12.5: Morfología y separación de microfases

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La morfología es el estudio de las formas. En el contexto de los materiales poliméricos, la morfología describe la distribución de fases dentro del material.

En general, los polímeros tienden a existir como sólidos amorfos. A diferencia de los metales o sólidos iónicos, sus componentes no se encuentran en capas o filas ordenadas; esas cadenas largas no se alinean muy bien, sino que se enredan todas. Ya sea en estado vítreo o gomoso, las cadenas de polímero no están organizadas.

Los oligómeros —moléculas más pequeñas hechas de unos pocos monómeros— cristalizan más fácilmente porque sus cadenas son demasiado cortas para enredarse realmente. Si se enfrían desde la fase líquida, pueden disponerse en filas ordenadas y formar cristales.

Bueno, en realidad, secciones cortas de cadenas poliméricas pueden actuar como oligómeros. Si un polímero se enfría de la masa fundida, varias longitudes paralelas de cadena podrían asentarse juntas en un patrón cristalino. Sin embargo, en algún momento una o más de las cadenas se torcerán, deteniendo esta sección ordenada a medida que se desvía hacia un lío amorfo.

Frecuentemente, los polímeros contienen pequeños “dominios microcristalinos” rodeados por “dominios amorfos”. La mayoría de las cadenas están enredadas, pero pequeñas secciones de ellas son cristalinas. Este tipo de fenómeno se llama “separación de microfases”; el material no se encuentra realmente en la misma fase en todo el camino.

La separación de microfases es particularmente importante en los copolímeros. A veces, dos bloques diferentes no se mezclan completamente en estado sólido, especialmente cuando hacerlo interrumpiría fuertes interacciones entre las cadenas dentro de uno de los bloques. A lo mejor uno de los bloques es en realidad más cristalino que el otro. En ese caso, los diferentes bloques podrían separarse en microfases en dominios cristalinos y amorfos.

Ese tipo de comportamiento puede ser muy útil. Los dominios amorfos son muy flexibles. Esas cadenas se pueden estirar y torcer sin mucho problema. Los dominios cristalinos, por otro lado, son muy fuertes. Son como puntos de anclaje dentro de la estructura. En conjunto, estas dos estructuras se combinan para hacer algo que se pueda estirar, pero sólo hasta el momento antes de que retroceda. Podrían hacer un material elástico, o un elastómero.

En muchos casos, la separación de fases no es entre un dominio completamente cristalino y amorfo, sino entre un dominio vítreo y un dominio gomoso. En ese caso, es el mismo concepto: partes del material fluyen fácilmente, mientras que otras partes no. Estos últimos segmentos mantienen el material firmemente en su lugar y ayudan a ajustarlo a su forma original después de estirarlo.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

Los siguientes copolímeros tribloque ABA se pueden usar para hacer goma de mascar. En cada caso, identifica la parte que formaría la microfase más amorfa y la parte que formaría la microfase más cristalina, y explica tu razonamiento.

Contestar

El bloque polar de acetato de vinilo del primer polímero contiene grupos carbonilo que se atraerían entre sí por interacciones dipolo-dipolo. Es fácil imaginar estos segmentos formando entrecruzamientos físicos. La cadena hidrocarbonada en el bloque medio proporcionaría flexibilidad.

Aunque no polares, los grupos benceno en el estireno son planos y pueden apilarse junto con fuerzas de dispersión relativamente fuertes en Londres. La mayor Tg de poliestireno haría que estos bloques fueran mucho más rígidos que el bloque de poliisopreno más flexible en el medio.