Polimeros

T11 - 1 de 18 -

C8/UD3/NA2/T11

MATERIALS POLIMÈRICS. 8U3N2T11/2001/2

1. INTRODUCCIÓ ALS POLÍMERS

Anomenem polímers aquells materials generalment orgànics, obtinguts per síntesi o procedents

de substàncies naturals, tractades o transformades químicament, amb un pes molecular elevat i

una estructura molecular repetitiva, que són susceptibles de ser conformats per l’acció conjunta

de la pressió i de la calor. Les característiques comunes dels polímers són:

. elevat pes molecular, amb elevada repetició d’una o diverses unitats constitucionals.

. sensibilitat a la calor, si menys no, en un moment determinat de la seva manufactura o conformació.

Presenten un interval limitat respecte de la temperatura d’utilització.

. densitat relativament baixa, generalment entre 0,9 i 2,5 g/cm3.

. en general aïllants: tèrmics, elèctrics i acústics.

. resistència a molts agents químics inorgànics i orgànics.

Els polímers poden ser molt diferents quant a naturalesa i propietats, i es poden subdividir de

forma diferent; així, per exemple, en funció del comportament del material els podem dividir en:

plàstics, elastòmers i fibres. També els podem dividir tot fent referència al comportament davant

l’increment de temperatura en: termoplàstics, termoenduribles o termostables, i elastòmers.

En funció de la seva importància econòmica, del seu preu i abast es classifiquen en:

. ‘‘Commodities’’ o de gran consum, amb un preu raonable i alta disponibilitat mundial.

. Tècnics, que serveixen per a determinades aplicacions concretes que demanen certes especificacions

per sobre del corrent. D’utilització i producció més limitada que els anteriors i de preu més

elevat.

. Innovadors, generalment productes en fase de recerca i desenvolupament, que tenen unes

determinades característiques que els fan destacar de la resta dels materials. El seu preu és molt

elevat i la seva distribució molt limitada; en general són per a una única empresa, fan que la seva

utilització estigui molt limitada a productes o serveis d’alt valor afegit, als sectors estratègics o als

de l’alta competició.

1.1. Termoplàstics

Formats per cadenes lineals o ramificades que en general presenten entre elles pocs enllaços

covalents, però amb unions de tipus Van der Waals o de pont d’hidrogen. Amb la calor pateixen

un canvi físic (però no químic) i s’estoven; en refredar-se s’endureixen i tornen al seu estat anterior,

de manera que es poden escalfar i refredar un nombre indeterminat de vegades (en realitat

limitat). Entre els més coneguts podem esmentar el polietilè, el polipropilè, el poliestirè, el policlorur

de vinil i les poliamides.

1.2. Termoenduribles o termostables

S’obtenen a partir d’uns prepolímers o resines que per reacció química, o curat, donen lloc a

macromolècules orientades en totes direccions i amb enllaços de tipus covalent, nombrosos entre

les que donen estructures fortament reticulades. Amb la calor s’endureixen definitivament. No

solen tenir una temperatura de fusió definida, perquè abans es descomponen. Alguns exemples

són les reïnes de polièster insaturat, les d’epoxi, les d’urea-formaldehid, les de melaminaformaldehid,

i les fenòliques.

T11 - 2 de 18 -

Materials polimèrics M. Villalobos

1.3. Elastòmers

La seva propietat principal és l’elevada elasticitat dins d’un marge de temperatures ampli, així

com l’alta capacitat d’esmorteïment de vibracions. Com que aquestes propietats es van observar

inicialment en el cautxú, hom els anomena amb el nom genèric de cautxús, malgrat que el nom

correcte des del punt de vista tècnic és el d’elastòmers.

Són polímers de naturalesa amorfa, que en les condicions de treball han d’estar per sobre de la

temperatura de transició vítria, perquè per sota d’aquesta temperatura es tornen fràgils.

La rotació dels enllaços entre cadenes és relativament lliure, la qual cosa possibilita una fàcil

resposta del material quan s’hi aplica un esforç, i la deformació plàstica sols es dóna a grans

esforços, degut a que la mobilitat de les cadenes està restringida de forma important pel grau

d’entrecreuament que impedeix el lliscament de les cadenes que estan entrellaçades.

El grau d’entrecreuament de molts elastòmers es pot regular gràcies a un procés tecnològic que

anomenem vulcanitzat. Com ja hem esmentat abans, en són un exemple els cautxús, però també

tenim, entre d’altres, els terpolímers d’etilè-propilè EPDM, els elastòmers de butadiè-acrilonitril

NBR i les silicones. Cal fer notar que la major part dels elastòmers es comporten com a termostables,

però un bon nombre es comporten com a termoplàstics.

2. POLIOLEFINES

Són polímers amb una unitat constitucional repetitiva simple, preparats per addició a partir d’alquens

obtinguts directament del productes petroliers o bé per processos de craqueig, és a dir,

trencament de molècules de mida superior.

Tenen una gran difusió i demanda pel fet que es tracta de productes amb propietats acceptables

i econòmiques. La producció és elevada; sols el polietilè, PE, supera el 30% de la producció

mundial de polímers sintètics, i el polipropilè, PP, supera el 15%, mentre que la resta de poliolefines

no superen en conjunt un 1%.

La seva inèrcia química, la baixa densitat, el baix preu, la facilitat del reciclatge, la seva abundància

i simplicitat de producció, així com les múltiples aplicacions que s'han trobat i contínuament

se'n troben, fan d'aquesta família de polímers els "commodities" per excel·lència. Ara bé, les

contínues investigacions que es fan sobre les poliolefines han introduït al mercat tota una nova

generació de polímers i copolímers que s'utilitzen, de moment, en aplicacions més tècniques, a

causa del seu preu encara elevat.

2.1. PE. Polietilè –[CH2–CH2–]n

2.1.1. Introducció

Té una temperatura de transició vítria, Tg, d’uns –100 °C. És estable a molts reactius i dissolvents.

Com que es tracta de productes inerts, estan autoritzats a estar en contacte amb aliments

i, fins i tot, en aplicacions mèdiques concretes (un sol ús).

És un termoplàstic no polar, molt lleuger, incolor i translúcid. Les seves propietats mecàniques

són moderades. Quasi no absorbeixen humitat

En cremar fa olor de cera, i, a l’igual que aquesta, degota d’una manera característica, s’inflama

i no presenta autoextinció, no provoca fums excessius, i aquests són blancs. En general fila,

encara que de vegades ho fa amb certa dificultat.

Ecològicament es considera un termoplàstic fàcil de reciclar i, en general, menys problemàtic des

del punt de vista de la conservació del medi ambient que la resta dels termoplàstics.

En trobem diverses varietats; les més importants són LDPE i HDPE.

T11 - 3 de 18 -

C8/UD3/NA2/T11

2.1.2. LDPE

Les sigles LD corresponen a “low density”, és a dir, polietilè de baixa densitat, perquè aquesta val

entre 0,92 i 0,94 g/cm3.

Es tracta d’un polímer molt ramificat, amb una cristal·linitat d’entre el 40-50%, un pes molecular

mitjà en nombre entre 10.000 i 40.000 amb polidespersitats en general majors de 5 i inferiors de

10.

La seva temperatura de fusió es d’uns 115 °C, però es comença a estovar a partir dels 80 °C, per

la qual cosa la seva temperatura límit d’utilització arriba no més enllà dels 70 °C.

El seu preu econòmic i la facilitat de transformació el fan un material ideal per a aplicacions “d’un

sols ús”, rebutjables, o de vida útil molt limitada, com ara: embolcalls, envasos, hivernacles, fabricació

de bosses flexibles d’ús domèstic, aplicacions de parament de casa, per a pel·lícules destinades

a l’embalatge, recobriments de papers i cartrons (tipus “tetra brik”®) i garrafes d’aigua de

capacitat superior als 2 L. També s’utilitzen per a impermeabilització de terrenys.

Així mateix s’usa també, gràcies a la seva bona resistència dielèctrica davant d’elevades freqüències,

per al recobriment de cables d’aquest tipus, fils de telecomunicacions i d’altres.

Per la seva inèrcia química i la pràctica absència d’additius es fa servir en la fabricació de nombrosos

articles domèstics i industrials que es beneficien també de la seva flexibilitat.

A l'igual del HDPE admet, la majoria de les tècniques de conformació que s'utilitzen per als termoplàstics;

així, per exemple: la injecció, l'extrusió, la conformació en calent, la combinació d'extrusió

i bufament (molt útil per a la fabricació de bosses), etc.

2.1.3. HDPE

Les sigles HD corresponen a “high density”, és a dir, polietilè d’alta densitat, perquè aquesta val

entre 0,94-0,96 g/cm3.

És un polímer lineal amb una cristal·linitat del 60-80% i té unes propietats mecàniques més bones

que l’anterior. Així, la resistència màxima a la tracció és d’uns 28 MPa,

...