Ingeniería de polímeros

El término termoplástico se refiere a un plástico que se ablanda con el calor y se endurece al enfriarse. La mayoría de los plásticos que usamos a diario pertenecen a esta categoría. Se ablandan e incluso fluyen al calentarse, y se endurecen al enfriarse. Este proceso es reversible y repetible. Los termoplásticos tienen módulos de elasticidad relativamente bajos , pero también menor densidad y propiedades como la transparencia, lo que los hace ideales para productos de consumo y productos médicos . Entre ellos se incluyen el polietileno , el polipropileno , el nailon , la resina de acetal , el policarbonato y el PET , todos ellos materiales de uso generalizado. ^{[ 5 ]}

Un elastómero generalmente se refiere a un material que puede recuperar su estado original tras la eliminación de una fuerza externa, mientras que un material con elasticidad no es necesariamente un elastómero. El elastómero solo se deforma bajo una tensión débil, y esta tensión puede revertirse rápidamente, devolviendo al polímero un estado y tamaño cercanos a los originales. Los elastómeros son polímeros con módulos de elasticidad muy bajos que presentan una extensión reversible al ser sometidos a tensión, una propiedad valiosa para la absorción y amortiguación de vibraciones. Pueden ser termoplásticos (en cuyo caso se conocen como elastómeros termoplásticos ) o reticulados, como en la mayoría de los productos de caucho convencionales, como los neumáticos . Los cauchos típicos utilizados convencionalmente incluyen caucho natural , caucho de nitrilo , policloropreno , polibutadieno , estireno-butadieno y cauchos fluorados.

Una resina termoestable se utiliza como componente principal, y el plástico que forma el producto se forma mediante un proceso de reticulación y curado en combinación con diversos aditivos necesarios. Es líquido en la etapa inicial del proceso de fabricación o moldeo, y es insoluble e infusible después del curado, y no se puede volver a fundir ni ablandar. Los plásticos termoestables comunes son los plásticos fenólicos, los plásticos epoxi, los aminoplásticos, los poliésteres insaturados, los plásticos alquídicos, etc. Los plásticos termoestables y los termoplásticos constituyen juntos los dos componentes principales de los plásticos sintéticos. Los plásticos termoestables se dividen en dos tipos: los de reticulación con formaldehído y los de reticulación convencional.

Los termoestables incluyen resinas fenólicas , poliésteres y resinas epoxi , ampliamente utilizadas en materiales compuestos cuando se refuerzan con fibras rígidas como la fibra de vidrio y las aramidas . Dado que la reticulación estabiliza la matriz polimérica termoestable de estos materiales, presentan propiedades físicas más similares a las de materiales de ingeniería tradicionales como el acero . Sin embargo, su densidad mucho menor en comparación con los metales los hace ideales para estructuras ligeras. Además, sufren menos fatiga , por lo que resultan idóneos para componentes críticos para la seguridad que se someten a esfuerzos constantes durante su funcionamiento.

El plástico es un compuesto polimérico que se polimeriza mediante poliadición y policondensación . Puede cambiar libremente su composición y forma. Está compuesto de resinas sintéticas y cargas, plastificantes, estabilizadores, lubricantes, colorantes y otros aditivos. ^{[ 6 ]} El componente principal del plástico es la resina . El término resina significa que el compuesto polimérico no ha sido modificado con aditivos. Originalmente, el término resina se denominó así por la secreción de aceite de plantas y animales, como la colofonia y la goma laca . La resina representa aproximadamente entre el 40 % y el 100 % del peso total del plástico. Las propiedades básicas de los plásticos están determinadas principalmente por la naturaleza de la resina, pero los aditivos también desempeñan un papel importante. Algunos plásticos están hechos básicamente de resinas sintéticas, con o sin aditivos, como el plexiglás , el poliestireno , etc. ^{[ 7 ]}

La fibra se refiere a un filamento continuo o discontinuo de una sustancia. Las fibras animales y vegetales desempeñan un papel importante en el mantenimiento de los tejidos. Las fibras se utilizan ampliamente y se pueden tejer para formar hilos, extremos de hilo y cuerdas de cáñamo. También se pueden tejer para formar capas fibrosas al fabricar papel o fieltro. Además, se utilizan comúnmente para combinar con otros materiales y formar compuestos. Por lo tanto, ya sea fibra natural o sintética, su aplicación es omnipresente en la vida moderna y se encuentra presente en numerosos productos de alta tecnología. ^{[ 8 ]}

El caucho se refiere a materiales poliméricos altamente elásticos y de formas reversibles. Es elástico a temperatura ambiente y puede deformarse con una pequeña fuerza externa. Tras eliminar dicha fuerza, recupera su estado original. El caucho es un polímero completamente amorfo con una baja temperatura de transición vítrea y un peso molecular elevado, a menudo superior a varios cientos de miles. Los compuestos poliméricos altamente elásticos se clasifican en caucho natural y caucho sintético. El procesamiento del caucho natural extrae la goma y el caucho de las plantas; el caucho sintético se polimeriza mediante diversos monómeros. El caucho se utiliza como material elástico, aislante, impermeable al agua y resistente al aire.

Los polietilenos de uso común se pueden clasificar en polietileno de baja densidad (LDPE), polietileno de alta densidad (HDPE) y polietileno lineal de baja densidad (LLDPE). Entre ellos, el HDPE presenta mejores propiedades térmicas, eléctricas y mecánicas, mientras que el LDPE y el LLDPE tienen mejor flexibilidad, propiedades de impacto y propiedades de formación de película. El LDPE y el LLDPE se utilizan principalmente para bolsas de plástico, envoltorios de plástico, botellas, tuberías y contenedores; el HDPE se utiliza ampliamente en diversos campos como películas, tuberías y artículos de uso diario debido a su resistencia a muchos disolventes diferentes. ^{[ 9 ]}

El polipropileno se utiliza ampliamente en diversas aplicaciones debido a su buena resistencia química y soldabilidad. Posee la menor densidad entre los plásticos de uso común. Se emplea habitualmente en aplicaciones de embalaje, bienes de consumo, automatización y aplicaciones médicas. Las láminas de polipropileno se utilizan ampliamente en el sector industrial para la fabricación de tanques para ácidos y productos químicos, láminas, tuberías, envases retornables para transporte (RTP), etc., debido a sus propiedades como alta resistencia a la tracción, resistencia a altas temperaturas y resistencia a la corrosión. ^{[ 10 ]}

Los usos típicos de los materiales compuestos son las estructuras monocasco para la industria aeroespacial y automotriz , así como productos más comunes como cañas de pescar y bicicletas . El bombardero furtivo fue el primer avión totalmente compuesto, pero muchos aviones de pasajeros como el Airbus y el Boeing 787 utilizan una proporción cada vez mayor de materiales compuestos en sus fuselajes, como la espuma de melamina hidrofóbica . ^{[ 11 ]} Las propiedades físicas bastante diferentes de los materiales compuestos brindan a los diseñadores mucha más libertad en la forma de las piezas, razón por la cual los productos compuestos a menudo se ven diferentes de los productos convencionales. Por otro lado, algunos productos como los ejes de transmisión , las palas de rotor de helicóptero y las hélices se ven idénticos a sus precursores metálicos debido a las necesidades funcionales básicas de dichos componentes.

Los polímeros biodegradables son materiales ampliamente utilizados en numerosas aplicaciones biomédicas y farmacéuticas. Se consideran muy prometedores para dispositivos de liberación controlada de fármacos . Los polímeros biodegradables también ofrecen un gran potencial para el tratamiento de heridas, dispositivos ortopédicos , aplicaciones dentales e ingeniería de tejidos . A diferencia de los polímeros no biodegradables, no requieren una segunda etapa de eliminación del organismo. Los polímeros biodegradables se descomponen y son absorbidos por el cuerpo una vez que han cumplido su función. Desde 1960, los polímeros preparados a partir de ácido glicólico y ácido láctico han encontrado multitud de usos en la industria médica. Los polilactatos (PLA) son populares en los sistemas de liberación de fármacos debido a su rápida y ajustable tasa de degradación. ^{[ 12 ]}

Las técnicas de membrana se utilizan con éxito desde hace años en la separación de líquidos y gases, y las membranas poliméricas son las más empleadas debido a su menor coste de producción y a la facilidad para modificar su superficie, lo que las hace idóneas para diversos procesos de separación. Los polímeros tienen aplicaciones en numerosos campos, como la separación de compuestos biológicamente activos, las membranas de intercambio de protones para pilas de combustible y los contactos de membrana para la captura de dióxido de carbono.