Turbulencia

POLIMEROS.

Los polímeros están compuestos de secuencias repetitivas de unidades de monómeros conectadas por enlaces covalentes, es decir, el numero de moléculas de monómeros que se combinan para formar una macromolécula. Cuando todas las unidades de monómeros son idénticas, se forma un homopolimero. Los copolimeros constan de más de una clase de monómeros, siendo posibles una variedad de ordenaciones.

ORIGEN DE LOS POLÍMEROS.

Antes de 1930 se creía que los polímeros eran agregados coloidales de muchas moléculas pequeñas, sus propiedades se atribuían a diversas fuerzas atractivas que mantenían unidos los componentes. El trabajo pionero de Staudinger sentó las bases para nuestra compresión moderna de los polímeros, demostrando que estos son en realidad macromoléculas. Staudinger recibió el premio nobel de química en 1953 por sus trabajos, mientras que flory recibió el mismo premio en 1974 por el desarrollo de métodos para el estudio de las propiedades de las macromoléculas.

POLIETILENO

El polietileno (CH2CH2) es el polímero de de mayor importancia comercial y esto puede atribuirse a:

• Su bajo costo, por lo barato de la materia prima y el alto nivel de producción.

• Su baja polaridad, que le hace tener excelentes propiedades eléctricas.

• La facilidad de su procesamiento por técnicas muy variadas.

• Su aceptable propiedad mecánica.

• Su baja absorción de humedad.

A pesar de estas cualidades, se añade su gran versatilidad, lo cual se puede pretender si se considera que es el polímero más sencillo

Es un termoplástico que se caracteriza por ser resistente, flexible y poco denso. Como ejemplos de aplicación se pueden nombrar recipientes, tubos flexibles, sogas y películas.

Hay dos clases de Polietileno; el de alta densidad (0,941-0,970 grs/ml) que se usa para tuberías y desagües, especialmente para formas corrugadas de gran diámetro. Y el de baja densidad (0,910-0,940 grs/ml) que se utiliza en la fabricación de películas, cables, alambres y recubrimientos de papel.

PRODUCTOS DERIVADOS DEL ETILENO

El etileno es una olefina que sirve como materia prima para obtener una enorme variedad de productos petroquímicos.

La doble ligadura olefínica que contiene la molécula nos permite introducir dentro de la misma muchos tipos de heteroátomos como el oxígeno para hacer óxido de etileno, el cloro que nos proporciona el dicloroetano, el agua para darnos etanol, etc.

Asimismo permite unir otros hidrocarburos como el benceno para dar etilbenceno, y otras olefinas útiles en la obtención de polímeros y copolímeros del etileno.

SÍNTESIS DE OBTENCIÓN

Para obtener el etileno puro se utilizan lavadores, que actúan a modo de columnas, en ellas se evaporan sobre todo los componentes de más bajo punto de ebullición, como el metano (punto de ebullición -161,4 ºC) y el hidrógeno (punto de ebullición -252,78 ºC) y salen por la cabeza de la columna. Los componentes de más alto punto de ebullición, como el etano (punto de ebullición -88,6 ºC) y los hidrocarburos inmediatamente superiores, con mucho etileno, se reúnen en el fondo de la columna.

El etileno puro se mezcla entonces con oxígeno (que actúa como catalizador) en una proporción del 0,1 al 0,2 %. Esta mezcla se comprime, mediante compresores, a presiones de 1000 a 2000 atm y, pasando por un separador de aceite, se hace llegar al reactor, en el que tiene lugar el proceso de polimerización.

El polietileno, todavía caliente, se extrae finamente por un extrusor, donde se refrigera y sale de él ya sólido para ser seguidamente troceado, mediante un dispositivo picador, en pequeños granos, que sirven de materia prima para la fabricación de objetos de todas clases.

POLIETILENO DE ALTA PRESIÓN

Para la obtención del polietileno de alta presión es preciso un etileno muy puro. No solamente deben eliminarse las impurezas inorgánicas, como los compuestos de azufre, el óxido de carbono, el anhídrido carbónico y otros, sino también el metano, el etano y el hidrógeno que, aunque no tomen parte en la reacción de polimerización, actúan como diluyentes en el método de alta presión e influyen en la marcha de la reacción.

POLIETILENO DE BAJA PRESIÓN

Hasta el año 1949 se pensaba, en los medios de la especialidad, que el etileno solamente se podía polimerizar a alta presión. Entonces encontró el profesor Karl Ziegler, en los años 1949-1955, un camino completamente nuevo para la obtención del polietileno a la presión normal.

Cuando se inyecta etileno en una suspensión de etilato de aluminio y éster titánico en un aceite, se polimeriza el etileno con desprendimiento de calor y forma un producto macromolecular. De esta manera se pueden unir en una macromolécula más de 100.000 monómeros (frente a los 2.000 monómeros en el método de la alta presión),

Este alto grado de polimerización confiere al polietileno de baja presión una solidez y dureza especialmente elevadas.

El campo de aplicación del este polietileno, el Z-polietileno como le llamó el descubridor, es el mismo que el del polietileno de alta presión, pero es esencialmente apropiado para objetos que precisan una gran solidez y rigidez, como las tuberías, que con paredes de pequeño espesor resisten altas presiones.

La elaboración del producto se hace de manera análoga a la del polietileno de alta presión, es decir, mediante prensas. Sin embargo, la temperatura de elaboración del producto Z es más elevada, a causa del mayor grado de polimerización. Puede llegar a 170 ºC.

TIPO DE POLIMERO

El polietileno pertenece al grupo de los polímeros de las políolefinas. Estas provienen de hidrocarburos simples, compuestos por átomos de carbono e hidrógeno y con dobles enlaces C=C.

El polietileno lineal se produce normalmente con pesos moleculares en el rango de 200.000 a 500.000, pero puede ser mayor aún. El polietileno con pesos moleculares de tres a seis millones se denomina polietileno de peso molecular ultra-alto, o se puede utilizar para hacer fibras que son tan fuertes que sustituyeron al Kevlar para su uso en chalecos a prueba de balas. Grandes láminas de éste se pueden utilizar en lugar de hielo para pistas de patinaje.

PE POR DENSIDAD

Baja densidad de: 0.910 – 0.940 g/cm3

Alta densidad de: 0.941 – 0.965 g/cm3

Si la densidad del polietileno aumenta, aumentan también propiedades como la rigidez, dureza, resistencia a la tensión, resistencia a la abrasión, resistencia química, punto de reblandecimiento e impacto a bajas temperaturas. Sin embargo, este aumento significa una disminución en otras propiedades como el brillo, resistencia al rasgado y elongación.

Propiedades de los materiales termoplásticos

 Pueden derretirse antes de pasar a un estado gaseoso.

 Permiten una deformación plástica cuando son calentados.

 Son solubles en ciertos solventes.

 Se hinchan ante la presencia de ciertos solventes.

 Buena resistencia al fenómeno de fluencia.

Ejemplos y aplicaciones de materiales termoplásticos:

Polietileno de alta presión como material rígido aplicado para cubiertas de máquinas eléctricas, tubos, polietileno de baja presión como material elástico usado para el aislamiento de cables eléctricos, etc.

PROPIEDADES MECANICAS

 Gran resistencia al choque y a la flexión

 Escaso desgaste

 Buenas propiedades de deslizamiento

Las propiedades mecánicas de un material se refieren a su capacidad para soportar fuerzas, el modo como se deforman y ceden ante dichas fuerzas.

Así las propiedades mecánicas del Polietileno de alta densidad dependen básicamente de su estructura, que comprende lo que es la distribución del peso molecular, el peso molecular y la cristalinidad. Pero también depende de factores externos como lo son la temperatura, entorno químico y el tiempo, entendido este ultimo como medida de la rapidez con que se aplican fuerzas, así como de la duración de éstas.

La rigidez, dureza y resistencia a la tensión del Polietileno de alta densidad se incrementa con la densidad, ya que si esta aumenta es un indicador de que el material es más cristalino, y por lo tanto será más resistente ante la misma magnitud de fuerza aplicada que un espécimen de menor densidad.

ESTRUCTURA QUÍMICA

El análisis del polietileno (C, 85.7%; H, 14.3%) corresponde a la fórmula empírica (CH2)n, resultante de la polimerización por adición del etileno. La estructura de un polietileno típico difiere de la de un alcano de cadena recta en que es de cadena ramificada y contiene grupos olefínicos de tres tipos ( por lo menos). Puede contener también otros grupos químicos derivados del catalizador usado en su fabricación o de impurezas en el etileno, pero éstas representan generalmente mucho menos de 0.1% en peso del polímero. La condición ramificada de la cadena del polímero influye profundamente en las propiedades físicas tanto del polietileno sólido como del polietileno fundido. En consecuencia, las propiedades físicas que se indican más adelante se refieren no sólo a un intervalo de pesos moleculares, sino también a cierto tipo de polímeros de cadena ramificada. Variando las condiciones en que se realiza la polimerización, es posible variar el grado de ramificación entre límites amplios y producir gran número de tipos de polímeros. Como en la mayoría de los polímeros, una muestra normal tiene una distribución amplia de pesos moleculares, y el fraccionamiento del polietileno indica que una

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