Termoendurecibles o termoestables

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Los termoestables son cadenas de polímeros con enlaces altamente cruzados, que forman una estructura de red tridimensional. Ya que las cadenas no pueden girar ni deslizarse, estos polímeros poseen buena resistencia, rigidez y dureza. Sin embargo, también tienen baja ductilidad, propiedades que al impacto y una alta temperatura de transición vítrea. En un ensayo de tracción los polímeros termoestables presentan el mismo comportamiento de los metales o los cerámicos frágiles.

Los polímeros termoestables a menudo se inician como cadenas lineales. Dependiendo del tipo de unidades de repetición y del grado de polimerización, el polímero inicial puede ser un sólido o una resina liquida; en algunos casos, esta se utiliza en dos o tres paredes (como en el caso de los dos recipientes de cemento epóxico de uso común). El calor, la presión, la mezcla de las varias resinas u otros métodos, inician la formación de enlaces cruzados. Este proceso no es reversible: una vez formado, no es posible reciclar de manera conveniente los termoestables.

Un polímero con enlaces cruzados puede, generalmente, clasificarse en uno de estos dos grupos:

Materiales con ligero entrecruzamiento (elastómeros).
Materiales con gran entrecruzamiento (termoendurecibles o termoestables)

Los plásticos termoendurecicbles o termoestables (thermosets) son polímeros que mediante la presión y la temperatura se reblandecen y pueden moldearse en su fase fluida una sola vez y antes de que la reacción de polimerización haya finalizado por completo. El producto final termoestable ya no se reblandece nuevamente por acción de la presión y la temperatura, pues a elevadas temperaturas experimenta su descomposición. Una vez que han sufrido el proceso de calentamiento-fusión y formación-solidificación, se convierten en materiales rígidos que no vuelven a fundirse. Generalmente para su obtención se parte de un aldehído, entre los que podemos distinguir:

Polímeros del fenol: Son plásticos duros, insolubles e infusibles pero, si durante su fabricación se emplea un exceso de fenol, se obtienen termoplásticos.
Resinas epoxi.
Resinas melamínicas.
Baquelita.
Aminoplásticos: Polímeros de urea y derivados. Pertenece a este grupo la melamina.
Poliésteres: Resinas procedentes de la esterificación de polialcoholes, que suelen emplearse en barnices. Si el ácido no está en exceso, se obtienen termoplásticos.

Identificación[editar]

Este tipo de plásticos presenta una estructura rígida y resistente. Sus pruebas características son:

Si los flexionamos en exceso no se deforman sino que se parten.
Al calentarlos no podemos darle forma, ni se ablandan, no aparece con facilidad llama ni fluyen; por el contrario se carbonizan y se deshacen, perdiendo sus propiedades.
Estos plásticos no son soldables. Con ellos se utilizan métodos de reparación con adhesivos químicos.

La identificación de termoestables se decide atendiendo a las siglas que hacen referencia a la presentación y sistema de transformación y elaboración. Las principales siglas que existen en piezas plásticas en automoción son:

SMC (Sheet Moulding Compound) Compuesto moldeable en lámina.
BMC (Bulk Moulding Compound) Compuesto moldeable a granel.
DMC (Dough Moulding Compound) Compuesto moldeable en argamasa.
ZMC Materia a moldear-prensa-molde-línea de acabado de acabado que reúne a un conjunto de tecnología-productos altamente automatizados.

Plástico que una vez moldeado y transformado, proporciona un cuerpo sólido que no puede volver a ser transformado, ni reciclado.

Resinas termoendurecibles[editar]

Resinas alquídicas y de poliéster[editar]

Fotografía de microscopio electrónico del Poliéster.

Las resinas alquídicas se hacen principalmente a partir de los anhídridos maleico y fitálico con propilenglicol y uniones cruzadas con estireno. El uso de estas resinas con refuerzo de fibra de vidrio ha reemplazado a materiales como los termoplásticos de alta resistencia, madera, acero al carbón, vidrio y acrílico, lámina, cemento, yeso, etc. Las industrias que más la utilizan son la automotriz, marina y la construcción.

Los poliésteres forman cadenas de moléculas de ácido y alcohol mediante una reacción de condensación, dando como subproducto agua. Cuando estas cadenas contienen enlaces no saturados, una molécula de estireno puede proporcionar el enlace cruzado. Los poliésteres se utilizan como material para moldes o para vaciado en una diversidad de aplicaciones eléctricas, laminados decorativos lanchas y equipo marino, como matriz de materiales compuestos como la fibra de vidrio, en pinturas para aviones y en las suelas de zapatos.

Nombre Resina de Poliéster
Peso específico 1.3 kg/dm3
Resistencia tracción 4 - 9 kg/mm2
Compresión 9 - 25 kg/mm2
Color Cualquier color
Combustibilidad Arde dificilmente, autoextinguiéndose
Permeabilidad a la luz Transparente a opaco
Temperatura máxima 121ºC
Nombres comerciales Filón, Lamilux,...

Resinas epoxídicas[editar]

Estructura de epoxi prepolymer. n indica el número de subunidades polimerizados y se encuentra en el rango de 0 hasta casi 25.

Los epóxico son polímeros termoestables, formados por moléculas que contienen un anillo cerrado C-O-C. Durante la polimerización, los anillos C-O-C se abren y los enlaces se reacomodan para unir las moléculas.

Casi todas las resinas epóxicas comerciales se hacen a partir del bisfenol A (obtenido a partir del fenol y la acetona), y la epiclorhidrina (producida a partir del alcohol alílico). Estas moléculas se polimerizan para producir cadenas y a continuación se les hace reaccionar con agentes que aceleran el curado que proporcionan los enlaces cruzados.

Sus propiedades más importantes son: alta resistencia a temperaturas hasta de 500°C, elevada adherencia a superficies metálicas y excelente resistencia a los productos químicos. Se usan principalmente en recubrimientos de latas, tambores, superficies de acabado de aparatos y como adhesivo.

Los epóxicos se utilizan como adhesivos; partes moldeadas rígidas para aplicaciones eléctricas; Componentes automotores; tableros de circuito; artículos deportivos y como matriz para materiales compuestos para alto rendimiento, reforzados con fibra para uso aerospacial.

Resinas de viniléster, bismaleimidas y alílicas[editar]

El ataque químico a las resinas de poliéster y viniléster en ambientes agresivos se concentran básicamente en los dobles enlaces carbono-carbono. Por oxidación, halogenación o hidrólisis esos enlaces se ven atacados y destruidos.

La buena resistencia química de las resinas viniléster se basa en que los dobles enlaces de las extremidades de la cadena son extremadamente reactivos, reaccionando casi completamente durante el proceso de polimerización. Por consecuencia sólo un número mínimo de doble enlaces queda expuesto al ataque químico.

Si bien las resinas de poliéster polimerizadas presentan dobles enlaces carbono-carbono, estos están expuestos aleatoriamente a lo largo de toda la cadena, permitiendo que numerosos enlaces no participen en el proceso de polimerización y queden severamente expuestos al ataque químico. Además en las resina viniléster polimerizada sólo intervienen las extremidades de la cadena molecular permitiendo que la cadena se alargue y absorba más fácilmente los impactos mecánicos y térmicos.

Lo anterior explica que las resinas viniléster tengan un mejor comportamiento que las resinas de poliéster no saturado ante la resistencia a la tracción y alargamiento a la ruptura. Además las resinas de viniléster presentan una muy buena compatibilidad y una excelente resistencia cohesiva a las fibras de refuerzo dándole al laminado una resistencia más sólida con respecto a las resinas de poliéster tradicionales. Las resinas viniléster son recomendadas para la fabricación de estanques, tuberías, revestimientos industriales y de pisos, celdas electrolíticas, parrillas de pisos, portacables y piezas especiales que requieran una máxima resistencia química combinada con una alta resistencia mecánica.

Las poliamidas presentan una estructura en anillo que contiene un átomo de nitrógeno. Un grupo especial, las bismaleimidas (BMI) son importantes en las industrias de aeronaves y aerospacial. Pueden operar de manera continua a temperatura de 175 °C y no se descomponen hasta llegar a los 460°C.

Estratificados y “composites”[editar]

Resinas Compuestas: Las resinas compuestas son acrílicas y endurecen por reacción de polimerización, es decir, a través de una reacción química donde monómeros reaccionan entre si para formar un polímero (compuesto de alto P.M.).

  • Características de los polímeros:

-Molécula de gran tamaño. -P.M. variado. -Configuraciones en distintas formas. -Origen (orgánico, inorgánico).

  • Propiedades Físicas:

1.-Composición. 2.-P.M. 3.-Estructura. 3.-Estructura. 4.-Temperatura.

En polimerizaciones lineales, existen fuerzas secundarias, en donde a mayor temperatura, las cadenas se separan y se hacen más blandas.

  • Mecanismos de Polimerización:

1.-Por Condensación: Este tipo de polimerización ocurre cuando luego de la unión de los monómeros, se forma un producto secundario o lateral, como por ejemplo amoniaco, agua, ác. alógenos, etc.

  • Características:

-Cambios en la composición molecular → la cantidad de productos es menor que la de los reactantes, por lo que se forma un producto colateral. X e Y → reactantes. Z → producto de menot tamaño, siendo un dímero más pequeño. -Procedimiento lento. -Formación de subproductos. -Las moléculas no tienen gran tamaño. X + Y → Z + prod. 2o 2.-Por Adhesión. 1.-Polimerización por condensación.

2.-Polimerización por adhesión. En esta polimerización, no hay producción de subproductos, sino para el iniciador

  • Características: -Se requiere de una molécula insaturada, como por ejemplo un alqueno.

-No hay cambios en la composición. -Unión rápida, en cadena. -Exotérmica, se genera calor, debido a la formación de enlaces. -Molécula de gran tamaño.

  • Activación de la polimerización:

-Iniciador → da los radicales libres. -Energía → se le da a los iniciadores para que produzca R.L. El iniciador se une a 1 de los doble enlaces y deja el otro carbono como R.L. para que éste se una con otros monómeros. Monómero + Iniciador + Energía → Polímero.

  • Origen de la energía.

1.-Sist. Químico → por ejemplo amina 3o. 2.-Medio Físico → por ejemplo termoactivados. 3.-Medio Luz → fotoactivados.

  • Períodos de polimerización por Adición:

1.-Inducción. 2.-Propagación. 3.-Terminación. 4.-Transferencia de cadenas.

Resinas fenólicas (PF)[editar]

La reacción entre el fenol y el formaldehído tiene como resultado las resinas fenólicas o fenoplast. Existen dos tipos de resinas fenólicas, los resols y el novolac. Los resols se obtienen cuando se usa un catalizador básico en la polimerización. El producto tiene uniones cruzadas entre las cadenas que permiten redes tridimensionales Termofijas. El novolac se hace usando catalizadores ácidos. Aquí las cadenas no tienen uniones cruzadas por lo que el producto es permanentemente soluble y fundible. Las propiedades más importantes de los termofijos fenólicos son su dureza, su rigidez y su resistencia a los ácidos. Tienen excelentes propiedades aislantes y se pueden usar continuamente hasta temperaturas de 150'C. Se usan para producir controles, manijas, aparatos, pegamentos, adhesivos, material aislante., laminados para edificios, muebles, tableros y partes de automóviles. Estas resinas son las más baratas y las más fáciles de moldear. Pueden reforzarse con aserrín de madera, aceites y fibra de vidrio. Las tuberías de fibra de vidrio con resinas fenólicas pueden operar a 150'C y presiones de 10 kg/cm².

Nombre Resina Fenólica
Peso específico 1.3 - 1.9 kg/dm3
Resistencia tracción 2.5 - 8.4 kg/mm2
Compresión 7 - 25 kg/mm2
Color Oscuro, marrón, negro
Combustibilidad Arde con gran dificultad
Permeabilidad a la luz Transparente a opaco
Envejecimiento Oscurece ligeramente
Temperatura máxima 116ºC - 175ºC
Nombres comerciales Baquelita, Durita, Resiform,...

Resinas ureicas (UF)[editar]

Se obtiene por condensación de urea y formaldehído; es insípida, incolora, dura, tenaz y transparente o de un color blanco translúcido. Posee gran facilidad para ser teñida o coloreada, presenta estabilidad de coloración a la luz y al calor; buenas propiedades difusoras a la luz y es infusible; excelentes cualidades de moldeo, medianas propiedades mecánicas que mejoran adicionándoles otros agregados; la atacan los ácidos y bases fuertes. Resiste a la mayoría de los disolventes ordinarios. Se usa en la preparación de adhesivos y barnices; en la confección de planchas para decorados y en revestimientos de algunas partes interiores de los automóviles, lavadoras, etcétera.

Nombre Resina Ureica
Peso específico 1.5 kg/dm3
Resistencia tracción 3.45 - 9 kg/mm2
Compresión 17.5 - 26.5 kg/mm2
Color Blanco y colores claros
Combustibilidad Arde con dificultad
Permeabilidad a la luz Opalescente
Envejecimiento No tiene
Temperatura máxima 130ºC - 138ºC
Nombres comerciales Pollopas, Cellodal, Resimine, Resopla,..

Resinas melamínicas (MF)[editar]

Se les puede considerar polímero de la cianamida. Se obtiene por condensación de la melamina y formaldehído. Son polvos blancos o incoloros, inodoros e insípidos, resisten las altas temperaturas mejor que otros aminoplastos; estables a la luz y al calor; tienen gran facilidad de coloración y transparencia, excelentes propiedades dieléctricas. Sus cualidades mecánicas mejoran notablemente añadiendo otros agregados. Tienen buena resistencia química frente a los ácidos y bases débiles y resisten los disolventes orgánicos ordinarios. Se emplean en la industria textil, en la confección de distintos tipos de tejidos, además, se usan como aislantes térmicos en forma de revestimiento de cocinas y refrigeradores. También en la preparación de adhesivos.

Nombre Resina Melamínicas
Peso específico 1.5 kg/dm3
Resistencia tracción 3.5 - 9 kg/mm2
Compresión 17.5 - 31 kg/mm2
Color Claros
Combustibilidad Arde con dificultad
Permeabilidad a la luz Opalescente
Envejecimiento Oscurece ligeramente
Temperatura máxima 130ºC - 210ºC
Nombres comerciales Novoplay, Ultraplas,...

Resinas de poliuretano (PUR)[editar]

Dependiendo del grado de enlaces cruzados, los uretanos se comportan como polímeros termoestables, como polímeros termoplásticos o como elastómeros. Estos polímeros encuentran aplicaciones como fibras, recubrimientos y espumas para muebles, colchones y aislamientos.

Enlaces externos[editar]

http://www.mailxmail.com/curso-introduccion-ciencia-materiales/clasificacion-materiales-polimeros-2 (enlace a página sobre materiales)
http://books.google.com/books?id=GpaPU5HU9wYC&pg=PA182&dq=propiedades+mecanicas+plasticos&hl=de&ei=pDfRTLKvOcWZOufziYoM&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=2&ved=0CDAQ6AEwAQ#v=onepage&q&f=false (enlace a libro sobre elementos metálicos y sintéticos)
http://webdelprofesor.ula.ve/odontologia/pachasroberto/clases/Resinas%20Compuestas.pdf (enlace a pdf de resinas compuestas)
https://www.thecommerce.es/WebRoot/StoreES/Shops/eb4881/MediaGallery/msds/POLIESTER_ADHyECO_msds.pdf (Hoja MSDS del poliéster)