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Investigación y resumen de los materiales y sus propiedades
Tipo: Resúmenes
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Tienen buena plasticidad con aplicación de calor, lo que permite moldearlos fácilmente Se pueden disolver con algunos disolventes Pueden absorber algunos solventes y, cuándo lo hacen, se hinchan Ofrecen buena resistencia a la deformación por fluencia (deformación irrecuperable)
Las moléculas de polímeros que forman un termoplástico están unidas entre sí por fuerzas de Van der Waals que las mantienen en estructuras lineales o con cierta ramificación. Podríamos asemejar su estructura a un conjunto de cuerdas en el que cada cuerda es un polímero. Las cuerdas pueden estar más o menos entrelazadas siendo mayor la fuerza necesaria para separar cada molécula polimérica a mayor entrelazamiento. En la siguiente imagen podemos ver una representación esquemática de un termoplástico, un elastómero y un polímero termoestable. Las fuerzas de Van der Waals entre las moléculas poliméricas que forman un material termoplástico pueden ser de diferente grado en función de la composición química de la propia molécula y de la disposición espacial que adopte. En función de esto, la estructura adoptada puede ser amorfa o cristalina y ambas pueden existir en el mismo material. La estructura amorfa se caracteriza por una disposición desordenada de las cadenas poliméricas y es responsable de las propiedades elásticas de los plásticos. A mayor cantidad de estructuras amorfas mayor es la elasticidad del termoplástico, pero tendrá menor resistencia. En la estructura cristalina las moléculas de polímeros se disponen de forma ordenada y mucho más compacta que en la estructura amorfa. Las fuerzas intermoleculares son más fuertes y por ello las estructuras cristalinas confieren propiedades de resistencia mecánica a los materiales termoplásticos haciéndolos resistentes a cargas, tracción y temperatura. Pero a mayor cantidad de estructuras cristalinas disminuye la elasticidad apareciendo la fragilidad.
Los principales tipos de termoplásticos, que se pueden reconocer grabados en la base de cada envase en el que se utilizan, son: HDPE (polietileno de alta densidad) y LDPE (polietileno de baja densidad): Es el material plástico más común, es muy fuerte, versátil, barato, transparente o blanco y cuenta con excelentes propiedades de aislamiento. El HDPE es translúcido, fuerte y fácil de procesar y se utiliza para fabricar objetos como
botellas, tanques, depósitos y recipientes para el transporte. El LPDE puede ser tanto translúcido como transparente y puede estar en contacto con alimentos, por eso se utiliza para productos como bolsas, envases y juguetes. PVC (cloruro de polivinilo): Es el derivado del plástico más versátil y se puede producir mediante cuatro procesos diferentes (suspensión, emulsión, masa y solución). Es un plástico muy versátil, resistente al desgaste y agentes químicos, atmosféricos y al fuego. Se le da utilidad en la industria del papel y para crear contenedores de comida, tarjetas de crédito, muebles, juguetes y ropa. PP (polipropileno): Tiene una temperatura de reblandecimiento más alta que el polietileno y una mayor tendencia a ser oxidado. Es transparente, ligero y resistente y se puede utilizar tanto para plástico como para fibra. No absorbe el agua y es fácil de colocar, tiene gran resistencia al stress cracking medioambiental (una de las causas más comunes de falla frágil inesperada de termoplásticos). Se emplean para fabricar fibras textiles, acoplamientos, contenedores para el transporte, alfombras, cuerdas, envases y muebles. PS (poliestireno): Existen cuatro tipos principales de poliestireno. PS cristal que es transparente, rígido y quebradizo. HIPS que es el poliestireno de alto impacto, por lo que es resistente al impacto y opaco blanquecino. EPS que es muy ligero y por último el PS extruido, que es similar al expandido, pero más denso e impermeable. Es uno de los termoplásticos más importantes, transparente, duro e inflamable, muy brillante e inerte frente a muchos corrosivos. Se puede hacer tanto en colores brillantes como opacos. Se utiliza comúnmente para sustituir el vidrio, aluminio y madera porque es más barato. El poliestireno se utiliza también para embalar (incluso comida), recipientes, cajas, lámparas, objetos desechables, juguetes y vasos. PB (poli butileno): Se utiliza principalmente para la industria de la fontanería y la calefacción para hacer tuberías. Contiene unas propiedades que le permite ser de utilidad en el sector de tuberías de agua caliente y fría a presión gracias a la combinación que ofrece de flexibilidad y resistencia a la tensión durante largos periodos de tiempo a altas temperaturas. PMMA (polimetilmetacrilato): Es uno de los plásticos de ingeniería y compite en uso con otros termoplásticos como el policarbonato o el poliestireno. Se utiliza en la industria automovilística para hacer piezas como los faros del coche, también en iluminación, cosmética, construcción, óptica y espectáculos. Por sus características de gran resistencia a los rasguños junto con su estética y color transparente, se considera un buen sustituto del cristal. También es resistente a la intemperie y a los rayos ultravioletas, es un excelente aislante térmico y acústico, se puede mecanizar en frío, pero no doblar y no es auto extinguible (no se apaga si se aparta del fuego).
diferentes uniones, a las que se les conoce como reticulación. Las uniones por reticulación fijan la estructura del polímero, haciendo un objeto sólido no deformable. Un material termofijo no puede ser trabajado una vez procesado, es por esto que es muy importante formar el pre-polímero antes de empezar el curado.
Debido a la estructura molecular y composición química diferentes a los termoplásticos: Más rígidos en módulo de casticidad dos o tres veces más grande. Son frágiles sin ductilidad. Menos solubles en los solventes comunes. Capaces de funcionar a temperaturas más altas. No pueden ser refundidos.
Entre los Termofijas están: poliuretano, resinas alcidicas, polyester insaturado, resina epoxica, fenol formaldehido, urea formaldehido y melanina formaldehido. Poliuretanos Los poliuretanos pueden ser de dos tipos: flexibles o rígidos, dependiendo del poliol usado. Los poliuretanos flexibles son obtenidos cuando el di-isocianato se hace reaccionar con di glicol, triglicol, poli glicol, o una mezcla de éstos. Los poliuretanos rígidos se consiguen utilizando trioles obtenidos a partir del glicerol y el óxido de propileno o de igual manera se podría utilizar el etileno. Es más recomendable utilizar el propileno que el etileno, porque le propina mayor resistencia a la humedad. El poliuretano flexible se utiliza mayormente en la industria mueble y de transporte. Este principalmente se emplea para hacer colchones y para acolchonar muebles, más que todo en la parte automovilística. La mayor parte de las defensas delanteras y traseras de los automóviles se hacen actualmente de uretano elastomérico moldeado. El proceso para fabricar uretano moldeable se llama RIM (del inglés reaction injection molding) y se usa para volantes, defensas y tableros para instrumentos.
Los poliuretanos elastoméricos son duros, resistentes a la abrasión, a los aceites y a la oxidación. Otros usos de los poliuretanos incluyen aparatos domésticos, bajo alfombras, laminados textiles, recubrimientos, calzado, empaques, juguetes y fibras. El enorme uso del poliuretano rígido para la industria de la construcción y como aislante industrial se debe a su propiedad aislante, su resistencia en relación con el peso y su resistencia al fuego. Se usa como aislante de tanques, recipientes, tuberías y aparatos domésticos como refrigeradores y congeladores. Urea, resinas y melamina La urea se produce con amoníaco y bióxido de carbono. Cuando reacciona con el formaldehído forma polímeros llamados resinas urea-formaldehido.La melamina está constituida por tres moléculas de urea formando un heterociclo aromático que puede reaccionar con el formaldehido dando la resina melamina- formaldehído. Tanto la urea-formaldehído como la melamina-formaldehído tienen propiedades generales muy similares, aunque existe mucha diferencia en sus aplicaciones. A ambas resinas se les conoce como aminorresinas. Los artículos hechos con aminorresinas son claros como el agua, fuertes y duros, pero se pueden romper. Tienen buenas propiedades eléctricas. Las aminorresinas se usan principalmente como adhesivos para hacer madera aglomerada y triplay, usados en la construcción residencial y fabricación de muebles. Los compuestos amino-moldeados son rígidos y duros y se usan en productos tales como gabinetes para radio y botones. Las resinas melamina- formaldehído se emplean en la fabricación de vajillas y productos laminados que sirven para cubrir muebles de cocina, mesas, escritorios. 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. 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. Los compuestos moldeables se usan para producir controles, manijas y aparatos. Las resinas fenólicas se usan para hacer pegamentos, adhesivos,
Versatilidad física: una de las ventajas más obvias de los elastómeros es su moldeado personalizado en tamaño, forma, flexibilidad y color según las especificaciones del cliente. Tiempos de producción cortos: los elastómeros se pueden mezclar, moldear y curar o vulcanizar rápidamente, lo que se traduce en tiempos de producción cortos. Buen aislante: sus propiedades de celda cerrada permiten un aislamiento efectivo de productos electrónicos y eléctricos en una variedad de aplicaciones domésticas e industriales. Excelente adherencia: los elastómeros se pueden instalar fácilmente junto a otros materiales, como metal, plástico duro o diferentes tipos de caucho, con excelente adherencia.
polímeros. Adhesivos Un adhesivo es aquella sustancia capaz de mantener unidas las superficies en contacto de dos sólidos, ya sean del mismo o distinto material. Imagen 1.2 (Esquema de como funciona el adhesivo) obtenida de: http://www.revistas.unam.mx/index.php/req/article/vi ew/68197/
los adhesivos son los integrantes del grupo de productos, naturales o sintéticos, que permiten obtener una fijación de carácter mecánico. los adhesivos están formados por diversos componentes químicos donde cada uno de estos compuestos tiene una función específica, dentro de un adhesivo además del polímero principal que lo forma y aporta las propiedades principales, se encuentran otros compuestos como los aditivos y las cargas que aportan una serie de propiedades específicas al adhesivo.
Los adhesivos son polímeros que se pueden clasificar en 2 grandes grupos atendiendo a la manera en la que reticulan o alcanza su curado: 1._los adhesivos de curado químico Alcanzan su curado o reticulado mediante una serie de reacciones químicas (poliadición, policondensación o polimerización) que se producen internamente entre los monómeros, este tipo de adhesivos están formados por los siguientes compuestos: Monómeros: Son las unidades básicas que formará los polímeros, adoptando estructuras y propiedades de materiales termoplásticos, elastómeros o termoestables. La resina, el catalizador y los reactivos diluyentes se consideran monómeros. Prepolímeros: Son cadenas de polímeros ya conformados de pequeño longitud y peso, esencialmente se utilizan para adhesivos como el poliuretano y para los adhesivos de poliéster insaturado. Cargas o rellenos: Se tratan compuestos químicos los cuales varían fundamentalmente las propiedades mecánicas de los adhesivos, entre las cargas o rellenos más utilizados en los adhesivos nos encontramos con el sílice, la arcilla, el polvo de aluminio... Pigmentos: Son los compuestos químicos que aportan el color al adhesivo, gracias a los pigmentos podemos utilizar el mismo adhesivo y con las mismas propiedades en un color gris o un color negro. 2._Adhesivos de curado físico Los adhesivos de curado físico son aquellos adhesivos que ya contienen el polímero formado, pero necesita de un aporte energético (calor, presión, etc…) para que se produzca su curado, este tipo de adhesivos están formados por los siguientes compuestos:
El adhesivo se disuelve en un solvente orgánico o en agua y se aplica a las superficies que se desea unir. Al evaporarse el portador, el polímero restante crea la unión. Los adhesivos a base de agua tienen preferencia, tanto desde el punto de vista de consideraciones ambientales como de seguridad. El polímero puede estar totalmente disuelto en agua o consistir en un látex, una dispersión estable de polímero en el agua. Existe una amplia variedad de elastómeros, vinilos y acrílicos. 3._Adhesivos de fusión por calor: Estos termoplásticos y elastómeros termoplásticos se funden si se calientan. Al enfriarse, el polímero se solidifica y une los materiales. Las temperaturas de fusión de estos adhesivos son de aproximadamente 80 a 110ºC, lo que limita su uso a altas temperaturas. Los adhesivos de fusión por calor de alto rendimiento, como las poliamidas y los poliésteres, pueden usarse hasta una temperatura de 200ºC. 4._Adhesivos sensibles a la presión: Estos adhesivos son principalmente elastómeros o copolímeros de elastómero producidos en forma de película o recubrimientos. Para que el polímero se adhiera al sustrato requiere que se le aplique presión. Se utilizan para producir cintas eléctricas y de empaque, etiquetas, losetas para piso, recubrimientos para muros y laminados texturizados imitación madera. Los adhesivos removibles sensibles a la presión tienen aplicaciones médicas como vendajes y en la administración de medicamentos intramusculares. 5._Adhesivos conductores: Un adhesivo polimérico puede contener un material de relleno (por ejemplo, escamas o polvo de plata, cobre o aluminio) para obtener conductividad eléctrica y térmica. En algunos casos se requiere buena conductividad térmica, pero no eléctrica. Para lograr esta combinación de propiedades pueden utilizarse materiales de relleno, como alúmina, nitruro de boro y sílice. Preparación de las superficies La limpieza de una superficie aumenta la tensión superficial y, por consiguiente, la adherencia. La limpieza con disolventes no suele ser suficiente para obtener una superficie adecuada para la adherencia. Puede ser necesario tratar las superficies por medio químicos o mecánicos, para eliminar los óxidos, etc. El método más adecuado es el ataque químico con mezcla crómica, que produce mejores resultados con el tiempo que la abrasión metálica.
Tratamientos de superficies El polietileno, el polipropileno, el teflón y los acetales requieren preparaciones especiales de sus superficies para funcionar con adhesivos normales. Un ataque apropiado es adecuado para todos estos materiales. Aditivos Los aditivos en los polímeros son sustancias que se añaden a estos para mejorar sus propiedades. Dichas propiedades pueden variar de manera considerable al incorporar los aditivos.
1._Aditivos ayudantes del procesado cumplen dos funciones básicas: i) facilitar el flujo del plástico fundido, evitando su adherencia al molde ii) Evitar la degradación térmica y oxidativa del polímero durante el proceso de transformación durante el cual se somete a altas temperaturas (conocidos como estabilizantes). 2._Aditivos modificadores de las propiedades del producto (entre estos últimos se encuentran los colorantes, plastificantes, ignífugos, rellenos o cargas, etc.) Aditivos utilizados en polímeros Relleno: se adicionan a los polímeros para aumentar la resistencia a la tracción, a la compresión, a la abrasión, la tenacidad y la estabilidad térmica y dimensional. Se puede utilizar serrín, sílice, arena, vidrio, arcilla, talco, caliza e incluso otros polímeros sintéticos finamente pulverizados. El coste final del producto disminuye porque estos materiales (más baratos) ocupan parte del volumen del polímero comercial. Plastificantes: mejoran la flexibilidad, ductilidad y tenacidad de los polímeros. Su presencia reduce la dureza y fragilidad. Los plastificantes suelen tener baja presión de vapor y bajo peso molecular. Estas pequeñas cadenas se sitúan entre las grandes del polímero y reducen las interacciones intermoleculares (enlaces secundarios). Se utilizan para el PVC y algunos acetatos ya que son demasiado frágiles.
Baja conductividad térmica y eléctrica (si bien existen cerámicas superconductoras). Elevada estabilidad química con la temperatura. “Ligeros”. Puntos débiles: fragilidad y escasa fiabilidad.
Por su origen
Estos materiales, bien conocidos por su capacidad estructural a temperaturas elevadas, se utilizan ordinariamente en los tachos arqueados de los hornos de producción de acero y vidrio. Estos materiales refractarios son también resistentes a las escorias ricas en sílice y se utilizan como recipientes para contenerlas. Refractarios especiales. Existen otros materiales que se utilizan en aplicaciones refractarias más bien especiales. Algunos de ellos son óxidos de relativamente alta pureza, muchos de los cuales pueden producirse con poca porosidad. El carbono y el grafito son muy refractarios, pero encuentran limitadas aplicaciones debido a que son susceptibles a la oxidación a temperaturas mayores a 800°C. Tal como cabria esperar, estos refractarios son relativamente caros.
Gracias a la investigación recabada a fondo sobre estos tres temas de polímeros, cerámicos y compuestos, me quedo con la conclusión de que: Tanto los termoplásticos, termoestables y elastómeros son tipos de plásticos, que cada uno tiene diferentes características y propiedades, el que mas me llamo la atención de los tres fueron los termoestables debido a que al calentarlos por primera vez, se ablandan y se puede dar forma bajo presión y un ejemplo de este tipo sería el poliéster. Aunque también los elastómeros tienen características muy notorias que les da una gran elasticidad, lo que me pareció algo interesante. Continuando con el segundo tema, e aprendido que un adhesivo es muy importante ya que es una sustancia capaz de mantener unidas las superficies pero que estas estén en contacto de dos solidos y no importa que sean diferentes materiales. Mi información preferida fue divagar acerca de los aditivos, debido a que estos hacen que una sustancia mejore sus mismas propiedades físicas, seria técnicamente como aumentar de poder. Para finalizar me quedo con el conocimiento de que la cerámica es un material bastante versátil que tiene una variación muy grande de clasificaciones y aplicaciones en sus distintos campos. Tantos vidrios, arcilla y sus productos, refractarios entre otros tienen aplicaciones importantes en los polímeros.
