Propiedades y Clasificación de los Polímeros: Un Enfoque Integral

Polímeros

Ventajas: Las ventajas se deben a su alto peso molecular (resistencia mecánica y al flujo). Mercado: Volumen de plásticos > acero. Plásticos: Envase y embalaje 45,2% / construcción 15,1%.

Composición

Formados por monómeros, son compuestos covalentes de carbono, con peso molecular > 1000. Ejemplos: PE (polietileno 28 g/mol), PVC (policloruro de vinilo 62,5 g/mol), PS (104 g/mol), PP (42 g/mol).

Clasificación

Por características térmicas:

1. Termoplásticos: Se ablandan con calor y presión y endurecen con frío, cambio físico sin reacción química (Ej: PE, PS, PVC).
2. Termoestables: Resinas termoendurecibles con calor y presión, son tridimensionales; después de preparados no se ablandan ni son solubles (Ej: Baquelita).

Comportamiento mecánico:

1. Elastómeros: Cauchos, bajo módulo de elasticidad, alta extensibilidad, recuperan su forma (Ej: látex).
2. Plásticos: Deforman ante esfuerzo intenso (Ej: PE, PVC).
3. Fibras: Gran resistencia a tracción, alto módulo de elasticidad (Ej: alambre, tejidos).
4. Recubrimientos: Normalmente líquidos, aportan propiedades.
5. Adhesivos: Unen cuerpos (Ej: PVA).

Por características técnicas:

1. Termoplásticos de uso general: 60% de producción (Ej: PE, PP, PVC, PS, acrílicos, PMMA, poliéster).
2. Ingenieriles: Resistencia, rigidez, resistencia a calor y agentes químicos (Ej: PA, Nylon, PC, PET).
3. De alta gama: Propiedades especiales.

Grado de Polimerización

GP: Grado de polimerización, número de unidades estructurales de la macromolécula. Masa molecular total = GP x Masa molecular del monómero.

Estructura Química

Al aumentar el peso molecular se mejoran las propiedades mecánicas, pero se empeora la procesabilidad del material. Los enlaces covalentes proporcionan gran estabilidad. El grado de reticulación es el entrecruzamiento de las cadenas, lo que influye en la elasticidad.

Estructura Física

1. Amorfos: Cadenas grandes o con grandes ramificaciones, no ordenadas, isotrópicas (Ej: PS, PC, ABS, SAN, PSU, acrílicos). Buena transparencia, baja contracción en molde, baja resistencia química y al desgaste, flexibilidad y elasticidad.
2. Semicristalinos: (Ej: PE, PP, PA, poliéster PET, PBT). Segmentos de macromoléculas con configuración extendida, ordenados. El nivel de cristalinidad depende del grado de ramificaciones y voluminosidad de sus átomos en las cadenas laterales. Menor transparencia, buenas propiedades químicas y térmicas, alta contracción en el molde, buena resistencia mecánica y al desgaste.

Propiedades

Conductividad térmica (K): Medida de la velocidad con que se puede transmitir calor a través del material. Baja conductividad puede dar problemas de procesado y afecta al tiempo de ciclo. Afectada por la cristalinidad (amorfos, muy baja; semicristalinos, baja) y la presión (a mayor presión, mayor K).

Propiedades térmicas:

• Tg: Temperatura de transición vítrea. Por debajo de esta temperatura, si enfrío el polímero, se vuelve rígido y quebradizo; por encima, se comporta como una goma. Los plásticos duros (Ej: PS y PMMA) se usan por debajo de Tg, mientras que los cauchos y elastómeros (Ej: polisopreno) se usan por encima de Tg.
• Tm: Energía para disgregación total del cristal. En cristalinos, las cadenas se transforman en líquido desordenado. Los polímeros cristalinos tienen alguna proporción amorfa que solo experimenta la Tg, mientras que la parte cristalina experimenta Tm.
• Td: Temperatura de descomposición, se alcanza cuando la agitación por temperatura rompe los enlaces primarios, degradando de forma irreversible.

Propiedades eléctricas: Material dieléctrico, generalmente aislantes, pueden ser alteradas con aditivos (Ej: grafito pulverizado) o radiaciones gamma.

Estabilidad química y medioambiental: Resistencia al agua y ataques atmosféricos, sensibles al sol. Semicristalinos: Disolventes atacan la superficie con baja cristalinidad, se agrietan. Amorfos: Mayor solubilidad que cristalinos.

Propiedades ópticas: Transparencia: Disminuye con cambios bruscos de temperatura (Ej: PMMA, PC, PS, amorfos transparentes; semicristalinos translucidos u opacos). Reflectancia, color.

Propiedades mecánicas: Los termoplásticos se deforman con esfuerzos superiores al límite de fluencia, mientras que los termoestables se deforman muy poco. Resistencia a tracción: Los elastómeros deben ser capaces de estirarse y recuperar su forma. Compresión, flexión e impacto: Tenacidad. Fluencia: Con fuerza constante, la deformación aumenta progresivamente de forma irreversible, especialmente a altas temperaturas. Esto ocurre en todos los materiales, pero en plásticos incluso a temperatura ambiente.

Plásticos rígidos: (Ej: PS, PMMA, PC) soportan gran tensión, no mucha elongación, son resistentes y poco tenaces, con alto módulo y gran rigidez.

Fibras: (Ej: Kevlar, Nylon) más resistentes que duras, no se deforman mucho bajo tensión, más resistentes que plásticos.

Plásticos flexibles: (Ej: PE, PP) no soportan bien la deformación, tampoco tienden a la ruptura, no son tan resistentes como los rígidos, pero son más tenaces.

Elastómeros: (Ej: polisopreno, polibutadieno, polisobutileno) tienen módulos muy bajos, elevada elongación reversible y recuperan su forma original.