Polimeros: polimeros

Los polímeros o macromoléculas son moléculas que se forman a partir de unidades moleculares más simples llamadas monómeros, los que se unen mediante enlaces covalentes. El número de unidades que se repiten en una molécula grande se llama grado de polimerización. En muchos casos el grado de polimerización es muy grande, obteniéndose polímeros de alto peso molecular también llamados macromoléculas. Muchas propiedades de las macromoléculas dependen de su alto peso molecular y de la interacción de sus largas cadenas. Entre estas propiedades pueden citarse: la viscosidad (fundido), dureza, temperatura de fusión, resistencia al impacto, elasticidad, resistencia a la tensión, flexibilidad.

Clases de Polímeros

Polímeros naturales: Son todos aquellos que provienen de los seres vivos, y por lo tanto, dentro de la naturaleza podemos encontrar una gran diversidad de ellos como la seda, lana, algodón, celulosa, almidón, proteínas, caucho natural (látex o hule), ácidos nucleicos, como el ADN, entre otros.

Polímeros sintéticos: Son los que se obtienen por síntesis ya sea en una industria o en un laboratorio, y están conformados a base de monómeros naturales, mientras que los polímeros semisinteticos son resultado de la modificación de un monómero natural. Están aquí todos los plásticos, los más conocidos en la vida cotidiana son el nylon, el poliestireno, el policloruro de vinilo (PVC) y el polietileno. La gran variedad de propiedades físicas y químicas de estos compuestos permite aplicarlos en construcción, embalaje, industria automotriz, aeronáutica, electrónica, agricultura o medicina.

Polímeros semisintéticos: Se obtienen por transformación de polímeros naturales. Por ejemplo, la nitrocelulosa o el caucho vulcanizado.

RESEÑA HISTORICA DE LOS POLIMEROS

Desde el principio de los tiempos el hombre ha sido dependiente de los materiales tanto animales como vegetales para suplir sus necesidades de sostenimiento, refugio, alimentación y otros requerimientos. Con este fin se utilizaron durante miles de años resinas naturales y gomas. Por ejemplo la cultura antigua griega utilizaba el ámbar: los romanos, la goma de mascar, y los indígenas sudamericanos utilizaron el caucho natural extraído de los árboles para diversas aplicaciones, y se tiene conocimiento del uso del asfalto en tiempos prebíblicos . Aunque las primeras investigaciones que se realizaron sobre el caucho se llevaron a cabo desde 1761, la estructura molecular de los polímeros sólo se entendió hasta el siglo XX .

Alrededor de 1830 Charles Goodyear desarrolló el proceso de vulcanización, que consistía en mezclar caucho natural con azufre a cierta temperatura. El caucho vulcanizado presentaba mejores características que el caucho natural. Su uso más común en la actualidad son las llantas .

En 1920 Hermann Staudinger se opuso a las apreciaciones de los investigadores de la época y propuso que el comportamiento viscoso particular de las soluciones poliméricas no se debía a la formación de micelas sino a la longitud de las moléculas que constituían la solución. Postuló así, por primera vez, la existencia de las macromoléculas.

En la imagen se ven objetos de uso cotidiano producidos a partir de algunos materiales poliméricos: poliestireno, celulosa, policarbonato (CD), cloruro de polivinilo, polietileno, poliester, poliacrilonitrilo, nylon resina epóxica, poliuretano, poli(eter sulfonas).

FUERZAS MOLECULARES Y ENLACES QUÍMICOS EN LOS POLÍMEROS

No solo en polímeros sino en todas las sustancias y compuestos de la naturaleza, y de manera temporal o permanente, los enlaces químicos existen como la fuerza de unión atómica más importante. Cuando dos átomos se acercan entre sí, el núcleo (cargado positivamente) de uno de ellos atrae a los electrones del otro; similarmente el núcleo del segundo átomo atrae a los electrones del primero. Este tipo de enlazamiento es descrito por la ley de Coulomb16: “Las cargas opuestas se atraen entre sí con una fuerza inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los centros de las cargas”.

Polimerización

Se produce la polimerización a través de una gran variedad de mecanismos de reacción que varían en complejidad debido a los grupos funcionales presentes en los monómeros 1 y sus efectos estéricos (si tienen cadenas laterales voluminosas o son monómeros con restricción de rotación... pueden afectar a la polimerización). En la polimerización más sencilla, conalquenos, que son relativamente estables debido al enlace entre los átomos de carbono, los polímeros se forman a través de reacciones radicalarias; por el contrario, reacciones más complejas, como las que implican la sustitución en el grupo carbonilo, requieren síntesis más complejas debido a la manera en que reaccionan las moléculas por condensación.

Polimerización por adición y condensación

Una polimerización por adición se da cuando la molécula de monómero pasa a formar parte del polímero sin pérdida de átomos, es decir, la composición química de la cadena resultante es igual a la suma de las composiciones químicas de los monómeros que la conforman.

Polimerización por crecimiento en cadena y en etapas

En la polimerización por crecimiento en cadena los monómeros pasan a formar parte de la cadena de uno en uno. Primero se forman dímeros, después trímeros, a continuación tetrámeros, etc. La cadena se incrementa de uno en uno, monómero a monómero. La mayoría de las polimerizaciones por crecimiento en cadena es por poliadición.

En la polimerización por crecimiento en etapas (o pasos) es posible que un oligómero reaccione con otros, por ejemplo un dímero con un trímero, un tetrámero con un dímero, etc., de forma que la cadena se incrementa en más de un monómero. En la polimerización por crecimiento en etapas, las cadenas en crecimiento pueden reaccionar entre sí para formar cadenas aún más largas. Esto es aplicable a cadenas de todos los tamaños. En una polimerización por crecimiento de cadena sólo los monómeros pueden reaccionar con cadenas en crecimiento. La mayoría de las polimerizaciones en etapas es por policondensación.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LOS POLIMEROS

· Su alta estabilidad térmica le permite trabajar durante mucho tiempo a una temperatura de 100°C en el aire.

· También es resistente al agua hirviente pudiendo esterilizarse a temperaturas de hasta 140°C sin temor a la deformación

· Presentan una notable plasticidad, elasticidad y resistencia mecánica, junto con una alta resistividad eléctrica y una falta de receptividad ante ácidos y bases

· Dependiendo de la clase de monómero y su homopolímero como el polietano que se utiliza en tuberías, persianas bolsas, botellas aislantes eléctricos, el polipropileno en alfombras, juguetes.

CLASIFICACIÓN DE ACUERDO AL TIPO DE MONÓMEROS:

HOMOPOLÍMEROS. Son macromoléculas que están formadas por monómeros idénticos, la celulosa y el caucho son homopolímeros naturales, mientras que el PVC y el polietileno son sintéticos.

EJEMPLO CON 2 MONOMEROS

UNIDADES REPETITIVAS

CLASIFICACIÓN SEGÚN SU FORMA:

LINEALES.

Se forman cuando el monómero que lo origina tiene 2 puntos de “ataque” (de unión), de modo que la polimerización ocurre en una sola dirección, pero en ambos sentidos.

RAMIFICADOS.
Se forman debido a que, a diferencia del lineal, estos tiene 3 o más puntos de “ataque”, de tal forma que la polimerización ocurre en forma tridimensional, en las 3 direcciones del espacio. Dentro de los polímeros ramificados encontramos 3: los con forma de estrella, de red y de dendritas.

ENTRECRUZADOS:

Cadenas lineales adyacentes unidas linealmente con enlaces covalentes. Ejemplo: Caucho

RETICULADOS:

Con cadenas ramificadas entrelazadas en las tres direcciones del espacio. Ejemplo: Epoxi.

Clasificación por su comportamiento frente al calor

Termoplásticos

son polimeros lineales, con bajas Tf y

solubles en disolventes organicos.

Ejemplos: derivados polietilenicos, poliamidas (o

nailon), sedas artificiales, celofan, etc.

Termoestables

Despues del calentamiento se

convierten en solidos mas rigidos que los

polimeros originales.

Este comportamiento se debe a que con el calor

se forman nuevos entrecruzamientos que

provocan una mayor resistencia a la fusion.

Suelen ser insolubles en disolventes organicos y

se descomponen a altas temperaturas.

Ejemplos: baquelita, ebonita, etc.

Propiedades físicas generales de los polímeros

● Las propiedades fisicas de estas moleculas difieren bastante de las propiedades de los

monomeros que las constituyen.

● Las propiedades van a estar influenciadas por la estructura interna, presencia de fuerzas

intermoleculares, etc.

● Al ser grandes moleculas, la estructura es generalmente amorfa.

● Notable plasticidad, elasticidad y resistencia mecanica.

● Alta resistividad electrica.

● Poco reactivos ante acidos y bases.

● Unos son tan duros y resistentes que se utilizan en construccion: PVC, baquelita, etc.

● Otros pueden ser muy flexibles (polietileno), elasticos (caucho), resistentes a la tension

(nailon), muy inertes (teflon), etc.

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