Fundamentals de Ciencia de Polimeros

Un Texto Introductorio

Juan J. Iruin, Maria J. Fernandez-Berridi

• Publisher: CRC Press
• Year: 2019
• Print ISBN: 9781566764308
• eBook ISBN: 9781000725452
• Edition: 1
• Topic: Technology & Engineering
• Subtopic: Materials Science
• Index: Technology & Engineering

This is a new, basic introduction to polymer science. It is both comprehensive and readable. The authors are leading educators in this field with extensive backgrounds in industrial and academic polymer research. The text starts with a description of the types of microstructures found in polymer materials. This provides an understanding of some of the key features of the various mechanisms of homopolymerization and copolymerization which are discussed in following chapters. Also discussed in these chapters are the kinetics and statistics of polymerization, with a separate chapter on the characterization of chain structure by spectroscopic methods. The next part of the text deals with chain conformation, structure and morphology, leading to a discussion of crystallization, melting and glass transition. The discussion then moves from solid state to solution properties where solution thermodynamics is introduced. This provides the basis for discussion of the measurement of molecular weight by various solution methods.
The final chapter deals with mechanical and rheological properties which are discussed from a phenomenological continuum approach and then in terms of a fundamental molecular perspective. Altogether, this new text provides a comprehensive, readable introduction to and overview of polymer science. It is well illustrated with schematics prepared for this text to help in the understanding of key concepts. It will provide a basic understanding of today's polymer science for technical and engineering personnel not already familiar with the subject, and a convenient update and overview for materials scientists.

CAPITULO 1

Naturaleza de los Materiales Poliméricos

“He fixed thee mid this dance of plastic circumstance”

—Robert Browning

A. POLIMEROS Y CIENCIA DE POLIMEROS

Dicho de una manera sencilla, los polímeros son moléculas muy grandes (macromoléculas) que están formadas por unidades menores o monómeros. La ordenación de estas unidades, los diversos tipos de cadenas que pueden ser sintetizados y las formas que pueden adoptar dichas cadenas dan lugar a una clase de materiales que se caracterizan por un enorme e intrigante conjunto de propiedades. Algunas de ellas son exclusivas de los polímeros (por ejemplo, la elasticidad del caucho) y, como veremos, son simplemente una consecuencia de su tamaño y de su estructura tipo cadena.

La ciencia de polímeros es también una disciplina relativamente nueva y se caracteriza por su gran amplitud. Engloba aspectos de química orgánica, química física, química analítica, física (particularmente teorías del estado sólido y disoluciones), ingeniería química y mecánica y, para algunos tipos especiales de polímeros, de ingeniería eléctrica. Por supuesto, no existe una persona que tenga un conocimiento profundo de todos estos campos. La mayoría de los científicos de polímeros consiguen un conocimiento global del tema, que suele ir acompañado de un conocimiento más detallado de un área particular. Este libro es un primer paso hacia lo primero y para dar una idea de la diversidad de esta materia empezaremos con un repaso de algunas de las áreas que vamos a tratar.

Síntesis de polímeros

Muchos científicos de polímeros piensan que no es probable que ningún termoplástico nuevo irrumpa en el mundo como un huracán (es decir, consiguiendo niveles de producción comparables a los del polietileno o poliestireno) pero debería tenerse en cuenta que cosas similares se dijeron en los años 50, justo antes de que el polietileno de alta densidad y el polipropileno isotáctico hicieran su debut (parte de esta terminología será descrita en breve). Hoy en día, hay dos buenas razones, sin embargo, para pensar que esta idea puede ser correcta. En primer lugar, ya se han polimerizado todos los posibles monómeros a considerar; en segundo lugar, la comercialización de un nuevo plástico a gran escala costaría probablemente más de 1 billón de dólares. (The Economist, Mayo 1980). Esto no resultaría atractivo para una industria que está impregnada de la ideología de los Masters en Administración de Empresas que suele contemplar horizontes de seis meses. Afortunadamente, ello no significa que los químicos sintéticos de polímeros estén pasados de moda. Existe un interés considerable en el uso de nuevos catalizadores (por ejemplo, para producir plásticos de uso general a un precio menor), o en la producción de estructuras de cadena mejor definidas para obtener propiedades controladas; en la síntesis de polímeros “especiales”, tales como los que poseen cadenas muy compactas y con fuertes atracciones intermoleculares para dar resistencia térmica y mecánica; o de cadenas con estructuras electrónicas deslocalizadas que generen propiedades eléctricas y ópticas peculiares. Estos materiales serían producidos en cantidades menores que los plástícos habituales pero se venderían a un precio mucho mayor. Intentaremos únicamente dar una introducción de este área, por lo que no se encontrará en este libro ninguna discusión avanzada sobre métodos de síntesis. En el capítulo 2 nos limitaremos a dar las bases de la síntesis de polímeros de manera sencilla aunque pensamos que será suficiente para que el lector adquiera los conocimientos esenciales sobre cómo se producen la mayoría de los polímeros comerciales.

Caracterización de polímeros

Lo que un químico piensa que ha sintetizado no coincide siempre con el producto que tiene en su tubo de ensayo. Por tanto, existe un campo enorme basado en la caracterización. Este es un área particularmente estimulante en estos días debido a los recientes avances en instrumentación, particularmente aquellos relacionados con el mundo de los ordenadores. Estas técnicas analíticas novedosas no sólo son útiles en el estudio de nuevos materiales, sino también en la respuesta a cuestiones que han intrigado a los científícos de polímeros durante décadas. Por ejemplo, las técnicas espectroscópicas se han empleado para examinar la estructura química “local” y las interacciones en sistemas poliméricos. La microscopía electrónica y otras microscopías y la dispersión de la radiación electromagnética se han aplicado en la caracterización de la estructura global y la morfología; por ejemplo, para conocer cómo los componentes de un sistema se separan en fases dando diversos tipos de estructuras, cómo las cadenas se empaquetan en cristales y la forma que adopta una cadena individual en un entorno particular. Algunas técnicas son tan costosas que se requieren instalaciones a nivel nacional, como es el caso de la radiación sincotrón y la dispersión de neutrones. Nuestro interés en este libro se centra en los puntos básicos y, en particular, discutiremos la medida de pesos moleculares y el empleo de la espectroscopía molecular para caracterizar la estructura de la cadena.

Química Física de polímeros

Paul Flory recibió el Premio Nobel en Química por su trabajo en este área y mencionaremos su nombre a menudo en este libro. La química física de polímeros es un tema que requiere de conocimientos teóricos y de la adecuada capacidad para realizar experimentos cuidadosamente controlados, empleando a menudo los tipos de instrumentos que acabamos de mencionar. (Las áreas de la caracterización y la química física de polímeros se solapan considerablemente y las hemos separado aquí de forma arbitraria para ilustrar los diferentes tipos de cosas que hacen los científicos de polímeros). La forma más sencilla de “entrar” en este tema es consiguiéndose una copia del libro de Flory Principles of Polymer Chemistry, que permanece como un clásico después de cuarenta años, y echar un vistazo a los capítulos relacionados con la elasticidad del caucho, la termodinámica de disoluciones, el comportamiento de fase, etc. Este último tema, por ejemplo, continúa teniendo un gran atractivo, y recientemente se ha insistido sobre las mezclas o aleaciones de polímeros y los cristales líquidos poliméricos.

Física de polímeros

La física y la química física de polímeros son disciplinas que se solapan y que, en muchos casos, no es fácil diferenciar. Sin embargo, históricamente, es posible señalar el enorme imp...

Table of contents

• Cover
• Half Title
• Title Page
• Copyright Page
• Dedication
• Table of Contents
• Prefacio
• 1. Naturaleza de los Materiales Poliméricos
• 2. Síntesis de Polímeros
• 3. Cinética de las Polimerizaciones de Adición y por Etapas
• 4. Estadística de la Polimerización por Etapas
• 5. Copolimerización
• 6. Espectroscopia y Caracterización de la Estructura de Cadena
• 7. Estructura
• 8. Cristalización, Fusión y Transición Vitrea
• 9. Termodinámica de Disoluciones y Mezclas de Polímeros
• 10. Peso Molecular y Ramificación de Cadena
• 11. Propiedades Mecánicas y Reológicas
• Indice