor. Se emplea en la fabricación de cascos de protección, maletas,
carcasas de televisiones, etc.
-Polimetacrilato de metilo: Es un polímero vítreo a temperatura ambiente, que se
comercializa con nombre de plexiglás. Se trata de un solido transparente,
incoloro y fácilmente moldeable en caliente. Se usa en la fabricación de
lentillas, filtros, farolas, etc.


Pertenecen a este grupo los polímeros que,
tras un proceso de hilado, se utilizan en
forma de fibras en la industria textil.
Existen diversos tipos:
 La
mas utilizada comercialmente es el
nailon por su gran elasticidad, su alta
resistencia a la tracción y por la
posibilidad de hilarlo en finísimos hilos.
 Se obtiene mediante una reacción
de policondensacion entre el acido
adipico y la hexametilendiamina,
eliminando el agua en su proceso de
formación.
Se obtienen en la policondensacion de
un acido dicarboxilico y un dialcohol.
Una de las fibras de poliéster mas
utilizadas es el terileno, que ofrece
una gran resistencia a la tracción y
con el que se preparan tejidos
prácticamente inarrugables, también
se emplean como material sustitutivo
de las aleaciones no férreas en
multitud de aplicaciones.



Es el polímero natural mas abúndate, ya que
constituye el 50% de la madera, su estructura
tiene un alto grado de cristalización y un buen
comportamiento mecánico.
Se utiliza en forma de laminas muy finas,
transparente y flexibles (celofán) como papel
para envolver y empaquetar. El celuloide se
obtiene haciendo reaccionar la celulosa con
ácidos y añadiendo plastificantes.
Fue el termoplástico industrial mas antiguo.
Debido a su alta inflamabilidad y que al cabo
de cierto tiempo se vuelve frágil y quebradizo.
 Grupo
de polímeros con un
volumen de producción pequeño
debido a su resistencia al calor y
a sus especiales características
mecánicas.
 A continuación nombraremos los
mas importantes:
Son termoplásticos cristalinos
que se obtienen a partir del
acido carbónico.
 Se utilizan en la fabricación de
carcasas, maquinaria de
oficina, engranajes,
ventiladores, etc.
Poseen una estructura lineal y regular
que cristaliza de forma notable. Posee
un punto de fusión alto (180ºC).
 Sus propiedades mecánicas son altas,
son resistentes a la abrasión y a la
corrosión y no se disuelven en
disolventes comunes.
Están reemplazando a las fundiciones
férreas, aleaciones de cinc y latones en
pequeñas piezas de automóviles.

Se obtienen a partir del acetileno. Poseen una gran estabilidad
térmica y gran tenacidad a temperaturas muy bajas. El mas
importante es el politetrafluoroetileno o PTFE, conocido como
teflón. Presenta una densidad alta, un elevado grado de
cristalización y la temperatura de fusión mas elevada de todos
los plásticos.
Es uno de los polímeros mas importantes y sus propiedades mas
significativas son:
Resistentes a la acción de los ácidos y de los disolventes.
Muy pequeño coeficiente de fricción.
Buenas propiedades eléctricas.
Resistente a la abrasión.
Soporta altas temperaturas manteniendo su estabilidad.
Es un excelente aislante.
Gracias a estas propiedades se fabrican con teflón piezas para
motores, engranajes, tuberías, material de laboratorio, utensilios
de cocina como sartenes, etc.


-

-
Son polímeros con estructuras
tridimensionales, por ello, son productos
siempre resistentes y frágiles. Se
caracterizan por:
Gran resistencia al flujo viscoso
Resistencia a temperaturas elevadas.
Algunos de estos son:
Polímeros de transición.
Termoestables clásicos.
Siliconas.
Forman un grupo de transición entre los
polímeros termoplásticos y los
termoestables, por lo que presentan
propiedades intermedias entre ambos
tipos.
 Existen 3 tipos:
- Poliésteres no saturados.
- Resinas epoxi
- Resinas de poliuretano.

Son poliésteres formados a partir de
monómeros en los que existe algún
doble enlace que permitirá formar
enlaces intermoleculares.
 Gracias a esto se obtienen materiales
con altas características mecánicas y
buena resistencia térmica, utilizados en
la fabricación de fibra de vidrio.

Son venenosas en estado liquido y sus vapores
irritan la piel, pero una vez endurecidas se
vuelven inodoras, insípidas e inocuas. Resisten
muy bien a los agentes químicos y al calor y son
buenos aislantes eléctricos. Son fáciles de
trabajar por arranque de viruta y poseen unas
buenas características mecánicas y resistencia
al desgaste.
 También se emplean como recubrimiento de
conductores eléctricos y como adhesivo.
Otras utilidades son lacas y barnices al disolverlas
en acetona, son los llamados barnices al fuego,
muy resistentes a los arañazos.

 Surgen
de la polimerización de
isocianatos y alcoholes.
 Se utilizan en forma de espumas
plásticas de muy baja densidad para
la fabricación de paneles aislantes,
rellenos de almohadas y colchones,
ruedas de fricción, etc.
Son resinas que experimentan un cambio
fisico-quimico irreversible por
calentamiento pasando de ser material
soluble y fácilmente fusible a convertirse en
infusibles e insolubles. Por ello no son
materiales capaces de reciclarse. Suelen
arder mal y se sueldan con dificultad.
 Fundamentalmente existen 2 tipos:
- Resinas fenolicas.
- Aminorresinas.

Es uno de los plásticos comerciales mas antiguos. Se obtienen
por policondensacion del fenol y del formaldehido formado la
baquelita.
Se suelen preparar con materiales de refuerzo que mejoran sus
propiedades y abaratan el producto final.
 Poseen:
Buena resistencia al calor y resistencia mecánica. Con ellos se
suelen fabricar componentes electrónicos.
Resisten brevemente temperaturas muy altas.
Debido a su baja conductividad térmica, se utilizan para
fabricar mangos y asas de utensilios de cocina.
Se emplean en forma d estratificados, impregnando y dando
consistencia a sucesivas capas de papel, madera,
contrachapados e incluso circuitos impresos.
Se usan también en recubrimientos protectores y en la
fabricación de muelas abrasivas y moldes de fundición.


Existen 2 familias de Aminorresinas:
- Productos de la policondensacion de la urea
con el formaldehido.
- Productos de la policondensacion de la
melamina con el formaldehido.
Sus propiedades son muy parecidas a las de
las resinas fenolicas.
Se utilizan en la fabricación de paneles
decorativos y como adhesivos. Aunque
debido a sus propiedades refractarias
encuentra aplicación para las superficies
de las encimeras de las cocinas.
El silicio no puede formar dobles ni triples enlaces, de
modo que solo se pueden conseguir estructuras de
polímeros por condensación. Los polímeros de silicona se
obtienen por reacciones de condensación de los
hidroxisilanos.
 La estructura final de un polímero de silicona puede ser
termoplástico, termoestable o elastómero, dependiendo
del monómero de partida.
 Los elastómeros de silicona tienen una gran flexibilidad a
temperaturas muy bajas y muestran alta resistencia al
envejecimiento y al calor. Se emplean en aislamientos de
cables, sellado de juntas, etc.
 Las resinas de silicona, en cambio, son rígidas y duras y se
utilizan como revestimientos aislantes y en pinturas
industriales.

La extraordinaria elasticidad de estos materiales se
consigue tras un proceso de vulcanización que, además,
dificulta el movimiento de las macromoléculas y con ello
la cristalización, que es la causa del endurecimiento y
perdida de elasticidad de las gomas al ser sometidas a
temperaturas bajas.
Suelen ser materiales amorfos y extraordinariamente blandos
y permiten enormes deformaciones elásticas (500-1000%).
El oxigeno, la luz o el calor actúan lentamente rompiendo
estos dobles enlaces y formando mas puntos de unión
intermoleculares produciendo un descenso en la
elasticidad y un aumento en la rigidez del material. Este
fenómeno se denomina envejecimiento de las gomas.
 Existen 2 clases de elastómeros:
- Elastómeros de origen natural.
- Elastómeros de origen sintético.

El mas importante de esta categoría es el caucho
constituido por repetición del monómero isopreno. Este
proviene del látex que se obtiene del árbol de la goma.
 El látex es una dispersión coloidal de aspecto lechoso que
se obtiene de la corteza del árbol. Una vez coagulado se
lava y amasa por medio de rodillos, dando origen a una
sustancia pegajosa de color amarillento, cuya propiedad
mas característica es su elasticidad, además es blando,
adhesivo, se deforma con facilidad, se oxida al aire y con
el tiempo se hace quebradizo.
 Cuando se vulcaniza la goma natural con un contenido
alto de azufre se pasa a denominarse goma dura o
ebonita y es un producto rígido utilizado en la fabricación
de baterías de automóvil, peines, correas, etc.


-
-
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-
Entre estos se pueden citar los siguientes:
Poliisopreno: derivado del petróleo y con estructura similar a la goma
natural
Cauchos sintéticos: la escasez de caucho natural durante las 2 guerras
mundiales obligo a la investigación de otros polímeros de
características muy similares. Entre los cauchos sintéticos mas
importantes se pueden mencionar:
GR-S: también llamado Buna-S. Resiste bien el envejecimiento, el calor y
la abrasión.
GR-A: Se emplea en la fabricación de mangueras para gasolina,
correas que deben funcionar contaminadas con aceite, etc. por su
resistencia a los disolventes.
GR-I: también llamado caucho butilo. No cristaliza, es muy elástico y
posee una gran impermeabilidad para los gases, resulta muy resistente
al envejecimiento, por su elasticidad e impermeabilidad se utiliza para
la fabricación de cámaras de neumáticos, bolsas de agua o aire, etc.
Neopreno: posee un buen comportamiento frente al envejecimiento,
por ello, se usa para el revestimiento de cables eléctricos donde las
temperaturas de servicio harían envejecer rápidamente otras gomas.

-
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-
Para mejorar algunas propiedades de los plásticos se utilizan:
Plásticos reforzados: Formados por 2 o mas tipos de materiales,
uno plástico y otro llamado material de refuerzo que le confiere
resistencia a la tracción. Se utilizan en la fabricación de equipos
deportivos, camiones y barcos, esquíes, etc. La fabricación de
estos materiales se lleva a cabo introduciendo el material de
refuerzo en el interior del plástico. El material actualmente mas
resistente es el kevlar.
Plásticos laminados: constituidos por una capa de plástico
adosada a otra de un material diferente. Pueden ser:
Plástico/papel o cartón: resisten bien la humedad.
Plástico/vidrio: resisten choques y presiones.
Plástico/metal: Evita la oxidación del metal y la posible
alteración de los alimentos.
Plástico/tejidos: para fabricar cueros sintéticos.
Plástico/plástico: para envasar productos alimenticios.
La gran dependencia de la humanidad respecto de los
materiales plásticos constituye en la actualidad un serio
motivo de preocupación en todos los países del
planeta. Como estos son resultado de una serie de
procesos llevados a cabo en la industria, la naturaleza
no dispone de medios para deshacerse de ellos, a
excepción de plásticos biodegradables.
 Por otra parte los materiales plásticos son combustibles,
por lo tanto no es aconsejable incinerarlos ya que
produce una enorme contaminación de la atmosfera.
 Por lo tanto conviene concienciar a la gente acerca
de la necesidad de un uso controlado de estos
materiales para evitar la degradación de nuestro
planeta, en el que cada vez se acumulan mas residuos.

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Realizado por:
José Ignacio Murillo Cortés
Jorge Pueblas Núñez