PROPIEDADES AMBIENTALES

Los plásticos se encuentran en cualquier contexto (ambiente) Antes de diseñar un producto y deben conocer o probar la resistencia de los materiales en condiciones severas del ambiente.

Degradación de los polímeros
La degradación de los polímeros conduce a una modificación de la estructura original debido a la rotura de los enlaces en las cadenas principales o en los grupos laterales, motivadas por acciones químicas o físicas. Las causas químicas son la hidrólisis y la oxidación; las físicas corresponden a los efectos de radiaciones, calor o fuerzas mecánicas. Estas últimas atacan puntos localizados y específicos de la cadena polimérica.
El envejecimiento y deterioro de los polímeros se deben a procesos simultáneos y no controlados, siendo el más importante la foto oxidación. La acción de la luz conduce a una disminu­ción del peso molecular, una variación de la distribución de los pesos moleculares, fenómenos de ramificación y reticulado y cambios en la cristalinidad.
Todo ello conduce a una modificación de las propiedades mecánicas, con disminución de la resistencia a la tracción, alargamiento o impacto, con aumento de la fragilidad.
La degradación del polímero dependerá de su estructura molecular, tiempo y lugar de exposición y geometría del objeto.
Para evitar la degradación o envejecimiento se emplean materiales estabilizadores, siendo los más comunes los inhibidores o absorbedores de rayos ultravioletas, los antioxidantes y antiozonantes y los pigmentos.
El negro de humo asegura buena protección contra los rayos UV, pero tiene el inconvenien­te de pigmentar de negro.

Deterioro de un plástico por el medio ambiente
La acción del tiempo atmosférico sobre los materiales plásticos abarca la exposición a luz solar y ultravioleta, temperatura, oxigeno, humedad, nieve, viento, polvo atmosférico, agentes químicos y biológicos, como ser el "smog", aparte de medio ambientes industriales y afines.

Deterioro artificial

Es el proceso que expone a los materiales en el laboratorio a continuas o repetidas condi­ciones ambientales encontradas en el exterior en camaras especialmente acondicionadas. Esas condiciones son usualmente intensificadas para reducir el tiempo requerido para lograr resultados significativos. Se utilizan aparatos, que incluyen intensa radiación ultravioleta, pulverizaciones de agua y temperaturas de hasta 50°C.

Laboratorio de deterioro artificial en materiales

Degradación ultravioleta
La degradación por la radiación ultravioleta es una de las más serias degradaciones que amenazan a los plásticos al exterior. Cambios como rajaduras, tiznado, decolorado, mateado despulido, cambios en las propiedades eléctricas, pérdidas de resistencia y tenacidad, desinte­gración son causados por los rayos UV.

Biodegradación
La biodegradación es la gradual rotura de los plásticos por organismos vivos como bacte­rias, hongos y levaduras. Muchos de los plásticos comúnmente usados son esencialmente no biodegradables, mostrando limitada susceptibilidad a la asimilación por los microorganismos.
El creciente énfasis respecto al medio ambiente y a los desechos plásticos ha estimulado la investigación para lograr la biodegrabilidad luego de un determinado período de tiempo. 

PROPIEDADES OPTICAS

Las propiedades ópticas están íntimamente vinculadas con la estructura molecular. Las propiedades ópticas tienen su gran importancia para la presentación en muchos de los productos.

Densidad óptica

La densidad óptica es el grado de opacidad de cualquier medio translúcido, algunas veces expresadas como el logaritmo de la opacidad.

La densidad optica es medida mediante dispositivos llamados densímetros.El densitómetro es básicamente una fuente de luz que apunta a una celda fotoeléctrica, que determina la densidad de la muestra a partir de diferencias en las lecturas. Los densitómetros modernos tienen además electrónica integrada para mejorar las lecturas.

Existen dos tipos de densímetros:
-Densitómetros por transmisión, que miden materiales transparentes.
-Densitómetros por reflexión, que miden la luz reflejada desde una superficie.
Algunos tipos de densitómetros tienen la capacidad de realizar ambos tipos de medición

Densímetro óptico

Opacidad

La opacidad de un material es la inhabilidad de transmitir luz, teniendo una transmitancia de luz de cero (0). Con materiales en capa fina, la opacidad depende del espesor (aunque normalmente opaco, el oro, laminado lo suficientemente fino, transmite algo de luz).  A continuación, instrumento utilizado para medir la opacidad en muestras lámina de transparente.
Cuenta con un compartimiento donde se coloca la muestra.

Medidor de opacidad

Transmitancia

La transmitancia es la habilidad de un material para dejar pasar la luz a través de él, sea especular o difusa.

La transmitancia óptica que se define como la fracción de luz incidente, a una longitud de onda especificada, que pasa a través de una muestra.

Su expresión matemática es:

donde I0 es la intensidad del rayo incidente, e I es la intensidad de la luz que viene de la muestra. 

La transmitancia es medida mediante espectrofotómetros

Espectrofotómetro

Opalescencia 

La opalescencia es la limitada claridad de visión a través de una hoja de plástico transparen­te y a cualquier ángulo. En plásticos, con una luz ligeramente coloreada parece opalino.

PROPIEDADES ELECTRICAS

El comportamiento eléctrico de los polímeros depende predominantemente de los enlaces predominantemente covalentes que limitan su conductividad eléctrica. Por esta razón la mayoría de los polímeros son aislantes. 

Resistividad eléctrica

La resistencia eléctrica R, a lo largo I de un conductor con área de sección a normal a l pue­de expresarse como:

R = pl/a

Donde p es una constante conocida como resistencia específica o resistividad de volumen. Si a y I son reducidas a la unidad, p puede ser la resistencia eléctrica entre caras opuestas de un cubo de dimensiones unitarias.

La resistividad de volumen p o S es medida en ohm centímetros (ohm cm²/cm). Se deberé especificar temperatura y humedad.
La resistividad superficial es la resistencia eléctrica entre bordes opuestos de una superficie de 1 cm². Se expresa en ohm. Algunas veces las unidades de resistividad de volumen son ex­presadas en ohm/cm³ y la resistividad superficial en ohm/cm².

Resistividad de algunos materiales en ohmios-cm, a 20-25° C

Plata	1.47 x 10-8
Grafito	3.5 x 10-5
Caucho conductor	1010-2
Celulosa	109-107
Poliamidas	1015-1013

Los instrumentos utilizados para la medición de la resistencia eléctrica se denominan óhmetros

Óhmetro de alta precisión

Rigidez dieléctrica

La rigidez dieléctrica es el máximo gradiente de potencial que un material aislante puede resistir sin rotura. Usualmente es expresado en voltios por mil, siendo esta unidad un milésimo de pulgada, o en kV/mm o afines. En corriente alternada depende de los ciclos.

Constante dieléctrica

Una medida de deformación interna o almacenado de energía que ocurre cuando un campo eléctrico es aplicado a un no conductor. Para fines prácticos es una medida del incremento en la capacitancia entre dos conductores cuando el aire o vacío entre ellos es reemplazado por un dieléctrico sólido o líquido. Si la capacitancia se incrementa K veces con respecto al valor inicia la constante dieléctrica del material introducido es K.

Los polímeros hidrocarbonos, polietileno, poliestireno, polipropileno muestran altos valores.

Algunas constantes dieléctricas

Vacío	1
Petróleo	2,0 aprox.
Politetrafluoroetileno	2,0
Poliestireno	2,5
PVC rígido	4-5

PROPIEDADES FISICAS

Las propiedades físicas de los polímeros dependen de su estructura molecular.

Densidad, densidad relativa y densidad aparente
La densidad (simbolizada con la letra griega rho: ρ) es la masa (m) por unidad de volumen (V). La unidad del SI para la densidad es kilo­gramos por metro cúbico, si bien habitualmente se expresa en gramos por centímetro cúbico.

ρ =  m_

        V

La densidad relativa se define como la relación entre las masas de un volumen determinado de material y de un volumen equivalente de agua a 23 ºC (densidad del agua 1 g / cm³). El resultado es adimensional, es decir, sin unidades.

ρ relativa =   ρ _

                    ρ_H2O

La densidad aparente es el cociente entre la masa de un determinado material sólido (ya sea granulado, polvo, espumado) por unidad de volumen. Es decir cuanto ocupará dicho material considerando el volumen real debido a su morfología. Es útil para el diseño de tolvas y tanques de almacenaje y fines de logística (diseño de galpones para estiba de material, containers, etc.).

Gran parte de los polímeros tienen una densidad entre 0,9 y 1,3 los fluoroplásticos tienen en general una densidad alrededor de 2.

Tabla de densidades de varios polímeros

Material	Densidad
Acetal	1,42
Acrilonitrilo estireno	1,07
Acrilonitrilo butadieno estireno	1,05
Copolímero estireno butadieno	1,03
Celulosa acetato	1,25/1,35
Celulosa acetato butirato	1,15/1,25
Celulosa acetato propinato	1,20
Celulosa nitrato	1,40
Celulosa metil	1,36
Celulosa etil	1,13
Celulosa bencil	1,20
Poliamida 6	1,15
Poliamida 6-6	1,13
Poliamida 6-10	1,08
Poliamida 11	1,05
Poliamida 12	1,01
Poliimidas	1,50
Polibutadieno	0,91
Policarbonato	1,20
Polietileno	0,94
Polipropileno	0,90
Poliestireno	1,06
Polimetacrilato de metilo	1,18
Polimetacrilato de etilo	1,11
Poliacrilonitrilo	1,18
Polisulfonas	1,24
Poliuretano	1,17/1,20
Polivinil acetal	1.10/1,25
Polivinil formal	1,20/1,40
Polivinilbutiral	1,10/1,20
Polialcohol vinílico	1,21/1,32
Polivinil carbazol	1,20
Polivinil metil éter	1,05
Polivinil etil éter	0,97
Polivinil propil éter	0,95
Polivinil butil éter	0,93
Poliacetato de vinilo	1,18
Policloruro de vinilo	1,40
Policloruro de vinilideno	1,70
Politetrafluoretileno	2,20
Politrifluormonocloro etil	2,11
Resina poliéster	1,12
Resina epoxi	1,10/2,40
Resina fenol formaldehído	1,27
Resina urea formaldehído	1,50
Resina caseína formaldehído	1,30/1,35
Resina melamina formaldehído	1,50
Resina de anilina	1,23
Resina de silicona	1,25/1,90
Resina de cumarona	1,10

Medición de densidad

La densidad puede obtenerse de forma indirecta y de forma directa. Para la obtención indirecta de la densidad, se miden la masa y el volumen por separado y posteriormente se calcula la densidad. La masa se mide habitualmente con una balanza, mientras que el volumen puede medirse determinando la forma del objeto y midiendo las dimensiones apropiadas o mediante el desplazamiento de un líquido, entre otros métodos.

Instrumentos utilizados para medición de la densidad en sólidos:

Picnómetros

Balanza hidrostática

Balanza hidrostática electrónica

Fluencia a la tracción

Cuando un contrapeso suspendido de una muestra de ensayo provoca un cambio en la for­ma de la muestra durante un período de tiempo, la deformación se denomina fluencia. Si la fluencia se produce a temperatura ambiente, se denomina flujo en frío.
Los resultados de la prueba de fluencia a la tracción registran la deformación en milímetros.
La fluencia y el flujo en frío son propiedades muy importantes que se deben considerar cuando se diseñan recipientes, tuberías y vigas, en los que la carga es constante (presión o es­fuerzo)

Equipo para la medición de presión interna en caños

Los ensayos se realizan llenando las muestras a ensayar según las normas, con agua a presión, durante un tiempo determinado, a la temperatura requerida para simular uso continuo durante determinado cantidad de tiempo.

Viscosidad

La característica que describe la resistencia interna de un líquido para fluir se denomina vis­cosidad. Cuanto más lento fluye el líquido, mayor es su viscosidad. Las unidades son Pa.s (pascales x segundos) o poises.
La viscosidad es un factor importante en el transporte de resinas, la inyección de plásticos en estado líquido y la obtención de dimensiones críticas en la extrusión.
La viscosidad de un polímero puede ser determinada con el uso de viscosímetros capilares mediante disolución del mismo en un disolvente, que se basan en el tiempo que tarda un fluido a través de un tubo capilar. Existen varios modelos de viscosímetros capilares, siendo unos de los más utilizados el viscosímetro de Ubbelohde.

Viscosímetro capilar

También existen viscosímetros rotacionales, que se basan en medir la resistencia de rotar de un cilindro sumergido en el fluido.

Viscosímetro rotacional

Debido a que los polímeros no son fluidos newtonianos debemos hablar de viscosidad relativa o intrínseca.
La viscosidad relativa, ηr, de una disolución se define como el cociente entre la viscosidad de la disolución, η, y la viscosidad del disolvente puro, η0, a la misma temperatura. Es una magnitud adimensional.
La viscosidad intrínseca, [η], de una disolución polimérica está definida por:

Donde Cp es la concentración de polímero en disolución, en unidades de g/dL.

La viscosidad intrínseca de una disolución polimérica está empíricamente relacionada con la masa molecular promedio del polímero mediante la ecuación:

Donde [η] viene dada en dL/g, Mv es el promedio viscoso de la masa molecular del polímero en g/mol, Mº = 1 g/mol, y K y a son parámetros que dependen del disolvente, de la temperatura y del tipo de polímero.

Contracción al moldeo

Como se ha expresado en Coeficiente de dilatación lineal, los materiales sufren una dilatación al calentarse y una contracción al enfriarse. Por lo que será útil conocer este índice para la confección de moldes de inyección o boquillas de extrusión debido a que deberán ser de mayor tamaño que el de la pieza que se desea obtener para que la misma se adapte a los requerimiento de dimensiones requeridos al solidificarse y enfriarse.
Las unidades utilizadas pueden ser mm / mm o también se pueden expresar en porcentajes.

Solubilidad

La solubilidad de un polímero varía en función de su estructura química y del peso molecular, siendo más fácilmente solubles las fracciones de bajo peso molecular. Por lo tanto no es extraño que durante un proceso de disolución se disuelvan las fracciones más ligeras del polímero, quedando insolubles las de alto peso molecular.

Solubilidad de algunos polímeros en diferentes solventes

Solubilidad

Material

Agua

Alcohol

H.C. Halogenados

H.C. Atifátícos

H.C. Aromáticos

Cetonas

Esteres

Éteres

SI

NO

SI

NO

SI

NO

SI

NO

SI

NO

SI

NO

SI

NO

SI

NO

Acetal

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X

X

X

X

X

X

Acrilonitrilo estireno

X

X

X

X

X

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Acrilonitrilo butadieno estireno

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Copolímero estireno butadieno

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X

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X

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Celulosa acetato

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Celulosa acetato butirato

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Celulosa acetato propinato

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Celulosa nitrato

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Celulosa metil

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X

X

Celulosa etil

X

X

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X

X

X

X

X

Celulosa bencil

X

X

X

X

X

X

Poliamida 6

X

X

X

X

X

X

X

X

Poliamida 6-6

X

X

X

X

X

X

X

X

Poliamida 6-10

X

X

X

X

X

X

X

X

Poliamida 1 1

X

X

X

X

X

X

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Poliamida 12

X

X

X

X

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X

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X

Poliimidas

X

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X

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X

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Polibutadieno

X

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Policarbonato

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Polietileno

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Polipropileno

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X

Poliestireno

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X

X

X

X

Polimetacrilato de metilo

X

X

X

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X

Pollmetacrilato de etilo

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X

X

X

X

X

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Poliacrilo nitrito

X

X

X

X

X

X

Polisulfonas

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X

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X

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Poliuretano

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X

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X

X

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X

Polivinil acetal

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Polivinil formal

X

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X

Polivinil butiral

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X

Polialcohol vinílico

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X

Polivinil carbazol

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Polivinil metil éter

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Polivinil etil éter

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Polivinil propil éter

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Polivinil butil éter

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Poliacetato de vinilo

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Policloruro de vinilo

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Policloruro de vinilideno

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Politetrafluoretileno

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Politrifluormonocloro etil

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Resina poliéster

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Resina epoxi

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Resina fenol formaldehído

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Resina urea formaldehído

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Resina caseína formaldehído

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Resina melamina formaldehído

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Resina de anilina

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Resina de silicona

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Resina de cumarona

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X

Resistencia a la inflamabilidad

Dependiendo de su composición los polímeros se comportan de forma distinta al aplicárseles una fuente de ignición. Pudiendo destacarse: facilidad de ignición, autoextinción de la llama, color de la llama, desprendimiento de algún olor, la presencia de humos, etc. Esta propiedad es muy útil conocer, por ejemplo, en los plásticos utilizados en recubrimiento de cables.