TEMA 30

 

LOS PLÁSTICOS: TIPOLOGÍA, CONSTITUCIÓN, PROPIEDADES Y APLICACIONES. PROCEDIMIENTOS DE IDENTIFICACIÓN

 

ÍNDICE

 

1. TIPOLOGÍA                                                                                                       1

2. CONSTITUCIÓN                                                                                               5

3. PROPIEDADES                                                                                                 6

            3.1 Resistencia mecánica                                                                                6

                        3.1.1 Módulo longitudinal de compresión o tracción                                              6

                        3.1.2 Módulo de cortadura o transversal                                                   6

                        3.1.3 Módulo de flexión                                                                          6

                        3.1.4 Resistencia al impacto                                                                    8

            3.2 Rozamiento y desgaste                                                                             9

            3.3 Propiedades eléctricas                                                                              11

                        3.3.1 Resistividad y rigidez dieléctrica                                                      11

                        3.3.2 Constante dieléctrica y factor de pérdida                                          12

            3.4 Propiedades ópticas                                                                                 14

                        3.4.1 Transmisión y reflexión de la luz                                                      15

                        3.4.2 Absorción de la luz y color                                                              17

                        3.4.3 Fotodegradación                                                                          18

            3.5 Propiedades térmicas                                                                               18

            3.6 Permeabilidad a gases y vapores                                                              20

            3.7 Estabilidad a altas temperaturas y reacción al fuego                                   21

            3.8 Resistencia a los disolventes y reactivos químicos                          22

            3.9 Propiedades reológicas en los sólidos                                                       23

                        3.9.1 Deformaciones de un sólido sometido a tracción                                 23

                        3.9.2 Comportamiento de los polímeros con tensiones variables                    25

                        3.9.3 Dependencia con la temperatura del módulo de relajación                   25

                        3.9.4 Seudomódulo de elasticidad                                                            26

            3.10 Propiedades reológicas en los líquidos                                                    26

4. APLICACIONES                                                                                                27

5. PROCEDIMIENTOS DE IDENTIFICACIÓN                                    29

            5.1 Tratamiento previo                                                                       29

            5.2 Densidad y volumen específico                                                                 29

                        5.2.1 Picnometría                                                                                  30

                        5.2.2 Columna de gradiente de densidad                                                   31

                        5.2.3 Densímetro automático de tubo vibrante                                           31

            5.3 Prueba de combustión y olor                                                                    32

                        5.3.2 Exposición directa a la llama                                                                      32

                        5.3.1 Ensayo de pirólisis                                                                        33

            5.4 Prueba de fusión                                                                                      33

            5.5 Solubilidad                                                                                   34

            5.6 Propiedades mecánicas                                                                            35

                        5.6.1 Estiramiento                                                                                 36

                        5.6.2 Ruptura o desgarro                                                                        37

            5.7 Fluorescencia intrínseca y de aditivos                                                        37

            5.8 Fiabilidad del procedimiento                                                                     38

6. BIBLIOGRAFÍA                                                                                                39

7. NOTAS                                                                                                                40

1. TIPOLOGÍA

La clasificación de los polímeros (o más concretamente, de los materiales plásticos) puede hacerse atendiendo a su estado estructural, en cuyo caso diferenciamos entre:

·        Termoplásticos. Se trata de moléculas lineales, que bajo presión, y a cierta temperatura, son susceptibles de fluir, pero que, por debajo de tal temperatura, retornan a su "rigidez" particular. Se debe esto, a que la temperatura de descomposición es superior a la de fusión.

·        Termoestables. La estructura interna de estos plásticos es más compleja. Se trata de cadenas con ramificaciones, formando un entramado tridimensional, que da más rigidez a la estructura, no fluyendo, como los termoplásticos, por aplicación de presión ni temperatura y conservando siempre su forma original. Al contrario que los termoplásticos, la temperatura de descomposición está por encima de su temperatura de fusión, con lo que antes de fundir, se descomponen irreversiblemente.

·        Elastómeros. Reciben este nombre por sus características elásticas (semejantes a las del caucho). Están constituidos por macromoléculas lineales enlazadas entre sí por uniones puente provocadas en el proceso denominado vulcanización.

Si la clasificación atiende a la morfología de la cadena polimérica tendremos:

·       

Lineales. Cuando las cadenas no tienen ramificaciones.

·        Ramificados. Cuando las cadenas tienen algún tipo de ramificación.

·        Reticulares. Cuando las cadenas "paralelas" poseen ramificaciones transversales comunes.


Si atendemos al proceso de sintetizado del polímero cabe distinguir entre:

·        Polímeros de condensación. El polímero se obtiene mediante la unión de los monómeros[i], con la consiguiente eliminación de una molécula, bien de H20, HCl, etc. Un ejemplo es la formación de ésteres a partir de ácidos orgánicos y alcoholes:

CH3COOH + C2H5OH ® CH3COOC2H5 + H20

En el ejemplo precedente, el ácido acético y el alcohol etílico producen mediante esterificación, acetato de etilo y agua. Evidentemente, no es posible la adición de más monómeros en la cadena. Sin embargo, imaginemos el caso de la reacción entre un par de moléculas bifuncionales, como el etilenglicol, con dos grupos alcohol, y el ácido tereftálico, con dos grupos ácido. El éster producido a partir de ésta reacción, tiene un grupo funcional alcohol en un extremo y un grupo ácido en el otro. De esta forma puede seguir produciendo reacciones estéricas hasta formar una larga cadena. Dado que el proceso se lleva a cabo por etapas, también es llamado crecimiento gradual. Para más claridad representamos el ácido tereftálico con un rectángulo y el etilenglicol con un rombo:


Otro ejemplo es la condensación de las poliamidas:

XH2N-R-NN2+XHOOC-R'-COOH®H-(NH-R-NHCO-R'-CO)X-CO+(2X-1)H20

·        Polímeros de adición. El polímero se sintetiza sin la pérdida de moléculas de ningún tipo. Los monómeros con doble enlace carbono-carbono, son de especial relevancia en este tipo de sítensis, pues al destruirse el doble enlace, queda, en cada carbono, una valencia libre, para poderse unir a otros monómeros que hayan sufrido el mismo proceso, sin que medie pérdida de materia. Sirva de ejemplo el polietilieno, en el que las moléculas de etileno[ii] sufre el proceso descrito anteriormente:

2CH2=CH2 ® -CH2-CH2-   +   -CH2-CH2- ®  -CH2-CH2-CH2-CH2-

      Se pueden mencionar aquí uno o dos casos más complejos para mostrar la versatilidad de este método en la producción de polímeros. Por ejemplo, si la molécula de monómero original contiene dos dobles enlaces, el polímero será insaturado. Según se ve en la reacción básica de formación de polímeros, los enlaces dobles son lugares donde se lleva a cabo la reacción en una molécula, lo cual sugiere que los polímeros que los contienen deben ser químicamente reactivos, y esto es de hecho lo que sucede. Un ejemplo importante es la serie de polímeros y copolímeros[iii] formados a partir del butadieno (CH2=CH-CH=CH2. Entre éstos se halla la clase más utilizada de cauchos sintéticos. La reactividad química del enlace doble se usa en la vulcanización con azufre que se hace a los cauchos cuando las cadenas primarias se entrelazan una con la otra. El caucho natural tiene una estructura similar, con enlaces dobles. En los copolímeros se usan dos (u ocasionalmente, tres) tipos diferentes de monómeros en un polímero simple, para obtener propiedades especiales. Un ejemplo es la serie de copolímeros etileno-propileno[iv] en la cual se copolimerizan los monómeros de etileno y propileno en proporciones variables para dar diferentes cualidades al polímero. Un polímero formado casi únicamente por propileno, con alrededor de un 10% de etileno, se comporta casi como el polipropileno, mejorando su comportamiento a bajas temperaturas a cambio de una pequeña pérdida de rigidez. Cuando el contenido de etileno es de alrededor de un 50%, el producto es un caucho. Tal caucho no es vulcanizable fácilmente, ya que está del todo saturado, es decir, no contiene enlaces dobles ni triples. La solución pasa por usar un tercer monómero, uno de los raros casos de terpolímero