Trabajo practico de Química

“Fibras de Poliéster”

Profesor:

Alumnas:

Curso: 5to 4ta

Colegio: ILSE

Año: 2003

Introducción

Un Poliéster es un polímero de un éster que se obtiene por condensación de diácidos orgánicos con polialcoholes. Se utiliza en la industria de los plásticos para la fabricación de pinturas, barnices, fibras textiles y, armado con fibra de vidrio, en la obtención de materias plásticas aptas para la construcción de carrocerías de automóviles y cascos de embarcaciones.

La esterificación de los polialcoholes con diácidos orgánicos permite obtener poliésteres con eliminación de agua. Los productos utilizados son muy variados: ácidos saturados como el adípico, no saturados como el maleico o el fumárico, y aromáticos como el ftálico, y alcoholes como el etilenglicol o la glicerina. Primero se efectúa la condensación y posteriormente la adición, formándose largas cadenas tridimensionales hasta que la propia viscosidad del polímero obtenido impide la eliminación del agua, con lo que se paraliza la reacción.

Estas cadenas tridimensionales dan unas resinas muy empleadas como barnices por su gran adherencia y resistencia al agua. Admiten también como relleno materiales inertes como el caolín, el talco o la fibra de vidrio, con lo que se obtienen resinas de elevada resistencia mecánica y química, y que además son muy buenos aislantes eléctricos.

En la reacción entre el etilenglicol y el ácido tereftálico se obtiene una fibra poliéster de propiedades muy parecidas a las del nailon y que se conoce como terylene, terlenka o tergal.

Fibras Sintéticas

Fibra, estructura de origen animal, vegetal, mineral o sintético parecida al pelo. Su diámetro no suele ser superior a 0,05 cm. Las fibras se utilizan, entre otras muchas aplicaciones, en productos textiles y se clasifican en función de su origen, de su estructura química o de ambos factores.

Las primeras fibras sintéticas se desarrollaron a finales del siglo XIX basándose en la celulosa natural, y se dieron a conocer con el nombre de rayón. Como la celulosa no es sintética, el rayón se ha denominado fibra regenerada. La celulosa natural que aparece en formas que carecen de utilidad textil, como la fibra de madera, se trata químicamente para convertirla en compuestos que pueden licuarse. Más tarde, se da forma de filamento a estos líquidos, dentro de un ambiente que los convierte de nuevo en celulosa pura en estado sólido, y así se forma el rayón.

Los acetatos y triacetatos, que sí son sintéticos, se desarrollaron poco después que el rayón. Se trata de plásticos obtenidos de la celulosa a través de un proceso similar al del rayón. En este caso se altera químicamente la celulosa para formar ésteres.

En la actualidad, la mayoría de las fibras sintéticas se fabrican a partir de derivados petroquímicos y están formadas por polímeros muy largos parecidos a los plásticos en su estructura. La primera fibra plástica de gran aceptación comercial fue el nailon, desarrollado en 1938. Desde su aparición se han desarrollado muchas otras fibras sintéticas, como las acrílicas, las olefinas y los poliésteres. Las fibras sintéticas se fabrican, al igual que el rayón y el acetato, dando forma de filamentos a los líquidos dentro de un ambiente que hace que se solidifiquen. A continuación se tratan para conseguir ciertas cualidades, como resistencia al calor y a la humedad, facilidad de tinción y elasticidad.

Se han elaborado también fibras sintéticas para aplicaciones industriales muy precisas, como tejidos antibalas, aislantes y fuselajes y alas de aviones. También hay fibras especiales que se utilizan en los programas de astronáutica, y otras utilizadas para equipamiento deportivo de todo tipo. Las fibras sintéticas pueden combinarse con fibras de carbono, boro, silicio u otras sustancias, para conseguir, por ejemplo, aumentar su dureza y su resistencia a temperaturas elevadas.

Fibras poliméricas.

Una fibra polimérica es un polímero cuyas cadenas están extendidas en línea recta (o casi recta) una al lado de la otra a lo largo de un mismo eje, tal como se ve en la figura.

Los polímeros ordenados en fibras como éstas, pueden ser hilados y usados como textiles. Las prendas que usamos , están hechas de fibras poliméricas. Así como las alfombras y las sogas, entre otras. Aquí tenemos algunos de los polímeros que pueden ser empleados como fibras:

• Polietileno

• Polipropileno

• Nylon

• Poliéster

• Kevlar y Nomex

• Poliacrilonitrilo

• Celulosa

• Poliuretanos

Es importante señalar que las fibras están siempre constituidas por polímeros dispuestos en cristales. Tienen que ser capaces de poder empaquetarse según un ordenamiento regular, a los efectos de alinearse en forma de fibras. (De hecho, las fibras son cristales). Podemos demostrar esto observando detenidamente la forma en la que el nylon 6,6 se empaqueta formando fibras cristalinas.

Los enlaces por puente de hidrógeno y otras interacciones secundarias entre cadenas individuales, mantienen fuertemente unidas a las cadenas poliméricas. Tan fuerte, que éstas no apetecen particularmente deslizarse una sobre otra. Esto significa que cuando usted estira las fibras de nylon, no se extienden mucho, si es que lo hacen. Lo cual explica por qué las fibras son ideales para emplearlas en hilos y sogas.

Las fibras también tienen sus inconvenientes. Si bien poseen buena fuerza tensil, es decir que son resistentes cuando se las estira, por lo general tienen baja fuerza compresional, o sea, son débiles cuando se aprietan o se comprimen. Además, las fibras tienden a ser resistentes en una dirección, la dirección en la cual están orientadas. Si se las estira en ángulos rectos a la dirección de su orientación, tienden a debilitarse.

Debido a esta extraña combinación de resistencias y debilidades, a menudo resulta una buena idea emplear las fibras juntamente con otro material, como un termorrígido. Las fibras frecuentemente son usadas para reforzar los termorrígidos. Compensan las falencias de los termorrígidos y a su vez, las resistencias de los termorrígidos hacen lo propio con las falencias de las fibras. Cuando un termorrígido o cualquier otro polímero es reforzado de este modo con una fibra, se dice que es un material compuesto.

Desarrollo

poliésteres

Los poliésteres son los polímeros, en forma de fibras, en los años '70 para confeccionar la ropa que se usaba en las confiterías bailables. Pero desde entonces, las naciones del mundo se han esforzado por desarrollar aplicaciones más provechosas para los poliesteres, como las botellas plásticas irrompibles. Como se puede apreciar, los poliésteres pueden ser tanto plásticos como fibras. Otro lugar en donde usted encuentra poliéster es en los globos. Los productos como éstos, hechos de dos clases de materia prima, se llaman compósitos. Una familia especial de poliésteres son los policarbonatos.

Los poliésteres tienen cadenas hidrocarbonadas que contienen uniones éster, de ahí su nombre.

La estructura de la figura se denomina poli (etilén tereftalato) o PET para abreviar, porque se compone de grupos etileno y grupos tereftalato.

Los grupos éster en la cadena de poliéster son polares, donde el átomo de oxígeno del grupo carbonilo tiene una carga negativa y el átomo de carbono del carbonilo tiene una carga positiva. Las cargas positivas y negativas de los diversos grupos éster se atraen mutuamente. Esto permite que los grupos éster de cadenas vecinas se alineen entre sí en una forma cristalina y debido a ello, den lugar a fibras resistentes.

Cristalinidad de los polímeros

Esta clase de cristal está relacionada con cualquier objeto en el cual las moléculas se encuentran dispuestas según un ordenamiento regular.

Los polímeros se encuentran dispuestos de modo perfectamente ordenado. Cuando estamos en este caso, decimos que el polímero es cristalino. En otras ocasiones, no existe un ordenamiento y las cadenas poliméricas forman una masa completamente enredada. Cuando ésto sucede, decimos que el polímero es amorfo.

Los polímeros cristalinos se encuentran prolijamente ordenados y suelen alinearse completamente extendidos.

Pero no siempre pueden extenderse en línea recta. De hecho, muy pocos polímeros logran hacerlo, y esos son el polietileno de peso molecular ultraalto, y las aramidas como el Kevlar y el Nomex. La mayoría de los polímeros se extienden sólo una corta distancia para luego plegarse sobre sí mismos.

En el caso del polietileno, las cadenas se extienden alrededor de 100 angstroms antes de plegarse.

Pero no sólo se pliegan de esta forma. Los polímeros forman apilamientos a partir de esas cadenas plegadas. Aquí debajo hay una figura representando uno de esos apilamientos, llamado lamella.

Claro que no siempre es tan ordenado. A veces, una parte de la cadena está incluida en este cristal y otra parte no. Cuando ésto ocurre, obtenemos el desorden que se ve abajo. La lamella ya no se ve prolija ni ordenada, sino todo lo contrario.

Siendo poco decididas, obviamente, las cadenas poliméricas a menudo decidirán que desean retornar dentro de la lamella después de vagar por un tiempo en el exterior. En ese caso, obtenemos una figura parecida a ésto:

Este es el modelo de distribución de una lamella de un polímero cristalino. Cuando una cadena polimérica no se queda divagando por el exterior del cristal, sino que se pliega nuevamente, tal como vimos en las primeras figuras, origina un modelo llamado modelo de re-ingreso adyacente.

Amorfismo y Cristalinidad

Aún los polímeros más cristalinos no son totalmente cristalinos. Las cadenas, o parte de ellas, que no están en los cristales, no poseen ningún ordenamiento. Los científicos dicen que están en el estado amorfo. Por lo tanto, un polímero cristalino tiene en realidad dos componentes. La porción cristalina que está en la lamella y la porción amorfa, fuera de la lamella. Si observamos la figura ampliada de una lamella, veremos cómo están dispuestas las porciones cristalina y amorfa.

Como puede observarse, una lamella crece como los rayos de una rueda de bicicleta, desde un núcleo central. En realidad crecen en tres dimensiones, por lo que se asemejan más a una esfera que a una rueda. Toda esta esfera se llama esferulita. En una porción de polímero cristalino, existen varios millones de esferulitas.

Entre medio de la lamella cristalina hay regiones en las que no existe ningún orden en la disposición de las cadenas poliméricas. Dichas regiones desordenadas son las porciones amorfas de las que hablábamos.

Como puede verse también en la figura, una única cadena polimérica puede formar parte tanto de una lamella cristalina como de una porción amorfa. Alguna cadenas incluso comienzan en una lamella, atraviesan la región amorfa y finalmente se unen a otra lamella. Dichas cadenas reciben el nombre de moléculas vínculo.

Por lo tanto, ningún polímero es completamente cristalino. La cristalinidad hace que los materiales sean resistentes, pero también quebradizos. Un polímero totalmente cristalino sería demasiado quebradizo como para ser empleado como plástico. Las regiones amorfas le confieren dureza a un polímero, es decir, la habilidad de poder plegarse sin romperse.

Pero para fabricar fibras, deseamos que nuestros polímeros sean lo más cristalinos posible. Esto es porque una fibra es en realidad un largo cristal.

Muchos polímeros presentan una mezcla de regiones amorfas y cristalinas, pero algunos son altamente cristalinos y otros son altamente amorfos. Aquí hay algunos de los polímeros que tienden hacia dichos extremos:

Cristalinidad y estructura polimérica

La estructura de un polímero afecta en gran medida a la cristalinidad. Si es regular y ordenada, el polímero se empaquetará fácilmente en forma de cristales. De lo contrario, no. Observemos el poliestireno para comprenderlo mejor.

Como puede verse en las listas de arriba, existen dos clases de poliestireno. Está el poliestireno atáctico y el poliestireno sindiotáctico. Uno es sumamente cristalino y el otro es sumamente amorfo.

El poliestireno sindiotáctico es muy ordenado, ya que los grupos fenilo se sitúan alternativamente a ambos lados de la cadena. Esto significa que puede empaquetarse fácilmente formando cristales.

Pero el poliestireno atáctico no tiene ese orden. Los grupos fenilo están dispuestos al azar, ya sea hacia uno u otro lado de la cadena. Sin ordenamiento, las cadenas no pueden empaquetarse correctamente. Por lo tanto el poliestireno atáctico es altamente amorfo.

Otros polímeros atácticos como el poli(metil metacrilato) y el poli(cloruro de vinilo) también son amorfos. Como podría esperarse, los polímeros estereoregulares como el polipropileno isotáctico y el politetrafluoroetileno son altamente cristalinos.

El polietileno es otro buen ejemplo. Puede ser cristalino o amorfo. El polietileno lineal es casi 100% cristalino. Pero el ramificado no puede empaquetarse en la forma que lo hace el lineal, por lo tanto, es altamente amorfo.

Cristalinidad y fuerzas intermoleculares

Las fuerzas intermoleculares pueden ser de gran ayuda para un polímero que quiera formar cristales. Un buen ejemplo es el nylon. En la figura puede verse que los grupos polares amida de la cadena principal del nylon 6,6, se encuentran fuertemente unidos entre sí a través de sólidos enlaces por puente de hidrógeno. Esta unión tan fuerte mantiene juntos a los cristales.

Los poliésteres constituyen otro ejemplo. Veamos el poliéster que llamamos poli(etilen tereftalato).

Los grupos polares éster, forman cristales resistentes. A su vez, los anillos aromáticos tienden a apilarse de un modo ordenado, haciendo aún más resistente a los cristales.

¿Cuánta Cristalinidad?

Dijimos que muchos polímeros contienen porciones de material cristalino y porciones de material amorfo. Hay un modo de saber la cantidad de polímero que es amorfa y la cantidad que es cristalina. Este método posee su propia página y se llama calorimetría diferencial de barrido.

Bibliografía:

• Enciclopedia Microsoft® Encarta® 2002.

• http://www.psrc.usm.edu/spanish/pet.htm

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