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
5. http://www.quiminet.com/ar9/ar_armaasd-monomeros-y-polimeros.htm
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