Materiales poliméricos

MATERIALES POLIMÉRICOS

1. 23 Defina los materiales poliméricos.

Los materiales poliméricos son materiales que contienen muchas partes o unidades enlazadas químicamente y que estan unidas entre sí para formar un sólido.

1. Plásticos

Son un grupo grande y variado de materiales sintéticos, los cuales son procesados para darles forma por moldeo o dformacion.

1. Elastómeros

Son materiales que al aplicarles fuerza alcanzan una deformacion elastica muy grande, y cuando cesa la fuerza regresan a su forma original.

1. 24 Defina un termoplástico.

Un termoplástico es un tipo de polímero que se para obtener y conservar su forma necesita ser calentado y luego enfriado, ya que se caracteriza por su capacidad de suavizarse y derretirse cuando se calienta, permitiendo moldearlo. Este material puede volverse a calentar un determinado numero de veces mas para darle nuevas formas sin generar un cambio significativo en sus propiedades.

1. 25 Describa el arreglo estructural atómico de los termoplásticos.
2. 26 ¿Qué tipos de átomos se enlazan entre sí en las cadenas moleculares termoplásticas? ¿Cuáles son las valencias de estos átomos en las cadenas moleculares?
3. 27 ¿Qué es un átomo o un grupo de átomos pendientes?
4. 28 ¿Qué tipo de enlace existe dentro de las cadenas moleculares de los termoplásticos?
5. 29 ¿Qué tipo de enlace existe entre las cadenas moleculares de termoplásticos?
6. 30 Defina los plásticos termofijos.

Los plásticos termofijos son un tipo de plástico que adquieren una forma permanente y curado mediante una reaccion quimica, pero que no se pueden volver a fundir y darles forma de nuevo, ya que se degradan y/o descomponen cuando son sometidos a una temperatura muy alta.

1. 31 Describa el arreglo estructural atómico de los plásticos termofijos.
2. 32 ¿Cuáles son algunas de las razones del gran incremento en el uso de plásticos en los diseños de ingeniería en los últimos años?

El incremento del uso de plásticos se debe a que:

• Son versátiles.
• Poseen menor peso.
• Tienen un menor costo.
• Requieren de menos operaciones de acabado.
• Disponen de mayor simplificacion de esamblaje.
• No producen mucho ruido.
• Poseen propiedades aislantes.

1. 33 ¿Cuáles son algunas ventajas de los plásticos cuando se usan en los diseños de ingeniería mecánica?

Las ventajas son:

• Ligereza

• Resistencia a la corrosión.
• Aislamiento eléctrico.
• Facilidad de moldeo y fabricación.
• Amortiguación de vibraciones y ruido
• Alta resistencia a una amplia gama de productos químicos.
• Menor costo en comparación a los metales.

1. 34 ¿Cuáles son algunas ventajas de los plásticos cuando se usan en los diseños de ingeniería eléctrica?

1. 35 ¿Cuáles son algunas ventajas de los plásticos cuando se usan en los diseños de ingeniería química?

Las ventajas son:

• Resistencia a sustancias ácidas, alcalinas, solventes y otros productos químicos corrosivos.
• Larga vida útil y mantenimiento de su propiedades incluso en condiciones difíciles.
• Se integran fácilmente con otros materiales y sistemas.
• Mejoran la eficiencia energética y proteger equipos y procesos químicos sensibles a las fluctuaciones de temperatura.
• Facilidad de procesamiento y fabricación.

1. 36 Defina los siguientes términos:

1. Polimerización en cadena

Es un proceso en donde, de forma covalente, muchas moléculas de enlazan entre sí para formar cadenas moleculares muy largas.

1. Monómero

Es el nombre que recibe una molécula simple, la cual es enlazada de forma covalente con muchas otras moléculas.

1. Polímero

Es la molécula de cadena larga que se forma a partir de unidades de monómero.

1. 37 Describa la estructura de los enlaces entre una molécula de etileno, empleando:

a) la notación cruzada electrón-punto

b) la notación de guiones para los electrones de enlace.

1. 10.38 ¿Cuál es la diferencia entre una molécula saturada que contiene carbono, y una no saturada, que también contiene carbono?
2. 10.39 Describa la estructura de enlaces de una molécula de etileno activada que está lista para enlazarse en forma covalente con otra molécula activada, empleando a) la notación cruzada electrón-punto y b) la notación de guiones para los electrones de enlace.
3. 10.40 Escriba una reacción química general para la polimerización en cadena del monómero etileno a fin de formar un polímero lineal de polietileno.

1. 10.41 ¿Cuál es el nombre de la unidad química que se repite en una cadena de polímeros? ¿Cuál es la unidad química que se repite en el polietileno?

• La unidad química que se repite en la cadena de polímeros es el monómero.
• La unidad química que se repite en el polietileno es el etileno.

1. 10.42 Defina el grado de polimerización de una cadena de polímero.
2. 43 ¿Cuáles son las tres principales reacciones que ocurren durante la polimerización en cadena?

Las tres principales reacciones son:

1. Iniciación

Se genera un radical libre altamente reactivo que tiene la capacidad de interactuar con los monómeros, dando inicio a la formación de la cadena polimérica.

1. Propagación

Se da el proceso de crecimiento de la cadena de polímero debido a la adición sucesiva de unidades de monómero a través de enlaces químicos.

1. Terminación

Se detiene el proceso de crecimiento, ya se por la adición de un radical libre, por la combinación de de dos cadenas o por cantidades insignificantes de impurezas.

1. 44 ¿Qué es un radical libre? Escriba una ecuación química para la formación de dos radicales libres a partir de una molécula de peróxido de hidrógeno, empleando la notación electrón-punto y la notación de guiones para los electrones de enlace.

Un radical libre es un átomo que forma parte de un grupo más grande y tiene un electrón libre, el cual se puede enlazar de forma covalente con el electrón libre de otro atomo o molécula.

a) Notación electrón-punto

[pic 1]

b) Notación de guiones para los electrones de enlace[pic 2]

1. 10.45 Escriba una ecuación para la formación de dos radicales libres a partir de una molécula de peróxido de benzoilo empleando la notación de guiones para los electrones de enlace.

[pic 3]

1. 10.46 Escriba una ecuación para la reacción de un radical libre orgánico (RO') con una molécula de etileno para formar un nuevo radical libre de cadena larga.

[pic 4]

1. 47 ¿Cuál es la función del iniciador para la polimerización en cadena?

La función del iniciador es generar los radicales libres necesarios para iniciar la reacción de polimerización.

1. 10.48 Escriba una reacción para el radical libre R—CHP, —CH, Pcon una molécula de etileno para extender el radical libre. ¿Qué tipo de reacción es ésta?
2. 10.49 ¿Cómo es posible que una cadena polimérica, como un polietileno, siga creciendo espontáneamente durante la polimerización?
3. 10.50 ¿Cuáles son dos métodos por medio de los cuales una reacción de polimerización líneal en cadena puede finalizar?
4. 10.51 ¿Por qué se debe considerar el grado de polimerización promedio y el peso molecular promedio de un material termoplástico?
5. 10.52 Defina el peso molecular promedio de un termoplástico.
6. 10.53 ¿Cuál es la funcionalidad de un polímero? Distinga entre un monómero bifuncional y uno trifuncional.
7. 10.54 ¿Cuál es la causa de que la cadena molecular de polietileno tenga una distribución en zigzag?
8. 10.55 ¿Qué tipo de enlace químico se forma entre las cadenas de polímero en el polietileno?
9. 10.56 ¿De qué manera las ramas laterales ubicadas en las cadenas principales de polietileno afectan el empacamiento de las cadenas moleculares en un polímero sólido? ¿Cómo afectan las ramificaciones de las cadenas del polímero la resistencia a la tensión del polietileno sólido producido en masa?
10. 10.57 Escriba una reacción general para la polimerización de un polímero tipo vinilo.
11. 10.58 Escriba las fórmulas estructurales para los meros de los siguientes polímeros de vinilo: a) polietileno, b) policloruro de vinilo, c) polipropileno, d) poliestireno, e) poliacrilonitrilo y f) poliacetato de vinilo.
12. 10.59 Escriba una reacción general para la polimerización de un polímero de vinilideno.
13. 10.60 Escriba fórmulas estructural vinilideno: a) cloruro de polímeros para los meros de los siguientes polímeros de lideno y 6) metacrilato de polimetilo.
14. 10.61 Distinga entre un homopolímero y un copolímero.
15. 10.62 llustre los siguientes tipos de copolimeros empleando círculos llenos y abiertos para representar sus meros: a) aleatorio, b) altemado, c) en bloque y d) injerto.
16. 10.63 Escriba una reacción de polimerización general para la formación de un copolimero de cloruro de vinilo y de acetato de vinilo.
17. 10.64 Defina la polimerización por pasos de polímeros lineales. ¿Qué subproductos se producen comúnmente en la polimerización por pasos?
18. 10.65 Escriba la ecuación para la reacción de una molécula de hexametilendiamina con una de ácido adípico para producir una molécula de nailon 6,6. ¿Cuál es el subproducto de esta reacción?
19. 10.66 Escriba la reacción para la polimerización por pasos de dos moléculas de fenol con una de formaldehído para producir una molécula de fenol formaldehído.
20. 10.67 ¿Qué tipo de subproducto se genera en esta reacción?
21. 10.68 ¿Cuáles son las tres materias primas básicas que se usan para producir los compuestos químicos básicos necesarios para la polimerización de materiales plásticos?
22. 10.69 Describa e ilustre los siguientes procesos de polimerización: a) en masa, b) solución, c) suspensión y d) emulsión.
23. 10.70 ¿En qué proceso de polimerización el calor desprendido por la reacción es absorbido por el agua? ¿En qué proceso el calor es absorbido por el disolvente? ¿Qué proceso se usa cuando el calor de reacción de polimerización es bajo?
24. 10.71 Describa el proceso Unipol para producir polietileno de baja densidad. ¿Cuáles son las ventajas de este proceso?
25. 10.72 Durante la solidificación de los termoplásticos, ¿qué diferencias hay entre las gráficas de volumen específico versus temperatura de termoplásticos no cristalinos y parcialmente cristalinos?
26. 10.73 Defina la temperatura de transición vítrea T, para un termoplástico.
27. 10.74 ¿Cuáles son los valores medidos de T¿ para a) polietileno, b) policloruro de vinilo y c)
28. polimetilmetacrilato? ¿Los valores Tg son constantes del material?
29. 10.75 Describa e ilustre los modelos de flecos micelares y de cadena plegada para la estructura de los termoplásticos parcialmente cristalinos.
30. 10.76 Describa la estructura de esferulitas encontrada en algunos termoplásticos parcialmente cristalinos.
31. 10.77 ¿Por qué es imposible la cristalinidad completa en los termoplásticos?
32. 10.78 ¿Cómo afecta la cantidad de cristalinidad de un termoplástico a) su densidad y b) su resistencia a la tensión? Explique.
33. 10.79 ¿Qué son los estereoisómeros con respecto a las moléculas químicas?
34. 10.80 Describa y dibuje modelos estructurales para los siguientes estereoisómeros de polipropileno: a) atáctico, b) isotáctico y c) sindiotáctico.
35. 10.81 ¿Qué es un catalizador estereoespecífico? ¿Cómo afectó el desarrollo de un catalizador estereoespecífico para la polimerización del polipropileno la utilidad del polipropileno comercial?
36. 10.82 En general, ¿en qué difiere el procesado de los termoplásticos para darles la forma deseada, del procesado de los plásticos termofijos
37. 83 Describa el proceso de moldeo por inyección para los termoplásticos.

En el proceso de moldeo por inyección, la máquina moderna utiliza un mecanismo de mono husilloo para derretir el plástico e inyectarlo en un molde.

1. 84 Describa la operación de la máquina de moldeo por inyección de tomillo sin fin.

En el proceso de moldeo por inyección de tornillo sin fin, los gránulos de plástico se alimentan en el cilindro a través de una tolva y son transportados hacia el molde por un tornillo rotatorio. El calor generado por la fricción, la compresión y las paredes calientes del cilindro funde los gránulos.

Cuando hay suficiente plástico fundido en el extremo del tornillo cerca del molde, se inyecta a través de una puerta corrediza hacia las cavidades del molde. El tornillo mantiene la presión durante un breve período para permitir que el plástico se solidifique y luego se retrae. El molde se enfría con agua para acelerar el enfriamiento.

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