POLÍMEROS Y PLÁSTICOS EN NUESTROS DÍAS FRANCO M. RABAGLIATI CANESSA GRUPO POLÍMEROS

1. USACH POLÍMEROS Y PLÁSTICOS EN NUESTROS DÍAS FRANCO M. RABAGLIATI CANESSA GRUPO POLÍMEROS DEPARTAMENTO CIENCIAS DEL AMBIENTE FACULTAD QUÍMICA Y BIOLOGÍA UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE SANTIAGO, CHILE PROGRAMA EXPLORA-CONICYT 2 DE MAYO DEL 2006

2. Los polímeros poseen muchos atractivos: Primitivamente se andaba descalzo o se protegía los pies con cuero de animales. El cuero es un polímero natural ……… • Esta zapatilla posee exteriores de cuero y también nylon. La suela es de un caucho rígido llamado caucho SBS. Los mismos materiales conforman estas botas de paseo incluyendo las plantillas, que son de espuma de poliuretano

3. También los hay revestidos con PVC el mismo plástico que suele encontrarse en los techos vinílicos de los autos y recubrimientos vinílicos. Los cordones de los zapatos están hechos a base de nylon y algodón. El algodón es otro polímero natural: celulosa.

4. “Calzado de pato” es excelente para mantener sus pies secos en días de lluvia. Está fabricado con caucho natural, el poliisopreno Los calcetines no se tendrían sin polímeros como el algodón y mate- riales sintéticos como el poliéster y el nylon. Y los que llevan una banda elástica contienen otro polímero el caucho natural..

5. CONTENIDO POLIMEROS: Definiciones, conceptos, Características PLASTICOS: Procesamientos, Aplicaciones

6. POLIMEROS Polímero: molécula muy grande, resultante de millares de moléculas pequeñas, unidas químicamente entre sí. Macromolécula gigante. Los términos macromolécula y polímero se utilizan como sinónimos, sin embargo polímero es la palabra más frecuentemente utilizada en lo relacionado a los plásticos. Describe mejor a las especies que presentan muchas (poli) de una unidad (mero).

7. n n POLIMEROS:¿Que es un polímero? Es una macromolécula formada por la unión de moléculas de menor tamaño que se conocen como monómeros. 4 -20 OLIGOMEROS 1 MONOMERO 2 DIMERO 3 TRIMERO > 20 POLIMERO

8. Clasificación de Polímeros • Origen : Naturales y Sintéticos • Estructura de la cadena: Lineales y Ramificados • Composición de la cadena: Homopolímeros y Copolímeros.

9. POLIMEROS NATURALES • PROTEÍNAS Hemoglobina

10. CELULOSA ALMIDÓN Hidrato de carbono

11. POLIMEROS NATURALES: ADN

12. POLIETILENO • El polietileno de alta densidad (PAD): • es un sólido rígido translúcido • se ablanda por calentamiento y puede ser moldeado como películas delgadas y envases • a temperatura ambiente no se deforma ni estira con facilidad. Se vuelve quebradizo a -80 °C. • es insoluble en agua y en la mayoría de los solventes orgánicos. • El polietileno de baja densidad (PBD): • Es un sólido blando translúcido • Se deforma completamente por calentamiento. Sus films se estiran fácilmente, por lo que se usan comúnmente para envoltorios (de comida, por ejemplo). • Es insoluble en agua, pero se ablanda e hincha en presencia de solventes hidrocarbonados • También se vuelve quebradizo a -80 ° C

13. POLICARBONATO 200 veces más resistente que el vidrio al impacto

14. GOMA: uniones S-S entre cadenas • La goma natural es un sólido opaco, blando y fácilmente deformable que se vuelve pegajoso al calentarlo y quebradizo al enfriarlo. Es impermeable al agua pero puede disolverse en solventes orgánicos. Puede pensarse como derivado del monómero isopreno, el cual es un líquido volátil. GOMA VULCANIZADA

15. NYLON:UNIONES PUENTE DE HIDRÓGENO ENTRE CADENAS NYLON 6,6

16. ESTRUCTURA DE LA CADENA TIPOS DE POLÍMEROS Lineal Ramificado Entrecruzado

17. Composición de cadena • HOMOPOLÍMEROS Formados por la misma unidad monoméricas. • COPOLÍMEROS Formados por distintas unidades monoméricas.

18. Copolímero • Copolímero al azar: A-B-C-A-A-B • Copolímero Alternado: A-B-A-B-A-B • Copolímero en Bloque: A-A-A-B-B-B • Copolímero Injertado: A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A B B B B B B

19. Polimerización La reacción química por la cual se obtienen los polímeros sintéticos se denomina polimerización. Todas las polimerizaciones tienen un detalle en común: comienzan con moléculas pequeñas, que se van uniendo entre sí para formar moléculas gigantes. Llamamos monómeros a estas moléculas pequeñas que originan polímeros. Se suele distinguir entre Polimerización por ADICION y porCONDENSACION. ADICION A + A + A + A …….+ A = A-A-A-A-….A o -(A)n- CONDENSACION : n X-A-Y = X-A-A-A-A-Y + (n-1) XY o X-(A)n-Y + (n-1)XY

20. Características Polimerización por Adición • Los monómeros poseen uno o dos enlaces dobles o triples Alquenos y Alquinos. • Los monómeros utilizan los enlaces dobles o triples para unirse entre si. • Presenta tres etapas: Iniciación, Propagación y Terminación • El iniciador puede ser un Cation ,Anion o radical

21. Características de Condensación • Se forma por un mecanismo de reacciones en etapas • No depende de la reacción anterior • Los polímeros se forman por la reacción con Diácidos carboxílicos, Diaminas y Dialcoholes. • Por cada enlace que se forma se libera una molécula de agua.

22. Clasificación de sintéticos según propiedades • Fibras: • Son hebras ordenadas en una dirección. • Fuerzas intermoleculares entre las cadenas • Ejemplos: Nylon, Polietileno.

23. Elastómeros • Son polímeros amorfos • Las cadenas se extienden en sentido de la fuerza • Vuelven a su forma original después de la aplicación de la fuerza. • Ejemplo: Caucho y neopreno

24. Plásticos • Presentan propiedades intermedias entre fibras y elastómeros. • Se pueden moldear a diferentes formas • Presentan elasticidad y flexibilidad. • Ejemplos: Bolsas de plásticos

25. Clasificación frente al calor. • Termoplásticos: - Sus cadenas lineales o ramificadas no están unidas - Se reblandecen con el aumento de la temperatura. - Se pueden fundir y moldear varias veces. - Son reciclables.

26. Termoestables • Sus cadenas esta interconectadas. • Tienen formas permanentes. • No se pueden volver a procesar. • Frágiles y rígidos. • No pueden cambiar su forma.

27. Polimerización por adición • Polimerización por adición catiónicas. - Presenta tres etapas: Iniciación, Propagación y Terminación. - El iniciador es un acido. - Se forma un Carbocation. - Se finaliza cuando se encuentra el carbocatión y el anion del acido.

28. Polimerización por adición aniónica. • Presenta tres etapas : Iniciación , propagación y terminación • El iniciador es un Metal. • Se forma un carboanión. - El termino de la polimerización se realiza con la adición de agua.

29. COPOLIMERIZACION La copolimerización consiste en la formación de macromoléculas a partir de dos o más monómeros de estructura química diferente. Esto conduce a la obtención de una extensa gama de productos cuya naturaleza va a depender de la naturaleza de los monómeros, de su concentración relativa en la mezcla reaccionante y de la secuencia en que se unan durante el proceso de polimerización. La copolimerización es importante para obtener productos con determinadas características físicas, útiles para aplicaciones específicas.

30. En los copolímeros según la ubicación de las unidades a lo largo de la cadena se distinguen: Copolímeros al azar o estadísticos: A-B-B-A-B-A-A-A-…… Copolímeros alternados: A-B-A-B-A-B-A-B-A-B…… Copolímeros en bloque: A-A-….A-BBBBBB….BAAAAA…ABBBB….. Copolímeros de injerto: AAAAAAAAAAAAAA…….AAAA BBBBBB BBBBBB

34. CARACTERÍSTICAS, PROPIEDADES DE POLIMEROS PROPIEDADES QUIMICAS Similares a la de las moléculas pequeñas. Experimentan las mismas reacciones aunque su velocidad de reacción y eficiencia se ven influenciadas por el tamaño molecular. NOMENCLATURA Diversas formas para nombrarlos: Fuente de preparación: Es la forma más simple y más usada para nombrar alos polímeros. Poli(nombredel monómero), Polietileno, Poli(óxido de etileno) Poli(metacrilato de metilo) Basada en Estructura: Se usa en los polímeros de condensación a partir de dos monómeros. Poli(estructura química), Poli(hexametilen adipamida), Poli(etilen tereftalato). Nombres Comerciales: Nylon 6,6, Nylon 6, Teflon, otros.

35. PESO MOLECULAR Los polímeros a diferencia de las moléculas pequeñas no presentan un peso molecular único, sino que el polímero resultante es una mezcla de polímeros de la misma naturaleza pero de diversos de tamaño moleculares. Se tiene un peso molecular promedio. Mn  Mv  Mw. Distribución de Pesos Moleculares, DPM, indica cuan disperso, en cuanto a tamaño molecular, es un polímero.

36. ESTRUCTURA DE LAS CADENAS POLIMERO Como resultado del mecanismo y proceso de polimerización como también de la naturaleza de los monómeros que generan el polímero, las cadenas polímero pueden ser lineales, ramificadas e incluso entrecruzadas.

37. Lineal Ramificado (A) Ramificado (B) Ramificado (C) Entrecruzado ESTRUCTURA DE POLIMEROS

38. CRISTALINO, AMORFO La mayoría de los polímeros pueden presentar características tanto de sólidos cristalinos como de líquidos altamente viscosos. Se usa los términos Cristalino y Amorfo que indican regiones ordenadas y desordenadas. La mayoría de los polímeros son con carácter parcial o semi cristalinos.

39. POLIMERO CRISTALINO NO-ORIENTADO

40. POLIMERO CRISTALINO ORIENTADO

41. ESTEREOREGULARIDAD Se utiliza la terminología de polímeros atácticos, isotácticos y sindiotácticos para indicar el ordenamiento, a lo largo de la cadena polímero, de los grupos laterales presentes en la unidad repetitiva del polímero.

42. ESTEREOREGULARIDAD EN POLIMEROS

43. 6,65 A 5,06 A PS isotáctico 1955 G. Natta PS sindiotáctico 1985 N. Ishihara PS Atáctico Amorfo Cristalino Cristalino Veloc. Cristn. ------ Lenta Rápida Tg, (ºC) 100 99 100 Tm, (ºC) ------ 240 270

44. TRANSICIONES TERMICAS EN POLIMEROS Se distinguen dos tipos de temperatura de transición: Tg y Tm Temperatura de Transición Cristalina, Tm, corresponde afusión de la componente cristalina del polímero. Temperatura de Transición vitrea, Tg, por debajo de ella la porción amorfa del polímero adquiere las carac-terísticas del estado vitreo.

45. TERMOPLASTICOS, TERMOESTABLES La terminología termoplástico y termoestable se usa para indicar el comportamiento en cuanto a temperatura de un material polimérico. Termoplástico, para aquellos que se ablandan, funde y fluyen por aplicación de presión y temperatura. Se pueden moldear una y otra vez. Termoestable, materiales infusible e insolubles, pueden ser moldeados sólo una vez. Corresponden a polímeros altamente entrecruzados.

46. APLICACIONES DE LOS POLIMEROS La utilidad de un polímero como material depende de sus propiedades y características. En estas están involucrados: tamaño molecular (PM), grado de cristalinidad, gradodeentrecruzamiento, temperaturas Tg y Tm. Dependiendo de la combinación particular de estos parámetros, un polímero se podrá utilizar como: FIBRA PLASTICORIGIDO PLASTICO FLEXIBLE ELASTOMERO

47. FIBRAS Alta resistencia a la deformación, bajas elongaciones. Polímeros altamente cristalinos con cadenas polares que presentan fuerzas secundarias fuertes. Se usa estiramiento mecánico para alcanzar alta cristalinidad. Con Tm  200ºC y  300ºC. Tg intermedio aprox. 50ºC.

48. PLASTICOS RIGIDOS Alta rigidez y resistencia a la deformación. Polímeros amorfos con grupos laterales voluminosos o con alto grado de entre-cruzamiento. PLASTICOS FLEXIBLES Grado de cristalinidad de moderado a alto, amplia variedad para Tm y Tg.

49. ELASTOMEROS Pueden experimentar fácilmente elongaciones reversibles muy grandes. Corresponden a polímeros amorfos, con Tg baja, fuerzas secundarias bajas, y con un cierto grado de entrecruzamiento.

50. Aplicaciones de Polímeros