Procesado de Termoplásticos

Transcripción

1 Procesado de Termoplásticos Curso Hemisemetral 2018 Ana Inés Lesa Sainz Qco. Carolina Pérez Gmurenko Ing. Quim. P. Raimonda Objetivo del Curso El objetivo del curso es introducir al alumno en el estudio de los materiales polímeros más usados, sus aplicaciones en ingeniería y diferentes procesos de transformación. Con la realización de clases de laboratorio se espera reafirmar los conceptos analizados en las clases teóricas. Procesamiento de Termoplásticos

2 Clase 1 Introducción y desarrollo histórico Definición de polímero y clasificación de los mismos Definición de peso molecular Clase 2 Estructura en el espacio Estado sólido en polímeros Estado amorfo Estado cristalino Clase 3 Materiales termoplásticos más usados. Polietileno Polipropileno PVC PET Policarbonato Clase 4 Aditivos Plastificantes Lubricantes Estabilizantes Rellenos y refuerzos Pigmentos y colorantes Concentrados de color Procesamiento de Termoplásticos Clase 5 Procesado de polímeros Industria del Plástico, introducción, contexto, cadena de valor. Principales procesos Clase 7 Introducción a la Inyección. Tipos de máquinas de inyección Principales partes de la máquina de inyección Proceso de inyección, ciclos. Clase 6 Introducción a la extrusión. Principales partes del equipo Teoría de la extrusión Equipos complementarios Clase 8 Ensayos sobre polímeros Porqué del Ensayo Ensayos físicos Ensayos químicos. Procesamiento de Termoplásticos

3 Bibliografía William D. Callister, Jr., David G. Rethwisch, Materials Science and Engineering an introduction, 9th edition, Wiley: NJ, Procesamiento de Termoplásticos Objetivo de la clase Introducir al alumno en la estructura de los polímeros en general, partiendo del concepto de enlace, para así poder comprender en futuras clases las propiedades de los mismos y sus métodos de procesamiento Procesamiento de Termoplásticos

4 Edad del plástico: Procesamiento de Termoplásticos Procesamiento de Termoplásticos

5 Qué es un Polímero? Un polímero (del griego: πολυς [polys] "mucho" y μερος [meros] "parte" o "segmento ) en una gran macromolécula. Los polímeros están compuestos por unidades repetitivas. Dichas unidades repetitivas pueden ser de la misma unidad, o diferentes. La unión entre las distintas unidades que conforman la molécula es a través de enlaces covalentes. Procesamiento de Termoplásticos Qué es un enlace químico? Energía de enlace: Es la energía necesaria para romper un enlace normalmente expresada en Kcal/mol. Procesamiento de Termoplásticos

6 Enlaces primarios Asociados con la formación de moléculas. Entre ellos encontramos los enlaces covalentes, iónicos y metálicos. Enlaces Iónicos Se da por atracción electrostática de átomos de signo contrario. Los elementos más alejados en la tabla periódica tienden a establecer este tipo de enlace Procesamiento de Termoplásticos Enlace Iónico Procesamiento de Termoplásticos

7 Enlaces Covalentes En este tipo de enlaces los átomos comparten electrones Procesamiento de Termoplásticos Enlaces secundarios Enlace de Van der Walls Fuerzas atractivas o repulsivas entre moléculas. Se dividen en: Fuerza entre dipolos permanentes Fuerza entre dipolos permanente e inducido Fuerza entre dipolos inducidos instantáneos. Procesamiento de Termoplásticos

8 Enlaces secundarios Enlace de Hidrógeno Es un caso particular del anterior en el que participa un átomo de hidrógeno. Procesamiento de Termoplásticos Enlaces secundarios Dipolos Inducidos Caso particular de las fuerzas de Van der Waals Fuerza de London Procesamiento de Termoplásticos

9 En Resumen Tipo de enlace Kcal/mol Covalente Iónico Van der Waals Interacción Dipolo Puente Hidrógeno 3-7 Procesamiento de Termoplásticos Polímero monómero n Polímeros Como hay un único monómero que se repite hablamos de homopolímeros Procesamiento de Termoplásticos

10 Ejemplos de Homo poliímeros Polietileno: PVC: Procesamiento de Termoplásticos Co-Poíimeros monómero n Polímeros Aquí tenemos dos monómeros que se repiten. Pero no es la única posibilidad Procesamiento de Termoplásticos

11 Ejemplos PET: Poli Etilen Tereftalato Procesamiento de Termoplásticos Co-Polímeros II monómero Polímeros Aquí tenemos dos monómeros que se repiten. Pero en lugar de alternar tenemos dos bloques. Habrá alguna otra posibilidad? Procesamiento de Termoplásticos

12 Ejemplos SBS: Poliestireno Butadieno Poliestireno Procesamiento de Termoplásticos Co polímeros III monómero Aquí tenemos dos monómeros que se repiten. Pero en lugar de en bloques están como injertos. Habrá alguna otra posibilidad? Polímeros Procesamiento de Termoplásticos

13 Ejemplos ASA: Poli estireno de alto impacto: Acrilonitrilo EStireno Acrilato Procesamiento de Termoplásticos Co Polímeros IV monómero Polímero Aquí tenemos dos monómeros que se repiten ordenados al azar. Procesamiento de Termoplásticos

14 Ejemplos SBR: EStireno Butadieno Rubber Procesamiento de Termoplásticos Resumen Homo polímeros Co-polímeros. Alternantes Bloque Injerto Al azar Procesamiento de Termoplásticos

15 Clasificación por su origen Naturales Semi-sintéticos. Artificiales Ejemplos Procesamiento de Termoplásticos Tercer Clasificación De acuerdo a su comportamiento térmico Termoplásticos: Son aquellos polímeros que se funden al calentarlos y se solidifican al enfriarse. Este pasaje de líquido a sólido como de sólido a líquido se puede realizar, en teoría infinitas veces. Procesamiento de Termoplásticos

16 Tercer Clasificación De acuerdo a su comportamiento térmico Termo rígidos, termofijos o termoestbles: Son polímeros que en el primer calentamiento forman enlaces entrecruzados que impiden su fusión. Procesamiento de Termoplásticos Tercer Clasificación De acuerdo a su comportamiento térmico (caso particular) Elastómeros: Es un caso particular de un polímero cuyas características principales lo hacen muy parecido a un termorígido en su estructura, ya que sus moléculas están unidas entre si también con enlaces covalentes y formando una red tridimensional. Pero esta unión es realizada por otro tipo de átomo, básicamente azufre, y con una densidad de reticulación mucho menor. Esta diferencia se observa en su comportamiento cuando se le aplica una fuerza, el material puede soportar grandes deformaciones de varias veces su longitud original, y cuando esta cesa es capaz de recuperar las dimensiones originales. Procesamiento de Termoplásticos

17 Resumen Procesamiento de Termoplásticos Peso Molecular Masa de una molécula de cualquier sustancia pura, cuyo valor es el de la suma de los átomos que la componen. Ejemplo: Agua Fórmula Química: H 2 O Peso Molecular Hidrógeno = 1 Peso Molecular Oxigeno = 16 PM Agua = 1 x = 18 Procesamiento de Termoplásticos

18 Conceptos preliminares Bajo peso molecular Medio peso molecular Alto peso molecular Muy alto peso molecular Gas Líquido Cera/parafina Polímero Aumento longitud de la cadena Esto implica una alta dependencia de las propiedades de la longitud de la cadena. Peso Longitud Molecular media de Necesidad de estimar la longitud media de las cadenas. las cadenas Procesamiento de Termoplásticos Grado de Polimerización Es una medida de la extensión de las reacciones de polimerización (obtención de polímeros). Está directamente relacionado con la longitud de las cadenas poliméricas. Se define como el número de monómeros que se repiten en la cadena polimérica UNIDAD MONOMERICA BASICA Grado de Polimerización Procesamiento de Termoplásticos

19 Grado de Polimerización - Continuación F r e c u e n c i a Para simplificar se suele emplear el valor medio Grado de Polimerización Mismo Grado de Polimerización Medio Peso Molecular Medio Esta directamente relacionado con el grado de polimerización (GP) y al igual que éste representa el grado de extensión de la reacción de polimerización. Material A Distribución ancha Material B Distribución estrecha PM = GP x PM MONOMERO Procesamiento de Termoplásticos Ejemplo Estimar el peso molecular de un polietileno que presenta un grado de polimerización de PM H = 1 PM C = 12 PM Monómero = 4 x x 2 = 28 g/mol PM = GP x PM Monómero PM = 1000 mero x 28 g/mol = g/mol Recuerde que al igual que el grado de polimerización (GP), que representa la extensión de las reacciones de polimerización, el PM es en consecuencia es una medida de la longitud de las cadenas. Procesamiento de Termoplásticos

20 Calculo de Pesos Moleculares Esta definido como un valor estadístico debido a que durante la reacción de polimerización se obtiene una distribución de moléculas de distinto peso molecular o grado de polimerización. PMn = σ ni Mi σ ni Peso molecular en número PMw = σ ni Mi2 σ ni Mi Peso molecular en Masa ni = Fracción de moléculas i Mi = Peso molecular de la fracción i Procesamiento de Termoplásticos Representación gráfica de los pesos Moleculares Número de unidades -CH 2 - CH 2 - Peso molecular Estado físico a 20 ºC 1 30 gas líquido grasa 430 >12000 resina Procesamiento de Termoplásticos

21 Peso Molecular en Polímeros El peso molecular sigue una distribución estadística, al igual que el grado de polimerización. Aunque habitualmente se emplea el grado de polimerización promedio, este presenta algunas limitaciones. F r e c u e n c i a F r e c u e n c i a PM Promedio Grado de Polimerización PM Promedio Grado de Polimerización Procesamiento de Termoplásticos Conclusiones Interés en la relación de las Propiedades del polímero y la Longitud de las cadenas. El grado de polimerización y el peso molecular son indicadores de la longitud de la cadena polimérica obtenidas en el proceso de polimerización. Suelen representarse a través de los valores medios pero en realidad siguen una distribución estadística debido a la complejidad de las reacciones de polimerización. Existen varias técnicas analíticas que permiten estimar el peso molecular de las cadenas. Si se conoce el peso de la unidad monomérica es posible estimar el grado de polimerización. Procesamiento de Termoplásticos

22 Preguntas? Gracias Procesamiento de Termoplásticos