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POLIMEROS SINTETICOS
Los polímeros son grandes moléculas llamadas macromoléculas, que por lo
general son orgánicas y están formadas por la unión de moléculas más
pequeñas llamadas monómeros, formando enormes cadenas de las formas
más diversas.
Qué es un polímero sintético?
Existen varios tipos de polímeros con propiedades y estructuras químicas
diferentes. Los polímeros sintéticos son aquellos que son obtenidos en
laboratorio o en la industria. Algunos ejemplos de polímeros sintéticos son el
nylon, el poliestireno, el policloruro de vinilo (PVC), el polietileno, etc.
Los Polímeros sintéticos son creados por el hombre a partir de elementos
propios de la naturaleza. Estos polímeros sintéticos son creados para funciones
especificas y poseen características para cumplir estas mismas.
Estructura de un polímero
Un polímero está constituido por moléculas (unidad fundamental con que se
forma un compuesto químico), denominadas monómeros, frecuentemente
unidas unas a otras formando una cadena lineal. Cada molécula puede tener
un origen natural o sintético, y tener bajo peso molecular (PM). Esta magnitud
es la relación entre el promedio de la masa de una sustancia, por molécula de
su composición isotópica específica, y 1/12 avos de la masa del átomo de
carbono-12.
La unión entre las moléculas ocurre por medio de reacciones químicas (Figura
1). La cantidad de monómeros unidos puede ser de cientos o miles llevando el
peso molecular del polímero a valores del orden de 1.000 a 1.000.000. Este
número n es el grado de polimerización (DP).
Figura 1: Formación del polímero polietileno (un plástico) a partir de la unión de varios monómeros
de de etileno (a), promovida por la conversión del enlace doble C = C en dos enlaces simples C -
C.
Un ejemplo típico de polímero sintético es el formado a partir del monómero
etileno que por reacción con moléculas del mismo tipo forman el polietileno, o
simplemente, PE (figura 1). La reacción química para la síntesis del polímero se
llama polimerización. La molécula del etileno es CH2=CH2 se une con otras n
moléculas para formar el polímero. (figura 2).
La característica principal de los polímeros es su peso molecular elevado, que
determina las propiedades químicas y físicas de éstas moléculas. A medida que
la polimerización avanza crece el grado de polimerización y con el peso
molecular del polímero. También, existen polímeros de origen natural
producidos por organismos: los polisacáridos (celulosa y almidón), proteínas
(colágeno,
hemoglobina,
hormonas, albúmina,
etc.) y los ácidos nucleicos
(DNA y RNA). Tanto los
polímeros como estas
moléculas son
clasificados como
macromoléculas.
Figura 2: Representación bidimensional (arriba) y tridimensional de la estructura similar al
«espagueti» del polietileno sólido.
Importancia de los polímeros
sintéticos
Los objetos que más empleamos cotidianamente y con más frecuencia se
cuentan los polímeros sintéticos y los cauchos.
Los polímeros sintéticos son usados en forma masiva en la manufactura de:
embalajes para productos alimenticios, fármacos y químicos,
electrodomésticos, herramientas, utensilios domésticos, juguetes,
componentes automotrices; lo forman parte de una lista muy larga de
aplicaciones. También, los polímeros tienen aplicación en diversas áreas de la
ciencia y tecnología.
Ese uso tan extendido se debe al bajo costo de producción, baja densidad,
tenacidad adecuada, buen acabado superficial, durabilidad, versatilidad del
sistema de producción, entre otras ventajas respecto a los materiales
metálicos o cerámicos. También, es necesario notar que muchos productos
hechos originalmente con otros materiales fueron suplantados por objetos
diseñados en materiales plásticos. Así, por ejemplo, componentes automotrices
tales como los paragolpes metálicos cromados han sido reemplazados por
otros de plástico reforzado debido al menor costo de producción y mayor
resistencia a la corrosión luego de sufrir impactos. Otras piezas sustituto han
sido el panel, el volante, el forro del techo interno, el tapizado y el relleno de
los asientos, componentes de los cinturones de seguridad, revestimiento de
cables de eléctricos, las mangueras, los recipiente para líquidos y las juntas,
etc. Además, este uso intensivo del plástico y del caucho permite la reducción
de peso del automóvil, menor consumo de combustible, mayor comodidad y
seguridad para el pasajero.
Las ventajas mencionas se contraponen con la lenta degradación de estos
materiales, que puede extenderse por varios años, generando importantes
problemas ambientales. Todavía más costoso el reciclado de estos materiales
que su producción a partir de materiales vírgenes.
Los polímeros sintéticos provienen mayoritariamente del petróleo (mezcla de
hidrocarburos). El 4 % de la producción mundial de petróleo se convierte en
polímeros. Después de un proceso de cracking y reforming, se tienen
moléculas simples, como etileno, benceno, etc., a partir de las que comenzará
la síntesis del polímero.
La síntesis de cualquier polímero, con una calidad controlada, es un proceso
muy complejo, y encontraremos normalmente a la gran industria petroquímica
asociada a la producción de los diversos materiales plásticos. Esta industria
suministrará material acabado susceptible de posterior moldeo, en el caso de
termoplásticos, o líquidos y polvos reactivos, en el caso de los termoestables, a
falta de la reacción final de entrecruzamiento.
CLASIFICACION DE LOS POLIMEROS
La investigación y el desarrollo de nuevos tipos de polímeros impone la
necesidad de contar con un sistema que permita clasificarlos de sus
características, y estudiar sus propiedades. Este sistema se sustenta en las
estructuras químicas, el comportamiento frente el calor, las propiedades
mecánicas, tipos de aplicaciones, escala de producción, o aún otras
características.
A seguir se presentan estas clasificaciones y los conceptos pertinentes
1. Según la cantidad de
monómeros diferentes en el
polímero
Homopolímero
Polímero constituido por la repetición de un único monómero (cadena
homogénea). Ejemplos son: polietileno, poli estireno, poliacrilonitrilo,
poli(acetato de vinilo).
Si A representa al monómero entonces la estructura del homopolímero es:
~A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A~
Copolímero
Polímero constituido por dos o más monómeros (cadena heterogénea). Algunos
ejemplos son los denominados con las siglas: SAN, NBR, SBR.
Si A y B representan los monómeros entonces existen tres formas de
disponerlos en la cadena:
Copolímeros al azar (u aleatorios): Copolímero con los monómeros unidos
en una secuencia desordenada a lo largo de la cadena del polímero:
~A-A-B-A-B-B-B-A-A-B-B-A-A-A~
Copolímeros alternados: Copolímero con los monómeros unidos en forma
alternada:
~A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A~
Copolímeros en bloques: Polímero con los monómeros unidos en una
secuencia formada tramos más o menos largos de A cada uno seguido por un
tramo de B:
Copolímeros de injerto: La cadena principal del polímero tiene apenas
unidades de un mismo monómero, mientras que el otro monómero solo forma
parte de ramificaciones laterales (el injerto):
~A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A~
| | |
B B B
| | |
B B B
| | |
B B B
| | |
B
|
En particular, los copolímeros formados por tres monómeros reiterativos
diferentes son conocidos como terpolímeros. Un ejemplo típico es el ABS, es
decir, el terpolímero de acrilonitrilobutadieno-estireno.
La reacción química de síntesis de los copolímeros es la copolimerización, y los
monómeros unidos son comonómeros. Estas combinaciones de monómeros
tienen el objetivo de modificar las propiedades de los monómeros o polímeros
originales.
2. Según la relación a la estructura
química de los monómeros
constituyentes del polímero
Esta clasificación toma en cuenta el grupo funcional de los monómeros. Los
ejemplos más conocidos son:
Poliolefinas – polipropileno, polibutadieno, poliestireno.
Poliésteres – poli(tereftalato de etileno), policarbonato.
Poliéteres – poli(óxido de etileno), poli(óxido de fenileno).
Poliamidas – Nylon, poliimida.
Polímeros celulosos – nitrato de celulosa, acetato de celulosa.
Polímeros acrílicos – poli(metacrilato de metilo), poliacrilonitrilo.
Polímeros vinílicos – poli(acetato de vinilo), poli(alcohol vinílico).
Poliuretanos – denominación genérica de los derivados de isocianatos
Resinas formaldehido – resina fenol-formol, resina urea-formol.
3. Según la forma de la cadena
polimérica
De acuerdo a la forma de las cadenas macromoleculares los polímeros pueden
ser:
Lineales: no tienen ramificaciones.
Ramificados: todas las moléculas tienen ramificaciones (pequeñas cadenas
laterales).
