presentacion plasticos

MDI Fernando Iturbide Jiménez

Instituto de Diseño

Semestre 2010-1

Materiales y Procesos Plásticos

Polímeros



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¿Que serian nuestras vidas sin los polímetros?



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Tipos de polímeros

• Polímetros Naturales

•La piel, el cabello, el algodón, el azucar, etc. Y otros muchos elementos.



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Tipos de polímeros

• Otro tipo de polimeros naturales:

El ámbar.La clara de huevoEl caucho naturalLa celulosaLa resina de los árbolesLos huesos, dientes, etc.Etc..



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Otros tipos de Polímeros



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Un poco de

historia



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John wesley Hyatt

Wallace H. Carothers



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Primeros diseños en Polímetros

Bolas de Billar

Acetato de Celulosa

Barco de resina Ureica

Teléfono de Bakelita

Anillo de resina

formaldehído



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Los polímeros poseen muchos atractivos: Primitivamente se andaba descalzo o se protegía los pies con cuero de animales. El cuero es un

polímero natural ………

•Esta zapatilla posee exteriores de cuero y también nylon. La suela es de un caucho rígido llamado caucho SBS.

Los mismos materiales conforman estas botas de paseo incluyendo las plantillas, que son de espuma de poliuretano



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Los cordones de los zapatos están hechos a base de nylon y algodón. El algodón es otro polímero natural: celulosa.

También los hay revestidos con PVC el mismo plástico que suele encontrarse en los techos vinílicos de los autos y recubrimientos vinílicos.



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“Calzado de pato” es excelente para mantener sus pies secos en días de lluvia. Está fabricado con cauchonatural, el poliisopreno

Los calcetines no se tendrían sinpolímeros como el algodón y mate-riales sintéticos como el poliéster y elnylon. Y los que llevan una bandaelástica contienen otro polímero elcaucho natural..



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Epoca Pre-Colombina. Coagulación del Latex – Pelota

L.H. Baekeland, 1909. Resinas Fenol-Formaldehido Bakelita

Decada del 30: Ingleses, Polimerización de etileno Alemanes, Desarrollo del poliestireno W. Carothers (Dupont), Nylon De la misma época, PVC

Decada del 50. G. Natta y K. Ziegler (premio Nobel 1963) Cat.Ziegler-Natta. Estereoregularidad.

Tecnopolímeros, Polímeros de Ingeniería, Superpolímeros



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ALGUNOS COMPONENTES DE AUTOMOVILES

Parachoques, ABS

Neumáticos: Rodaje: P(SBS), Lateral: P(isopreno), Interior:P(isobutileno), Refuerzo: Cuer-da Kevlar, Nylon-6

Limpiaparabrisas: Poliisopreno

Filtro de Aire:Papel (celulosa)

Manguera: Polibutadieno Bidon: Polietileno Alfombra: Nylon



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No hay mejor lugar para sumergirse en el mundo de los polímeros que unnegocio de piscinas e hidromasajes.

Antiparra: Poliisopreno, PolibutadienoCristales: Policarbonato

Pileta Natación: PVC

Bañera: Superficie, PMMA

Salvavidas:Espuma PS,Cuerdas: Nylon

JuguetesInflables:PE, PVC Balsa: PVC

Espuma PSRedes: Nylon



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Y en los deportes…

Pelota Basquet: Cuero, Poliisobutileno

Guante béisbol, cuero, Algodón, Nylon, poliéster

Raqueta tenis: marcofibra carbono, cuerdas: nylon

Pantalón ciclismo:Cop en bloque: Spandex

Pantalones: PoliésterPelota golf: Surlin,Ionómero/elastómero



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0

100

200

300

400

500

600

700

800

70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 00 02 04

Plásticos

Aluminio

Acero

Producción Global de Plásticos

Producion en peso(1970 = 100)

Crecimiento anual 1970-2004Acero: 2% Aluminio: 3% Plásticos: 6%

Fuente: SPI, Milacron



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Consumo Global de Plásticos

2003 – 176 M Ton1990 – 86 M Ton

Europa29%

América del Norte 29%

Sudeste Asia-tico 16%

Japón12%


Europa 22% Sudeste Asia- tico

32%

Sudeste Asia-

tico 36%


Europa 19%

Europa Oriental

6%

América

Latina 4%

Africa/

Medio Oriente

4%

Europa Oriental 4%

América Latina 5%

Africa/Medio Oriente6%

Japón6% Europa

Oriental 4%

América Latina 5%

Africa/Medio Oriente6%

Japón6%

2010 – 250 M Ton

fuente: VKE, Junio 2004

5.7% 5.1%



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Consumo de Plásticos en Estados Unidos

Building & Construction

24%

Packaging33%

Furniture7%

Other13%

Transportation17%

Electrical / Electronic

6%

2ND Largest Market



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• Los plásticos se han hecho una parte integral de nuestras vidas, y de hecho juegan un rol ireemplazable en las actividades diarias

Hoy en día:



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CONTENIDO

POLIMEROS: Definiciones, conceptos, Características

PLASTICOS: Procesamientos, Aplicaciones



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POLIMEROS

• Polímero: molécula muy grande, resultante de millares de moléculas pequeñas, unidas químicamente entre sí. Macromolécula gigante.

• Los términos macromolécula y polímero se utilizan como sinónimos, sin embargo polímero es la palabra más frecuentemente utilizada en lo relacionado a los plásticos. Describe mejor a las especies que presentan muchas (poli) de una unidad (mero).



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Polimerización

La reacción química por la cual se obtienen los polímeros se denomina polimerización. Todas las polimerizaciones tienen un detalle en común: comienzan con moléculas pequeñas, que se van uniendo entre sí para formar moléculas gigantes. Llamamos monómeros a estas moléculas pequeñas que originan polímeros.

Se suele distinguir entre Polimerización por ADICION y por CONDENSACION.

ADICION A + A + A + A …….+ A = A-A-A-A-….A o -(A)n-

CONDENSACION : n X-A-Y = X-A-A-A-A-Y + (n-1) XY

o X-(A)n-Y + (n-1)XY



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El etileno tiene dos átomos de carbono y cuatro de hidrógeno. La unidadrepetitiva del polietileno también tiene dos átomos de carbono y cuatrode hidrógeno. No se gana ni se pierde.

Este átomo de cloro y este de hidrógeno noentran en el polímero. Salen como HCl gas



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COPOLIMERIZACION

La copolimerización consiste en la formación de macromoléculas a partir de dos o más monómeros de estructura química diferente. Esto conduce a la obtención de una extensa gama de productos cuya naturaleza va a depender de la naturaleza de los monómeros, de su concentración relativa en la mezcla reaccionante y de la secuencia en que se unan durante el proceso de polimerización.

La copolimerización es importante para obtener productos con determinadas características físicas,útiles para aplicaciones específicas.



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En los copolímeros según la ubicación de las unidades a lolargo de la cadena se distinguen:

Copolímeros al azar o estadísticos: A-B-B-A-B-A-A-A-……

Copolímeros alternados: A-B-A-B-A-B-A-B-A-B……

Copolímeros en bloque: A-A-….A-BBBBBB….BAAAAA…ABBBB…..

Copolímeros de injerto: AAAAAAAAAAAAAA…….AAAA BBBBBB BBBBBB



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CARACTERÍSTICAS, PROPIEDADES DE POLIMEROS

PROPIEDADES QUIMICASSimilares a la de las moléculas pequeñas. Experimentanlas mismas reacciones aunque su velocidad de reaccióny eficiencia se ven influenciadas por el tamaño molecular.

NOMENCLATURA (Acronimos)

Diversas formas para nombrarlos:Fuente de preparación: Es la forma más simple y más usada para nombrar a los polímeros. Poli(nombre del monómero), Polietileno, Poli(óxido de etileno)Poli(metacrilato de metilo)Basada en Estructura: Se usa en los polímeros de condensacióna partir de dos monómeros. Poli(estructura química), Poli(hexametilen adipamida), Poli(etilen tereftalato). Nombres Comerciales: Nylon 6,6, Nylon 6, Teflon, otros.



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Los polímeros a diferencia de las moléculas pequeñas no presentan un peso molecular único, sino que el polímero resultante es una mezcla de polímeros de la misma naturaleza pero de diversos de tamaño moleculares. Se tiene un peso molecular promedio. Mn < Mv < Mw.

PESO MOLECULAR

Distribución de Pesos Moleculares, DPM, indica cuan disperso, en cuanto a tamaño molecular, es un polímero.



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ESTRUCTURA DE LAS CADENAS POLIMERO

Como resultado del mecanismo y proceso de

polimerización como también de la naturaleza

de los monómeros que generan el polímero,

las cadenas polímero pueden ser lineales,

ramificadas e incluso entrecruzadas.



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ESTRUCTURA DE POLIMEROS

Lineal

Ramificado (A)

Ramificado (B)

Ramificado (C)

Entrecruzado



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CRISTALINO, AMORFO

La mayoría de los polímeros pueden presentar características tanto

de sólidos cristalinos como de líquidos altamente viscosos.

Se usa los términos Cristalino y Amorfo que indican regiones

ordenadas y desordenadas.

La mayoría de los polímeros son con carácter parcial o semi

cristalinos.



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POLIMERO CRISTALINO NO-ORIENTADO



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POLIMERO CRISTALINO ORIENTADO



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ESTEREOREGULARIDAD

Se utiliza la terminología de polímeros

atácticos, isotácticos y sindiotácticos para

indicar el ordenamiento, a lo largo de la cadena

polímero, de los grupos laterales presentes en

la unidad repetitiva del polímero.



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ESTEREOREGULARIDAD EN POLIMEROS



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Cadenas Cristalinas



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Química Molecular• Es la parte de la química que estudia la formación, constitución y

propiedades de moléculas de gran tamaño (macromoléculas). Están formadas por átomos de C, H, O, N, pudiendo también contener otros elementos como B, Si, P, S, F, y Cl.

• La masa molecular de los materiales de este tipo que tienen aplicación industrial es de unas 10.000 a 500.000 unidades incluso superior.

• Los plásticos son materiales cuyos componentes están formados por sustancias orgánicas macromoleculares que se originan mediante síntesis o por transformación de productos naturales.



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Principales componentesN °C Nombre Peso Molecular Fase

1 Metano 16 gas

4 Butano 58 gas

8 Octano 114 liquido

16 Aceite mineral 226 liquido

24 Parafina 338 sólido

48 Cera 674 sólido

+100 LDPE +1500 sólido

+200 HDPE +3000 sólido

+200.000 UHMWPE +3*10 6 sólido



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DISTRIBUCION POR PROCESOS

Inyeccio, 19%

Cuerpos Huecos,

14%Film, 26%

Extrusión, 33%

Otros, 8%

Inyeccio Cuerpos Huecos Film Extrusión Otros



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Consumo de plásticos 2003ELECTRÓNICA,

4%

PINTURAS, 6%

MOBILIARIO, 7%

AGRICULTURA, 7%

AUTOMOCIÓN, 7%

CONSTRUCCIÓN, 13%

ENVASE Y EMBALAJE,

44%

OTROS, 12%

Consumo total

4.334.551 TM



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Clasificación de los materiales plásticos

• Además de los polímeros clásicos que se producen y comercializan ya hace algunos años, cada día aparecen otros nuevos, provenientes de las investigaciones científicas y tecnológicas que se desarrollan en todo el mundo.

• Dada la gran variedad de materiales poliméricos existentes, se hace necesario agruparlos según sus características, facilitando así el entendimiento y el estudio de las propiedades.

• Con este objetivo se clasifican de varias maneras, de acuerdo con las estructuras químicas, el comportamiento frente el calor, propiedades mecánicas, tipos de aplicaciones, escala de producción, o aún otras características.



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Clasificación de los Materiales Plásticos

• Clasificación según el Tipo de Estructura Química

• Clasificación conforme el comportamiento frente la temperatura

• Clasificación según el Comportamiento Mecánico

• Clasificación según la Escala de Fabricación

• Clasificación según el Tipo de Aplicación



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Clasificación según el Tipo de Estructura Química • Poliolefinas – polipropileno, polibutadieno, poliestireno.• Poliésteres – politereftalato de etileno, policarbonato.• Poliéteres – polióxido de etileno, polióxido de fenileno.• Poliamidas – Nylon, poliimida.• Polímeros celulosos – nitrato de celulosa, acetato de celulosa.• Polímeros acrílicos – polimetacrilato de metilo, poliacrilonitrilo.• Polímeros vinílicos – poliacetato de vinilo, polialcohol vinílico.• Poliuretanos – denominación genérica para los que son derivados

de isocianatos• Resinas formaldehído – resina fenol-formol, resina urea-formol.



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Clasificación según el Tipo de Estructura Química



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Clasificación según su comportamiento al calor

• Termoplásticos – son polímeros que se funden al calentarlos y se solidifican al enfriarse. Ejemplo: polietileno, politereftalato de etileno, poliacrilonitrilo, nylon.

• Termofijos – al calentarlos por la primera vez se forman entre cruzamientos, transformándolos en infusibles e insolubles. ejemplo: resina fenol-formol, resina melamina-formol, resina urea-form



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• Plásticos (del griego: adecuado al modelado, moldeo) – son materiales poliméricos estables en las condiciones normales de uso, pero que durante alguna etapa de su fabricación estuvieron fluidos. Esta propiedad les permite ser moldeados por calentamiento, por presión o por ambos. ejemplos: polietileno,polipropileno, poliestireno.

Clasificación según el Comportamiento Mecánico

Elastómeros ( o cauchos) – son materiales poliméricos que tanto pueden ser de origen natural como sintética. Después de sufrir una deformación bajo la acción de una fuerza, recuperan la forma original rapidamente, por más que la deformación haya sido grande o aplicada por bastante tiempo. ejemplos: polibutadieno, caucho nitrílico, poli(estireno-co-butadieno).

Fibras – las fibras tienen una relación muy elevada entre la longitud y el diámetro. Generalmente son constituidas de macromoléculas lineales y se mantienen orientadas longitudinalmente. Ejemplos: poliésteres, poliamidas y poliacrilonitrilo



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Clasificación según el Comportamiento Mecánico



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Propiedades y características de los polímeros

• Principal característica de los plásticos es su economía y versatilidad en propiedades. Esto se debe principalmente a su ligereza con respecto a otros materiales tradicionales. Así como a los requerimientos de energía para su fabricación, que siempre serán menores a cualquier a los de cualquier otro material.



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Características Físicas

• Densidad mas baja, debido a que sus cadenas son mas desordenadas, esto también provoca absorción de humedad.

• Polaridad: materiales no polares, absorben muy poca humedad y los materiales polares presentan valores elevados de humedad.

• Transparencia: materiales con estructura desordenada es decir amorfa son transparentes y cuando la estructura es ordenada es decir Cristalina, el material es translúcido

• Permeabilidad: si la estructura del polímetro es compleja o muy cristalina, el material presentara elevadas propiedades de barrera y por el contrario si la estructura es amorfa, la barrera será baja y permitirá el paso de algunos gases.



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Ejemplos:• Los termoplásticos o termoformables.- Suelen estar constituidos por moléculas

lineales o ramificadas. Estos pueden ser moldeados por calentamiento debido a que unas cadenas pueden fluir con respecto a otras.

• Los termoestables o termofijos.- Están constituidos por estructuras reticuladas en tres dimensiones y no pueden fluir por calentamiento sin descomposición industrialmente se denomina RESINA.



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Propiedades mecánicas

• Resistencia mecánica.- Los plásticos presentan una estructura molecular, el metal y el vidrio presentan una estructura atómica. Por esta razón los plásticos presentan una resistencia mecánica relativamente menor , un modulo de elasticidad menor, dependencia de las propiedades mecánicas con respecto al tiempo y modificación de las propiedades por efecto de la temperatura.

• Memoria.- Los plásticos presentan un comportamiento de deformación y recuperación interna la cual ayuda a algunas piezas sometidas a impactos a recuperar su forma.

• Orientación y biorentación.-



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Pruebas de resistencia mecánica en plásticos

• RESISTENCIA A LA TRACCION EN ELASTOMEROS• PROPIEDADES DE TRACCION PELICULAS PLASTICAS• DIMENSIONES PARA TUBOS

• PROPIEDADES DE TENSION DE PLASTICOS• TEMPERATURA DE DEFLEXION BAJO CARGA• RESISTENCIA A LA COMPRESION DE PLASTICOS



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Ejemplos

Envases bioorientados de PET

Módulos de elasticidad

Transparencia: materiales con estructura desordenada es decir amorfa, son transparentes y cuando la estructura es ordenada es decir Cristalina, el material es translúcido



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Comportamiento térmico de los plásticos

• Tg. Temperatura de transición Vítrea.- Por debajo de esta el plástico es rígido y quebradizo como el vidrio y en temperaturas superiores, el material adquiere mayor flexibilidad y elasticidad.

• Tm Temperatura de fusión.- Solo los plásticos cristalinos presentan una temperatura de fusión, por arriba de esta pasan a su estado liquido.

• Td temperatura de descomposición.- el plástico se degrada



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Polímeros lineales amorfos

• Un polímero lineal amorfo como el PMMA o el PS puede existir en gran numero de estados dependiendo de la temperatura y la masa molecular

Tg.- Temperatura de transición vítrea. Temperatura por debajo de la cual el movimiento molecular está muy restringido y limitado, excepto las vibraciones de enlace. No hay Tm Temperatura de fusión.

Por encima de la temperatura de transición vítrea las moléculas tienen mayor energía y el movimiento de los segmentos se hace posible.

La transformación por inyección, extrusión se hace en la zona de liquido viscoso, mientras en el termoformado se hace en la zona de estado gomoso.

Tm

Tg

M mol

Zona difusade transición

Vitreo

Gomoso

LiquidoViscoso



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• Método de inyección se realiza en estado liquido viscoso

Orientación si un polímero amorfo se calienta por encima de la Tg y entonces se somete a tensión, las moléculas tenderán a orientarse en la dirección de la tensión. Si posteriormente se enfría, manteniendo la tensión, por debajo de la TG, las moléculas quedaran congeladas en estado orientado. Esta orientación puede tener efectos significantes sobre las propiedades del material. El comportamiento anisotrópico obtenido es también exhibido por las propiedades ópticas



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Polímeros semicristalinosEstos polímeros están constituidos, en general, por dos fases, una

fase amorfa y otra cristalina.

Tm

Tm

Tg

M mol

Zona difusade transición

Gomoso

LiquidoViscoso

Polimero cristalino flexible

Polímero cristalino Vítreo, rígido

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