MATERIALES SINTÉTICOS

ÍNDICE:

1.- Definición

2..- Historia de los materiales sintéticos

3.- Características de los materiales sintéticos.

4.- Clasificación de materiales sintéticos

5.- Vías y procesos de obtención

1. DEFINICIÓN:

Los materiales sintéticos son un conjunto de materiales de origen orgánico, que son sólidos a temperatura ambiente, fácilmente moldeables mediante la aplicación de calor, y que poseen un elevado peso molecular.

Estos materiales a su vez están formados por polímeros, que son moléculas de tamaño normal o grande, que se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de  formas  diferentes.

La principal diferencia de estos materiales con los de tamaño normal, es que éstos poseen muy buena resistencia mecánica debido a que las grandes cadenas poliméricas se atraen.

2. HISTORIA DE LOS MATERIALES SINTÉTICOS:

•  En el año 1832, experimentando con el caucho ( primer elastómero conocido), se descubrió que reticulándose ( tejido en forma de red) con sulfuro, se vulcanizaba, obteniéndose caucho sintético, cuyas propiedades elásticas adoptaban una determinada plasticidad y viscosidad. Esto fue producido por Charles Goodyear.
•  En 1838 , el científico Víctor Renault logró obtener policloruro de vinilo en laboratorio a partir de aceite, cloruro de hidrógeno, etileno y cloro. En la actualidad por polimerización de este cloruro de vinilo se obtiene cloruro de polivinilo (PVC), utilizando peróxido como catalizadores. Con este descubrimiento quedó abierto el camino de evolución de los plásticos.
• En 1869, se inició la producción técnica de celuloide por parte de los hermanos Hyatt, un material que fundía a temperaturas muy bajas, que no se transformaba bruscamente en
  líquido como los metales, sino que daba una masa plástica y  viscosa capaz de adoptar formas muy variables. Éstos hermanos fueron los encargados de patentar la Primera Máquina de Inyección del Mundo.
  
• En 1905 se inició la producción de resinas felónicas , por medio del químico estadounidense de origen belga Leo Hendrik Baekeland, las cuales se comercializaron con el nombre de baquelitas.
• En 1920,  el químico alemán Hermann Staudinger aventuró que los materiales sintéticos se componían en realidad de moléculas gigantes. Los esfuerzos dedicados a probar
  
  esta afirmación iniciaron numerosas investigaciones científicas que produjeron enormes avances en esta parte de la química. Entre 1920 y 1930 apareció un buen número de nuevos productos, como el etanoato de celulosa (llamado acetato de celulosa), utilizado en el moldeo de resinas y fibras, el cloruro de polivinilo (PVC), empleado en tuberías y recubrimientos de vinilo, y la resina acrílica, desarrollada como un pegamento para vidrio laminado.
• En 1937 se empezó a comercializar con resinas de poliestireno, caracterizadas por
  su alta resistencia a la alteración química y mecánica a bajas temperaturas y por su muy limitada absorción de agua.
  
• En 1950 se comercializó el teflón.
• En 1953, el químico alemám Karl Ziegler desarrolló el polietileno a gran escala.
• En 1954, el químico italiano Giulio Natta desarrolló el polipropileno, el cual es uno de los plásticos más utilizados en la actualidad.
  
• En 1970, la producción mundial de materiales sintéticos o  plásticos se cifró en unos 30 millones de toneladas, y en 1980, se consiguió triplicar esa producción.

3. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES SINTÉTICOS:

1. Elevada resistencia a los golpes o deformaciones y  elevada densidad.
2. Excelentes propiedades para aislamientos térmicos y eléctricos.
3. Buena resistencia a los ácidos, álcalis y disolventes.
4. Reducción del peso entre un 17 y 50% en un vehículo.
5. Mayor resistencia a la fricción al entrar en contacto con determinadas piezas.
6. Posibilidad  de ser pintados.
7. Poseen una alta moldeabilidad, que les permite adoptar diferentes formas variadas y complejas.
8. Buena soldabilidad y fácil reparación.

4. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES SINTÉTICOS:

• TERMOPLÁSTICOS:

 Formados por macromoléculas lineales o  ramificadas, no enterlazadas. Son duros en frío, y al calentarse se reblandecen y fluyen. El proceso de calentamiento para darles forma y su posterior enfriamiento para endurecerse, se puede repetir de forma ilimitada. Son termoplásticos el polietileno ( PE), el cloruro de polivinilo ( PVC), poliesterol ( PS),polipropileno ( PP), etc.  Éstos a su vez se clasifican en:

1. Celulósicos: Materiales muy inflamables obtenidos a partir de la celulosa de las
   
   plantas, mediante el proceso de esterificación realizado con ácidos y sosa.
2. Polietilenos y derivados: Se obtienen a partir de etileno y acetileno, dando productos como  cloruro de vinilo, óxido de etileno, ácido acrílico, acetato de vinilo, nitrito acrílico, etc.  Son resistentes a los agentes químicos, y se usan para aislamientos de cables eléctricos, mangueras y tuberías.

Los termoplásticos más utilizados en el automóvil son el ABS (Acrilonitrilo-butadieno-estireno),el ALPHA (ABS-  policarbonato), PA ( poliamida), PC ( policarbonato), PE (polietileno), PP ( polipropileno), PP-EPDM ( Etileno-propileno-dieno-monómero), PVC (cloruro de polivinilo) y XENOY ( policarbonato-poliéster termoplástico).

• TERMOESTABLES: 

No sufren variaciones en sus estructura al ser calentados. No se reblandecen ni fluyen con la presión y el calor. Sus macromoléculas forman una red de malla cerrada que les confiere ser materialesrígidos, insolubles e infusibles. Son termoestables las resinas fenólicas, resinas alquídicas, resinas de poliéster saturadas, resinas epoxídicas, etc. Se clasifican en:

1. Derivados del fenol: Materiales con una resistencia mecánica, que se emplean para fabricar ruedas dentadas, recubrimientos antiácidos, como imanes mezcladas con polvos magnéticos, etc.
2. Urea y derivados: Materiales de gran tenacidad, resistentes al agua.
3. Poliésteres: Utilizado para tejidos, pinturas, esmaltes de estufas, etc.
4. Termoestables reforzados: Mezcla de polímeros resinosos con fibras naturales o sintéticas, obteniendo una estructura que proporciona una solidez no comparable con otras formas naturales.

 Los termoestables más utilizados en el automóvil son el GU-P ( resinas de poliéster reforzadas con fibra de vidrio), GFK ( plásticos reforzados con fibra de vidrio) y EP (epoxi-do) resina epoxi.

• ELASTÓMEROS:

Materiales macromoleculares que en un margen amplio de temperaturas pueden sufrir deformaciones sin rotura. Sus macromoléculas tridimensionales reticuladas o entrelazadas no pueden volver a ser moldeadas. Forman una red de malla abierta que son elásticos como la goma. Al calentarse permanecen elásticos hasta su descomposición térmica. Son elástomeros los cauchos naturales y sintéticos, el poliuretano ( PUR), etc. Sus principales propiedades son las siguientes:

1. Elevada resistencia mecánica.
2. Resistencia a la fatiga y abrasión.
3. Gran resistencia a los agentes químicos y atmosféricos.
4. Amplio margen de temperaturas de uso.
5. Silenciosos en su funcionamiento.
6. Gran facilidad de moldeo.

Los elastómeros más utilizados en el automóvil son el PU ( poliuretano) y PUR (poliuretano rígido).

5. VÍAS Y PROCESOS DE OBTENCIÓN: 

Los procesos de obtención de materiales sintéticos son la Polimerización, laPolicondensación y la Poliadición. Las vías más comúnes de obtención de sintéticos son el gas natural y el petróleo.

• POLIMERIZACIÓN:

Proceso por el cual, mediante un catalizador se unen varias moléculas individuales y homogéneas de un compuesto llamado monómero, para formar una cadena de múltiples eslabones de éste y obtener moléculas gigantes denominadas macromoléculas.

Fue descubierto en 1930.  La combinación química más simple que se puede polimerizar es el etileno, proceso por el cual se obtiene PVC ( cloruro de polivinilo), PE ( polietileno), etc.

La polimerización se suele iniciar añadiendo un acelerador de reacción (catalizador), que está compuesto por un peróxido.

FASES DE LA POLIMERIZACIÓN:

1. Reacción de iniciación;  fase en la que se producen moléculas activadas en proporción suficiente para que inicien la reacción.
2. Crecimiento de la cadena;  una vez que se inicia la reacción, se produce enlaces macroradicales entre las moléculas.
   
3. Reacciones de cierre;  los macroradicales no son estables y a medida que la cadena es grande es más difícil que reaccionen con otros monómeros, y más fácil que lo haga con impurezas o en anillo con el otro extremo de la cadena.

• POLICONDENSACIÓN:

Proceso   por el cual dos moléculas diferentes reaccionan entre sí, dando lugar a uniones entre ellas mediante las que se forman macromoléculas y a la vez se obtienen subproductos no polimerizables como el agua. Fue descubierto en 1910. Por éste método se obtienen poliésteres y  resinas fenólicas. Según los monómeros utilizados, se obtienen termoplásticos o termoestables. Durante este proceso no se obtienen moléculas tan garandes como en la polimerización, ni a tan alta velocidad, ya que el agua que se va formando retrasa la reacción.

• POLIADICIÓN:

Proceso por el cual una molécula que contiene dobles enlaces ( monómero B) los cuales mediante la acción de la temperatura,presión o algún agente químico rompen el doble enlace, hacen que el monómero A, ocupe el lugar del doble enlace adicionándose a la estructura y formando el polímero. Durante este proceso no hay desprendimiento de compuestos volátiles. Fue descubierto en 1937. Éstas reacciones se desarrollan liberando grandes cantidades de calor, y por el cual se obtienen poliuretanos, resinas epoxídicas, caucho sintético, etc.