DEPARTAMENTO DE INGENIERA QUMICA FUNDAMENTOS DE CIENCIA E INGENIERA DE POLMEROS IQUI- 3106 Semestre: 2014-10 Crditos: 3 Horario Curso: Lunes y Mircoles 11:30 A.M. a 12:50 P.M. Saln: Z 110 Profesor: Felipe Salcedo G. e-mail: fesalced@uniandes.edu.co Monitores: Juliana Berdugo e-mail: j.berdugo144@uniandes.edu.co Angela Patricia Prez e-mail: ap.perez1017@uniandes.edu.co Horario atencin: Lunes y Mircoles 8 a 11 A.M. (Oficina ML-787)

1. DESCRIPCIN DEL CURSO

Este es un curso de carcter introductorio a los materiales polimricos en el que se presentan los principios bsicos de la ciencia e ingeniera de polmeros. Se estudian los principios fundamentales de la sntesis de materiales polimricos, de sus aspectos fisicoqumicos y las tcnicas bsicas de procesamiento. Se hace un nfasis especial en las relaciones entre morfologia, propiedades y procesamiento de manera que los estudiantes estn en capacidad de plantear formulaciones de materiales polimricos para aplicaciones determinadas. El curso pretende dar las herramientas necesarias a los estudiantes para el diseo de materiales polimricos tomando en cuenta no slo criterios tcnicos sino tambin los desafos que enfrenta actualmente la industria en el mundo. 2. OBJETIVOS GENERALES DE APRENDIZAJE

Al finalizar el curso el estudiante debe estar en capcaidad de:

Reconocer el impacto de los materiales polimricos en nuestro entorno y el papel del ingeniero qumico en el diseo y produccin de estos materiales dados los desafos actuales en la industria

Explicar los diferentes mecanismos y procesos de polimerizacin tpicamente utilizados en la industria

Describir cmo la microestructura y la morfologa determinan las propieades macroscpicas de los materiales polmericos.

Utilizar algunas de las principales tcnicas de caracterizacin de materiales polimricos para predecir el comportamiento del material obtenido para una aplicacin especfica

Describir cmo las condiciones de operacin de los principales procesos de transformacin de polmeros pueden afectar la estructura y las propiedades de un material polimrico determinado

Identificar las posibilidades de desarrollo de un nuevo material seleccionando el polmero a utilizar, el proceso de transformacin y las condiciones de operacin adecuados para obtener un producto terminado de propiedades y especificaciones conocidas

3. DECLARACIN DE DESARROLLO DE COMPETENCIAS ABET

En este curso se fomentar el desarrollo de las siguientes metas ABET:

C. Habilidades para disear un sistema, componente o proceso que cumpla determinadas necesidades teniendo en cuenta limitaciones reales como econmicas, ambientales, sociales, polticas, ticas, de salud y seguridad, manufacturabilidad y sostenibilidad.

E. Habilidades para identificar, formular y resolver problemas de ingeniera. J. Conocimiento de los temas de inters contemporneos.

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4. METODOLOGA.

El curso se llevar a cabo a travs de las siguientes actividades: - Clases magistrales: el profesor expondr e ilustrar en clase los contenidos y conceptos principales del curso. - Tareas, talleres, lecturas: los estudiantes realizarn ejercicios, tareas, talleres y lecturas para reforzar y complementar los temas vistos en clase. - Proyecto: se estimular la capacidad de anlisis y resolucin de problemas abiertos mediante el planteamiento de un proyecto que los estudiantes realizarn a lo largo del semestre. El proyecto incluye la escritura de un documento (a manera de artculo de investigacin) y la exposicin de ste ante sus compaeros. En el poryecto los estudiantes debern plantear tericamente el diseo de un nuevo material a partir de un enunciado. Los temas asignados estarn relacionados con los desafos que enfrenta la industria actual en el mundo (i.e. aspectos ambientales) y con los tlimos desarrollos en nuevos materiales (i.e. polmeros biodegradables, polmeros inteligentes, polmeros conductores, nanocompuestos polimricos, etc.) - Foros virtuales: Los estudiantes expresarn sus opiniones, dudas e ideas con respecto a diversos temas propuestos a travs de la herramienta del foro virtual de Sicuaplus. 5. CONTENIDOS Y CRONOGRAMA

Semana Contenidos Lecturas

1

I. Sntesis de polmeros y estructura local

Introduccin a curso y a los Polmeros: Definicin, historia y clasificacin de los polmeros, polmeros sintticos y polmeros naturales, termoplsticos y termorgidos, panorama actual. Microestructura: Isomerismo, tacticidad, polmeros lineales y ramificados; entrecruzamiento, redes, grado de polimerizacin, peso molecular y distribuciones de peso molecular, ndice de polidispersidad.

Captulos 1 y 2 (Painter 2009)

2

Sntesis de polmeros: mecanismos de polimerizacin, polimerizacin por condensacin, polimerizacin por adicin, radicales libres, aninica, catinica, catlisis, polimerizacin viva Procesos de polimerizacin: suspensin, emulsin, multifase

Captulo 3 (Painter 2009) Captulos 2 y 3 (Odian 2004)

3

Cintica de polimerizacin: cintica en reacciones por adicin y condensacin, extensin de la reaccin, ecuaciones cinticas de iniciacin, terminacin, propagacin, suposicin de estado estacionario, tasa de polimerizacin, longitud promedio de cadena, transferencia de cadena

Captulo 4 (Painter 2009) Captulos 2 y 3 (Odian 2004)

Captulo 2 (Young 1991) 4

5

Probabilidad y estadstica de la polimerizacin: estadstica en policondensacin lineal y en cadena, fracciones en peso y nmero de x-meros, funciones de distirbucin de peso y nmero, clculos de polidispersidad

Captulo 5 (Painter 2009)

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6

II. Fsica y fisicoqumica de polmeros y estructura global Estructura y morfologa: conformaciones, distancia de los bordes de cadena, cadenas reales, conformaciones de cadena ordenada, arreglos de cadena y morfologa, cristales sencillos, cristalizacin desde el estado fundido, copolmeros en bloque

Captulo 8 (Painter 2009)

7

Cristalizacin, fusin y la transicin vtrea: cristalinidad y estado amorfo, transiciones trmicas en polmeros, termodinmica y cintica de cristalizacin, temperatura de fusin de equilibrio, factores que afectan la temperatura de fusin, slidos amorfos, aspectos termodinmicos y cinticos de la temperatura de transicin vtrea (Tg), efectos de peso molecular, estructura qumica y cristalizacin en la Tg.

Captulo 10 (Painter 2009)

8

9

Termodinmica de soluciones y mezclas de polmeros: entropa y entalpa de mezcla, teora de Flory-Huggins, parmetros de solubilidad, comportamiento de fases, valor crtico del parmetro de Flory, interacciones intermoleculares y limitaciones de la teora de Flory Huggins. Mezclas de polmeros, materiales compuestos de matriz polimrica, termodinmica de dispersin.

Captulo 11 (Painter 2009)

10

III. Propiedades macroscpicas de materiales polimricos y

procesamiento Propiedades mecnicas: Curvas esfuerzo-deformacin, ley de Hook, rigidez, tenacidad y punto de cedencia, aspectos termodinmicos de la elasticidad de cauchos Propiedades reolgicas de sistemas polimricos: enredamientos y dinmica de cadenas polimricas, reptacin, viscoelasticidad, experimentos de Creep y relajacin de esfuerzos, anlisis dinmico-mecnico, modelos simples de comportamiento viscoelsticos, distribucin de relajaciones, principio de superposicin tiempo-temperatura, ecuacin WFL

Captulo 13 (Painter 2009)

11

12 Fundamentos de procesamiento de polmeros: Extrusin: Procesos de formacin de compuestos, equipos, zonas de extrusin, operacin y control del proceso, consideraciones del material, solucin de problemas, coextrusin, Moldeo por Inyeccin: equipos, operacin y control del proceso, ciclo de inyeccin, consideraciones del material, encogimiento del molde Otras tcnicas de procesamiento: soplado, calandrado, termoformado, solution casting, fiber spinning, etc.

Captulos 10 y 11 (Strong 2005) Captulo 14 (Painter 2009) 13

14

15 IV. Presentacin de proyectos

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6. EVALUACIONES Y CRITERIOS DE CALIFICACIN

La calificacin del curso se llevar a cabo de la manera que se muestra en la siguiente tabla:

ACTIVIDAD CARCTER VALOR (%) Tareas, quices, control de lectura Individual grupal 15

Proyecto Grupal 25 Parcial 1 (Semana 6) Individual 20

Parcial 2 (Semana 11) Individual 20 Examen Final Individual 20

TOTAL 100 La nota final del curso se presentar aproximada a un decimal; por ejemplo si la nota obtenida es 3.26 la nota final ser 3.3 y si la nota obtenida es 3.24 la nota final ser 3.2

7. BIBLIOGRAFA

Painter P. C., Coleman M. M.; Essentials of Polymer Science and Engineering; DEStech Publications Inc., 2009 (texto gua)

Flory P. J.; Principles of Polymer Chemistry; Cornell University Press, 1953 Odian G.; Principles of Polymerization; Wiley-InterScience, 2004 Young R.J. and Lovell P.A.; Introduction to Polymers; CRC Press 1991 Strong A. B.; Plastics: Materials and Processing; Prentice Hall, 2005 Sperling L.H.; Introduction to Physical Polymer Science; Wiley Interscience, 2.006 Courtney T.; Mechanical Behavior of Materials; Waveland Pr Inc, 2005 Billmeyer F. W.; Textbook of Polymer Science; John Wiley & Sons, 1.984 Rodriguez F.; Principles of Polymer Systems; Mc Graw Hill, 1.982

1. DESCRIPCIN DEL CURSO2. OBJETIVOS GENERALES DE APRENDIZAJEVALOR (%)CARCTERACTIVIDADTOTAL