DEGRADACIÓN DE POLIMEROS

DEGRADACIÓN DE LOS POLIMEROS

Martínez Garduño Christian de jesus Mejia Montez Edgar Eduardo Lozano Salinas Casandra Jazmin Quintaner Martinez Joselin

Ingeniería de plásticosDanny Anggel Lagunas Chavarria

TM 193

Índice

04. Degradación fotoquímica

01. Introducción

10. Protección de polímeros contra la degradación

07. Quema de polímeros

08. Degradación en el reciclaje de polímeros

05. Degradación mecanoquímica

02. Despolimerización

06. Degradación oxidativa

03. Degradación de macromoléculas

11. Conclusión

09. Biodegradación

01. Introducción

La degradación es la reducción de un material polimérico a un estado menos deseado debido a la exposición al medio ambiente y la carga de trabajo. Puede ser no deseada en la mayoría de los casos, pero a veces es útil para mejorar propiedades, reciclaje o descomposición. Involucra la escisión de macromoléculas en fragmentos de diversas estructuras y tamaños, y si se obtienen monómeros como producto final, se llama despolimerización

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02. Despolimerización

La despolimerización ocurre si la energía de Gibbs disminuye. En la polimerización, condiciones específicas, como temperaturas y equilibrios, afectan si se produce la despolimerización. En sistemas vivos de polimerización, la despolimerización gradual ocurre con la liberación gradual de monómeros de las cadenas vivas. La hidrólisis del poliéster soluble en agua es un ejemplo de este proceso.

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03. Degradación de macromoléculas

El calentamiento aumenta las vibraciones intramoleculares y acelera los cambios en la forma de las macromoléculas. Los enlaces químicos intracadena, que están bajo estrés debido a estos movimientos, se pueden romper homolíticamente, generando fragmentos con radicales en los grupos terminales. Estos radicales permiten la despolimerización a temperaturas superiores a Tc, junto con otras reacciones según el entorno, generalmente oxidación cuando se expone al aire.

04. Degradación fotoquímica

En la degradación fotoquímica, la radiación puede excitar o romper enlaces en el polímero, generando radicales o iones. Estos pueden despolimerizar a altas temperaturas o participar en varias reacciones que alteran las moléculas de polímero. En presencia de aire, se llama degradación fotooxidativa. Las degradaciones térmicas y químicas por microondas o radiación infrarroja no son fotoquímicas, sino asistidas por radiación.

Degradación mecanoquímica

05.

Cuando se rompe una banda elástica o una macromolécula lineal, se rompen enlaces químicos en la estructura. Esto es útil en la preparación de mezclas de caucho, pero no deseado en la cromatografía de exclusión por tamaño, donde distorsiona las mediciones de peso molecular.

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06. Degradación oxidativa

La degradación oxidativa es una reacción en cadena de radicales ramificados que ocurre en la corrosión de polímeros expuestos al aire. Puede iniciarse de manera intencional o suceder espontáneamente, conocida como autooxidación, especialmente en polímeros conjugados con radicales libres deslocalizados. Estos radicales, aunque estables entre sí, reaccionan fácilmente con el oxígeno atmosférico, que contiene electrones desapareados en su estado fundamental. Esta forma de oxígeno, llamada oxígeno triplete, tiene una baja reactividad.

En la degradación oxidativa, inicialmente se forman grupos hidroperóxilo en el polímero, pero no causan una oxidación significativa. Sin embargo, cuando la concentración de estos grupos aumenta lo suficiente, acelera la degradación del polímero, llevando a una rápida pérdida de propiedades. Algunos polímeros, como los conjugados de acetilenos monosustituidos, se degradan al exponerse al aire sin un período de estabilidad visible, a menos que estén en vacío o en una atmósfera inerte.

Quema de polímeros

07.

La quema de polímeros es el resultado extremo de la degradación oxidativa. A diferencia de los hidrocarburos como la gasolina, el polietileno no puede quemarse directamente debido a su alto punto de ebullición. La combustión de los polímeros comienza con una degradación térmica interna, que produce fragmentos gaseosos que se mezclan con el oxígeno y arden en la superficie del polímero. Esta combustión libera compuestos insaturados y cancerígenos. Para una combustión segura, se requieren hornos a altas temperaturas (al menos 1200-1400 °C).

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08. Degradación en el reciclaje de polímeros.

El reciclaje preferido de polímeros implica el uso de material purificado para hacer nuevos productos. Por ejemplo, las botellas de PET se convierten en alfombras y telas. Algunos polímeros se descomponen en monómeros para hacer nuevos polímeros, pero este proceso es costoso debido a las altas temperaturas y la purificación necesaria. Sin embargo, se está volviendo más común, especialmente para ciertos tipos de polímeros.

09. Biodegradación

Los poliésteres naturales biodegradables tardan mucho en descomponerse en la naturaleza y rara vez se reciclan. Se investiga la despolimerización química y el compostaje como alternativas. Se emplea la escisión enzimática en la industria alimentaria y en medicina, se utilizan poliésteres biodegradables en suturas quirúrgicas absorbibles. Además, la degradación térmica se usa para convertir residuos de polímeros en combustibles, pero consume hidrógeno necesario para otras reacciones.

10. Protección de polímeros contra la degradación.

La degradación de los polímeros implica cambios irreversibles en su estructura, como la transformación de grupos funcionales y la escisión de moléculas de polímero. La reticulación los vuelve quebradizos, mientras que la escisión los hace cerosos, pegajosos y amarillentos. Los estabilizantes se utilizan para reducir la degradación no deseada y deben ser compatibles con el polímero. En ausencia de un estabilizante compatible, es posible crear uno conectando cadenas oligoméricas compatibles con el polímero a un estabilizante existente.

11. Conclusión

La degradación de polímeros implica cambios en su estructura y propiedades. Para mitigar la degradación, se utilizan estabilizantes compatibles. Comprender estos procesos es crucial para la gestión y el reciclaje sostenible de los polímeros.

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Esquema 1: Relación entre polimerización, despolimerización y degradación.

la energía de Gibbs disminuye si el proceso es espontáneo, es decir, si los monómeros resultantes tienen menor energía que el polímero original. La energía de Gibbs se calcula como la diferencia entre la entalpía y el producto de la temperatura y la entropía del sistema: ΔG=ΔH−TΔS

La inflamabilidad de los materiales poliméricos se evalúa mediante el Índice Límite de Oxígeno (LOI), que indica la mínima concentración de oxígeno necesaria para que el material arda sin una fuente de calor externa. La autoignición del polímero también depende de la temperatura y la presión atmosférica. Incluso el poli(tetrafluoroetileno) puede arder en una atmósfera de oxígeno puro y explotar a temperatura ambiente con presiones de oxígeno elevadas.

El ultrasonido también puede romper macromoléculas.