Guia De Estudio 1° Departamental.docx

1. Diga que es un plástico y cuál es su clasificación respecto a: 1.Según su monómero base 2.- su comportamiento frente al calor 3.Su consumo comercial. 4.- Según sus reacciones de Síntesis 5.- su estructura molecular. Se denomina plástico a materiales constituidos por una variedad de compuestos orgánicos, sintéticos o semisintéticos, que tienen la propiedad de ser maleables y por tanto pueden ser moldeados en objetos sólidos de diversas formas. Esta propiedad confiere a los plásticos una gran variedad de aplicaciones.1 Su nombre deriva de plasticidad, una propiedad de los materiales, que se refiere a la capacidad de deformarse sin llegar a romperse. Según su origen Polímeros naturales. Existen en la naturaleza muchos polímeros y las biomoléculas que forman los seres vivos son macromoléculas poliméricas. Por ejemplo, las proteínas, los ácidos nucleicos, los polisacáridos (como la celulosa y la quitina), el hule o caucho natural, la lignina, etc. Polímeros semisintéticos. Se obtienen por transformación de polímeros naturales. Por ejemplo, la nitrocelulosa, el caucho vulcanizado, etc. Polímeros sintéticos. Muchos polímeros se obtienen industrialmente a partir de los monómeros. Por ejemplo, el nailon, el poliestireno, el policloruro de vinilo (PVC), el polietileno, etc.

Según su mecanismo de polimerización

En 1929 Carothers propuso la siguiente clasificación: Polímeros de adición. La polimerización no implica la liberación de ningún compuesto de baja masa molecular. Esta polimerización se genera cuando un "catalizador", inicia la reacción. Este catalizador separa la unión doble carbono en los monómeros, luego aquellos monómeros se unen con otros debido a los electrones libres, y así se van uniendo uno tras uno hasta que la reacción termina. Polímeros de condensación. La reacción de polimerización implica a cada paso la formación de una molécula de baja masa molecular, por ejemplo agua.

Clasificación de Flory (modificación a la de Carothers para considerar la cinética de la reacción): Polímeros formados por reacción en cadena. Se requiere un iniciador para comenzar la polimerización; un ejemplo es la polimerización de alquenos (de tipo radicalario). En este caso el iniciador reacciona con una molécula de monómero, dando lugar a un radical libre, que reacciona con otro monómero y así sucesivamente. La concentración de monómero disminuye lentamente. Además de la polimerización de alquenos, incluye también polimerización donde las cadenas reactivas son iones (polimerización catiónica y aniónica). Polímeros formados por reacción por etapas. El peso molecular del polímero crece a lo largo del tiempo de manera lenta, por etapas. Ello es debido a que el monómero desaparece rápidamente, pero no da inmediatamente un polímero de peso molecular elevado, sino una distribución entre dímeros, trímeros, y en general, oligómeros; transcurrido un cierto tiempo, estos oligómeros empiezan a reaccionar entre sí, dando lugar a especies de tipo polimérico. Esta categoría incluye todos los polímeros de condensación de Carothers y además algunos otros que no liberan moléculas pequeñas pero sí se forman gradualmente, como por ejemplo los poliuretanos.

Según su composición química Polímeros orgánicos. Posee en la cadena principal átomos de carbono. Polímeros orgánicos vinílicos. La cadena principal de sus moléculas está formada exclusivamente por átomos de carbono.

Dentro de ellos se pueden distinguir: Poliolefinas, formados mediante la polimerización de olefinas. Ejemplos: polietileno y polipropileno. Polímeros estirénicos, que incluyen al estireno entre sus monómeros. Ejemplos: poliestireno y caucho estireno-butadieno. Polímeros vinílicos halogenados, que incluyen átomos de halógenos (cloro, flúor...) en su composición.

Ejemplos: PVC y PTFE. Polímeros acrílicos. Ejemplos: PMMA.

Polímeros orgánicos no vinílicos. Además de carbono, tienen átomos de oxígeno o nitrógeno en su cadena principal. Algunas sub-categorías de importancia: Poliésteres Poliamidas Poliuretanos Polímeros inorgánicos. Entre otros: Basados en azufre. Ejemplo: polisulfuros. Basados en silicio. Ejemplo: silicona. Según sus aplicaciones Atendiendo a sus propiedades y usos finales, los polímeros pueden clasificarse en: Elastómeros. Son materiales con muy bajo módulo de elasticidad y alta extensibilidad; es decir, se deforman mucho al someterlos a un esfuerzo pero recuperan su forma inicial al eliminar el esfuerzo. En cada ciclo de extensión y contracción los elastómeros absorben energía, una propiedad denominada resiliencia. Adhesivos. Son sustancias que combinan una alta adhesión y una alta cohesión, lo que les permite unir dos o más cuerpos por contacto superficial. Fibras. Presentan alto módulo de elasticidad y baja extensibilidad, lo que permite confeccionar tejidos cuyas dimensiones permanecen estables. Plásticos. Son aquellos polímeros que, ante un esfuerzo suficientemente intenso, se deforman irreversiblemente, no pudiendo volver a su forma original. Hay que resaltar que el término plástico se aplica a veces incorrectamente para referirse a la totalidad de los polímeros. Recubrimientos. Son sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a la superficie de otros materiales para otorgarles alguna propiedad, por ejemplo resistencia a la abrasión.

Según su comportamiento al elevar su temperatura Para clasificar polímeros, una de las formas empíricas más sencillas consiste en calentarlos por encima de cierta temperatura. Según si el material funde y fluye o por el contrario no lo hace se diferencian tres tipos de polímeros:

Elastómero, plásticos con un comportamiento elástico que pueden ser deformados fácilmente sin que se rompan sus enlaces o modifique su estructura Termoestables, que no fluyen, y lo único que conseguimos al calentarlos es que se descompongan químicamente, en vez de fluir. Este comportamiento se debe a

una

estructura

con

muchos

entrecruzamientos,

que

impiden

los

desplazamientos relativos de las moléculas. Termoplásticos, que fluyen (pasan al estado líquido) al calentarlos y se vuelven a endurecer (vuelven al estado sólido) al enfriarlos. Su estructura molecular presenta pocos (o ningún) entrecruzamientos. Ejemplos: polietileno (PE), polipropileno (PP), cloruro de polivinilo PVC..

La clasificación termoplásticos / termoestables es independiente de la clasificación elastómeros / plásticos / fibras. Existen plásticos que presentan un comportamiento termoplástico y otros que se comportan como termoestables. Esto constituye de hecho la principal subdivisión del grupo de los plásticos y hace que a menudo cuando se habla de "los termoestables" en realidad se haga referencia solo a "los plásticos termoestables". Pero ello no debe hacer olvidar que los elastómeros también se dividen en termoestables (la gran mayoría) y termoplásticos (una minoría pero con aplicaciones muy interesantes).

2. Explique cuáles son las formas de unión entre las cadenas de un polímero y diga como intervienen en ellas en las propiedades del material y su transformación Flexibilidad o Rigidez de la cadena principal. Se considera en general que las cadenas moleculares formadas de segmentos –C-C- y –C-O- son flexibles; el enlace –C-O- es más flexible que el –C-C- por corresponder a un ángulo 180°. La introducción de anillos como el grupo p-fenilo en la cadena principal tienen un marcado efecto de incrementar la rigidez y en consecuencia la Tg . 3. Haga una lista de los principales aditivos empleados en los plásticos e indique que propiedades imparten al material. Retardantes a la llama

Se utilizan para reducir la inflamabilidad de un material o para demorar la propagación de las llamas a lo largo y a través de su superficie. Estabilizantes (Antioxidantes)

Estos aditivos ayudan a inhibir o retardar el mecanismo de oxidación degradación de los polímeros, que se produce durante su fabricación o transformación.

Durante la polimerización para la producción de plásticos intervienen iniciadores y catalizadores; estos pueden no ser eliminados completamente en la etapa de purificación del polímero, por lo que las impurezas originan que se inicie la oxidación.

Esto es debido a que los radicales libres presentes poseen afinidad con el oxígeno del catalizador o iniciador y atraen hidrógeno produciendo hiperóxidos inestables, los cuales pueden reaccionar en cadena con el polímero, reacción que no se detiene hasta que se produce un grupo inerte.

En la transformación del polímero, las temperaturas de procesamiento y la velocidad de producción elevadas son condiciones propicias para la degradación del material.

Por cualquiera de las causas anteriores, cuando un polímero se degrada presenta:

Decoloración o amarillamiento Pérdida de propiedades mecánicas Rigidez Pérdida de peso

Los antioxidantes son utilizados por los productores de materiales plásticos que fabrican grados comerciales para aplicaciones específicas. Estos se usan generalmente en Poliolefinas y Poliestireno. Espumantes

Crean en el producto final una estructura de espuma aislante, ayudando así a ahorrar energía térmica y además, como los espumantes reducen la densidad, economizan combustible y reducen los costes de transporte.

Plastificantes Los plastificantes se añaden a un polímero para mejorar su procesabilidad y su flexibilidad, éstos pueden disminuir la viscosidad del polímero en estado fundido así como también el módulo elástico y la temperatura de transición vítrea.

Absorbedores de luz UV Los absorbedores o estabilizadores de luz ultravioleta se emplean en productos plásticos cuando se desea incrementar su vida útil.

Antiestáticos Evitan la formación y acumulación de cargas estáticas, util en la fabricación de envases flexibles para alimentos.

Antibacteriales Evitan que distintas bacterias habiten y crezcan en el material. 4. Diga que es la reologia y que aplicaciones prácticas ofrece a la transformación de los plásticos Es la ciencia del flujo que estudia la deformación de un cuerpo sometido a esfuerzos extremos  Producción de pegamentos: el estudio de su plasticidad, de la forma de fluir dentro del recipiente que lo contiene, etc.  Producción de pinturas: una pintura debe ser esparcida de forma fácil pero sin que escurra  Estabilidad de emulsiones y suspensiones  Medición de la viscosidad  Medición de la visco-elasticidad 5. Diga cuáles son los principales modelos de flujos no newtonianos aplicados a los plásticos en estado fundido

Modelo Bingham: Es un fluido que se comporta como sólido hasta que se excede un esfuerzo de deformación mínimo y exhibe subsecuentemente una relación lineal entre el esfuerzo y la relación de deformación se conoce como Plástico Bingham o ideal. 6. Describa los principales reómetros utilizados para la medición de las propiedades reológicas de un polímero.  Reómetro capilar: Fluidez de Plástico  Reómetro de torque  Reómetro Oscilatorio: Barrido de frecuencia 7. Diga que es la ley de la potencia e indique los efectos en la temperatura sobre la viscosidad del polímero Un fluido descrito por el modelo reológico de dos parámetros de un fluido pseudoplástico, o un fluido cuya viscosidad disminuye a medida que aumenta la velocidad de corte. Los lodos de polímeros a base de agua, en especial los que contienen el polímero XC, se ajustan mejor a la ecuación matemática de la ley de potencia que al modelo plástico de Bingham o cualquier otro modelo de dos parámetros 8. Diga que es un compuesto polimérico y como se produce en la industria de los polímeros es cualquier material constituido por más de un componente. Hay un montón de compósitos alrededor suyo. El concreto es un compósito. Está formado por cemento, grava y arena, y a menudo contiene bastones de acero en su interior para refuerzo. Otros compósitoss están constituidos por una lámina de poliéster y una fina lámina de aluminio formando un sandwich. 9. Enliste los principales métodos de transformación de termoplásticos  Compresión  Inyección  Extrusión  Soplando  Colado 10. explique es la extrusión e indique al menos diez productos obtenidos por este método

La extrusión es un proceso por el cual un material termoplástico se fuerza a través de una boquilla, hilera o dado a fluir continuamente en estado fundido al aplicarle presión y calor, con el fin de formar perfiles de longitud infinita; a su salida el material ya conformado es recogido por un sistema de arrastre de velocidad variable que le proporciona las dimensiones finales mientras se enfría en tinas de agua para adquirir la forma deseada. Se emplea principalmente para producir: varillas, laminas, tubos, recubrimientos de cables, películas en forma continua, sellos, membranas, mangueras, cintas adhesivas, películas para pañales 11. Dibuje una línea de extrusión para la producción de manguera del PVC.

12. Haga una descripción de cada uno de los componentes de una maquina extrusora indicando su función en el proceso. La extrusora cuenta con un cilindro o cañón en cuyo interior se aloja un husillo o tornillo de Arquímedes que, al ser accionado por un motor y una transmisión, gira y recoge el material de la tolva de alimentación, avanzando a lo largo del cilindro y sometiéndose a esfuerzos de cizalla (corte), a la vez que se comprime en la zona de compresión, generando calor por efectos de fricción, el cual se mantiene mediante resistencias blindadas. El material se mezcla íntimamente y a medida que es conducido a la zona de dosificación, se plastifica totalmente; de esta manera se ejerce una presión mayor a la entrada del dado que le da forma al extruido.

13. Diga que es el “hinchamiento” del extruido y que implicaciones tiene en el producto de la extrusión. El material dentro de la extrusora está sometido a grandes deformaciones y tensiones (esfuerzos normales) por lo que, debido a su naturaleza viscoelástica, se relaja cuando sale de la boquilla. La relajación provoca el hinchamiento del material, tanto más rápido cuanto mayor sea la temperatura, pero el cambio más pronunciado tiene lugar cuando el material sale por la extrusora. Esto provoca a que el material tenga partes gruesas y delgadas. 14. Explique qué función tiene cada una de las zonas en que se divide un husillo y en base a esto indique cuales son los tipos de husillo más importantes.  Zona de alimentación: El material en polvo o granulado es transportado por el husillo haciendo que el caudal sea mayor en cuanto mayor sea el coeficiente de rozamiento del solido con las carcasas y el husillo, por ello las carcasas de las extrusoras en esta sección son ranuradas de acuerdo con las generatrices del cilindro. En esta zona debe evitarse la plastificación del material, posibilitando el escape del aire atrapado entre los gránulos. Por lo que puede ser necesario refrigerar la carcasa en los tramos más próximos a la tolva de alimentación.  Zona de compresión: Aumenta los esfuerzos radiales y de corte sobre el material, generando calor lo que hace que el material comience a reblandecerse y el calor se mantenga constante mediante una ayuda

externa, generando un proceso adiabático en la zona, con lo que se forma al plastificarse, una película de plástico liquido de espesor constante 15. Indique que es un extrusor de doble husillo y proporcione ejemplo de aplicación de este tipo de máquinas. Es una extrusora que basa su funcionamiento en dos husillos gemelos con giro sincronizado en un barril de dos cavidade. se utilizan, dentro del ámbito industrial y científico, generalmente para extruir polímeros, alimentos y metales, entre otros. Se utilizan en operaciones de procesamiento que requieren de fundir, mezclar, eliminar gases, llevar a cabo reacciones de polimerización y cocción, ya sea para producir gránulos(o pellets en inglés) o para hacer perfiles. Además, se utilizan para evaporar los restos de monómeros y solventes procedentes de la reacción de polimerización. 16. Diga cuál es y cómo se obtiene la ecuación de operación de un extrusor.

17. Diga cuál es y cómo se obtiene el punto de operación de un extrusor. Dependerá de las características y desempeño del producto, para hacer un buen diseño de husillo dependiendo el plástico, y seleccionar un dado adecuado a la resina a producir

18. Indique qué es la ventana de proceso de un extrusor y la utilidad que ésta tiene. Es la serie de temperaturas a la que el material es trabajado dependiendo la zona de extrusión, tiempo y presión a la que debe el material manipularse, permite un mejor control del proceso, además de llevar a cabo la fundición del polímero adecuadamente en la extrusora 19. Diga qué es la coextrusión y proporcione algunos ejemplos de productos obtenidos con este método. La tendencia mundial en películas dentro del sector de envase presenta inclinaciones al empleo de coextrusiones, no se puede utilizar ub sólo plástico si no que tienen que ser combinados dos o más materiales. Consiste en combinar dos o más plásticos haciéndolos pasar por una boquilla de extrusión. Se utiliza para la producción de envases, recubrimientos y láminas 20. Explique el proceso de fabricación de una película termoencogible Los cargadores de la maquina hacen las mezclas y alimentan a los extrusores, donde se plastifica la resina que es llevada hasta el cabezal, el cabezal adelgaza el material para dar el calibre requerido y lo expulsa en forma de manga el cual es enfriada y soplada para formar una impresionante burbuja, esta burbuja es jalada hacia la parte superior de la instalación, es enfriada, el material ya más frio pasa por unos rodillo que le darán forma de película plástica, seguido por el proceso de planchado, se separan las caras de la película se corta a la medida deseada y se embobina y regulando el grado de porosidad de la misma