CLASE-I-Macromolculas.doc

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES

SEMESTRE ACADÉMICO 2015 - I

MANUAL DE TECNOLOGIA DE POLIMEROS

TECNOLOGIA DE LOS POLIMEROS UNIDAD 1: MACROMOLÉCULAS.

ING. RAUL W. CARRIÓN CORNEJO- DOCENTE FIMM

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ING. RAÚL W. CARRIÓN CORNEJO

HUANCAYO- 2015

FIMM

SEMANA

N° 01

¿Que Es Un Polímero?

Es una macromolécula formada por la unión de moléculas de menor tamaño que se conocen como monómeros.

¿Que Es Un Polímero?

Es una macromolécula formada por la unión de moléculas de menor tamaño que se conocen como monómeros.



MACROMOLÉCULAS

CONTENIDOS

1.- Tipos de polímeros según su procedencia, composición, estructura y comportamiento frente al calor.

2.- Copolimerización.

3.- Mecanismos de polimerización:

3.1. Adición.

3.2. Condensación.

4.- Tipos de polímeros de adición:

4.1. Polietileno.

4.2. PVC.

4.3. Poliestireno,

5.- Estructura molecular de los polímeros.

5.1. Polimerización cis-trans. Caucho.

5.2. Estereopolimerizacion.

6.- Tipos de polímeros de condensación.

6.1. Polietlilenglicol.

6.2. Siliconas.

6.3. Baquelita.

6.4. Poliésteres.

6.5. Poliamidas. Nailon.

7.- Biopolímeros (Carbohidratos, proteínas y ácidos nucleicos).

POLÍMEROS O MACROMOLÉCULAS. TIPOS.

Son moléculas muy grandes, con una masa molecular que puede alcanzar millones de UMAs que se obtienen por la repeticiones de una o más unidades simples llamadas “monómeros” unidas en-tre sí mediante enlaces covalentes.

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ING. RAUL W. CARRIÓN CORNEJO- DOCENTE FIMMForman largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas.

Se pueden clasificar según diversos criterios:

Según su origen.

Naturales: Caucho, polisacáridos (celulosa, almidón), proteínas, ácidos nucléicos… Artificiales: Plásticos, fibras textiles sintéticas, poliuretano, baquelita…

Según su composición:

Homopolímeros: Un sólo monómero Copolímeros: Dos o más monómeros

Según su estructura:

Lineales: Los monómeros se unen por dos sitios (cabeza y cola) Ramificados: Si algún monómero se puede unir por tres o más sitios.

Por su comportamiento ante el calor:

Termoplásticos: Se reblandecen al calentar y recuperan sus propiedades al enfriar. Se moldean en caliente de forma repetida.

Termoestables: Una vez moldeados en caliente, quedan rígidos al ser enfriados por for-mar nuevos enlaces y no pueden volver a ser moldeados.

Una clasificación más general podría ser la del siguiente organigrama:

Las fibras pueden tejerse en hilos finos y los elastómeros poseen gran elasticidad por lo que pue-den estirarse varias veces su longitud. Un elastómero pero de origen natural sería el caucho.

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ING. RAUL W. CARRIÓN CORNEJO- DOCENTE FIMMCOPOLIMERIZACIÓN.

Se produce por la polimerización de dos o más monómeros. Pueden ser:

Alternado. En bloque.

Al azar.

Ramificado o injertado.

TIPOS DE POLIMERIZACIÓN.

Existen dos tipos fundamentales de polimeri-zación:

Adición. Condensación.

POLIMERIZACIÓN POR ADICIÓN.

La masa molecular del polímero es un múltiplo exacto de la masa molecular del monómero, pues al formarse la cadena los monómeros se unen sin perder ningún átomo.

Suelen seguir un mecanismo en tres fases, con ruptura hemolítica:

Iniciación: CH2=CHCl + catalizador ·CH2–CHCl· Propagación o crecimiento: 2 ·CH2–CHCl· ·CH2–CHCl–CH2–CHCl·

Terminación: Los radicales libres de los extremos se unen a impurezas o bien se unen dos cadenas con un terminal neutralizado.

En el cuadro siguiente vemos algunos de los polímeros de adición más importantes, sus principa-les aplicaciones, así como los monómeros de los que proceden. Nótese que los polímeros basan su nomenclatura en el nombre comercial de los monómeros.

MONÓMERO POLÍMERO USOS PRINCIPALES

CH2=CH2 –CH2–CH2–CH2–CH2– Bolsas, botellas, juguetes...eteno (etileno) polietileno

CH2=CH–CH3 –CH2–CH–CH2–CH– Películas, útiles de cocina, | | aislante eléctrico... CH3 CH3

propeno (propileno) polipropileno

CH2=CHCl –CH2–CHCl–CH2–CHCl– Ventanas, sillas, aislantes.cloroeteno (cloruro de vinilo) policloruro de vinilo

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A AB B A AB B A AB B

Alternado

A A B BA A B B B A A AEn bloque

A B B AB B A A B

Al azarA B A

A ABB

A A

BB

A A ARamificado

A A A A A

BB

BB

B

BB

BB

BB

BB


ING. RAUL W. CARRIÓN CORNEJO- DOCENTE FIMMCH2=CH –CH2–CH–CH2–CH– Juguetes, embalajes

aislante térmico y acústico. fenileteno (estireno) poliestireno

CF2=CF2 –CF2–CF2–CF2–CF2– Antiadherente, aislante...tetraflúoreteno PTFE (teflón)

CH2=CCl–CH=CH2 –CH2–CCl=CH–CH2– Aislante térmico, neumáticos2-clorobutadieno cloropreno o neopreno

CH2=CH–CN –CH2–CH–CH2–CH– Tapicerías, alfombras, tejidospropenonitrilo | | (acrilonitrilo) CN CN poliacrilonitrilo

CH3 CH3 CH3

| | | Muebles, lentes y equiposCH2=C–COOCH3 –CH2–C—CH2—C— ópticosmetil-propenoato de metilo | |(metacrilato de metilo) COOCH3 COOCH3 PMM (plexiglás)

Ejemplo:

Una muestra de polibutadieno tiene una masa molecular media aproximada de 10000 UMAs ¿Cuántas unidades de monómero habrá en la muestra?

Masa molecular monómero: 4 x 12 + 6 x 1 = 54 UMA n = 10000/54 = 185

GEOMETRÍA EN LA POLIMERIZACIÓN.

Polimerización cis–trans

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CH2=CH–CH=CH2 ·CH2–CH=CH–CH2· ·CH2–CH=CH–CH2–CH2–CH=CH–CH2·


ING. RAUL W. CARRIÓN CORNEJO- DOCENTE FIMMEstereopolimerización

La polimerización isotáctica y y sindiotáctica se consigue con el uso de estereocatalizadores, tales como el TiCl4.

POLIMERIZACIÓN POR CONDENSACIÓN.

En cada unión de dos monómeros se pierde una molécula pequeña, por ejemplo agua. Por tanto, la masa molecular del polímero no es un múltiplo exacto de la masa molecular del monómero. Los principales polímeros de condensación son:

Homopolímeros: Polietilenglicol Siliconas

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Polimerización atáctica

Polimerización isotáctica

Polimerización sindiotáctica

–CH2 CH2–CH2 CH2–CH2 CH2–Monómero:

CH3|

CH2=C–CH=CH2

Metil-1,3 butadieno (Isopreno)

Polímeros :

CH3 H CH3 H CH3 H \ / \ / \ / C=C C=C C=C/ \ / \ / \

Cis–isopreno (caucho natural)

–CH2 H\ /C=C/ \

\ /

C=C/ \

\ / C=C / \

Trans–isopreno

CH3 CH2–CH2 H

CH3 CH2 –CH2 H

CH3 CH2 –


ING. RAUL W. CARRIÓN CORNEJO- DOCENTE FIMM Copolímeros:

Baquelitas. Poliésteres. Poliamidas.

Polietilenglicol.

Suele producirse por la pérdida de una molécula de agua entre 2 grupos (OH) formándose puen-tes de oxígeno:

Siliconas.

Proceden de monómeros del tipo R2Si(OH)2

Se utiliza para sellar juntas debido a su carácter hidrofóbico.

Baquelita.

Se obtiene por copolimerización entre el fenol y el metanal (formaldehído). Se forman cadenas que se unen entre sí debido al grupo hidroximetil en posición “para”.

Se utiliza como cubierta en diferentes electrodomésticos, como televisores...

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Imagen cedida por © Ed. Santillana. Química 2º Bachillerato.

CH2OH–CH2OH etanodiol (etilenglicol) CH2OH–CH2–O–CH2–CH2OH + H2O ...–O–CH2–CH2–O–CH2–CH2–O... (polietilenglicol)



Poliésteres.

Se producen por sucesivas reacciones de esterificación (alcohol y ácido).

Forman tejidos, de los cuales el más conocido es el “tergal” formado por ácido tereftálico (ácido p-

benceno-dicarboxilico) y el etilenglicol (etanodiol):

Poliamidas.

Se producen por sucesivas reacciones entre el grupo ácido y el amino con formación de amidas.

Forman fibras muy resistentes. La poliamida más conocida es el nailon 6,6 formado por la copoli-merización del ácido adípico (ácido hexanodioico) y la 1,6-hexanodiamina:

Ejemplo:

Las siguientes reacciones son las de obtención de los polímeros: poliéster, neopreno y polietileno.

a) Identifique a cada uno de ellos. b) Justifique si son polímeros de adición o de condensación; c) Nombre cada uno de los grupos funcionales que aparecen en sus moléculas.d) ¿Dependen las propiedades de la longitud de la cadena? ¿Y del grado de entrecruzamiento?I. CH2=CH2 + CH2=CH2... –CH2–CH2–CH2–CH2–

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HOOC –COOH + HOCH2–CH2OH –OC –COO–CH2–CH2–O– + H2O

HOOC–(CH2)4–COOH + H2N–(CH2)6–NH2 –OC–(CH2)4–CO–NH–(CH2)6 –NH– + H2O



a) I = Polietileno, II = poliéster, III = neopreno

b) El polietileno y el neopreno son polímeros de adición pues la masa molecular del polímero es un múltiplo exacto de la de los correspondientes monómeros, mientras que el nailon es de con-densación pues se elimina en cada unión una molécula de agua.

c) = (doble enlace) alqueno; –OH hidroxilo (alcohol);–COOH ácido carboxílico; –Cl halu-ro (cloruro); –COOR (éster); –C6H5 fenilo

d) El grado de entrecruzamiento influye mucho más que la longitud de la cadena en las propieda-des pues crea estructura tridimensional con multitud de nuevos enlaces que le dan consistencia al polímero.

Ejercicio:

Dadas las siguientes estructuras poliméricas: policloruro de vinilo; teflón (tetrafluoretileno); cloro-preno (neopreno); silicona y poliéster:

I) (–CH2–CHCl–)n; II) (–CH2–CCl=CH–CH2–)n; III) (R–OOC–R–COO–)n; IV) (–SiR2–O–)n ; V) (–CF2–CF2–)n

a) Asocie cada una de ellas con su nombre y escriba cuales son polímeros elastómeros y cuales termoplásticos.

b) Enumerar, al menos un uso domestico o industrial de cada una de ellas. c) Señale al menos dos polímeros cuyo mecanismo de polimerización sea por adición.

POLÍMEROS NATURALES

Caucho. Polisacáridos.

Almidón. Celulosa. Glucógeno.

Proteínas. Ácidos nucleicos.

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II. HOCH2 –CH2OH + HOOC– –COOH

H2O + –CH2–CH2–OOC– –COO–CH2–CH2–OOC– –COO–

III. CH2 =CCl–CH=CH2 + CH2=CCl–CH=CH2 +

... –CH2–CCl=CH–CH2–CH2–CCl=CH–CH2–


ING. RAUL W. CARRIÓN CORNEJO- DOCENTE FIMMPolisacáridos.

Se forman por la condensación de la glucosa en sus dos estados ciclados y .

Si se condensa la “glucosa” se produce el disacárido maltosa y si se continúa la polimerización se produce el almidón. Si se condensa la "glucosa” se produce la celulosa. Las estructuras tridi-mensionales están en:

http://www.ehu.es/biomoleculas/HC/SUGAR34.htm.

Polipéptidos y proteínas.

Se producen por la condensación de los aminoácidos formando dos tipos de estructuras: una espi-ral llamada “ hélice” y otra plana denominada “estructura ”.Imágenes tomadas de: (http://fai.unne.edu.ar/biologia/macromoleculas/structup.htm)

Polinucleótidos y ácidos nucleicos.

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Almidón Celulosa

hélice

Nucleótido

Polinucleótido

Estructura

http://fai.unne.edu.ar/biologia/macromoleculas/structup.htm

http://www.ehu.es/biomoleculas/HC/SUGAR34.htm


ING. RAUL W. CARRIÓN CORNEJO- DOCENTE FIMMSe producen por la condensación de nucleótidos formados éstos a su vez por la condensación de ácido fosfórico, un monosacárido (ribosa o desoxirribosa) y una base nitrogenada (citosina, guani-na, adenina, timina o uracilo).

El ADN se forma por la unión de dos cadenas de desoxirri-bonucleótidos unidas por los puentes de hidrógeno que for-man las distintas bases: adenina con timina y guanina con citosina. Con ello se for-ma una estructura de doble hélice en donde las bases ni-trogenadas forman los pelda-ños de la misma.

Imágenes tomadas de: http://superfund.pharmacy.arizona.edu/toxamb/c1-1-1-3.html

Algunos enlaces interesantes:

http://lectura.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/072/htm/sec_7.htm



http://superfund.pharmacy.arizona.edu/toxamb/c1-1-1-3.html

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Adenina (A)

Timina (T)

Guanina (G)

Citosina (C)




http://lectura.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/072/htm/sec_7.htm


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