7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
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Polmeros
Santa Cruz, 31 de Octubre de 2014
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2/65
POLIMEROS
Introduccin y clasificacin
Estructura y propiedades
http://../indice.ppt7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
3/65
Introduccin y clasificacin
Qumica de polmeros
Qu es un polmero?
Tipos de polmeros
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- Qumica Orgnica - Qumica de los compuestosdel carbono - Qumica del enlace coalente
- !os polmeros - "on molculas de gran tama#oformadas por la unin de compuestos orgnicos$monmeros% mediante enlaces coalentes&
- 'e todas las especialidades de la QumicaOrgnica( la principal es la Qumica de polmeros&
Tanto por el n)mero de Qumicos Orgnicos *ue ladesarrollan en el mundo como por ser la *ue e+ige
una formacin ms especfica en Qumica Orgnica&
Qumica de ,olmeros
.na especialidad de la Qumica Orgnica
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- /l principio intentaron obtener compuestossimilares a las macromolculas de los organismos
ios generando enlaces anlogos entre molculas&,or e0emplo si las protenas contienen uniones
amida entre aminocidos( obtuieron nylon$sustitutos de la seda% con cidos y aminas sintticas
- 1asta finales del siglo pasado los QumicosOrgnicos consideraban *ue las substancias de alto
peso molecular *ue a eces aparecan en suse+perimentoseran simplemente el resultado de
reacciones fallidas&
Qumica de ,olmeros
.na especialidad de la Qumica Orgnica
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-'esde la segunda guerra mundial se 2an desarrolladocientos de polmeros&
3ran parte del cauc2o usado en."/ es una ariedad sintticaobtenida a partir de estireno y
butadieno empleando sodiometlico como iniciador& Este cauc2o se conoce como4una-" y durante la II 3uerra 5undial( se obtuieroncientos de miles de toneladas de l&
'e 2ec2o 2oy( traba0an en *umica de polmeros msQumicos Orgnicos Industriales *ue en cual*uier otro
campo&
Qumica de ,olmeros
.na especialidad de la Qumica Orgnica
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Introduccin y clasificacin
Qumica de polmeros
Qu es un polmero?
Tipos de polmeros
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Que es un polmero?
Es una macromolcula formada por la unin demolculas de menor tama!o "ue se conocen
como monmeros#
6 5O7O5E8On n
9 'I5E8O : T8I5E8O
; -9< O!I3O5E8O" = 9< ,O!I5E8O
Introduccin y clasificacin
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Que es un polmero?
$os oli%meros tienen pesos moleculares inferiores a1&00 ' lon%itudes de cadena inferiores a &0 (, son
solubles ' pueden destilarse
n n ; -9< O!I3O5E8O"
Introduccin y clasificacin
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Que es un polmero?
n n 9
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Que es un polmero?
n n 6
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Que es un polmero?
n n =6
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
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Introduccin y clasificacin
Qumica de polmeros
Qu es un polmero?
Tipos de polmeros
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
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Tipos de polmerosnaturalea de los monmeros
*omopolmerosTodos los monmeros *ue los constituyen son iguales &
Copolmeros
Estn formados por 9 o ms monmeros diferentes&
Introduccin y clasificacin
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Tipos de polmeros @opolmeros
Copolmero aleatorio)Est formado por una disposicinaleatoria de dos ms monmeros&
Introduccin y clasificacin
Copolmeros de in-erto),oseen una cadena principal deun solo tipo de monmero con ramas de otros monmeros&
Copolmero en blo"ues) Tiene blo*ues de monmeros delmismo tipo&
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
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Tipos de polmeros Estructura de la cadena
$ineal)"e repite siempre el mismo tipo de unin &
Introduccin y clasificacin
amificado)@on cadenas laterales unidas a la principal#
Entrecruzado)"i se forman enlaces entre cadenas ecinas&
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Tipos de polmeros 8amificados
1ay muc2os tipos entre los *ue cabe destacar las estructurasEn rbol o en estrella
Introduccin y clasificacin
endrmeros) ,olmeros con un alto grado de ramificacin&
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Tipos de polmeros Entrecruados
nin directa)"i se forman directamente entre lasmismas cadenas&
tra.s de una tercera molcula) @uando lo 2acencon un in0erto
Introduccin y clasificacin
/un*ue nos son tan fuertes como los enlaces dentro dela cadena( estos entrecruamientos tienen un
importante efecto sobre el polmero&
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Tipos de polmeros Estereoregularidad
I"OTA@TI@OEs una disposicin donde todos lossustituyentes estn en el mismo lado de la cadena&
Introduccin y clasificacin
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
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Tipos de polmeros Estereoregularidad
Introduccin y clasificacin
"I7'IOTA@TI@O !os grupos estn alternadamenteaun lado u otro de la cadena
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
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Tipos de polmeros Estereoregularidad
Introduccin y clasificacin
/TA@TI@O!os grupos estn aleatoriamente a un ladou otro de la cadena
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
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POLIMEROS
Introduccin y clasificacin
Estructura y propiedades
,olimeriacin por crecimiento en etapas
,olimeriacin por crecimiento de la cadena
/nlisis
'escripcin y utiliacin@urado de resinas
http://pol4.ppt/http://pol2.ppt/http://pol7.ppt/http://pol6.ppt/http://pol5.ppt/http://pol5.ppt/http://pol6.ppt/http://pol7.ppt/http://pol2.ppt/http://pol4.ppt/7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
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Estructura y propiedades
,lsticos y elastmeros
,eso molecular y propiedades mecnicas
5orfologa en estado slido
,ropiedades trmicas
Estado l*uido y otras propiedades
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,!/"TI@O"
!a celulosa es un e0emplo de polmero no plstico
Estructura y propiedades
,lsticos&-"on polmeros *ue( ba0o condiciones apropiadas depresin y temperatura( pueden ser modelados&
Todos los plsticos son polmeros( pero no todos los polmerosson plsticos&
/l contrario de los elastmeros( los plsticos tienen una
rigide superior y carecen de elasticidad reersible&
Termoplsticos&- "e ablandan con el calor y se endurecenenfrindolos&
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7O ,!/"TI@O"
Estructura y propiedades
Elastmeros&- /nte una deformacin( uelen a la formaoriginal cuando cesa la fuera *ue la prooca& Tienen unaestructura entrecruada dbil& Este tipo de estructura es lacausa de la memoria del elastmero& @omo promedio se
entrecruan alrededor de 6 cada 6
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E!/"TB5E8O"
!os polmeros entrecruados tienen memoria&!as cadenas del polmero pueden enderearsesometindolas a una fuera( pero una e *ue la fueracesa( las cadenas uelen a su posicin original y el
ob0eto regresa a su forma original&
Estructura y propiedades
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E!/"TB5E8O"
Estructura y propiedades
Elastmeros#El cauc2o es el ms importante&El cauc2o natural es un polmero
cuya unidad es el isopreno&"e e+trae del lte+ de laHevea( y se2a sido utiliado durante siglos&"in embargo( no fue 2asta 6C9: cuando el cauc2o seconirti en el material *ue 2oy conocemos& En ese a#o(
@2arles 3oodyear trat con aufre elemental en calienteel cauc2o natural en un proceso llamado ulcaniacin(*ue introduce puentes de aufre entre las cadenas delpolmero& El trmino ulcaniacin se utilia para
describir el entrecruamiento de todos los elastmeros&
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7O E!/"TO5E8O"
Estructura y propiedades
Termofraguables&- @on calor( forman materiales rgidos*ue no se ablandan con futuros calentamientos&
Termorrgidos&- 7o se ablandan con calor&
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Estructura y propiedades
,lsticos y elastmeros
,eso molecular y propiedades mecnicas
5orfologa en estado slido
,ropiedades trmicas
Estado l*uido y otras propiedades
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,E"O 5O!E@.!/8
!os polmeros presenta una distribucin gausiana de pesosmoleculares $mayor n)mero de molculas con el ms probable
Estructura y propiedades
,E"O 5O!E@.!/8 ,8O5E'IO E7 7.5E8O D 5n
,eso total de las molculas de la muestra diidido por eln)mero de molculas&
,E"O 5O!E@.!/8 ,8O5E'IO E7 ,E"O D 5Es la suma de los productos de cada peso molecular por su
abundancia en tanto por uno&
,E"O 5O!E@.!/8 ,8O5E'IO FI"@O"I'/' D 5,eso molecular *ue tendria una disolucin de igual iscosidad
con todas las molculas de igual peso molecular&
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,E"O 5O!E@.!/8
!a distribucin ideal de pesos moleculares seria gausiana
Estructura y propiedades
!as distribuciones reales no son tan perfectas
7)mero
demolculas
,eso molecular
5n 5
5
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,E"O 5O!E@.!/8
Tambin distribuciones como
Estructura y propiedades
Incluso pueden no 2aber molculas con peso molecularD5n
5n 5
5
7)mero
demoleculas
,eso molecular
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,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"
8esistencia
Estructura y propiedades
Tensin @ompresin Gle+inTensin
5uestra de polmero
!o
5uestra de polmero5uestra de polmero
!e
5uestra de polmero
!ma+
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,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"
8esistencia
Estructura y propiedades
Tensin @ompresin Gle+inTensin
'eformacin por tensin D Elongacin
H Elongacin elsticaD !e !o + 6
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,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"
8esistencia
Estructura y propiedades
Tensin @ompresin Gle+inTensin
Tensin D Guera/rea D 7cm9D 5pa D 3pa6 megapascal D 6
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,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"
8esistencia
Estructura y propiedades
Tensin @ompresin Gle+in
@ompresin D Guera/rea D 7cm9D 5pa D 3pa
6 megapascal D 6
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,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"
8esistencia
Estructura y propiedades
Tensin @ompresin Gle+in
5uestra5uestra5uestra5uestra
8esistencia a la fle+in D Gle+in necesariapara romper la muestra
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,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"
@uras de resistencia frente a deformacin
Estructura y propiedades
Tensin
5odulo grande D 8esistente a la deformacin
Tensin
Elongacin
5dulo tensil D pendiente de la grfica tensin-elongacin
8esistencia m+ima a latensin
/ eces la forma de la grfica no es una recta
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39/65
,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"
@uras de resistencia frente a deformacin
Estructura y propiedades
Tensin
!os plsticos fle+iblesdan curas como esta
Tensin
Elongacin
5dulo tensil inicial
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
40/65
,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"
@uras de resistencia frente a deformacin
Estructura y propiedades
Tensin
5odulo Tensil /lto J GibrasJ ,lsticos rgidos
5odulo Tensil intermedio J ,lsticos fle+ibles
Tensin
Elongacin
5odulo Tensil 4a0o - Elastmeros
,lsticos fle+ibles
,lsticos 8gidosGibras
Elastmeros
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
41/65
,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"
@uras de resistencia frente a deformacin
Estructura y propiedades
@ompresin-fle+ion
5odulo /ltoJ ,lsticos rgidos
5odulo intermedio J ,lsticos fle+ibles5odulo 4a0o - Elastmeros
@ompresion -5odulo 4a0o
Gle+in -5odulo altoGibras Tensin -5odulo 4a0o JEn otras direcciones
Tensin -5odulo /lto JEn la direccin de las fibras
/nlogamente a
tensin
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,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"
Estructura y propiedades
'urea Es el rea ba0o la cura resistencia - deformacin
'urea es una medida de la energa *ue unamuestra puede absorber antes de *ue se rompa
Tensin
8esistencia + 'eformacin D Guera + 'istancia D Energa
Elongacin
'urea D
Tensin + Elongacin
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
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,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"
Estructura y propiedades
'urea Es el rea ba0o la cura resistencia - deformacin
,ueden ser resistentes y poco duros
Tensin
Elongacin
,lsticos fle+ibles
,lsticos 8gidosGibras
Elastmeros
- ,oca rea D,oco duros
- ,oca rea D,oco duros
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
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,8O,IE'/'E" 5E@/7I@/"
Estructura y propiedades
'urea Es el rea ba0o la cura resistencia - deformacin
Tensin
Elongacin
,lsticos fle+ibles
,lsticos 8gidosGibras
- 8esistentes y poco duros
- ,oco resistentes y,oco duros
Elastmeros
- 8esistentes y duros
- ,oliestireno( policarbonatos( polimetacrilatos etc&
- ,olietileno( polipropileno( plastificantes K ,F@ etc&
- ,oliisopreno( polibutadieno( poliisobutileno etc&
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Estructura y propiedades
,lsticos y elastmeros
,eso molecular y propiedades mecnicas
5orfologa en estado slido
,ropiedades trmicas
Estado l*uido y otras propiedades
E i d d
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
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5orfologa en estado slidoEl idrio es un material amorfo y el
2ielo es una sustancia cristalina#/ pesar de la com)n apariencia delos dos( se comportan de forma
distinta cuando los obseramos atras de polariadores cruados&!a estructura cristalina altamenteordenada del 2ielo cambia la
propiedades de la lu polariada( yel 2ielo aparece claro& El idrio y elagua carecen de ese orden y ambosaparecen oscuros&
Estructura y propiedades
E t t i d d
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47/65
5orfologa en estado slidoEstructura y propiedades
E t t i d d
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
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5orfologa en estado slido!as raones de los diferentes comportamientos se encuentranen la estructura de los slidos&!os materiales cristalinos tienen sus molculas dispuestas enpatrones repetidos& "al( a)car( 2ielo y la mayora de los
metales son materiales cristalinos& @omo tales( todos ellostienden a tener estructura regular&!os materiales amorfos( por contra( tienen sus molculasdispuestas aleatoriamente y las cadenas se enroscan y curan
a su anto0o&
Estructura y propiedades
Estructura y propiedades
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
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5orfologa en estado slido
!a morfologa de lamayora de lospolmeros es semi-cristalina&Es decir( formanmeclas depe*ue#os cristalesy materiales
amorfos y fundenen un rango detemperatura( enlugar de un punto
de fusin&
Estructura y propiedades
Estructura y propiedades
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
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5orfologa en estado slido
!a estructura amorfa tipo idriopresenta las cadenas enredadas&
Estructura y propiedades
El material cristalino muestra un altogrado de orden formado por
plegamiento y apilamiento de lascadenas del polmero&
Estructura y propiedades
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
51/65
5orfologa en estado slido
3rado de ,olimeriacin $',% y morfologa&En el proceso de cristaliacin( se 2a obserado *ue
cadenas relatiamente cortas se organian en
estructuras cristalinas mas rpidamente *ue molculasms grandes&,olmeros con un alto grado de polimeriacin $',%tienen dificultad de organiarse en capas por*ue la
tendencia es de enredarse&
,or consiguiente( el ', en un factor importante paradeterminar la cristalinidad del polmero&
s uc u y p op ed des
Estructura y propiedades
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
52/65
5orfologa en estado slido
3rado de ,olimeriacin $',% y durea&!os polmeros con peso molecular ba0o $cadenas cortas%son( generalmente( ms dbiles&
!as fueras de intermoleculares *ue mantienen lascapas 0untas son pocas y adems forman cristalesfacilmente&Esto puede 2acer *ue las capas cristalinas se deslicen(causando un corte en el material&
!os polmeros con peso molecular alto $cadenas largas%sin embargo( tienen mayor durea por*ue las molculasse enredan entre las capas& "on polmeros amorfos&
y p p
Estructura y propiedades
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
53/65
5orfologa en estado slido
Gueras intermoleculares y durea&!as fueras de Fan der Faals mantienen las capas
0untas si el polmero es de alto ',&
Gueras polares o puentes de 2idrgeno mantienenme0or unidas las cadenas entre s &Transferencia de carga entre anillos y grupos dadores yaceptores entre las cadenas tambin aumentan lafueras de unin entre ellas
y p p
Estructura y propiedades
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
54/65
5orfologa en estado slido
Tama#o y forma del monmero y morfologa&"i los monmeros son grandes e irregulares( se 2ace msdifcil *ue las cadenas del polmero se dispongan de una
manera ordenada( resultando un slido ms amorfo&
y p p
Igualmente( monmeros ms pe*ue#os y monmeros *uetienen una estructura muy regular formarn polmeros
cristalinos&
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
55/65
Estructura y propiedades
,lsticos y elastmeros
,eso molecular y propiedades mecnicas
5orfologa en estado slido
,ropiedades trmicas
Estado l*uido y otras propiedades
Estructura y propiedades
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
56/65
,ropiedades trmicas
Felocidad de enfriamiento y morfologa&Enfriamiento lento proporciona una cantidad mayor de
cristaliacin&
.n ritmo rpido produce materiales muy amorfos&Temperatura de transicin itrea $Tg%
Es a*uella a al cual el polmero se endurece como slidoamorfo&
"e denomina as por*ue el slido amorfo tienepropiedades similares al idrio&
y p p
Estructura y propiedades
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
57/65
,ropiedades trmicas
y p p
Estado treo
Estado cristalino
!*uido
Estado de goma
En un materialamorfo( a la Tg(
2ay un cambio enla pendiente de lacura del olumenespecfico frente a
la temperatura
En el enfriamientode un material
cristalino 2ay uncambio brusco en
el olumen alpasar por el punto
de fusin
Estructura y propiedades
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
58/65
,ropiedades trmicasy p p
Estadotreo
!*uido
Estado de goma
!a Tg depende de laelocidad de enfriamiento&
"e obtienen alores msaltos de Tg conenfriamientos ms rpidos&
Estructura y propiedades
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
59/65
,ropiedades trmicasy p p
Temperatura de transicin itrea $Tg%/l descender la temperatura por deba0o de la de su Tg( elpolmero se 2ace cada e ms *uebradio&"i la temperatura aumenta por encima de Tg( el polmero
adopta una aspecto de goma&En general,olmeros rgidos&-alores de Tgmuy por encima de latemperatura ambiente
Elastmeros &- alores de Tg( muy por deba0o de latemperatura ambiente&
Estructura y propiedades
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
60/65
,ropiedades trmicasy p p
Tg y propiedades mecnicas&Otra propiedad importante de los polmeros( *ue tambindepende de la temperatura( es la respuesta a la aplicacinde una fuera&
1ay dos tipos de respuesta elstica y plstica&
!a mayora de los materiales presentan una combinacinde los dos comportamientos( mostrando un carcterplstico despus de sobrepasar el lmite elstico&El idrio es uno de los pocos materiales completamenteelstico mientras la temperatura es inferior a su Tg $entreL6< y LM< N@%&/ temperatura ambiente $muy por deba0o de su Tg% el
idrio ser un slido frgil&
Estructura y propiedades
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
61/65
,ropiedades trmicasy p p
Tg y propiedades mecnicas,or comparacin( el ,F@ *ue tiene una Tg de C:N@
sire para embotellar agua fra( pero es in)til paraalmacenar agua caliente&
,F@ tambin ser un slido frgil a temperatura ambiente&
,lastificantes"on molculas pe*ue#as *ue penetran entre las cadenas
del polmero y las separan
E0emplos disulfuro de carbono( nitrobenceno( salicilato denaftilo( benoato de etilo( monmeros no polimeriables etc&
Estructura y propiedades
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
62/65
,ropiedades trmicasy
/#adiendo una pe*ue#a cantidad de plastificante al ,F@puede ba0ar su Tg desde C:N@ a -;
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
63/65
,ropiedades trmicas
Temperatura de transicin trea $Tg%'ependencia de la estructura
- Gle+ibilidad de la cadena principal- / mayor fle+ibilidad menor Tg
- Efecto de los grupos unidos a la cadena
,olidimetilsilo+ano
"i
@1:
@1:O
TgD-69N@"
O
O
,oli$fenilensulfona%
TgD L
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
64/65
,ropiedades trmicas
Temperatura de transicin trea $Tg%'ependencia de la estructura
- 3rupos unidos a la cadena *ue aumentan Tg- /umentan la unin entre cadenas
,or e0emplo grupos muy oluminosos y rgidos como eladamantano
/trapan a las molculas ecinas y dificultan la moilidad$/ct)an como anclas%
TgD 66PN@
O O
@
O
O O
@
O
TgD 99LN@
Estructura y propiedades
7/24/2019 Introdroduccion a los Polimeros
65/65
,ropiedades trmicas
Temperatura de transicin trea $Tg%'ependencia de la estructura
- 3rupos unidos a la cadena *ue disminuyen Tg"i fle+ibles act)an como plastificantes
TgD 69
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