Materiales sintéticos

• Definición de materiales sintéticos.
• Características técnicas más representativas de este grupo de materiales.
• Clasificación de los materiales sintéticos por familias.
• Vías y procesos de obtención.
• Historia de los materiales sintéticos.

---

Definición de materiales sintéticos

Los materiales sintéticos son aquellos materiales que, partiendo de primeras materias como petróleo, carbón, cal o agua, se fabrican artificialmente en diversas fases intermedias. Las propiedades esenciales de los materiales sintéticos son: peso reducido, comportamiento mecánico variado, buena capacidad de aislamiento y resistencia a la corrosión. Se pueden distinguir principalmente tres tipos: termoestables, termoplásticos y elastoplásticos.

Características técnicas más representativas de este grupo de materiales

Las propiedades y características de la mayoría de los plásticos (aunque no siempre se cumplen en determinados plásticos especiales) son estas:

• fáciles de trabajar y moldear
• tienen un bajo costo de producción
• poseen baja densidad
• suelen ser impermeables
• buenos aislantes eléctricos
• aceptables aislantes acústicos
• buenos aislantes térmicos, aunque la mayoría no resisten temperaturas muy elevadas
• resistentes a la corrosión y a muchos factores químicos
• algunos no son biodegradables ni fáciles de reciclar, y si se queman, son muy contaminantes

Clasificación de los materiales sintéticos por familias

• TERMOESTABLES.
  • También denominados durómeros y resinas sintéticas, son materiales sintéticos de endurecimiento, cuyos productos previos son líquidos o fusibles y que por prensado y simultáneo calentamiento o por adición de endurecedores forman un cuerpo sólido. Estas resinas también se emplean como sustancia base para los barnices sintéticos. Las resinas sintéticas en general son fácilmente solubles en casi todos los disolventes excepto en agua, a la cual repelen. En estado endurecido, ya no pueden volver a regenerarse, alcanzando una gran dureza. No son soldables y no pueden conformarse, solo por arranque de viruta. En un calentamiento excesivo, se destruyen. Existen tres tipos de resina base: fenólicas, úricas y melamínicas.
  • Las resinas fenólicas se utilizan para materiales prensados por capas.Las úricas, son completamente transparentes y se utilizan en piezas claras o blancas y como base para lacas sintéticas. También se emplean para hacer colas de pegado. Y las melamínicas, tienen casi las mismas propiedades y utilización que las anteriores. Mediante un proceso de fabricación determinado, se obtienen dos tipos genéricos de material: polvos de moldeo y materiales prensados por capas.
    • Polvos de moldeo: son resinas sintéticas mezcladas con materiales de relleno. Estos aditamentos pueden ser polvo de piedras, serrín, amianto, fibras textiles, recortes de papel, de maderas, virutas de hierro u otros metales, de los cuales dependen las características finales de las piezas construidas. En general, las fibras dan mayor tenacidad al resultante. Una vez realizada la mezcla resina-catalizador-aditamentos, se coloca en el molde previsto a obtener la pieza. Las aplicaciones son: forros de freno y embrague, piezas de aislamiento eléctrico e interruptores, carcasas y cajas pequeñas. Un material muy común de polvos de moldeo es la madera moderna a base de tableros de aglomerado.
    • Materiales prensados por capas: se trata de tiras de papel, madera o tejido impregnados de una solución de resina sintética y catalizador, dispuestas una encima de otra sucesivamente. Después se prensan en el molde convenido a una temperatura prescrita y se presenta la pieza. Se obtienen así placas de papel duro o de tejido duro. Se obtienen materiales insensibles a la humedad, resistentes a la presión y de gran tenacidad.
• TERMOESTABLES REFORZADOS.
  • Constituyen una subdivisión de los termoestables, relativamente nueva. Consisten en la mezcla de polímeros resinosos con fibras naturales o sintéticas, de propiedades conocidas y en formas utilizables, obteniéndose una estructura conjunta que proporciona una solidez no asequible en formas naturales, con peso equivalente. Por ejemplo, un laminado de resina epoxi reforzado con fibra de vidrio, puede diseñarse y fabricarse con una relación de resistencia-peso nueve veces mayor que una forma semejante fabricada con acero. Así se pueden diseñar piezas o estructuras cuyas propiedades, en algún aspecto o en todos, predecibles o controlables.
• TERMOPLÁSTICOS.
  • Se trata de materiales sintéticos reblandecibles al calor. A bajas temperaturas son de alta dureza y frágiles pero cuanto más se calientan, más se ablandan, adquiriendo la elasticidad de la goma. En estado caliente, pueden conformarse sin arranque de viruta mediante colada, doblado o curvado y soldadura. Son materiales fácilmente fusibles que soportan mal las altas temperaturas. Todos los termoplásticos se pueden soldar. Para su identificación, normalmente las piezas plásticas llevan impresa por su zona interna no visible unas siglas identificativas del material del que están constituidas. Si no fuese así, el método más usual para identificarlos es realizando una combustión de una pequeña tira extraída del propio material, examinando las características de la llama, olor, humos, etc.... como se muestra a continuación:
    
    
    
• ELASTOPLÁSTICOS.
  • También llamados elastómeros, se comportan con una elasticidad parecida a la de la goma, pudiendo ser deformados con pequeñas fuerzas, reestableciendo después su forma original. No se funden ni aún a altas temperaturas si no que se destruyen por descomposición química. La buna y el perbunán, son tipos de caucho sintéticos fabricados a partir del butadieno. Con la vulcanización de estos materiales se obtienen cauchos sintéticos muy similares al caucho natural, siendo superiores a éste en cuanto a su estabilidad frente al calor y resistencia al envejecimiento. En cubiertas de neumáticos se emplea la goma sintética, a veces sola y a veces combinada con la natural. La sintética, sin mezcla, se emplea para la superficie de rodadura de las cubiertas. El perbunán, dada su gran estabilidad frente a aceites y gasolinas, encuentra su principal aplicación en juntas de goma.

A continuación se muestran los tipos de plásticos y sus características.

Vías y procesos de obtención

Existen tres formas de producción para crear materiales sintéticos:

1. Polimerizacion: La polimerización es una reacción química en la que los monómeros, que son pequeñas moléculas con unidades estructurales repetitivas, se unen para formar una larga molécula en forma de cadena, un polímero. Cada polímero típico consta de mil o más de estos monómeros, que son como los ladrillos del edificio.Antes, para fabricar un kilogramo de polímero, los científicos tomaban un monómero y un disolvente y sometían la mezcla a la acción del calor o de la luz. Hace unos años, Lauterbach y Snively desarrollaron una nueva técnica para la formación de los polímeros que elimina la necesidad de utilizar un disolvente. La clase de materiales a los que los científicos de la Universidad de Delaware la han aplicado ahora, es nueva y única.
2. Policondensación: El nailon se produce por medio de policondensación. Cuando el oxígeno del carbonilo es protonado, se vuelve mucho más vulnerable al ataque del nitrógeno de nuestra diamina. Esto ocurre porque el oxígeno protonado porta una carga positiva.
   Al oxígeno no le gusta tener una carga positiva. Entonces atrae hacia sí mismo los electrones que comparte con el carbonilo. Esto deja al carbono del carbonilo deficiente de electrones y listo para que el nitrógeno de la amina le done un par.
   El dímero, si lo desea, también puede reaccionar con otros dímeros para formar un tetrámero. O puede reaccionar con un trímero para formar un pentámero y a su vez reaccionar con oligómeros más grandes.
   Finalmente, cuando esto sucede, los dímeros se transforman en trímeros, tetrámeros y oligómeros más grandes y estos oligómeros reaccionan entre sí para formar oligómeros aún más grandes. Esto sigue así hasta que se hacen lo suficientemente grandes como para ser considerados polímeros.
   Para que las moléculas crezcan lo suficiente como para ser consideradas polímeros, tenemos que hacer esta reacción bajo vacío. En este caso, todo el subproducto agua se evaporará y será eliminado del medio de reacción. Debemos deshacernos del agua debido a una pequeña regla llamadaPrincipio de Le Châtelier.
   Como se dijo antes, la reacción no necesita un catalizador ácido para llevarse a cabo; La razón por la que se sabe esto, es que cuando nos acercamos al final de la polimerización, donde no hay muchos grupos ácidos remanentes para comportarse como catalizadores, la reacción aún prosigue.
   Es decir, la amina puede reaccionar con los ácidos carboxílicos no protonados. Si no fuera así, no se podría obtener nailon 6,6 de alto peso molecular sin un catalizador externo, ya que la reacción se detendría a conversiones más altas, cuando no haya suficientes grupos ácidos para actuar como catalizadores. La materia prima para la producción de nailón 66 es el benceno, el cual se deriva del crackeo y de la reformación del petróleo.
   
3. Poliadicción: La poliadición es una reacción química entre muchos monómeros iguales o, por lo general, distintos, con reagrupamiento de grupos reactivos y con el resultado final de la formación de un polímero (Figura 1.4). La migración de los átomos altera su ordenamiento; permanece siempre invariable la composición elemental porcentual. Los compuestos así obtenidos se llaman poliaductos.

Historia de los materiales sintéticos

Los materiales sintéticos no se encuentran en la naturaleza, sino que los seres humanos son aquellos que los fabrican, es decir, son materiales artificiales.
El inicio de todo este mundo material comenzó en el año 1860 con la aparición del celuloide. Éste material se creó a partir de la modificación química de las moléculas de celulosa que se encuentran en las plantas. Su utilización más conocida se dio en el cine y fotografía, de ahí viene el nombre de "el mundo del celuloide" que se refiere al "mundo del cine". Un gran problema de este material era su extremada inflamabilidad y sensibilidad a la luz.
En 1862, Alexander Parkes había creado un material duro que podía ser moldeado (Parkesin). Primer material semi-sintético.
En 1906 Leo Hendrik Baekeland creó la Baquelita, un material sintético que al contrario de todos los plásticos, en vez de derretirse, se endurecía.
Después de la Primera Guerra Mundial, se comenzó a crear materiales sintéticos derivados del petróleo. El polimetilo de metacrilato ó más famosamente llamado "Plexiglás", fué uno de los materiales más conocidos de esa época.
Al comienzo de la Segunda Guerra Mundial, se dió a conocer al mundo el "Teflón", nombre químico Politetrafluoroetileno.
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.