importancia de los polÍmerosdepa.fquim.unam.mx/amyd//archivero/polimeros_28586.pdf · 2014. 9....
TRANSCRIPT
POLÍMEROS
Hay polímeros naturales y polímeros sintéticos
Deriva de griego:
Polímero
POLI que significa “muchos”
y de MEROS que significa “partes”
"plastikos" que significa moldeable
Deriva de griego:
PLÁSTICO
Es el término popular para una gran
variedad de polímeros sintéticos
hechos por el hombre
Polímeros
Moléculas grandes que están constituidas de unidades químicas que se
repiten (meros) Polímeros:
Material constituido por
más de 500 “meros”
unidos entre sí
Meros
5 o mas átomos
Polímeros Orgánicos Naturales
Polisacáridos
(celulosa, almidón)
Proteínas
(cabello, piel, tejido)
Polinucleótidos
(ADN, ARN)
Polímeros Orgánicos Sintéticos
Acrílicos (vidrio orgánico)
Polivinílicos (hojas plásticas y
materiales para plomería)
Poliestirenos (materiales aislantes)
Nylons (poliamidas)
HISTORIA DE LOS
POLÍMEROS SINTÉTICOS
MODIFICACIÓN ESTRUCTURAL A LOS POLÍMEROS
NATURALES
ALMIDÓN
HULE
ESTRUCTURA QUÍMICA DEL HULE NATURAL
HULE NATURAL
O
H
O
OO
H2C
OH
O
H
HO
H
O
OH2C
OH
O
H
HH
H
O
OH
H2CO
O
H
OH
H
O
OH
H2CO
O
H
O
Estructura de la celulosa
Polisacáridos
Hevea
Brasiliensis
Castilloa elástica
Se separa el hule natural del agua y otros materiales. El hule coagulado
es ' transformado en crepe, granulado o lamina ahumada.
HULE CRUDO
“BENEFICIO”
CAUCHO MÁS SIMPLE ES EL ISOPRENO O
2-METILBUTADIENO
Temperatura (C) Apariencia física del
caucho puro
- 195 Es un sólido duro y
transparente
0 a 10
Es frágil y opaco
20
Se vuelve blando, flexible y
translúcido
50 Adquiere una textura de
plástico pegajoso
≥ 200 Se descompone.-
ESTRUCTURA QUÍMICA DEL HULE NATURAL
HULE NATURAL
1. Se fundían en climas calientes
2. Se congelaban y rompían en climas fríos
3. Se adherían prácticamente a todo
Productos que se obtenían del hule:
Charles Spencer Goodyear
Charles Goodyear en forma accidental
mezcló algo de hule con azufre en una
estufa caliente
Azufre entrecruzado
Cadenas de polímero
Hule vulcanizado
1er. elastómero obtenido
ALMIDÓN
En el siglo XIX se buscó modificar a los
coloides y a los polímeros naturales para
formar nuevos materiales.
NUEVOS MATERIALES
En 1870, John Wesley Hyatt usó
celulosa modificada químicamente para
producir un nuevo producto que se
conoce con el nombre de celuloide,
John Wesley Hyatt
Celuloide, nitrato de celulosa
Se utilizó para fabricar diversos productos como peines
para el pelo
o bien para las películas del cine mudo.
Celuloide:
nitrato de celulosa
La celulosa ocupa un lugar importante en la historia
de los polímeros porque fue utilizada para hacer algunos de los PRIMEROS POLÍMEROS SINTÉTICOS, tales como el nitrato de celulosa, acetato de celulosa y rayón.
Polisacáridos
Hilado de fibras de algodón para formar el hilo de algodón
Comercializó la primera fibra textil sintética, al hilar hilos
de nitrato de celulosa para formar una fibra artificial, que
se conoce como rayón o seda de Chardonnet
En 1890:
Louis-Marie-Hilaire Bernigaud,
Conde de Chardonnet
Obtuvo una patente en 1884 por una fibra
que obtuvo por un proceso de extrusión
de nitrato de celulosa nitrate a través de
capilares muy finos, controlando la
inflamabilidad del compuesto
En la Exposición de Paris de 1889 mostró
por primera vez diferentes productos
hechos a base de rayón.
Polímeros sintéticos
Leo Hendrik Baekeland
1907 descubre la bakelita
El original Baekelizador, el cual fue
usado por Baekeland y sus
colaboradores de 1907 a 1910 para
formar Bakelita por medio de la
reacción entre fenol y formaldehído,
bajo presión y altas temperaturas
Resina fenol-formaldehído
BAKELITA
(SÓLIDO ENTRECRUZADO)
calor fenol
Calor
- H2O
REPETIR
BAKELITA
(SÓLIDO ENTRECRUZADO)
Botones de bakelita Rotor de un distribuidor
hecho de bakelita
ESTRUCTURA DE LA BAKELITA:
BAKELITA (POLÍMERO ENTRECRUZADO)
POLIURETANOS.
dialcohol
diisocianato
POLIURETANO
POLIURETANO
Historia
1937
Otto Bayer primera síntesis en Alemania.
Otto Bayer
(1902 - 1982)
Historia del poliuretano
1937 Otto Bayer descubre la química básica del poliuretano. La empresa Bayer,
donde fortuitamente trabajaba, patenta el proceso (Patente DRP 728981)
1940 Se utiliza por primera vez espuma rígida en aviones.
1948 Primera aplicación como aislante, en un barril de cerveza.
1949 Se crea el "hule" de poliuretano vulcanizado para llantas.
1953 Desarrollo de piel sintética para calzado.
1954 Surge el relleno de espuma.
1958 Aparece la fibra "spandex".
1969 Se aplica en las defensas de los autos.
1970 Se desarrolla una imitación de madera, así como aplicaciones médicas.
1979 Aplicación como aislante en edificios.
1981 Se aprovecha en la fabricación de tablas de surf.
1993 Se utiliza para fabricar catéteres.
1995 Empleado en llantas de bicicleta.
2001 Su uso se extiende a las llantas de automóviles
La invención de estas espumas (las cuales inicialmente se llemarano
como imitacuión de un queso suizo por sus inventores fue gracias a que el
agua se introdujo accidentalmente en la mezcla de reacción
GAS
POLIURETANOS.
Propiedades mecánicas variadas en gran medida por el empleo de diferentes
isocianatos o dioles como, por ejemplo, el polietilenglicol.
Provoca la generación de más o menos cantidad de CO2, el cual aumenta
el volumen del producto en forma de burbujas
La adición de cantidades variables de H2O
Los poliisocianatos estuvieron
comercialmente disponibles. La
producción comercial de la espuma
flexible de poliuretano comenzó en 1954,
y la cual utilizó como materias primas al
toluenisocianato y a polioles.
1952
Estos materiales también se usaron para producir espumas rígidas, gomas
de hule y elastómeros. También se produjeron fibras lineales a partir del
diisocianato de hexametileno y el 1,4-butanodiol
POLÍMEROS VINÍLICOS
POLÍMERO LINEAL
cadena principal
grupos pendientes
n C C
HH
HH
C C C CCCCC
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
POLIETILENO ETILENO
polimerización
Eso es lo que muestra la siguiente figura:
Pero puede representarse más fácilmente como en la
siguiente figura, sólo con la cadena de átomos de
carbono, de miles de átomos de longitud:
Una molécula de polietileno lineal o PEHD
Una molécula de polietileno ramificada, o PELD
Cadenas ramificadas empacadas
Las ramificaciones evitan que las cadenas se acerquen entre sí, hay pocas por
unidad de volumen, i.e. hay una menor densidad
Cadenas lineales empacadas
Sin ramificaciones, es posible un empacamiento más cercano entre las moléculas;
i.e. una densidad más alta
3 - Grado de cristalinidad. Este factor afecta notablemente la resistencia, puesto que a medida que aumenta lo hacen la resistencia a tracción, modulo de elasticidad y densidad, tal como se observa en la figura 15.8.
Curvas tensión-deformación para PE de alta y baja densidad.
Estructura repetitiva o unidad repetitiva.
POLIPROPILENO
Grupo metilo pendiente
Para simplificar las cosas, por lo general sólo
representamos una unidad de la estructura repetitiva,
así:
La unidad repetitiva se encierra entre paréntesis y el
subíndice n indica el número de unidades repetitivas
en la cadena polimérica.
Poliestireno
C C
HH
ClH
CLORURO DE VINILO
POLICLORURO DE VINILO
POLIMETACRILATO DE METILO
n
C C
H
Cl
H
Hn
C C
CH3H
CH3H
ISOBUTILENO
POLIISOBUTILENO
C C
CH3
C
H
H O
OCH3
C C
CH3
CH3
H
Hn
C C
CH3H
CH
O
OCH3
METACRILATO DE METILO
POLITETRAFLUOROETILENO, QUE FABRICA LA COMPAÑÍA
DU PONT LO LLAMA TEFLON.
C C
FF
FF
TETRAFLUOROETILENO
POLITETRAFLUOROETILENOC C
F
F
F
Fn
POLIACETATO DE VINILO
n
C C
H
O
H
H
C O
CH3
C C
HH
OH C
O
CH3
ACETATO DE VINILO
C C C C CCCCCC
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
C C C C CCCCCC
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
Con un grupo metilo como grupo
pendiente: metacrilatos
Metacrilato de
metilo
Poli(metacrilato
de metilo)
La ventana más grande del mundo es una ventana panorámica
en el acuario de la bahía de Monterrey en California, está hecha
de una sola pieza gigante de PMMA de 16.6 m de largo, 5.5 m de
alto y 33 centímetros de espesor
Es un polielectrolito, es un grupo ionizable
Poli(ácido acrílico)
Absorbe H2O muchas veces su propio peso
sin ninguna dificultad.
Polímeros superabsorbentes
Se utiliza el poli(acrílato de sodio) en los pañales
Polímero entrecruzado
seco
Polímero entrecruzado
húmedo
Formación del gel de poliacrilato de sodio
Cultivo de hidroponia (soporte PAK) de acelgas con poliacrilato de sodio
1ª semana 2ª semana 3ª semana
4ª semana 5ª semana 6ª semana
Derivados con Nitrógeno
Existen varios derivados de los poliacrilatos que contienen
nitrógeno. La poliacrilamida y el poliacrilonitrilo son los dos que
se muestran en la figura. El poliacrilonitrilo se emplea para hacer
fibras.
El policloropreno se obtiene a partir del monómero
cloropreno, de la siguiente manera:
Policloropreno
El policloropreno tiene características similares a las de otros
polímeros dieno, como el poliisopreno y el polibutadieno
Cloropreno Policloropreno
Los nylons también se llaman poliamidas, debido a los
característicos grupos amida en la cadena principal. Las
proteínas, tales como la seda a la cual el nylon n
reemplazó, también son poliamidas. Estos grupos amida
son muy polares y pueden unirse entre sí mediante enlaces
por puente de hidrógeno. Debido a esto y a que la cadena
de nylon es tan regular y simétrica, los nylons son a
menudo cristalinos, y forman excelentes fibras.
GRUPO
AMIDA
SEIS ÁTOMOS DE CARBONO SEIS ÁTOMOS DE CARBONO
diamina Ácido dicarboxílico
Obtención del nylon-6,10
Se asoció a las iniciales de las dos ciudades en las que se
pensaba que se iba a tener una gran demanda por el
producto (o a las ciudades de las que provenían los
investigadores que trabajaban en la DuPont):
Se asoció a las iniciales de la siguiente frase:
El Kevlar es una poliamida, en la cual todos los
grupos amida están separados por grupos para-
fenileno, es decir, los grupos amida se unen al
anillo fenilo en posiciones opuestas entre sí, en
los carbonos 1 y 4.
POSICIONES 1,4POSICIONES 1,4
H
N
O
CN
H
O
CC
O
C
O
N
H
N
H
El Nomex, por otra parte, posee grupos meta-fenileno, es
decir, los grupos amida se unen al anillo fenilo en las
posiciones 1 y 3.
H
N
O
CC
O
H
NC
O
H
N
O
C N
N
POSICIONES 1,3POSICIONES 1,3
• El Kevlar es un polímero altamente cristalino
• Insoluble en la mayoría de los disolventes orgánicos
• Punto de fusión arriba de 500 oC
Stephanie Kwolek
(1923-2014)
Encontró que el H2SO4 caliente era un buen disolvente
Las aramidas se utilizan en forma de fibras. Forman fibras aún mejores que las poliamidas no aromáticas, como el nylon 6,6.
NC
CN
O
OH
H
NC
H
O
NYLON-6,6
CONFORMACIONES DE LAS AMIDAS
N
O
C
H
NH
O
C
AMIDA TRANS AMIDA CIS
La misma molécula de la amida se puede
interconvertrir entre las conformaciones cis y
trans, originando una pequeña energía.
En las poliamidas también existen las conformaciones
cis y trans.
NC
CN
O
OH
H
NC
H
O
NYLON-6,6
Cuando en una poliamida todos los grupos amida
están en su conformación trans, como por ejemplo en
el nylon 6,6, el polímero se estira completamente en
una línea recta.
Pero lamentablemente, siempre existen unos pocos
enlaces amida en la conformación cis. Por ello las
cadenas del nylon 6.6 nunca llegan a estar
completamente extendidas.
NC
CN
O
OH
H
NHC
O
SI UNA SOLA UNIÓN ES CIS
CAUSA UN RETORCIMIENTO
• Necesita formar cadenas largas y completamente
extendidas
• Implica que se empaquetan más adecuadamente
• Permite que se presente la forma cristalina que
caracteriza a las fibras.
Fibra
En el Kevlar, no es posible que la molécula adopte la
conformación cis, por los Hidrógenos de los grupos
aromáticos
CO
CO
HN
H
HN
C
O
C
O
H
N
H
O
NC
O
CH
H
De modo que la conformación trans es la que
se encuentra generalmente.
H
N
O
CN
H
O
CC
O
C
O
N
H
N
H
H
H H H
HH
H
H
H
HH
H
H H
HH
Los anillos fenilos de las cadenas adyacentes se acomodan muy fácil y
cuidadosamente uno encima de otro, lo que hace al polímero aún más
cristalino, y sus fibras más resistentes.
Las fibras poliméricas, están constituídas por
un polímero cuyas cadenas están extendidas
en línea recta (o casi recta) una al lado de la
otra a lo largo de un mismo eje, tal como se
observa en la figura:
Los polímeros ordenados en fibras como éstas,
pueden ser hilados y usados como textiles. Las
prendas que usted usa, están hechas de fibras
poliméricas, al igual que las alfombras, las sogas, etc.
Polietileno
Polipropileno
Nylon
Poliéster
Kevlar y Nomex
Poliacrilonitrilo
Celulosa
Poliuretanos
POLÍMEROS QUE PUEDEN SER EMPLEADOS COMO FIBRAS:
Las fibras están siempre constituidas por
polímeros dispuestos en cristales.
Tienen que ser capaces de poder empaquetarse según un
ordenamiento regular, a los efectos de alinearse en forma de
fibras
Nylon-6,6 se empaqueta formando fibras cristalinas.
Los enlaces por puente de hidrógeno y otras
interacciones secundarias entre cadenas individuales,
mantienen fuertemente unidas a las cadenas
poliméricas
Las fibras también tienen sus inconvenientes. Si
bien poseen buena fuerza tensil, es decir que son
resistentes cuando se las estira, por lo general
tienen baja fuerza compresional, o sea, son
débiles cuando se aprietan o se comprimen.
CLASIFICACIÓN DE LOS
POLÍMEROS ORGÁNICOS
SINTÉTICOS
Se clasifican en función del tipo de
reacción a través del cual se lleva a
cabo la reacción de polimerización:
1) Reacciones de adición
2) Reacciones de condensación
Wallace Hume Carothers
Clasificación de los Polímeros
Orgánicos Sintéticos
Método de síntesis
Reacciones de adición
Reacciones de condensación
Clasificación por el tipo de reacción
Clasificación de los
Polímeros Sintéticos Los polímeros sintéticos se clasifican con
base en sus métodos de síntesis
Crecimiento contínuo
de la cadena
Crecimiento por
pasos
Poliestireno Poliamidas (nylon)
Método Sintético
Cuando se polimeriza el etileno para obtener polietileno, cada átomo de la molécula de etileno se transforma en parte del polímero
n C
HH
C
HH
C
H
H
C
H
H n
REACCIONES DE ADICIÓN
CRECIMIENTO CONTÍNUO DE LA CADENA
Cl C
O
CH2 CH2 CH2 CH2 C
O
Cl + N
H
H
CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 N
H
H
nn
N CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 N
H
O
CCH2CH2CH2CH2
O
C
Hn
H Cl+
REACCIONES DE CONDENSACIÓN
CRECIMIENTO POR PASOS
Las polimerizaciones por condensación
generan subproductos
En Conclusión
Las polimerizaciones por adición, no.
Reacciones de polimerización
Generalmente se usa un peróxido
O
O
O
O
O
O
O
O
2 2
O C O+
POLIMERIZACIONES POR CRECIMIENTO DE CADENA
(REACCIONES DE ADICIÓN)
. .
.
Los radicales libres fenilos atacan la doble ligadura del alqueno para seguir produciendo radicales libres:
+ H2C CH2 CH2 CH2
Con el isopreno, se obtiene el poliisopreno
H2C C
CH3
CH CH2
CATALIZADOR
ISOPRENO POLIISOPROPENO
H
H
C
H
C
H
H CH3
CC
H
H
C
H
C
H
H CH3
CC
PLÁSTICO SINTÉTICO
Polimerización-1,4 del 1,3-butanodieno
Cis-1,4-polibutanodieno
Por la doble ligadura que queda en el poliisopreno,
se pueden presentar dos isómeros: cis o trans
Cloropreno
Se utiliza como monómero para obtener el policloropreno, un caucho sintético. El policloropreno se conoce también como neopreno, la marca comercial con la que DuPont lo desarrolló y lo comercializa actualmente.
Director de Investigación en Química Orgánica en la Compañía Dupont en 1928. En esta Compañía primero trabajó en la polimerización del acetileno y sus derivados, lo cual dio como resultado el desarrollo del neopreno.
Wallace Hume Carothers y el NEOPRENO
Wallace Hume Carothers y el NEOPRENO
La estructura del neopreno es la siguiente:
H2C C
Cl
CH CH2
CLOROPRENO
CATALIZADOR
C C
Cl
C C
H
H
H
H H
H
H
H
CC
Cl
CC
H
H
H
H
CC
Cl
CC
H H H
POLICLOROPRENO
NEOPRENO
Wallace Hume Carothers y el NEOPRENO
En una polimerización por crecimiento de cadena,
los monómeros pasan a formar parte del polímero
de a uno por vez. Esta es una la polimerización
aniónica del estireno, para obtener poliestireno
A:-
H2C CH
Ph
C C:-
PhH
H H
A
C C:-
PhH
H H
A H2C CH
Ph
C C
PhH
H H
A C
H
H
C:-
H
Ph
C C
PhH
H H
A C
H
H
C:-
H
Ph
+
+
+
H2C CH
Ph
C C
PhH
H H
A C
H
H
C
H
Ph
C
H
H
C:-
H
Ph
MECANISMO DE LA POLIMERIZACIÓN ANIÓNICA
Paso de iniciación: El iniciador se adiciona la monómero para formar un anión
Paso de propagación: Otra molécula de monómero se adiciona al anión
n-Butillitio acrilonitrilo
Cadena en crecimiento Cadena alargada polímero acrilonitrilo
Carbanión estabilizado
MECANISMO DE LA POLIMERIZACIÓN CATIÓNICA
Esta polimerización se lleva a cabo por medio de un mecanismo
similar al del proceso por radicales libres, solo que aquí se forman
carbocationes como intermediarios reactivos
Paso de iniciación: El catalizador protona al monómero, se inicia la cadena
Paso de propagación: Otra molécula del monómero se adiciona a la cadena
Cadena en crecimiento
isobutileno Cadena iniciada
isobutileno Cadena alargada polímero
C C
PhH
H H
A C
H
H
C
H
Ph
C
H
H
C:-
H
Ph
C C
PhH
H H
A C
H
H
C
H
Ph
C
H
H
C:-
H
Ph
+ NO HAY REACCIÓN
En la polimerización aniónica dos cadenas en
crecimiento no pueden reaccionar entre si:
H3C C
O
OH + CH2 CH3HO H3C C
O
O CH2 CH3 + H O H
REACCIONES DE CONDENSACIÓN
ÁCIDO ACÉTICO
ETANOL ÉSTER ACETATO DE ETILO
AGUA
HACIENDO UN POLÍMERO
Ya que se tiene un esquema muy burdo de lo que ocurre en
una reacción de condensación, enfoquemos nuestra
atención para visualizar como ocurre la reacción de
polimerización, en este caso un poliéster. La pregunta obvia
es:
Si se tiene el ácido acético y el etanol y se calientan por
arriba de 100 ºC, ¿Por qué no se forma un polímero?. Solo
se forma acetato de etilo.
CH3 C
O
OH + HO CH2CH3 + H2O
ÁCIDO ACÉTICO ALCOHOL
ETÍLICO
ACETATO DE ETILO
O CH2CH3
O
CCH3
HACIENDO UN POLÍMERO
La respuesta, es obvia, ya que bajo esta condiciones, una vez que se hacen reaccionar cada uno de los grupos funcionales, el ácido carboxílico y el alcohol, que están en los extremos de las moléculas, se forma el éster
Éster
HACIENDO UN POLÍMERO
Una vez que se forma el éste, (círculo amariilo) ya no hay manera
de que éste siga reaccionando para formar una molécula más
grande. Debe ser obvio que para hacer moléculas lineales
grandes se necesitan moléculas bifuncionales
Se debe de tener en cuenta que la reacción no ocurre en un
solo paso como se ha indicado aquí, sino que ocurre paso a
paso
HACIENDO UN POLIÉSTER
Si se toma un ácido bifuncional y un alcohol bifuncional, entonces en el primer paso consiste en una serie de reacciones simples entre pares de monómeros para formar dímeros (y agua, la cual se debe eliminar parea desplazar las reacciones en equilibrio para obtener un polímero de alto peso molecular)
HACIENDO UN POLIÉSTER
Los dímeros formados ahora pueden reaccionar con otras
moléculas de monómero para formar trímeros
Y así continua
POLIÉSTERES: PET
TEREFTALATO DE DIMETILO ETILÉNGLICOL
TRANSESTERIFICACIÓN
TRANSESTERIFICACIÓN
Y así continua
Veamos un ejemplo de reacción entre dos monómeros, el
cloruro de tereftoilo y el etilenglicol, para formar un
poliéster llamado poli(etilentereftalato). Lo primero que
sucede, es la formación de dímero
Cl C
O
C
O
Cl + HO CH2CH2 OH
Cl C
O
C
O
O CH2CH2 OH + H Cl
CLORURO DE FTALOILO ETILÉNGLICOL
DÍMERO
POLIMERIZACIÓN POR CRECIMIENTO EN ETAPAS
En este punto de un sistema de crecimiento de cadena, sólo
podría suceder una cosa: que se adicione un tercer
monómero al dímero para dar lugar a un trímero. O bien
puede reaccionar con uno de los monómeros para formar un
trímero:
Cl C
O
C
O
Cl+Cl C
O
C
O
O CH2CH2 OH
+ H Cl
CLORURO DE FTALOILODÍMERO
Cl C
O
C
O
O CH2CH2 O Cl
O
C
O
C
TRÍMERO
O bien puede reaccionar con otra molécula de
etilénglicol
+Cl C
O
C
O
O CH2CH2 OH
+ H Cl
DÍMERO
TRÍMERO
HO CH2CH2 OH
C
O
C
O
O CH2CH2 OHOCH2CH2HO
Pero puede hacer otras cosas también.
Puede reaccionar con otro dímero para
formar un tetrámero:
+Cl C
O
C
O
O CH2CH2 OH
+ H Cl
DÍMERO
TETRÁMERO
Cl C
O
C
O
O CH2CH2 OH
DÍMERO
Cl C
O
C
O
O CH2CH2 O C
O
C
O
O CH2CH2 OH
O puede reaccionar con un trímero para formar un
pentámero.
+Cl C
O
C
O
O CH2CH2 OH
+ H Cl
DÍMERO
PENTÁMERO
TRÍMERO
Cl C
O
C
O
O CH2CH2 O C
O
C
O
Cl
C
O
C
O
O CH2CH2 O C
O
C
O
ClOCH2CH2O
O
C
O
CCl
etilénglicol
Calor, pérdida
de CH3OH
Catalizador
CH3O:-
OBTENCIÓN DE PET, UN POLIÉSTER
Tereftalato de dimetilo
Poli(tereftalato de dimetilo) o PET, también llamado Dacron, poliéster o película Mylar
Lexan, un policarbonato
fosgeno
Bisfenol A
Calor, pérdida de 2 HCl
OBTENCIÓN DE LEXAN, UN POLICARBONATO
Numan Özgün, Birgitta Nick, Bernd Jung, Franz-Josef Wortmann, Hartwig
Höcker , "Modelling of theta-conditions for Bisphenol-A Polycarbonate single
chains" , Macromol. Symp. 127, 151-159 (1998)
PET - Polietilentereftalato
PTT - politrimetilen tereftalato
PBT - polibutilen tereftalato
POLIÉSTERES USADOS COMO FIBRAS TEXTILES
ANHÍDRIDO FTÁLICO GLICEROL GLIPTAL
POLI (ETILÉN NAFTALATO) O PEN
Los nylons se pueden sintetizar a partir de las
diaminas y los cloruros de diácido. El nylon-6,6 se
hace con los monómeros cloruro de adipoílo y
hexametiléndiamina.
CLORURO DE ADIPÓILO HEXAMETILÉNDIAMINA
NYLON-6,6
Pero en una planta industrial de nylon, se
fabrica generalmente haciendo reaccionar el
ácido adípico con la hexametiléndiamina.
HEXAMETILÉNDIAMINA ÁCIDO ADIPICO
NYLON-6,6
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.
NYLON-6 -CAPROLACTAMA
Se hace a partir del monómero caprolactama, por
medio de una polimerización por apertura de anillo. El
nylon-6 no se comporta de manera diferente al
nylon-6,6. La única razón por la que se fabrican los dos
tipos, es porque DuPont patentó el nylon-6,6 y otras
compañías tuvieron que inventar el nylon-6 para poder
entrar en el negocio del nylon.
POLIURETANOS
Etilénglicol Diisocianato de hexametileno
Unión uretano (carbamato)
Reacción entre moléculas bifuncionales que no implican la eliminación
Apariencia de las cadenas de un polímero lineal real como se observaron
usando microscopia de fuerza atómica sobre la superficie bajo un medio
líquido. La longitud del contorno de la cadena para este polímero es de
204 nm; y un grosor de ~0.4 nm
COPOLÍMEROS DE DOS Ó MÁS MONÓMEROS
muchos materiales poliméricos son polímeros que se hacen al
polimerizar dos o más monómeros diferentes en forma simultánea
Polimerización de una mezcla de cloruro de vinilo y cloruro
de vinilideno, la cadena en crecimiento se adiciona en forma
preferente al monómero que no está en el extremo de la
cadena
Cloruro de vinilideno Cloruro de vinilo
SARAN
REACCIÓN GLOBAL
ABS Acrilonitrilo-butadieno-estireno
Termoplástico
Tg 105 °C
acrilonitrilo 1,3-butadieno
estireno
POLÍMEROS CRISTALINOS Y AMORFOS
Polímero cristalino Polímero amorfo
VIDRIO
TERMOPLÁSTICO
LÍQUIDO
tem
pe
ratu
ra
tem
pe
ratu
ra
VIDRIO
LÍQUIDO
GOMOSO
PEGAJOSO Tm
ancha
Tm
definido
La transición vítrea es el cambio de un estado flexible
a otro rígido, o viceversa
Temperatura de fusión
Temperatura de transición
vitrea
Tem
pera
tura
Por ejemplo, si tenemos un polímero con una Tg de100º C y otro con una Tg
de -20º C, el primero será un material rígido a temperatura ambiente, mientras
que el segundo será
Temperatura o pequeño intervalo de temperaturas por debajo del cual un
polímero se encuentra en un estado vítreo y encima de él, este presenta la
consistencia de un hule
Temperatura a la cual se rompen los enlaces covalentes de las cadenas.
Temperatura de Fusión (Tm) :
Temperatura o pequeño intervalo de temperaturas en los cuales loscristales
desaparecen en un polímero semicristalino y este pasa rápidamente de
sólido semicristalino a un liquido muy viscoso.
Temperatura de Descomposición (Tz):
Temperatura de Transición Vítrea (Tg):
POLÍMEROS CRISTALINOS POLÍMEROS AMORFOS
Al calentar se observa fusión:
las cadenas poliméricas
abandonan sus estructuras
cristalinas y se transforman
en un líquido desordenado,
viscoso
Al calentar se observa la
transición vítrea: como un hay
estructura cristalina las cadenas
no están dispuestas según un
ordenamiento cristalino, sino
que están esparcidas en
cualquier ordenamiento, aún en
estado sólido
Estado sólido:
líquido subenfriado
Parte del polímero
cristalizada
Parte cristalina
POLÍMEROS
Parte amorfa
Cuando se calienta un polímero cristalino a
velocidad constante, la temperatura
aumentará a velocidad constante. La cantidad
de calor requerida para incrementar un grado
Celsius la temperatura de un gramo de
polímero, se denomina capacidad calorífica.
Calor latente
de fusión
TRANSICIÓN VÍTREA FUSIÓN La flexibilidad o rigidez de un
polímero a una temperatura dada
están determinadas por la movilidad
de la cadena, i.e., cuan
eficientemente las cadenas del
polímero se deslizan entre sí.
Cuanto más puedan moverse, más
flexible el polímero
Polímero cristalino Polímero amorfo
Movimiento de las cadenas
Tg muy baja
cadena polimérica que puede
moverse con facilidad
Tg alta
cadena polimérica que no
puede moverse con facilidad
¿Qué es lo que influye para que la transición
vítrea de un polímero sean 100 oC y de otro 500 oC?
Importancia grupo pendiente: grupos de anclado
Poli(éter cetona) Tg = 119 oC
Poli(éter cetona) Tg = 225 oC
Importancia grupo pendiente: grupos con impedimento estérico
Grupos voluminosos también pueden disminuir la Tg
Cuanto más alejadas se encuentren unas de otras, se podrán mover
con mayor facilidad
Poliacrilato de metilo Poli(metacrilato de metilo)
caucho blanco TA Plástico duro a TA
Tg = 6 oC Tg = 105 oC
Cuanto más fácilmente pueda moverse un polímero, menor calor habrá
que suministrarle para que las cadenas empiecen a contornearse para
salir de un estado vítreo rígido y pasar a otro blando y flexible.
El inventor que descubrió primero cómo hacer botellas de PET fue
NATHANIEL WYETH.
TEMPERATURA DE TRANSICIÓN VÍTREA Tg (°C)
80 122
PET PEN
¿Cuál sería el candidato ideal para lavar y esterilizar envases retornables?
En esta parte se da una pequeña introducción acerca de
cómo se obtienen los polímeros. La reacción química por
la cual se obtienen los polímeros se denomina
polimerización.
Polímero Tg en °C Tm en °C
ABS 110 190
Poliacetal -85 175
Nylon 6 50 225
Nylon 6,6 50 260
Nylon 6,10 40 215
Nylon 11 45 185
Poliacrilonitrilo 87 320
Polibutadieno -121 -
Policarbonato 152 225
Policloruro de vinilideno -20 215
Policloruro de vinilo 80 205
Poliestireno táctico 100 235
Poliéster - 235
Polietileno PEAD -35 a -120 135
Polietileno PEBD -35 a -120 105
Politereftalato de etileno(PET) 80 265
Polimetilmetacrilato 100 a 120 -
Polipropileno -15 a -25 160
Termoplásticos
Diferentes tipos, comparación y usos
TERMOPLÁSTICOS
TERMOFIJOS
PLÁSTICOS
Presentan propiedades diferentes y en consecuencia el tipo de plástico
empleado depende del uso que se le de al producto
La diferencia principal entre estos dos tipos de plásticos es su
comportamiento al calentarse:
TERMOPLÁSTICOS PLÁSTICOS TERMOFIJOS
Solo se pueden calentar y moldear una
sola vez. Normalmente no son reciclables Se pueden calentar y remoldear cientos
de veces y también son reciclables
Termoplásticos Nombre del
polímero
Productos Usos Propiedades
Poliamida (Nylon) Rodamientos (baleros),
ruedas automotrices,
carcasas para herramientas
eléctricas, bisagras para
pequeños armarios,
accesorios de barra para
cortinas y telas para
confección
De color cremoso, duro,
bastante duro, resiste el
desgaste, autolubricante,
buena resistencia a los
productos químicos y
máquinas
Polimetacrilato de
metilo (acrílico)
Señales para puertas y
paredes, cubiertas de cajas
de almacenamiento, toldos y
ventanas exterior e interior
de aviones, fundas para las
luces del coche, lavabos y
baños
Rígido, duro, pero se
rasguña fácilmente,
durable, frágil en
pequeñas secciones.
buen aislante eléctrico,
se pule bien
Polipropileno Equipos médicos, equipos
de laboratorio, recipientes
con una función de bisagras,
"asientos de plástico",
cuerdas, equipo de cocina
Luz, duro pero fácilmente
arañazos, duro, buena
resistencia a los
productos químicos, se
resiste a la fatiga de
trabajo
Termoplásticos Nombre del
polímero
Productos Usos Propiedades
Poliestireno Juguetes, especialmente
maquetas, envases, cajas
de plástico y contenedores
Ligero, duro, rígido,
transparente, frágil,
con buena
resistencia al agua
Polietileno de baja
densidad (LDPE)
Embalaje, especialmente
botellas, juguetes, películas
y bolsas de embalaje
Duro, buena
resistencia a los
productos químicos,
flexible, buen
aislante eléctrico
Polietileno de alta
densidad (HDPE)
Botellas, tubos, artículos de
plástico para el hogar
Duro, rígido, capaz
de ser esterilizado
Termofijos Nombre del
polímero
Productos Usos Propiedades
Resina epóxica Fundición y
encapsulación,
adhesivos, unión a otros
materiales
buen aislante eléctrico,
duro, frágil a menos que
esté reforzado, resiste
bien los productos
químicos
Melamina-
formaldehído
Laminados para
superficies de trabajo,
aislamiento eléctrico,
vajilla
rígido, duro, fuerte,
resistente a algunos
productos químicos y las
manchas
Resina poliéster Fundición y
encapsulación, se une
con otros materiales
Rígido, duro, frágil a
menos que este
laminado, buen aislante
eléctrico. resiste bien a
las sustancias químicas
Urea-formaldehído Accesorios eléctricos,
manijas y perillas de
control, adhesivos
Rígido, duro, fuerte,
frágil, buen aislante
eléctrico
Tensión (% elongación)
Curvas típicas de tensión en función de la elongación para diferentes
clases de polímeros
Fuerz
a
tensión
Quebradizo
Plástico
Elástico
CLASIFICACIÓN INTERNACIONAL DE LOS PLÁSTICOS
7
PET POLIETILENO TEREFTALATO
HDPE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD
PVC POLICLORURO DE VINILO
LDPE POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD
PP POLIPROPILENO
PS POLIEESTIRENO
OTROS OTROS PLÁSTICOS
Características del PET
• Transparente (cristal)
• Buen brillo superficial
• Alta resistencia mecánica
• Alta rigidez
• Alta resistencia al calor
BOTELLAS RECICLADAS
DE REFRESCOS.
Coca-Cola de México, Coca-Cola Femsa y Alpla México,
anunciaron la creación de la empresa Industria
Mexicana de Reciclaje (IMER) y la inversión de más de
$20 millones de dólares en la construcción en México de
la primera planta de reciclaje PET tipo botella-botella en
América Latina. 25 mil toneladas de botellas hechas con
material PET podrán ser procesadas cada año.
Dr. Javier Cruz Gómez
Departamento de
Ingeniería Química
Dra. Herminia Loza Tavera
Departamento de Bioquímica,
microbiología
M en C Agustín Carrillo García
Detectan en la UNAM bacteria degradante del
poliuretano
La Jornada, miércoles 23 de enero de
2008 → ciencias
Tiradero en el Bordo de Xochiaca,
Nezahualcoyotl, Estado de México
Bacterias del género Alicycliphilus sp
Crecen en un medio de poliuretano, aunque complementado
con un extracto de levadura o glucosa:
Otras bacterias "come-plástico"
• Corynebacterium sp.
• Pseudomonas fluorescens;
• P. chlororaphis
• Bacillus subtilis
Método limpio para reutilizar llantas
Separa el azufre y recupera el polímero original del hule o caucho
para hacer nuevos neumáticos
Dr. Juventino García Alejandre
