- Definición de los materiales Sintéticos.
- Historia de los materiales Sintéticos.
- Características y Clasificación de los materiales Sintético.
- Vias y procesos de obtención.
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Un material sintético es aquel producto de la "síntesis química", que consiste en el proceso de obtención de compuestos químicos partiendo de sustancias más simples.
Por ejemplo el proceso permite obtener productos que no se encuentran en la naturaleza, como los plásticos.
Los materiales sintéticos, en su mayoría son elaborados en base derivados del petróleo.
Son telas,plásticos, adherentes, recubrientes, pinturas,detergentes, insecticidas, químicos,medicamentos, aceites, grasas, ceras, colorantes,aditivos, y un sinnúmero de substancias que han modificado el mundo.
Por ejemplo el proceso permite obtener productos que no se encuentran en la naturaleza, como los plásticos.
Los materiales sintéticos, en su mayoría son elaborados en base derivados del petróleo.
Son telas,plásticos, adherentes, recubrientes, pinturas,detergentes, insecticidas, químicos,medicamentos, aceites, grasas, ceras, colorantes,aditivos, y un sinnúmero de substancias que han modificado el mundo.
Las diferentes características físicas de los materiales sintéticos son
muy conocidas en la vida cotidiana. Una bolsa plástica, por ejemplo, se
derrite a altas temperaturas, mientras que una cuchara de madera
permanece intacta. Conocemos también materiales que mantienen su forma
aún cuando se les aplica fuerza, mientras que otros pueden ser estirados
y luego vuelven a su forma original. Estas características básicas
también se utilizan para clasificar a los materiales sintéticos: los
materiales térmicamente deformables se llaman termoplásticos, los
materiales resistentes al calor se llaman termoendurecibles y los
materiales elásticos se llaman elastómeros.
Los materiales
sintéticos están formados por moléculas gigantescas que son aumentadas
durante el proceso de polimerización. Sus características especiales
dependen de la interconexión de sus macromoléculas. En los
termoplásticos, por ejemplo, las macromoléculas se encuentran una junto a
la otra. Si este tipo de material sintético se calienta, las moléculas
pueden deslizarse unas sobre otras, y el objeto se deforma. Cuando se
enfría, el material sintético se endurece y toma una nueva forma. En
contraste, los plásticos termoendurecibles están formados por finas
mallas de macromoléculas. Las uniones firmes que se producen entre ellas
hacen que estas moléculas no se deslicen unas sobre otras cuando se
calientan.
Acrílico, polietileno, nylon, poliestireno –los materiales sintéticos son ampliamente utilizados y empleados en casi todas las áreas de la vida. El celuloide, que se desarrolló en 1860, fue uno de los primeros materiales sintéticos. Fue creado a través de la modificación química de las moléculas de celulosa que se encuentran en la plantas. Este material fue utilizado para la producción de materias primas de alta calidad, en lugar del marfil. En 1889, George Eastman comenzó a utilizar el celuloide como película fotográfica. Sin embargo, la desventaja de este material consistía en que era sumamente inflamable y se decoloraba fácilmente con la luz.
En 1862, Alexander Parkes había fabricado un material duro que podía ser moldeado en formas. El “Parkesin”, fue el primer material semi-sintético. El químico belga Leo Hendrik Baekeland, desarrolló el primer material completamente sintético en 1906, llamado “Baquelita”. Lo destacable de este material era que, cuando se calentaba, se endurecía en lugar de derretirse.
Durante los años 1920 y 1930, se desarrollaron los procesos para la fabricación de materiales sintéticos derivados del petróleo. Rápidamente se obtuvieron materiales con una gran variedad de características, tales como la resistencia térmica, la maleabilidad o la conductividad eléctrica.
El polimetilo metacrilato, introducido en el mercado como “Plexiglás”, es uno de los materiales sintéticos más conocidos inventado en esa época. El politetrafluoroetileno, fabricado por primera vez en 1938, fue vendido bajo el nombre de “Teflón” a partir de 1943.
En 1862, Alexander Parkes había fabricado un material duro que podía ser moldeado en formas. El “Parkesin”, fue el primer material semi-sintético. El químico belga Leo Hendrik Baekeland, desarrolló el primer material completamente sintético en 1906, llamado “Baquelita”. Lo destacable de este material era que, cuando se calentaba, se endurecía en lugar de derretirse.
Durante los años 1920 y 1930, se desarrollaron los procesos para la fabricación de materiales sintéticos derivados del petróleo. Rápidamente se obtuvieron materiales con una gran variedad de características, tales como la resistencia térmica, la maleabilidad o la conductividad eléctrica.
El polimetilo metacrilato, introducido en el mercado como “Plexiglás”, es uno de los materiales sintéticos más conocidos inventado en esa época. El politetrafluoroetileno, fabricado por primera vez en 1938, fue vendido bajo el nombre de “Teflón” a partir de 1943.
Según su mecanismo de polimerización
En 1929 Carothers propuso la reacción:
• Polímeros de condensación. La reacción de polimerización implica a cada paso la formación de una molécula de baja masa molecular, por ejemplo agua.
• 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 formados por etapas. La cadena de polímero va creciendo gradualmente mientras haya monómeros disponibles, añadiendo un monómero cada vez. 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.
• Polímeros formados por reacción en cadena. Cada cadena individual de polímero se forma a gran velocidad y luego queda inactiva, a pesar de estar rodeada de monómero.
En 1929 Carothers propuso la reacción:
• Polímeros de condensación. La reacción de polimerización implica a cada paso la formación de una molécula de baja masa molecular, por ejemplo agua.
• 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 formados por etapas. La cadena de polímero va creciendo gradualmente mientras haya monómeros disponibles, añadiendo un monómero cada vez. 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.
• Polímeros formados por reacción en cadena. Cada cadena individual de polímero se forma a gran velocidad y luego queda inactiva, a pesar de estar rodeada de monómero.
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.
• Plásticos. Son aquellos polímeros que, ante un esfuerzo suficientemente intenso, se deforman irreversiblemente, no pudiendo el término plástico se aplica a veces incorrectamente para referirse a la totalidad de los polímeros.
• Fibras. Presentan alto módulo de elasticidad y baja extensibilidad, lo que permite confeccionar tejidos cuyas dimensiones permanecen estables.
• Recubrimientos. Son sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a la superficie de otros materiales para otorgarles alguna propiedad, por ejemplo resistencia a la abrasión.
• Adhesivos. Son sustancias que combinan una alta adhesión y una alta cohesión, lo que les permite unir dos o más cuerpos por contacto superficial.
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 dos tipos de polímeros:
• 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.
• 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.
• Elastómero, plásticos con un comportamiento elástico que pueden ser deformados fácilmente sin que se rompan sus enlaces no modifique suvolver a su forma original.
Fractura de polímeros
La resistencia a la rotura de los materiales poliméricos es relativamente menor que la de los metales y cerámicas. Por regla general, los polimeros termoestables presentan fractura frágil. La formación de grietas en la región donde se localizan las tensiones está asociada con el proceso de rotura. Durante la rotura se deshacen los enlaces covalentes de las estructuras entrecruzadas y reticuladas.
Los polímeros termoplásticos presentan fractura dúctil y frágil, y muchos experimentan la transición dúctil-frágil. La baja temperatura, la alta velocidad de deformación, la presencia de entallas agudas, el incremento del espesor de las muestras y las modificaciones de la estructura polimérica son factores que favorecen la fractura frágil. Los termoplásticos vítreos son frágiles a baja temperatura, pero se convierten en dúctiles al aumentar la temperatura y aproximarse a la temperatura de transición vítrea y presentan comportamiento plástico antes de romperse.
Resistencia al impacto
En algunas aplicaciones de los materiales poliméricos es de gran interés conocer el grado de resistencia al impacto de probetas entalladas. Estaos valores se obtienen mediante ensayos Izod o Charpy. Como los metales, los polímeros presentan rotura dúctil o frágil cuando se someten al impacto de una carga, dependiendo de la temperatura, del tamaño de la probeta, de la velocidad de deformación y del modo de aplicar la carga. Tantos polímeros cristalinos y como los amorfos son frágiles a baja temperatura y tienen relativamente Los polímeros pueden experimentar fallos por fatiga en condiciones de esfuerzos cíclicos. Del mismo modo que en los metales, la fatiga ocurre a esfuerzos relativamente pequeños comparados con el límite elástico. Los ensayos de fatiga de los polímeros no duran tanto como en los metales; sin embargo, la representación grafica de los resultados obtenidos con ambos materiales tiene forma parecida.
MATERIALES SINTETICOS UTILIZADOS EN EL AUTOMOVIL.
1.-ERTALON 6 x Au+:
Densidad: 1,15 gr. /cm.
Temperatura: -40 a 120 ºC.
Dureza: 80 shore D.
Absorción: 2,20 % de humedad.
Resistencia: limitada.
Aplicaciones: bujes, poleas con alta carga, gran estabilidad dimensional.
2.-ROBALAN EXTRA (UHMW):
- Densidad: 0,94 gr. /cm.
- Temperatura: -200 a 80 ºC.
Dureza: 67 shore D.
Absorción: 0% humedad.
Resistencia: excelente.
Aplicaciones: placas de desgaste, revestimiento alto de impacto y absorción, baja carga.
3.- GOMA LACA: sustancia resinosa que se produce de las ramas de algunos árboles al ser picados por un insecto llamado Coccus laca, que posee una materia colorante que es lo que le da el color característico.
Esta es insoluble al agua, pero el alcohol lo disuelve con gran facilidad.
3.- GOMA LACA: sustancia resinosa que se produce de las ramas de algunos árboles al ser picados por un insecto llamado Coccus laca, que posee una materia colorante que es lo que le da el color característico.
Esta es insoluble al agua, pero el alcohol lo disuelve con gran facilidad.
Aplicaciones: se emplea en conductores eléctricos con muy buenos resultados.
4.- TEFLON:
Densidad: 2,17 gr. /cm.
Temperatura: 220 a 260 ºC.
Dureza: 51 shore D.
Absorción: 0% de humedad.
Resistencia Q: excelente.
Aplicaciones: boquillas, asientos de válvula, industrias químicas.
5.- VIDRIOS : material artificial compuesto de dos o más silicatos metálicos, debiendo ser uno de ellos necesariamente de sodio o potasio, con otros de calcio, aluminio, plomo, etc., los cuales se funden mezclados y se dejan enfriar lentamente.
Para hacer objetos de vidrio este no se trabaja a su temperatura de fusión, sino que a unos 800 ºC, temperatura a la cual se encuentra en estado pastoso o plástico.
Los vidrios más comunes que se pueden obtener son:
- Vidrios de silicato depotasio y calcio.
- Vidrios de silicato de sodio y potasio.
- Vidrios de silicato de plomo y potasio.
- Vidrios coloreados.
- Vidrios de cuarzo puros.
6.- CHATTERTON: Material aislante artificial de la electricidad compuesta por GUTA- PERCHA, resinas y alquitrán en las proporciones siguientes:
-Guta Percha 60%
-Resinas 20%
-Alquitrán 20%
A la temperatura ordinaria, es un cuerpo sólido color negro intenso.
-Aplicaciones: Empleado en la electricidad en forma de cemento, el que debido a su gran
Adherencia. Se aplica en estado plástico.
7.-BALATA: producto semejante al guta- percha que se utiliza como aislador de la electricidad en reemplazo de ésta con muy buenos resultados.
Adherencia. Se aplica en estado plástico.
7.-BALATA: producto semejante al guta- percha que se utiliza como aislador de la electricidad en reemplazo de ésta con muy buenos resultados.
Obtenida de ciertas especies de árboles de Venezuela y Brasil en la misma forma que el caucho.
8.-DUROCOTON:
Densidad: 1,40 gr. /cm
Temperatura: - 30 a 120 ºC
Dureza: 90 shore D
Absorción: 1,20 % de
Resistencia Q: Limitada
Aplicaciones: Engranajes, bujes, piezas eléctricas.
9.-TECHNYL
Densidad: 1,14 gr. /cm
Temperatura: - 32 a 100 ºC
Dureza: 73 shore D
Absorción: 2,50 % de Humedad
Resistencia Q: Limitada
Aplicaciones: se usan en una amplia gama de aplicaciones diferentes del sector automovilístico, eléctrico y de iluminación, bienes de consumo e industriales y equipamiento deportivo.
Hay muchos procesos diferentes donde se producen los materiales plásticos industrialmente. Se utilizan como materiales de partida gas natural, petróleo y carbono para producir los productos químicos básicos para los procesos de polimerización. Estos productos químicos son entonces polimerizados mediante muchos procesos diferentes obteniéndose materiales plásticos en forma de gránulos, bolitas, polvos, o líquidos que son posteriormente procesados en productos acabados.
Técnicamente las reacciones de polimerización pueden efectuarse de diferentes maneras según la naturaleza del monómero y la utilización que se vaya a hacer del polímero:
-Polimerización en masa.
-Polimerización en solución.
-Polimerización en emulsión.
-Polimerización en suspensión.
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