Instrucciones: Conteste correctamente todo lo que se pregunta.

1.- ¿Cómo es la conformación de un polímero en solución y en estado sólido?. Mencione el concepto de volumen excluido.

En un polímero en solución la molécula (macromolécula) misma es solvatada por el

solvente. El peso molecular típico de un polímero en solución es de alrededor de

20.000, si bien se han observado valores mayores. El tamaño de partícula de un

polímero en solución es típicamente de unos 10μm [1]. Las soluciones de polímeros

son, obviamente, mezclas líquidas de largas cadenas de polímeros y pequeñas

moléculas de disolvente. Ellas juegan un papel muy importante en el campo del

estudio y la aplicación de polímeros desde dos puntos de vista; en primer lugar las

soluciones poliméricas se utilizan para caracterizar la estructura de múltiples

polímeros mediante técnicas como viscosimetría, cromatografía de exclusión

molecular (SEC o GPC) y dispersión de luz, entre otras. En segundo lugar, los

polímeros en solución son utilizados para controlar las propiedades reológicas y la

estabilidad de múltiples sistemas comerciales; como por ejemplo, pinturas, productos

farmacéuticos, alimentos y producción de crudo. Dependiendo de la estructura

química los polímeros pueden ser: solubles en agua o solubles en disolventes

orgánicos [3].

Los polímeros al estado sólido son cadenas que se encuentran tan enrolladas entre sí,

que es difícil desenrollarlas. Esto es lo que hace tan fuertes a muchos polímeros en

materiales como plásticos, pinturas, elastómeros, y compósitos [2].

Volumen Excluido: Volumen ocupado por una cadena y en cuyo interior no resulta

posible encontrar el centro de masas de una segunda cadena (volumen excluido

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intermolecular). Se dice también del volumen ocupado por un segmento de una

cadena y que no puede ser ocupado por otros segmentos de esa misma cadena

(volumen excluido intramolecular). El volumen excluido juega un papel decisivo en el

comportamiento termodinámico de los polímeros en disoluciones diluidas [4].

2.- Explique en qué consiste el proceso de Gelación y vulcanización de un polímero.

Gelación : transición sol líquido polimérico a estado de gel sólido. Paso de una

estructura ramificada soluble a una reticulada insoluble.

Un gel es considerado como sistema disperso coloidal de al menos 2 componentes

que se comporta mecánicamente como un sólido. Fase dispersa forma una red

interpenetrando y encerrando la fase

continua (solvente). Punto de contactos entre

cadenas han sido tomados como cristalitos

aunque el tamaño varía, de regiones de

pocas cadenas a regiones cristalinas grandes

(muchas cadenas) y reconocido como fase

separada. El envejecimiento de geles ha sido

atribuido al crecimiento de las regiones cristalinas. Factores importantes en la

gelación son: interacciones polímero –solvente; polímero-polímero y efectos de

condiciones de preparación y mecanismo de separación de fases. Gel no es un estado

en equilibrio.

Esta definición introduce la idea de un “orden” en el gel, en oposición a una solución

representativa de un “desorden”. En efecto, antes de la gelificación, las moléculas del

polímero forman una verdadera solución; la formación del gel implica, por

consiguiente, la asociación de cadenas entre sí o de segmentos de cadenas entre

ellas. Más precisamente, se pueden distinguir diversas etapas de transición:

• El estado “solución”, o el polímero en forma de solución; las macromoléculas no

están organizadas unas respecto a las otras;

• El estado “gel”, que aparece cuando las cadenas están suficientemente asociadas

para formar una red o gel, desde luego, elástico;

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• En cuanto y a medida que las cadenas se organizan entre sí, el gel se transforma

cada vez más rígido, lo que da lugar, en general al fenómeno de la sinéresis; el gel se

contrae y exuda una parte de la fase líquida.

Vulcanización: Proceso de entrecruzamiento químico de cadenas individuales

mediante el que se obtiene una red tridimensional de polímero. Ampliamente

utilizado para la fabricación de elastómeros, modifica las propiedades del material

dependiendo del grado en que se realice. El proceso original y más utilizado es el que

emplea el azufre para unir las cadenas de poli(cis-isopreno) (caucho), el azufre se fija

a los dobles enlaces de las cadenas, entrecruzándolas.

Durante la vulcanización, los polímeros lineales paralelos cercanos constituyen

puentes de entrecruzamiento entre sí. El resultado final es que las moléculas elásticas

de caucho quedan unidas entre sí a una mayor o menor extensión. Esto forma un

caucho más estable, duro, mucho más durable, más resistente al ataque químico y

sin perder la elasticidad natural. También transforma la superficie pegajosa del

material en una superficie suave que no se adhiere al metal o a los sustratos

plásticos. Usualmente el entrecruzamiento químico es realizado con azufre, pero

existen otras tecnologías como los sistemas basados en peróxidos. Se suelen usar

combinadamente con agentes aceleradores y retardadores.

3.- Mencione y explique detalladamente al menos cuatro métodos para la determinación del peso

molecular promedio de un polímero.

El peso molecular del polímero influye en sus propiedades mecánicas en estado sólido,

creciendo éstas de forma asintótica: la parafina y el polietileno tienen similar estructura

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química, diferenciándose en su peso molecular promedio. En sentido negativo, muy altos

pesos moleculares van asociados a muy alta viscosidad del polímero fundido, y por tanto

a dificultades en el procesado [7].

El Peso Molecular Promedio en Número, Mn

El peso molecular promedio en número no es muy difícil de entender. Es solamente el

peso total de todas las moléculas poliméricas contenidas en una muestra, dividido por el

número total de moléculas poliméricas en dicha muestra.

El Peso Molecular Promedio en Peso, Mw

El peso promedio es un poco más complicado. Está basado en el hecho de que una

molécula más grande contiene más de la masa total de la muestra polimérica que las

moléculas pequeñas.

Peso Molecular Promedio en Viscosidad,Mv

El peso molecular también puede calcularse a partir de la viscosidad de una solución

polimérica. El principio es muy simple: las moléculas poliméricas más grandes forman una

solución más viscosa que las moléculas pequeñas. Obviamente, el peso molecular

obtenido por medición de la viscosidad, es distinto al peso molecular promedio en número

o en peso. Pero se acerca más al promedio en peso que al promedio en número.

Pesos moleculares promedio [5]

La distribución de pesos moleculares se obtiene por medio de la técnica SEC (size

exclusion cromatography). Otras técnicas de caracterización proporcionan valores

promedio del peso molecular:

PROMEDIO SÍMBOLO TÉCNICA DEFINICIÓN

En número Mn Osmometría

Viscoso Mv Viscosimetría Capilar

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En peso Mw Difusión de luz

z, Tercer promedio MzUltracentrifugación y

Difusión

z+1, Cuarto promedio

Mz+1Ultracentrifugación y

Sedimentación

Siendo Ni el número de macromoléculas de peso molecular Mi. Teniendo en cuenta que la fracción en peso de cada macromolécula es:

Los promedios en número y en peso se pueden calcular con las expresiones

Los promedios z y z+1 son los que menos se usan. El promedio viscoso se aproxima al promedio en número o al promedio en peso dependiendo del exponente a, que es el parámetro de la ecuación viscosimétrica de Mark-Houwink. La relación de valores de los distintos promedios es:

Mn <  Mv   <  Mw  <   Mz  <  Mz+1

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4. - Dé condiciones bajo las cuales un polímero de cadenas largas:

a) Puede cristalizar [6],

Simetría de la cadena. El polietileno y el PTFE (Teflón) son ejemplos de polímeros

altamente cristalinos. Los grupos laterales voluminosos dificultan la ordenación.

Intensidad de la atracción entre cadenas. Fuertes enlaces secundarios,

regularmente distanciados, favorecen la cristalinidad.

Flexibilidad de la cadena principal. A menor flexibilidad, como por ejemplo, con

anillos bencénicos en la cadena principal, se aumenta extraordinariamente la

tendencia a la cristalinidad.

La velocidad de enfriamiento influye en el porcentaje de cristalinidad alcanzado por

el sólido.

Los polímeros de cadena lineal tienen pocas restricciones para su cristalinidad.

Un polímero con cadenas muy simétricas tienden a cristalizar, por lo menos

parcialmente.

Para que un polímero cristalice, sus moléculas deben tener suficiente elasticidad, es

decir, la movilidad necesaria para colocarse en posiciones precisas durante el

proceso de cristalización.

Los polímeros entre más flexibles, giran fácilmente y tiende a cristalizar.

La presencia de grupos polares entre los que se puedan establecer puentes de

hidrógeno, como en las poliamidas, incrementa de manera notable la cristalinidad

Cristalizan con facilidad, especialmente cuando no tienen ramificaciones.

Los enlaces unidos por la doble ligadura no pueden girar, pero en cambio los

segmentos de cadena que le siguen gozan de gran movilidad, precisamente porque

los carbonos del doble enlace tienen un sustituyente menos, que si se trata de

enlaces sencillos, esto explica la gran flexibilidad y su tendencia a cristalizar.

Cuando los grupos aromáticos forman parte del esqueleto, en vez de estar colgando

de él, y cuando su colocación es simétrica, el material puede tener alta

cristalinidad, a lo cual ayuda una elevada polaridad, como en el caso del

polietilentereftalato.

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Las cadenas con heteroátomos (son los átomos que no son de carbono) son muy

flexibles, porque no tienen sustituyentes que obstaculicen el giro de los segmentos

que le siguen.

Si los grupos alquílicos son de mayor tamaño, las moléculas adyacentes se separan,

dejando entre ellas mayor volumen libre y los polímeros se vuelven más flexibles,

con menor temperatura de fusión y bajas densidades, pero cuando esas cadenas

laterales alcanzan longitudes considerables, con 10 a 12 átomos de carbono, y no

tienen ramificaciones, vuelve a ser posible la cristalización por el ordenamiento de

esas cadenas laterales, ya sea dentro de la propia molécula o entre moléculas

adyacentes.

El efecto de la temperatura sobre la cristalización de los polímeros es conflictivo.

Por una parte, se requieren temperaturas altas para para impartir a las moléculas

poliméricas suficiente energía cinética (movilidad) y que puedan acomodarse en la

red cristalina. Pero sólo a bajas temperaturas van a permanecer en forma estable

en los cristales.

La estructura esferulita, ya que a partir de ella comienzan a crecer los cristales.

La regularidad de la estructura molecular hace posible que las moléculas se

acomoden en una red cristalina.

La polaridad de las moléculas aumenta la atracción entre cadenas adyacentes y, en

consecuencia, la atracción que tiende a colocarlas ordenadamente en el cristal y

mantenerlas firmemente en él.

Número par vs. Número non de átomos de carbono entre grupos funcionales: en el

caso de las poliamidas y de los poliésteres, cristalizan mejor los materiales con

número par de carbonos entre grupos amínicos o grupos éster respectivamente y

cuanto mayor es la cristalinidad, más alto es el punto de fusión.

Los polímeros isotácticos y los sindiotácticos tienen mayor cristalinidad.

La configuración TRANS, con gran regularidad estructural ayuda a la cristalinidad.

Las ramificaciones dificultan la aproximación de las cadenas y su colocación

ordenada, disminuyendo el grado de cristalinidad.

La copolimerización por lo general destruye la regularidad estructural y baja el

grado de cristalinidad a lo menos de que se trate de copolímeros alternados o de

bloque que favorecen la cristalinidad.

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Por un peso molecular relativamente bajo, mientras más pequeña es la cadena más

fácil su acomodo.

Cuanto menor es la velocidad de enfriamiento mayor es la cristalinidad y más

grande es el tamaño de las esferulitas.

b) Quedar en estado no cristalino [6],

Los polímeros con fuertes irregularidades en su estructura tienden a formar sólidos

amorfos.

La cristalización no es favorecida en polímeros que tienen meros de gran tamaño,

ya que no representa un buen acomodo de las cadenas de los polímeros.

Los polímeros atácticos difícilmente cristalizan, debido a su poca regularidad en la

estructura.

Un enfriamiento brusco, al disminuir la temperatura, el polímero se contrae porque

las cadenas se mueven menos y se atraen más. Dado que va disminuyendo el

volumen libre, es decir, los espacios entre las moléculas, los segmentos de las

cadenas tienen cada vez menos lugar para girar, hasta que al llegar a Tg, dejan de

hacerlo, el material se pone rígido y en esas condiciones se vuelve vítreo , es decir

frágil, porque como sus cadenas aunque todavía vibran ya no pueden girar para

cambiar su posición, y no tienen manera de amortiguar los impactos. A esta

restricción del movimiento molecular también contribuye por supuesto, la falta de

suficiente energía debida a las bajas temperaturas.

Los que sean más flexibles, con menos grupos voluminosos o con heteroátomos en

sus cadenas, podrán girar o permanecer flexibles a temperaturas menores que los

otros, hablando del estado vitro.

Los polímeros con grupos grandes o grupos muy polares o polarizables, tienen de

por sí tan baja movilidad que son vítreos a temperatura ambiente.

Cuanto mayor es el tamaño de los átomos o grupos químicos y mayor es su

polaridad, más fuerte es la repulsión, más se dificulta el giro y menos flexible es la

molécula, por lo tanto tiende a no cristalizar.

Cuando los átomos de carbono giran, llegan a quedar eclipsados y en esa posición,

la repulsión entre ellos es máxima.

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Grupos aromáticos. Los anillos bencénicos producen rigidez en las moléculas y a

veces evitan la cristalización y en otros casos la reducen.

En los copolímeros en general mientras más aleatoria y más irregular es el

acomodo de los meros es menor la tendencia a cristalizar.

La configuración CIS se caracterizan por su flexibilidad y su elasticidad, que es

irregular y les impide cristalizar.

Los grupos químicos que se encuentran en los extremos de las cadenas, no son

iguales que el resto de las unidades estructurales y le restan regularidad a la

estructura. También tienen mayor movilidad, puesto que están unidos a la cadena

de un solo lado. Estos dos factores interfieren en la cristalización.

Un peso molecular muy alto, evita un buen acomodo de las cadenas, porque es muy

difícil acomodar varias moléculas de tales dimensiones.

La ramificación no favorece la cristalinidad, este tipo de polímeros no son altamente

ramificados nunca son cristalinos.

Los polímeros de bajo peso molecular tienen una alta concentración de extremos,

también tienen, en general, una baja cristalinidad. Los polímeros de muy alto peso

molecular tienen dificultad para cristalizar, debido a que las cadenas muy largas se

enmarañan más.

Si se incorpora un plastificante a un polímero cristalino, se reduce la cristalinidad.

Una baja polaridad en los sustituyentes porque los enlaces débiles de Van der

Waals no permite una interacción fuerte entre las grandes cadenas poliméricas

debido a que no se atraen con suficiente fuerza.

Los anclajes introducidos en la vulcanización de la goma -aunque pequeños en

número- tienen este mismo efecto además de dificultar el movimiento de las

moléculas: el grado de cristalización disminuye.

c) ¿Quién presenta mayor resistencia mecánica, un cristalino o un no-cristalino?, Explicar la

respuesta [6].

Un polímero parcialmente cristalino, generalmente tiene mayor resistencia

mecánica que el mismo material con estructura amorfa. La mayor resistencia o

mayor módulo se debe al gran número y espaciamiento regular de los espacios

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intermoleculares en las estructuras cristalinas. En los polímeros amorfos, el número

de estas interacciones es menos y su espaciamiento es errático, así que al

aplicarles esfuerzos, muchas secciones del polímero se extienden o deforman

libremente, porque están presentes enlaces de Van Der Waals en comparación con

los fuertes enlaces covalentes de los polímeros cristalinos.

Por ende, podemos decir, que los cristalinos tendrán una mayor resistencia

mecánica que un no cristalino, debido al espaciamiento regular de los espacios

intermoleculares en las estructuras cristalinas.

d) ¿Cómo serían sus curvas de esfuerzo-deformación? ¿Cómo varía su módulo viscoelástico con

la temperatura?, explicar el comportamiento en una gráfica de esfuerzo-deformación de un

material rígido, flexible y viscoelástico.

Esta sería la curva para un polímero

cristalino, porque presenta un valor de

cedencia debido al desdoblamiento de las

cadenas moleculares, y que después se

necesitan vencer enlaces covalentes.

Para un polímero no cristalino está seria la

curva esfuerzo deformación, debido a que

se

está venciendo enlaces de Van Der Waals.

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Para un polímero no cristalino a bajas temperaturas es rígido, pero conforme aumenta

la temperatura y se va acerca a Tg (temperatura de transición vítrea) deja de ser

rígido y presenta una consistencia como la del cuero. Pasando la Tg presentara una

consistencia como la del hule y conforme se vaya acercando a la temperatura de

fusión (Tf) se hace viscoso.

Para un polímero cristalino observamos que es igualmente rígido a bajas

temperaturas conforme aumenta le temperatura, hasta después de la temperatura de

transición vítrea, se mantiene tenaz, pero ya próximo a la temperatura de fusión se

reblandece y se hace viscoso.

Material rígido. Pueden soportar una gran

tensión, pero no demasiada elongación antes de

su ruptura, se necesita una gran fuerza para

poder deformar este tipo de plásticos.

Material flexible. Como el polietileno y el

polipropileno difieren de los rígidos porque no

soportan tan bien la deformación pero también

no tienden tan fácil a la ruptura. Resisten por un

tiempo la deformación, pero si se aplica

demasiada tensión o la necesaria a un plástico flexible, este llega a la deformación.

Cuando se aplica un esfuerzo a un material viscoelástico, al principio este se

comporta de una manera similar al rígido pero si se le sigue aplicando el esfuerzo, el

material llega a un punto en donde cede y comienza a deformarse conforme se le

aplica esfuerzo hasta llegar a un punto en donde se rompe.

5. - Explique la diferencia:

a) Entre un polímero termoplástico y un polímero termoestable [8],

Termoplástico: Un termoplástico es un plástico que, a temperatura ambiente, es

plástico o deformable, se derrite cuando se calienta y se endurece en un estado

vítreo cuando se enfría lo suficiente. La mayor parte de los termoplásticos son

polímeros de alto peso molecular, los cuales poseen cadenas asociadas por medio

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de débiles fuerzas Van der Waals (polietileno); fuertes interacciones dipolo-dipolo y

enlace de hidrógeno, o incluso anillos aromáticos apilados (poliestireno).

Los materiales termoplásticos son básicamente polímeros lineales no

entrecruzados, pudiendo hacerse fluidos por calentamiento y tomar forma

determinada, forma que mantiene una vez fríos. Este proceso de calentamiento,

toma de forma y enfriamiento puede repetirse, en un principio, indefinidamente

(considerando, naturalmente, que no tiene lugar proceso de descomposición

termina). Son, por lo tanto, reciclables.

Termoestable: debido a su estructura entrecruzada, son polímeros infusibles e

insolubles. La razón de tal comportamiento estriba en que las cadenas de estos

materiales forman una red tridimensional espacial, entrelazándose con fuertes

enlaces covalentes. La estructura así formada toma el aspecto macroscópico de una

única molécula gigantesca, cuya forma se fija permanentemente, es decir, después

de enfriarse, la forma no cambia y arden [9].

Diferencias de acuerdo:

a) Esfuerzo aplicado [10] :

Si un termoplástico se aplica un esfuerzo se observa que tendrá una etapa de

comportamiento elástico debido a las fuerzas de Van Der Waals. De esta

manera, al someterse a esfuerzos, las cadenas que constituyen al polímero se

estirara y podrán regresar a su conformación original por los enlaces covalentes

que unen a los elementos de la cadena polimérica. También se observara un

comportamiento plástico, debido a que el esfuerzo excede la resistencia a la

cedencia, en la cual se estiran, se desenredan y comienzan a deslizarse una

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sobre otra. Sin embargo, al estar casi paralelos y muy juntas entre ellas los

enlaces de Van Der Waals se hacen más fuertes, por lo cual se necesita más

esfuerzo para continuar deformando, hasta romperlo.

Mientras que un polímero termoestable no se distingue un comportamiento

elástico y plástico como se observa en los termoplásticos, y esto es debido a que

los polímeros termoestables tienen una estructura molecular de cadenas

entrecruzadas que producen una estructura tridimensional unidas con enlaces

covalentes, las cuales requieren de mucha energía para romperlas, entonces

tendrán mayor resistencia a la deformación que los termoplásticos, y

demostraran una pequeña deformación antes de la fractura.

b) Incrementar temperatura:

A elevadas temperaturas los termoplásticos se ablandaran por que las fuerzas de

enlaces entre las cadenas se vuelven mas débiles presentándose un

comportamiento viscoelástico. Este ablandamiento se incrementa al elevar la

temperatura por encima de la Tg, reduciendo notablemente su resistencia y

aumenta su ductilidad.

Debido a que los polímeros termoestables se polimerizan a altas temperaturas

cuando una temperatura baja los llevamos a altas temperaturas, se debilitaran

pero nunca se volverán viscosos ni se fundirán, sino que se degradaran. Los

termoestables soportaran mayores temperaturas que los termoplásticos.

c) Estructura Atómica:

Los termoplásticos tienen una estructura lineal que está formada por cadenas

largas (que contienen miles de moléculas) de átomos de carbono unidas por

enlaces covalentes en su cadena molecular principal, y enlaces débiles

secundarios que mantendrán unidos a una cadena con otra.

Los termoestables poseen una estructura en forma de red la cual está formada

por enlaces tridimensionales que dan una estructura tridimensional como

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producto de entrecruzamiento de las cadenas unidas entre ellas por fuertes

enlaces de tipo covalente lo que les da la propiedad a estos polímeros de ser

duros, rígidos y con mejor estabilidad dimensional pero frágiles.

b) Entre la temperatura de transición vítrea y la temperatura de fusión de un polímero.

Transición vítrea: Transición térmica de los polímeros, exclusiva de sus regiones

amorfas o semicristalinos, en las que pasan de su estado vítreo a su estado gomoso.

El polímero amorfo pasa de comportarse como un material rígido a hacerlo como un

material fácilmente deformable. A nivel molecular, la transición vítrea define la

temperatura (o intervalo de temperaturas) a partir de la cual los segmentos que

constituyen la cadena comienzan a tener una gran libertad de rotación interna. Se

puede entender de forma bastante simple cuando se entiende que en esa

temperatura el polímero deja de ser rígido y comienza a ablandarse.

La temperatura de fusión es una transición que se manifiesta en los polímeros

cristalinos. Ocurre cuando las cadenas poliméricas abandonan sus estructuras

cristalinas y se transforman en un líquido desordenado.

Los polímeros semicristalinos también tienen alguna porción amorfa, esta porción

generalmente constituye el 40-70 % de la muestra polimérica. Esto explica por qué

una misma muestra de un polímero puede tener tanto una temperatura de transición

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vítrea como una temperatura de fusión. Pero lo importante es saber que la porción

amorfa sólo experimentará la Transición vítrea, y la porción cristalina sólo la fusión.

En el caso de los polímeros amorfos, a temperaturas por encima de la Tg las cadenas

adquieren mayor movilidad, llegando a hacerse fluidas, si bien realmente no hay

fusión, por lo que se habla de intervalo de reblandecimiento y estrictamente hablando

no se puede decir que el polímero se encuentra fundido.

c) Entre un polímero amorfo, semicristalino y cristalino.

Los términos cristalinos y amorfos se utilizan normalmente para indicar las regiones

ordenadas y desordenas de los polímeros, respectivamente. En estado sólido algunos

polímeros son completamente amorfos. Otros son semicristalinos y, dependiendo de

las condiciones de cristalización, un polímero con capacidad de cristalizar puede ser

amorfo o semicristalino. Con frecuencia se utiliza en lugar de semicristalino, aunque

ningún polímero es completamente cristalino.

Los polímeros con capacidad de cristalizar son aquellos cuyas moléculas son

químicamente y geométricamente regulares en su estructura. Las irregularidades

ocasionales, tales como las ramificaciones de la cadena, o la copolimerización de una

pequeña cantidad de otro monómero limitan el alcance de la cristianización, pero no

evitan que ocurra. Por el contrario, los polímeros no cristalinos típicos son aquellos

que existen una clara irregularidad en la estructura, polímeros ramificados, polímeros

atácticos y copolímero con cantidades significativas de dos o más constituyentes

monoméricos bastante diferentes.

6.- Explique bajo qué condiciones un polímero puede ser amorfo, semicristalino y cristalino. ¿Qué

métodos experimentales utilizaría para determinar su microestructura y por qué?

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Las substancias moleculares constituidas por pequeñas moléculas (por ejemplo, agua

y metano) generalmente son totalmente cristalinas (en estado sólido) o totalmente

amorfas (en estado líquido).

El grado de cristalización aumentará al disminuir la velocidad de enfriamiento del

polímero, o manteniendo a éste un cierto tiempo en el rango de temperaturas donde

la velocidad de cristalización es mayor, es decir, el grado de cristalinidad de un

polímero depende de la velocidad de enfriamiento durante la solidificación y de la

configuración de la cadena. En general, cuanto menor es la velocidad de enfriamiento

mayor es la cristalinidad y más grande es el tamaño de las esferulitas.

Recíprocamente, si el enfriamiento es más rápido, la cristalinidad será menor, así

como el tamaño de las esferulitas. La cristalización ocurre más rápidamente a una

temperatura alrededor del 80 % del punto de fusión [13].

El método experimental que utilizaría para determinar su microestructura seria la

difracción de rayos X porque es, sin duda, la técnica de aplicación más general y la

más ampliamente utilizada para la identificación de especies cristalinas,

determinación de estructuras cristalinas, etc. La identificación de especies a partir de

su figura de difracción de polvo cristalino se basa en la posición de las líneas (en

términos de o 2) y de sus intensidades relativas [12].

7. - Explique el comportamiento mecánico de un elastómero y a que se debe ese comportamiento,

Un elastómero posee las siguientes características [11]

a) se puede estirar más de diez veces su longitud y

regresar a su tamaño original,

b) no tiene patrón de difracción rx regular,

c) es amorfo

d) el hule estirado muestra grado de cristal y de

ordenamiento,

e) tienen grado bajo de entrecruzamiento.

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Curva esfuerzo-deformación de un elastómero. Casi toda la deformación es elástica;

por tanto, el módulo de elasticidad varia conforme cambia la deformación.

De acuerdo a la figura característica de un

elastómero, los elastómeros en general,

representan un comportamiento elástico no

lineal. Inicialmente se reduce el módulo de

elasticidad por el desenroscado de las cadenas.

Sin embargo, una vez extendidas las cadenas,

ocurre deformación elástica adicional al

estirarse los enlaces, con un módulo de

elasticidad más elevado. La elasticidad proviene

de la habilidad de las cadenas para cambiar su

posición por sí mismas y así distribuir cierta tensión aplicada. El enlace covalente

asegura que el elastómero volverá a su posición original una vez que deje de

aplicarse la tensión.

En particular, para el caucho, la elasticidad se determina mediante el número de

enlaces cruzados, o la cantidad de azufre agregada al material (vulcanización). Bajas

adiciones de azufre dejan al caucho blando y flexible, para usarse por ejemplo en

bandas elásticas y guantes de hule. Si se incrementa el contenido de azufre.

Típicamente se agrega del 0.5 al 5% de S para formar en los elastómeros los enlaces

cruzados.

8.- Explique que es la temperatura de transición vítrea de un polímero y muestre mediante

gráficamente como sería el comportamiento de un material amorfo, semi-cristalino y cristalino con

respecto a la Tg y a la temperatura de fusión.

Tg: se entiende que es la temperatura a la que un polímero deja de ser rígido y

comienza a ablandarse. Por debajo de tg el material se considera un sólido amorfo.

Por encima de tg es un sólido elástico y luego un líquido viscoso.

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Los cristalinos solo cuenta con la Tm (temperatura de fusión), mientras que los

vítreos únicamente tienen la Tg y los semicristalinos contienen las temperaturas,

tanto la Tg como la Tm.

Como podemos observar en esta grafica por debajo de la temperatura de transición

vítrea el material se comporta de manera lineal, al llegar a la Tg, entre Tg y Tm

(temperatura de fusión) el material cristalino sigue con su comportamiento lineal o

mejor dicho aun, un material cristalino no tiene transición vítrea, en este mismo

periodo de temperatura un material amorfo se empieza a reblandecer y en este

mismo periodo un material semicristalino ya se comporta de manera visco-elástica, y

después de este periodo, todos siguen reblandeciéndose y se comportan como

fluido.

9. - ¿Qué es un material compuesto? ¿Qué diferencia hay entre un material compuesto y un material

híbrido?

Material compuesto: Aquellos formados por dos o más materiales distintos sin que se

produzca reacción química entre ellos. Se obtienen al unir dos materiales para

conseguir una combinación de propiedades, como de rigidez, resistencia, peso,

rendimiento a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, conductividad o dureza.

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Los materiales compuestos pueden clasificarse en tres categorías; con partículas, con

fibras y laminares, dependiendo de la forma de los materiales.

Material Hibrido: Aquellos formados por dos o más materiales distintos donde se

producen por alguna reacción química donde la mezcla ya enlazada poder ser

orgánica o inorgánica por medio de enlaces covalentes. Se presenta en materiales

inorgánicos como los cerámicos en los que se realiza una integración de funciones

orgánicas al material, lo que se suele conseguir con ello, es que la parte orgánica de

lugar a estructuras de las moléculas inorgánicas que normalmente no se producirían,

originando compuestos de características diferentes a lo que se produciría de forma

natural.

La diferencia radica primordialmente en que los compuestos son mezclas físicas y los

híbridos por reacciones químicas.

10.- Explique detalladamente, ¿por qué es importante estudiar las propiedades fisicoquímicas de los

polímeros y su correlación con su estructura molecular?

Si nosotros estudiamos la fisicoquímica de polímeros lograremos determinar los

cambios que pueden tener los polímeros en su estructura, además, podemos tener

las características que deseamos de estos mismos al modificar los parámetros como

lo pueden ser: en la temperatura, presión, volumen, calor y trabajo en los sistemas,

sólido, líquido y/o gaseoso que se encuentran también íntimamente relacionados a

estas interpretaciones de interacciones moleculares. De aquí nos damos cuenta que

todo está en una interacción y que algunas condiciones modifican la fase o estructura

que puede llegar a tener cierto polímero e inclusive podríamos predecir cuál sería su

comportamiento bajo la influencia de estos parámetros, por ejemplo, si aumentamos

la temperatura tendríamos un polímero viscoso y a este mismo le enfriamos

rápidamente conseguiríamos obtener un polímero amorfo.

Al mismo tiempo, un buen conocimiento de la fisicoquímica me puede ayudar a

optimizar la vida útil tanto de sus componentes, como del polímero mismo, al

agregar algún elemento o sustancia para tener las características deseadas, tanto de

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dureza o resistencia a la corrosión u oxidación, teniendo conocimiento de las mejores

condiciones en las cuales se puede obtener el polímero requerido.

Industrialmente, inclusive, se puede alcanzar a hablar de un mejoramiento diseño,

bajando tal vez la temperatura dando un ahorro en la cantidad de calor requerida,

disminuyendo los precios de producción al reducir la cantidad de electricidad u otros

factores. Hasta se pensaría en un ahorrar en materias primas si, determinamos los

medios donde la polimerización es más óptima y los llevamos a cabo.

Un conocimiento en esta área, fisicoquímica, me dará las bases y una noción del

comportamiento de este tipo de materiales, en diferentes circunstancias, que me

llegaran a resolver problemas formales y aplicados en la frontera del conocimiento de

esta área que se encuentra día a día en una continua expansión.

Literatura:

1. http://www.textoscientificos.com/polimeros/polimerizacion-emulsion

2. http://html.rincondelvago.com/polimeros_6.html

3. http://www.ehu.es/reviberpol/pdf/publicados/fernandez.pdf

4. http://www.ehu.es/macromoleculas/pagina_nueva_11.htm

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