Documentos de investigación sobre polímeros pdf
La elasticidad del caucho se refiere a una propiedad del caucho reticulado: puede estirarse hasta un factor de 10 con respecto a su longitud original y, cuando se suelta, vuelve casi a su longitud original. Esto puede repetirse muchas veces sin que el caucho sufra una degradación aparente. El caucho forma parte de una clase más amplia de materiales llamados elastómeros y es difícil sobrestimar su importancia económica y tecnológica. Los elastómeros han desempeñado un papel fundamental en el desarrollo de nuevas tecnologías en el siglo XX y contribuyen sustancialmente a la economía mundial[cita requerida] La elasticidad del caucho se produce mediante varios procesos moleculares complejos y su explicación requiere un conocimiento de las matemáticas avanzadas, la química y la física estadística, en particular el concepto de entropía. La entropía puede considerarse una medida de la energía térmica almacenada en una molécula.
Los cauchos comunes, como el polibutadieno y el poliisopreno (también llamado caucho natural), se producen mediante un proceso llamado polimerización. Las moléculas muy largas (polímeros) se construyen secuencialmente mediante la adición de unidades moleculares cortas a través de reacciones químicas. Un polímero de caucho sigue una trayectoria aleatoria en zigzag en tres dimensiones, entremezclándose con muchas otras moléculas de caucho. Un elastómero se crea mediante la adición de un pequeño porcentaje de una molécula de reticulación, como el azufre. Cuando se calienta, la molécula de reticulación provoca una reacción que une (enlaza) químicamente dos de las moléculas de caucho en algún punto (un reticulado). Como las moléculas de caucho son tan largas, cada una participa en muchos enlaces cruzados con muchas otras moléculas de caucho formando una red molecular continua.
Fractura, fatiga y fricción de polímeros en los que los enredos superan ampliamente a los enlaces cruzados
La ciencia de los polímeros ha hecho posible los neumáticos de caucho, el teflón y el kevlar, las botellas de agua de plástico y las chaquetas de nailon, entre otros muchos elementos omnipresentes en la vida cotidiana. Los polímeros elásticos, conocidos como elastómeros, pueden estirarse y soltarse repetidamente y se utilizan en aplicaciones como guantes y válvulas cardíacas, donde deben durar mucho tiempo sin desgarrarse. Pero los científicos especializados en polímeros llevan mucho tiempo sin resolver un problema: Los polímeros elásticos pueden ser rígidos o resistentes, pero no pueden ser ambas cosas.
Este conflicto entre rigidez y dureza es un reto para los científicos que desarrollan polímeros que podrían utilizarse en aplicaciones como la regeneración de tejidos, los bioadhesivos, la bioimpresión, la electrónica portátil y los robots blandos.
“Además de desarrollar polímeros para aplicaciones emergentes, los científicos se enfrentan a un reto urgente: la contaminación por plásticos”, afirma Zhigang Suo, catedrático de Mecánica y Materiales Allen E. y Marilyn M. Puckett, autor principal del estudio. “El desarrollo de los polímeros biodegradables nos ha devuelto a las preguntas fundamentales: ¿por qué algunos polímeros son resistentes y otros frágiles? ¿Cómo podemos hacer que los polímeros resistan el desgarro bajo un estiramiento repetido?”.
Ejemplos de polímeros elásticos
ResumenSe revisa y analiza el estado actual de desarrollo de la mecánica estadística de la elasticidad del caucho, partiendo de algunos problemas y resultados controvertidos extraídos de los recientes avances experimentales en este campo. La atención se centra en el modelo de tubo como aproximación de campo medio a la mecánica estadística de los sistemas poliméricos con conservación de la topología. En particular, se presenta un nuevo modelo para simular las restricciones topológicas en redes y fundidos poliméricos que permite calcular el orden y la dependencia de la deformación de las dimensiones del tubo. Se discuten las conclusiones resultantes de la descripción del comportamiento a grandes y pequeñas deformaciones de redes secas completamente reticuladas y se comparan con datos experimentales en los que todos los modos de deformación habitualmente empleados pueden describirse con una precisión similar. Además, se introduce el concepto de deformación microscópica relajada mucho más pequeña que la deformación macroscópica de la muestra, lo que permite explicar las propiedades mecánicas y termodinámicas, así como los resultados de la dispersión para las redes con grados de hinchamiento más altos. Del mismo modo, se espera que los efectos de liberación de restricciones sean los responsables de los diferentes resultados experimentales recogidos para las redes con enlaces finales y para las redes preparadas por reticulación de cadenas primarias largas. Los diferentes grados de compleción del entrecruzamiento deben considerarse como la principal razón de estas diferencias.
Revista de polímeros
Nuestro estudio revela un secreto de la suavidad de los geles poliméricos: redes de cadenas de polímeros flexibles reticulados que contienen una gran cantidad de disolvente. Los geles poliméricos y los cauchos (redes poliméricas similares sin el disolvente) son más blandos que los metales y la cerámica en varios órdenes de magnitud. Durante casi un siglo se ha creído que esta blandura podía explicarse por la elasticidad entrópica, donde una deformación elástica produce una disminución de la entropía específica. Aquí demostramos experimentalmente que esta creencia común es falsa para los geles poliméricos. En cambio, su blandura está determinada por la elasticidad de energía negativa que coexiste con la elasticidad de entropía.
Medimos sistemáticamente cómo la rigidez de los geles poliméricos con diversas estructuras de red varía con la temperatura. Encontramos que un cambio relativo de temperatura en la rigidez es varias veces mayor en los geles que en los cauchos debido a la elasticidad de energía negativa. Además, argumentamos que la elasticidad de energía negativa se rige por una función universal, y que desaparece cuando se elimina el disolvente. Dado que el disolvente es el factor crítico para diferenciar los geles de los cauchos, la elasticidad de energía negativa se considera una característica distintiva de los geles.