Área de materiales poliméricos



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ÁREA DE MATERIALES POLIMÉRICOS.



  • Física de polímeros

  • Fisicoquímica y caracterización de polímeros

  • Procesamiento de materiales poliméricos

  • Reciclaje de materiales polimericos y compuestos

  • Síntesis de polímeros


FÍSICA DE POLÍMEROS

8 CRÉDITOS


OBJETIVOS
La física de los polímeros es una disciplina que involucra una serie de conceptos básicos, métodos e ideas sobre la estructura conformacional de las cadenas poliméricas, termodinámica, mecánica estadística y consecuencias de resultados experimentales. En este curso se presenta una introducción a la física de los polímeros, orientado al entendimiento de la relación estructura-propiedad. Esto es, conocer las interrelaciones entre la estructura física y química de las moléculas y el comportamiento de los materiales poliméricos en sus diferentes estados condensados.

TEMARIO
1. Estructura de los polímeros (8 horas)

1.1. Polimerización

1.2. Conformación de cadenas poliméricas

1.3. Estados configuracionales de polímeros

1.4. Distribución de pesos moleculares.

2. Comportamiento de los polímeros (6 horas)

2.1. Sistemas poliméricos y diferentes estados condensados

2.2. Estructura y propiedades

2.3. Las cinco regiones del comportamiento viscoelástico

2.4. Movilidad molecular y relajación
3. El estado cristalino (7 horas)

3.1. Estructura y morfología de polímeros cristalinos

3.2. Mecanismos de cristalización

3.3. En bulto (masa) y por deformación

3.4. Deformación de polímeros cristalinos

3.5. Cinética de cristalización. Teoría de Avrami

3.6. Propiedades y estructuras química y física

4. El estado vítreo (7 horas)

4.1. Estructura de polímero vítreos

4.2. Conformación y dinámica molecular

4.3. La temperatura de transición vítrea

4.4. Propiedades y estructura química

5. El estado elastomérico (9 horas)

5.1. Entrecruzamiento químico y físico, modelos

5.2. Procesos de relajación

5.3. Elasticidad de hules

5.4. Principio de superposición tiempo-temperatura

5.5. Curvas maestras y factor de corrimiento logarítmico.

5.6. Modelos de volumen libre

5.7. Efecto de las estructuras química y física


6. Estado cristal-líquido (5 horas)

6.1. Estructura de mesofases

6.2. Termodinámica y diagramas de fases

6.3. Formación de cristales líquidos

6.4. Efectos de las estructuras química y física

7. Teoría del comportamiento viscoelástico (9 horas)

7.1. Principio de superposición de Boltzmann

7.2. Módulos de relajación y de compliansa

7.3. Modelos viscoelásticos

7.4. Modelos viscoelásticos de Maxwell, Voigt y Zener.

7.5. Módulos complejos y comportamiento periódico

7.6. Espectros de relajación y de retardación

8. Teoría estadística de cadenas poliméricas (8 horas)

8.1. Descripción Gaussiana de un conjunto de macromoléculas

8.2. Ecuación de estado de una cadena polimérica

8.3 Contribuciones energéticas en la elasticidad de hules

8.4. Factores que afectan la elasticidad de los hules

8.5. Grado de entrecruzamiento, hinchamiento, cargas y cristalización

9. Teorías moleculares de la relajación de esfuerzos (5 horas)

9.1. Modelo de Rouse

9.2. Modelo de Zimm

9.3. Modelo de reptación

BIBLIOGRAFÍA
Estructura de los polímeros


  1. Gedde. U.W., Polymer Physics, Chapman Hall, London, 1994.

  2. Kumar, A., Gupta R. K., Fundamentals of Polymer Engineering, Ed. Marcel Dekker, 2003.

  3. Odian, G., Principles of polymerization, Wiley & Sons, 2004.

Comportamiento de los polímeros .



  1. Munk P., Introduction of Macromolecular Science, Wiley-Interscience, N.Y., 1989.

  2. Sperling L.H., Introduction to Physical Polymer Science, 2nd. Edition, Wiley-Interscience, N.Y., 1992.

  3. Young R.J. and Lovell P.A., Introduction to Polymers, Chapman and Hall, 1991.

El estado cristalino.



  1. Billmeyer F.W., Jr., Textbook of Polymer Science, 3rd. Ed., Wiley, N.Y., 1984.

  2. Sedlacek B., Editor, Morphology of Polymers, de Gruyter, Berlín, 1986.

  3. Woodward A.E., Atlas of Polymer Morphology, Hanser, Pub., N.Y., 1989.

El estado vítreo.



  1. Ferry J.D., Viscoelastic Properties of Polymers, 3rd. Ed., Wiley, N.Y., 1981.

  2. Perepechko I.I., An Introduction to Polymer Physics, Mir, Moscow, 1981.

  3. Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Wiley, N.Y., 1985.

El estado elastomérico.



  1. Rosen H., Fundamental Principles of Polymeric Materials, 2nd. Ed., SPE, Wiley-Interscience, N.Y., 1993.

  2. Tager A., Physical Chemistry of Polymers, 2nd. Ed., Mir, Moscow, 1978.

  3. Brandrup J. and Immergut E.H., Editors, Polymer Handbook, Wiley, N.Y., 1986.

Estado cristal-líquido.



  1. Sperling L.H., Introduction to Physical Polymer Science, 2nd. edition, Wiley-Interscience, N.Y., 1992.

Teoría del comportamiento viscoelástico.

Ferry J.D., Viscoelastic Properties of Polymers, 3th. Ed., Wiley, N.Y., 1981.

Billmeyer F.W. Jr., Textbook of Polymer Science, 3th. Ed. Wiley, N.Y., 1984.


Teoría estadística de cadenas poliméricas.

  1. Mark J.E. and Erman B., Rubberlike Elasticity, a Molecular Primer, Wiley Interscience Pub., N.Y., 1988.

  2. Aklonis J.J., and Macknight W.J., Introduction to Polymer Viscoelasticity, 2nd. Ed., Wiley, N.Y., 1983.

  3. Ward I.M., Mechanical Properties of Solid Polymers, 2nd. Ed., Wiley, London, 1983.

  4. Mark J.E., Eisenberg A., Graessley W.W. and Mandelkern L., Physical Properties of Polymers, 2nd. Ed., ACS Professional Ref. Book, Washington D.C., 1993.

Teorías moleculares de la relajación de esfuerzos.



  1. Boyd R.H., and Phillips P.J., The Science of Polymer Molecules, Cambridge University Press., Camb., UK, 1993.

  2. Doi M., and Edwards S., The Theory of Polymer Dynamics, Oxford Univ. Press., Oxford U.K., 1986.

  3. Bird R.B., Curtis F., Armstrong R.C., and Hassayer O., Dynamics of Polymeric Liquids, Kinetic Theory, Wiley, N.Y., 1987.


FISICOQUÍMICA Y CARACTERIZACIÓN DE POLÍMEROS

8 CRÉDITOS


OBJETIVOS
Estudiar las propiedades fisicoquímicas de los polímeros y su correlación con su estructura molecular y morfológica por medio de diferentes metodologías de caracterización de los materiales. Se busca que los estudiantes desarrollen habilidades para la selección de técnicas para medir las propiedades fisicoquímicas de los polímeros y la relacionen con la estructura de los polímeros.

TEMARIO



  1. Macromoléculas en solución (8 horas)

1.1. Propiedades termodinámicas de soluciones poliméricas. Teorías de soluciones poliméricas

1.2. Conformación de los polímeros en solución y en estado sólido. Concepto de volumen excluido

1.3. Parámetros de solubilidad y equilibrio de fases


  1. Gelación y vulcanización (8 horas)

2.1. Teoría de Flory-Stockmayer

2.2. Teoría de percolación

2.3. Teoría dinámica de formación del gel


  1. Peso molecular y su distribución (12 horas)

3.1. Sistemas polidispersos. Funciones de distribución. Momentos de la distribución

3.2. Masa molecular relativa y momentos estadísticos (Mn, Mw, Mz, Mv)

3.3. Métodos experimentales para su determinación:

3.3.1. Métodos químicos

3.3.2. Osmometría: vapor, membrana

3.3.3. Ultracentifugación. Sedimentación

3.3.4. Cromatografía de permeación en gel

3.3.5. Dispersión de luz

3.3.6. Viscosimetría


  1. Determinación de la microestructura de los polímeros (10 horas)

4.1. Análisis experimental

4.2. Técnicas de separación y purificación

4.3. Cromatografías

4.4. Espectroscopías infrarrojo y ultravioleta

4.5. Resonancia magnética nuclear

4.6. Rayos X

4.7. Microscopía electrónica


  1. Propiedades térmicas (10 horas)

5.1. Estado cristalino y amorfo. Factores que afectan la cristalinidad

5.2. Mecanismos y cinética de cristalización

5.3. Efectos de la variación de la temperatura. Fusión, descomposición

5.4. Transmisiones térmicas. Temperatura de transición vítrea

5.5. Análisis térmico diferencial (DSC y TGA)


  1. Propiedades eléctricas (8 horas)

6.1. Polarizabilidad

6.2. Propiedades dieléctricas

6.3. Conductividad iónica

6.4. Conductividad electrónica

6.5. Comportamiento del material en un campo eléctrico alternante


  1. Propiedades ópticas (8 horas)

7.1. Birrefringencia

7.2. Propiedades ópticas no lineales

7.3. Fotoluminiscencia

BIBLIOGRAFÍA


1. Rodríguez F., Principles of Polymer Systems, McGraw-Hill, 2002.

  1. Sperling L.H., Introduction to Physical Polymer Science, 2nd. Edition, Wiley-Interscience, N.Y., 2004.

  2. Kurata M., Thermodynamics of Polymers Solutions, Hardwood, Ac. Pub., Blythe R., Electrical Properties of Polymer, Cambridge Univ. Press, 1979.


PROCESAMIENTO DE MATERIALES POLIMÉRICOS

8 CRÉDITOS


OBJETIVO

Capacitar al alumno en la metodología que permite el establecimiento de las ecuaciones que relacionan cuantitativamente las variables operativas de los principales sistemas de procesamiento de polímeros; esta capacitación deberá permitirle al estudiante proponer recomendaciones operativas científicamente fundamentadas, aplicables a sistemas industriales actualmente en operación.

TEMARIO

1. Introducción (8 horas)



1.1. Generalidades al respecto de las técnicas de procesdamiento de los materiales poliméricos.

1.2. Propiedades reológicas de los fundidos poliméricos.

1.3. Flujo de fundidos poliméricos a trvaés de líneas de conducción con geometrías simples.

1.3.1. Flujo bajo presión.

1.3.2. Flujo de arrastre.

1.4. Selección de una metodología de procesamiento adecuada al material y al producto final deseado.

2. Extrusión (12 horas)

2.1. Introducción a la tecnología de la extrusión.

2.2. Extrusores de husillo simple.

2.3. Extrusores de doble husillo.

2.3.1. Extrusores corrotatorios.

2.3.2. Extrusores contrarotatorios.

2.4. Coextrusión (láminas y películas multicapas)

2.5. Generalidades para la operación de extrusores.

2.6. Características del material e inestabilidades en extrusión.

2.7. Tópicos selectos en extrusión.

3. Inyección (14 horas)

3.1. Introducción a la tecnología de la inyección.

3.2. Moldes y ductos en sistemas de inyección.

3.2.1. Diseño geométrico de los sistemas de llenado.

3.2.2. Sistemas de enfriamiento.

3.2.3. Generalidaes al respecto del diseño mecánico y construcción.

3.3. Moldeo por inyección de termoplásticos.

3.4. Moldeo por inyección de termofijos.

3.5. Corrección de fallas durante el moldeado.

3.6. Introducción al moldeo por inyección reactiva.

3.6.1. Mpoldeo por inyección reactiva de poliuretanos.

3.6.2. Moldeo por inyección reactiva en sistemas que no incluyen uretanos.

3.7. Tópicos selectos en inyección.

4. Soplado (5 horas)

4.1. Introducción a la tecnología del moldeo por soplado.

4.2. Moldeo por inyección-soplado.

4.3. Moldeo por extrusión-soplado.

4.4. Introducción a la tecnología del soplado de películas tubulares.

4.5. Soplado de películas tubulares.

4.6. Aplicaciones del moldeo por soplado.


5. Compresión (3 horas)

5.1. Introducción a la tecnología del moldeo por compresión.

5.2. Moldeo por compresión.

5.3. Desarrollos actuales en moldeo por compresión.


6. Moldeo por Transferencia (3 horas)

6.1. Introducción a la tecnología del moldeo por transferencia.

6.2. Moldeo por transferencia de termoplásticos.

6.3. Moldeo por transferencia de termifijos.

6.4. Aplicaciones el moldeo por transferencia.
7. Termoformado (3 horas)

7.1. Introducción a la tecnología del termoformado.

7.2. Esfuerzos y orientación en el material.

7.3. Aplicaciones del termoformado.


8. Calandrado (3 horas)

8.1. Introducción a la tecnología del calandrado.

8.2. El modelo Newtoniano del calandrado.

8.3. El modelo de la ley de la potencia en calandrado.

8.4. Esfuerzos normales y viscoelasticidad en el calandrado.

8.5. Aplicaciones en el calandrado.


9. Moldeo Rotacional (4 horas)

9.1. Introducción a la tecnología del moleo rotacional.

9.2. Moldeo en hueco con PVC.

9.3. Polímeros en polvo.

9.4. Comparación entre el moldeo rotacional y moldeo por inyección.

9.5. Aplicaciones el moleo rotacional.

9.6. Tópicos selectos en moldeo rotacional.

10. Fibras (5 horas)

10.1. Introducción a la tecnología de la producción de fibras.

10.2. Estiramiento del fundido newtoniano isotérmico para la formación de fibras.

10.3. Estiramiento de fundido isotérmico que cumple la ley de la potencia para la formación de fibras.

10.4. Estiramiento de fundido viscoelástico para la formación de fibras.

10.5. Formación de fibras compuestas in situ.

10.5.1. Introducción a la formación de fibras compuestas in situ.

10.5.2. Revisión de los fenómenos que ocurren durante la formación de las fi compuestas in situ.

10.5.3. Formación de fibras compuestas a partir de mezclas extruídas.

10.5.4. Estiramiento uniaxial de mezclas poliméricas.

10.6. Tópicos selectos en tecnología de formación de fibras.


11. Recubrimientos (4 horas)

11.1. Recubrimientos con rodillos.

11.2. Recubrimiento con cuchillas.

11.3. Recubrimientos libres.

11.4. Tópicos selectos en tecnología de recubrimientos plásticos.

BIBLIOGRAFÍA





  1. Morton-Jones D.H., Procesamiento de plásticos. Inyección de moldeo, hule, PVC, Limusa, México, 1993.

  2. Fohes M.J. y Hope P.S., Polymer blends and alloys, Blackie Academic & Professional Chapman Hall, London, 1993.

  3. Ramos-de Valle, Principios básicos de extrusión de plásticos, Limusa, México, 1993.

  4. Chabot J.F. Jr., The development of plastics processing machinery and methods, John Wiley & Sons Inc., New York, 1992.

  5. McCrom, N.G.,Buckley C.P.,Bucknall C.B. et_al., Principles of polymer engineering, Oxford University Press, New York, 1988.

  6. Kresta J.E., Reaction inyection molding, Washington D. C., ACS Symp, 270, 1985

  7. Menges-Mohren, Moldes para inyección de plásticos, Calypso S. A., México, 1983.

  8. Martinelli F.G., Twin-Screw Extruders a basic understanding, Van Nostrand Reinhold Co., New York, 1983.

  9. Dealy J.M., Rheometers for molten. Plastics practical guide and property measurement, Van Nostrand Reinhold Co., New York, 1982.

  10. Cogswell F.N., Polymer melt reology. A guide for industrial practice, John Wiley & Sons Inc., New York, 1981.

  11. Middleman, S., Fundamentals of Polymer Processing, Mc Graw-Hill Co., New York, 1977.

  12. Rubin I.I., Injection molding. Theory and practice, John Wiley & Sons Inc., New York, 1972.


RECICLAJE DE MATERIALES POLIMERICOS Y COMPUESTOS.

8 CRÉDITOS


OBJETIVOS
La producción creciente de los materiales sintéticos, restricciones ambientales y requerimientos económicos formulan uno de los globales problemas de sociedad humana, el reciclaje (o el uso) de los materiales producidos después de su aplicación inicial. El curso presenta el concepto general de los diferentes aspectos de reciclaje de los polímeros, materiales a base de los polímeros y materiales compuestos. Para este curso se requiere que el alumno tenga los conocimientos de química inorgánica y orgánica, ingeniería química , química física, química y procesamiento de polímeros. La asignatura tiene una orientación teórica-práctica y requiere que el alumno dedique de 20 a 24 horas de trabajo individual.

TEMARIO
1. Introducción (4 horas)

1.1. Sociedad humana en siglo post-industrial: progreso y problemas.

1.2. Reporte de estado de los residuos urbanos e industriales.

1.3. Materiales poliméricos como parte dominante de los residuos.
2. Polímeros alrededor de nosotros (10 horas)

2.1. ¿Qué es un polímero?

2.2. Principios básicos de la síntesis polimérica.

2.3. Estructura química y topología de los polímeros.

2.4. Morfología de los polímeros.

2.5. Clases principales de los polímeros.

2.6. Polímeros producidos en la industria.

2.7. Procesamiento de los polímeros y sus aplicaciones.


3. Estrategias generales de reciclaje de los polímeros (6 horas)

3.1. Reciclaje mecánico y de materias primas.

3.2. Recuperación de los productos en el área de la petroquímica y la energética.

3.3. Incineración.

3.4. Decomposición.

3.5. Terraplén.


4. Preparación de los polímeros para reciclaje (12 horas)

4.1. Colección de los polímeros.

4.2. Clasificación y separación de los polímeros.

4.3. Métodos instrumentales del análisis de las mezclas poliméricas.

4.4. Reducción del tamaño de los polímeros.
5. Esquemas de reciclaje de los principales polímeros producidos en grande escala

(16 horas)



    1. Poliolefinas (polietileno, polipropileno, copolímeros de baja y alta densidad)

    2. Cloruro de polivinilo y sus copolímeros,

    3. Poliestereno y sus copolímeros,

    4. Tereftalatos de polietileno- y polibutileno,

5.5. Termoplásticos,

5.6. Nylons,

5.7. Acrílicos,

5.8. Poliuretanos,

5.9. Composites poliméricos y plásticos termoendurecidos,

5.10. Hules, elastómeros, llantas,

5.11. Polímeros biodegradables.


6. Polímeros producidos en pequeña escala (2 horas)

6.1. Polímeros con grupos fluoro, amino, siliconas, epóxidos, polisulfuros.


7. Reciclaje de las materias primas (6 horas)

7.1. Pirólisis,

7.2. Hidrogenación,

7.3. Gasificación.


8. Descomposición, incineración y oxidación supercrítica de los polímeros (2 horas)
9. Terraplén (2 horas)
10. Aplicación de los polímeros reciclados (2 horas)
11. Eficacia ecológica de las tecnologías modernas y dirección general de reciclaje de residuos poliméricos (2 horas)

BIBLIOGRAFIA


1. K. J. Saunders. Organic polymer chemistry, Chapman & Hall, Second edition, New York, 1988.

2. H .G Elias. An introduction to plastics. VCH Publishers, New York, 1993.

3. John Scheirs. Polymer Recycling. Wiley Seies in Polymer Science, Wiley & Sons, New York, 1998.

4. K. D. Sadhan, A. Isayev, K. Khait, Eds. Rubber Recycling. CRC Press, 2005.

5. G. Akovali, C. Bernanrdo, J. Leidner, L. A. Utracki, M. Xanthos, Eds. Frontiers in the Science and Technology of Polymer Recycling. NATO ASI Series, Series E: Applied Sciences. V. 351. Kluwer Academic Publishers, 1998.
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA
1. Feldman, D. and A. Barbalata, Eds., Synthetic polymers, Chapman & Hall, New York, 1996.

2. Muccio, E.. Plastic processing technology. ASM International, 1994.

3. Kahovec, J. Ed. Recycling of Polymers. Macromolecular Symposia, v.135, 1998.

4. Ehrig, R. J. Ed. Plastic Recycling. Hanser Publishers, Munich, 1992.


SÍNTESIS DE POLÍMEROS

8 CRÉDITOS


OBJETIVOS
Esta asignatura trata sobre la química relacionada con la síntesis de polímeros a nivel de laboratorio. Es deseable que los alumnos tengan conocimientos de los mecanismos de química orgánica y de cinética de reacción. Esta materia es fundamental para los alumnos que desean hacer el posgrado en el área de materiales poliméricos.

TEMARIO


  1. Introducción (8 horas)

    1. Estructura macromolecular; Tipos de polímeros; Propiedades típicas

    2. Propiedades mecánicas; Estado viscoelástico

    3. Pesos moleculares, polidispersidad; sus métodos de determinación




  1. Polimerización por pasos (28 horas)

    1. Principios; Consideración teórica

    2. Polimeros lineales, ramificados e intercruzados

    3. Distribución de pesos moleculares

    4. Punto de gelación; Aproximaciones de Carothers y Flory

    5. Polímeros intercruzados; Tecnología de intercuzamiento

      1. Poliésteres

      2. Resinas fenólicas

      3. Resinas epoxidas

      4. Plásticos Amino

    6. Ciclización vs polimerización lineal; Cinética

    7. Poliésteres y policarbonatos; Mecanismos & Procesos Industriales

    8. Poliamidas alifáticas; Mecanismo & Proceso Industrial

    9. Poliuretanos

    10. Polímeros de alto rendimiento




  1. Polimerización por adición/en cadena. (22 horas)

    1. Polimerización por radicales libres

      1. Relación de estructura – reactividad; Etapas elementales

      2. Iniciación; Tipos de Iniciadores

      3. Transferencia de Cadena; Inhibición y retardación

      4. Cinética; Autoaceleración

      5. Métodos de polimerización; Condiciones generales

      6. Polimerización en emulsión & suspensión

      7. Principales polímeros comerciales

      8. Polimerización “viviente”

    2. Polimerización iónica

      1. Polimerización iónica vs radicálica; Polimerización “viviente”

      2. Polimerización catiónica

      3. Polimerización aniónica.

      4. Copolímeros en bloque

    3. Copolimerización

      1. Estereoquímica de polimerización

      2. Tipos de estereoisomerismo; Polímeros estereorregulares

      3. Polimerización de alquenos en catalizadores de Ziegler-Natta

      4. Polimerización de alquenos en metalícenos




  1. Polimerización por rompimiento de ciclo (4 horas)

    1. Tipos de monómeros; Características generales

    2. Polimerización iónica; Mecanismo

    3. Otros tipos de polimerización de monómeros cíclicos

5. Polímeros inorgánicos (2 horas)



.

BIBLIOGRAFÍA




  1. Odian G., Principles of Polymerization, 3rd. Edition, Weiley Interscience, N.Y., 1991 (se recomienda como libro de texto).

  2. Mijis W.J., Editor, New methods for Polymer Synthesis, Plenum Press, New York and London, 1992.

  3. Sandler S.R. and Kano W., Polymer Synthesis, Vol. 1, 2nd. Edition, Academic Press, San Diego, 1992.

4. Ravve A., Principles of Polymer Chemistry, Plenum Press, New York and London, 1995.
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