Elastómeros
Son polímeros capaces de desarrollar una deformación elástica grande si se les sujeta a esfuerzos relativamente pequeños. Algunos elastómeros presentan extensiones de 500% o mas y regresan a su forma original. Los elastómeros consisten en moléculas de cadena larga entrecruzadas. Tienen propiedades elásticas debido a dos características: 1) las moléculas largas están dobladas estrechamente cuando no están estiradas, y 2) el grado de entrecruzamiento esta muy por debajo de los termofijos.
Tecnología de producción:
Los elastómeros sintéticos se obtienen con procesos de polimerización similares a los procesos para los polímeros termoplásticos y termofijos.
Polimerización: Síntesis de los polímeros, existen dos métodos:
- Polimerización por adición: Se induce a los enlaces dobles existentes entre los átomos de carbono de los monómeros para que se abran de modo que se unan con otras moléculas de monómeros. Las conexiones ocurren en ambos extremos de la macromolécula que se expande, con lo cual se usaron cadenas largas de meros repetitivos.
- Polimerización por etapas: Se hace reaccionar a dos monómeros para formar una molécula nueva del compuesto que se desea obtener. También denominado polimerización por condensación ya que se obtiene como subproducto de la reacción agua que se condensa.
Ejemplo de elastómeros:
- Polibutadieno: muy buena elasticidad, por ello se consume fundamentalmente en la fabricación de neumáticos (92%).
- Butadieno-estireno (SBR) en relación 6:1: elasticidad mediana, gran resistencia al envejecimiento (resistente a los disolventes y a la abrasión) lo que le hace muy útil en la fabricación de neumáticos.
- Poliisopreno todo cis-1,4 (caucho natural)
- Copolímero isopreno y 2-metilpropeno (IIR): muy resistente a la oxidación, presenta poca elasticidad, baja permeabilidad a los gases y resistencia al rasgado. Se usa en balones, cámaras interiores de neumáticos, para amortiguadores de vibración y para recubrimiento de cables.
- Neopreno (poli 2-cloro-1,3-butadieno): muy resistente a la oxidación, a los disolventes orgánicos y a las altas temperaturas debido a la presencia de enlaces C-Cl. Su elasticidad es mediana. Se utiliza pa fabricar mangueras y tuberías para la conducción
Calandrado
Es un proceso continuo de transformación de materiales termoplásticos y elastómeros para la fabricación de laminas flexibles y semirrígidas de reducido espesor. Consiste en hacer pasar el material previamente plastificado, por el entrehierro de dos o mas cilindros dispuestos con sus ejes paralelos, proporcionando una lamina bruta cuyas características se ajustan a una serie de cilindros de calibración, enfriamiento, acabado y recogida.
Espumas
Espuma de polímero:
es una mezcla de polímero y gas, lo que da al material una estructura porosa o celular. También denominado polímero celular, polímero soplado y polímero expandido. Las espumas de polímero más comunes son: el poliestireno y poliuretano Sus propiedades más importantes son: baja densidad, alta resistencia por unidad de peso, buen aislamiento térmico.
Clasificación:
- Elastoméricas: en la que la matriz de un polímero es el caucho capaz de una gran deformación elástica.
- Flexible: en el que la matriz es un polímero muy plástico tal como e PVC suave
- Rígido: en el que el polímero es un termoplástico rígido tal como el poliestireno o un plástico termofijo como el fenólico.
Procesos de espumado
Los gases que se usan en las espumas de polímeros so aire, nitrógeno y dióxido de carbono. El gas se introduce en el polímero con varios métodos llamados procesos de espumado. Estos incluyen: 1) mezclar con resina liquida con aire por agitación mecánica, después se endurece el polímero por medio de calor o reacción química; 2) mezclar un agente de soplado físico con el polímero, un gas como el nitrógeno o el pentano que se disuelve en el polímero fundido sujeto a presión, de modo que el gas sale de la solución y se expande cuando después se reduce la presión; 3) se mezcla el polímero con componentes químicos, llamados agentes soplado químico que se descomponen a temperaturas altas y libera gases dentro de la mezcla.
- Espumas de poliestireno: reciben su forma por extrusión y moldeo.
- Espumas de poliuretano: están hechos en un proceso de una etapa en el que dos integrantes líquidos se mezclan e introducen de inmediato en un molde u otras forma, de modo que el polímero se sintetiza y al mismo tiempo se crea la forma de la pieza.
- Las espumas de polietileno reticuladas: son un material plástico espumado de base polietileno. Para su espumación, se utiliza, o bien una reacción química con la ayuda de catalizadores, o bien se expone la base del producto a radiaciones de fuentes de energía altas como los rayos gamma. Generalmente, se obtiene una familia de espumas plásticas o espumas de polietileno, de celda cerrada y pequeña con buena resistencia a la temperatura y a los rayos ultravioletas, pero difícilmente reciclables.
Aditivos
Los aditivos alteran la estructura molecular del polímero, o bien agregan una segunda fase al plástico, y lo transforman, en un material compuesto.
Clasificación:
Los aditivos se clasifican según su función como: rellenos, plastificadores, colorantes, lubricantes, retardantes de flama, agentes de entrecruzamiento, absorbedores de luz ultravioleta y antioxidantes.
- Rellenos: Son materiales que se agregan en forma de partículas o fibras a un polímero, a fin de alterar las propiedades mecánicas de este o solo para reducir el costo del material. También se lo usa para mejorar la estabilidad dimensional y térmica. Los rellenos que mejoran las propiedades mecánicas se denominan agentes reforzadores, y lo s compuestos que se forman de ese modo reciben el nombre de plásticos reforzadores; tienen mas rigidez, resistencia, dureza que el polímero original. Ejemplo: de rellenos que se emplean con polímeros son las fibras y polvos de celulosa.
- Plastificadores: son productos químicos que se agregan a un polímero para hacerlo mas suave y flexible, y para mejorar sus características de flujo durante la formación. El plastificador funciona al reducir la temperatura de transición al vidrio por debajo de la del ambiente. Por debajo de esta temperatura el polímero es duro y frágil y por encima de esta temperatura el polímero es suave y rígido.
- Colorantes: para los polímeros son de dos tipos: pigmentos y tinturas. Los pigmentos son materiales pulverizados finamente, insolubles y deben distribuirse de manera uniforme en todo le polímero en concentraciones muy bajas. Las tinturas son productos químicos que es usual aplicar en forma liquida y son solubles en el polímero.
- Lubricantes: se aplica al polímero para reducir la fricción y facilitar el flujo hacia la interfaz del molde.
- Retardantes de flama: son químicos que se agregan a los polímeros para reducir la inflamabilidad por algunos de los mecanismos siguientes o combinación de ellos:
- Agente de entrecruzamiento: son una variedad de ingredientes que ocasionan una reacción de entrecruzamiento o que actúan como catalizadores que la facilitan.
- Absorbedores de luz ultravioleta y antioxidantes: son aditivos que reducen la susceptibilidad del polímero a degradarse por causa de la luz ultravioleta y la oxidación.
Fibras Obtenidas por Poliadición
Fibras de Poliaducto
Las principales fibras son el poliuretano, que son fibras elastoméricas que resultan de la poliadición de diisocianatos a dioles. Las primeras fibras de poliaducto fueron las de polioximetileno y polioxietileno, obtenidas a partir de formaldehído y óxido de etileno, respectivamente. La formación de estos productos se consideran poliadiciones y no polimerizaciones, ya que en cada etapa de reacción tiene lugar la migración de átomos de hidrógeno de un monómero al otro, enlazando entonces ambas moléculas las valencias que quedan libres en la transferencia protónica.
Las fibras de poliuretano se suelen usar en combinación con otras fibras para dar elasticidad al artículo confeccionado.
Fibras Obtenidas por Policondensación
Fibras de Poliéster
El material base, los poliésteres, son químicamente policondensadostermoplásticos lineales formados a partir de un ácido dicarboxílico y un dialcohol. En estos productos, los grupos éster están incorporados como puentes de enlace en las cadenas macromoleculares; en cambio, los ésteres de la celulosa no se consideran como poliésteres, ya que en ellos los grupos éster se encuentran en las cadenas laterales.
El mecanismodel proceso de formación de un poliéster lineal consiste en la condensación reiterativa de los monómeros bifuncionales.
Las fibras de poliéster son elásticas y muy resistentes a la tracción y al roce, acercándose a los valores mecánicos de las fibras de poliamida. Son muy estables a la luz, a los ácidos, oxidantes y disolventes, pero no demasiado frente a las bases, las cuales, concentradas y en caliente, actúan saponificando el poliéster. Absorben menos
Fibras de Poliamidas
Se pueden obtener por dos procedimientos diferentes, que conducen a dos tipos distintos de poliamidas. Uno de ellos consiste en la policondensación de diaminas con ácidos dicarboxílicos que contengan ambos, por lo menos, cuatro grupos metileno en sus moléculas; el otro método de obtención, se basa en la autopolicondensación de aminoicidos (o sus lactamas) de por lo menos cinco metilenos. Si el número de grupos metileno es menor, no se produce condensación suficiente para dar productos de importancia textil.
Fibras de Politetrafluoretileno
El monómero tetrafluoretileno se obtiene en la industria por pirólisis del difluorclorometano que se forma al tratar cloroformo con fluoruro de antimonio:
El tetrafluoretileno polimeriza en agua con catalizadores peroxidicos dando un polvo blanco de politetrafluoretileno.
Las fibras de politetrafluoretileno (Teflon, Fluon, Hydefion) presentan propiedades poco comunes en cuanto a su estabilidad térmica y a los agentes químicos.
Fibras Olefínicas
Las poliolefinas constituyen un grupo de materias sintéticas cuya principal ventaja técnica estriba en su economía, ya que proceden de los subproductos de la destilación y craqueo del petróleo. A este grupo pertenecen los polietilenosapropiados para tejidos técnicos, cuerdas, telas filtrantes, etc., los polibutadienos y los polipropilenos, no todos son apropiados para fabricar fibras, sino solamente los isotácticos.
Las fibras de polietileno y de polipropileno se obtienen por hilado en fusión de las poliolefinas correspondientes, es decir, por extrusión del material en estado fundido a través de orificios.
Fibras de Poliestireno
El estireno monómero, o vinilbenceno, es un líquido que se obtiene en la industria por adición de benceno a etileno en presencia de Cl3Al, según una reacción de Friedel-Crafts; se forma etilbenceno, que deshidrogenado a 600º C en presencia de ZnO catalizador se convierte en estireno:
De las propiedades de las fibras de poliestireno cabe destacar su impermeabilidad al agua y su alto poder aislante eléctrico. Nombres comerciales son Polyfibre, Algil, Styroflex, etc.
Fibras Vinilidénicas
Son las resultantes de la polimerización y copolimerización del cloruro de vinilideno. Este se obtiene por cloración del cloruro de vinilo y separación de ácido clorhídrico con lechada de cal del l,2,2-tricloroetano.
La polimerización se efectúa por el método de emulsión, según el mecanismo radical en presencia de peróxido de dibenzoilo. Las fibras se obtienen por extrusión en filamentos de la masa fundida.
Estas fibras de copolímero cloruro de vinilo/cloruro de vinilideno muestran gran resistencia química y a la abrasión e impermeabilidad al agua, pero no son muy estables al calor, empezando a encoger a los 65º C y a reblandecer a los 115 ºC aproximadamente.
Fibras obtenidas por polimerización
En la polimerización tiene lugar el encadenamiento de las unidades monómeras no saturadas por apertura de sus dobles enlaces, obteniéndose un polímero con la misma composición centesimal. En todo proceso de polimerización hay tres etapas características: la reacción de iniciación, la de crecimiento o propagación en cadena y la de ruptura o terminación.
Fibras
Las fibras sintéticas aquellas que se obtienen por procesos químicos de polirreacción a partir de sustancias de bajo peso molecular por vía puramente sintética.
Las fibras sintéticas pertenecen al grupo de las materias termoplásticas. Para la obtención de fibras sintéticas son apropiados solamente los altos polímeros lineales o poco ramificados, ya que las macromoléculas tridimensionales son duras y rígidas, deben poseer ciertas características tecnológicas, como elasticidad, alargamiento, fácil pigmentación o teñido, estabilidad a los agentes químicos, atmosféricos y biológicos y resistencia suficiente a la tracción, al pliegue y al roce, que no poseen todos los productos macromoleculares lineales
Resinas Poliéster
Estas resinas se hacen principalmente a partir de los anhídridos maleico y ftálico con propilenglicol y uniones cruzadas con estireno. Se debe destacar que el uso de estas resinas con refuerzo de fibra de vidrio ha reemplazado a materiales muy diversos como pueden ser: termoplásticos de alta resistencia, madera, acero al carbón, vidrio y acrílico, lámina, cemento, yeso, etc.
Resinas Epóxicas
Casi todas las resinas epóxicas comerciales se hacen a partir del bisfenol A (obtenido a partir del fenol y la acetona), y la epiclorhidrina (producida a partir del alcohol alílico). Sus propiedades más importantes son: alta resistencia a temperaturas hasta de 500°C, elevada adherencia a superficies metálicas y excelente resistencia a los productos químicos. Las resinas epóxicas se usan principalmente en recubrimientos de latas, tambores, superficies de acabado de aparatos y como adhesivo.
Resinas Termofijas
Estos materiales se caracterizan por tener cadenas poliméricas entrecruzadas, formando una resina con una estructura tridimensional que no se funde. Polimerizan irreversiblemente bajo calor o presión formando una masa rígida y dura.
CUADRO 18. Principales resinas termofijas
Resinas Fenólicas
La reacción entre el fenol y el formaldehído tiene como resultado las resinas fenólicas o fenoplast. Existen dos tipos de resinas fenólicas, los resols y el novolac. Los resols se obtienen cuando se usa un catalizador básico en la polimerización. El producto tiene uniones cruzadas entre las cadenas que permiten redes tridimensionales termofijas. El novolac se hace usando catalizadores ácidos. Aquí las cadenas no tienen uniones cruzadas por lo que el producto es permanentemente soluble y fundible. Las propiedades más importantes de los termofijos fenólicos son su dureza, su rigidez y su resistencia a los ácidos. Tienen excelentes propiedades aislantes y se pueden usar continuamente hasta temperaturas de 150 °C. Las resinas fenólicas se usan para hacer pegamentos, adhesivos, material aislante, laminados para edificios, muebles, tableros y partes de automóviles. Estas resinas son las más baratas y las más fáciles de moldear