POLIMEROS

INTRODUCCIÓN

La palabra polímero literalmente significa muchas piezas. Puede considerarse, que un material sólido polimérico está formado por muchas partes químicamente enlazadas como unidades enlazadas entre sí para formar un sólido. Los plásticos son un gran y variado grupo de materiales sintéticos que se procesan mediante el moldeado de la forma; tenemos muchos tipos de plásticos, como el polietileno y el nylon. Los plásticos pueden dividirse en dos clases, termoplásticos y termoestables, dependiendo de la estructura química de su enlace. Los elastómeros o cauchos pueden deformarse grandemente de forma elástica cuando se les aplica una fuerza y pueden volver a su forma original o casi original, cuando se elimina la fuerza.

IMPORTANCIA DE LOS PLÁSTICOS

El impacto en la actualidad es difícil prescindir de los plásticos, no sólo por su utilidad sino también por la importancia económica que tienen. Esto se refleja en los índices de crecimiento de esta industria que, desde principios del siglo pasado, supera a casi todas las actividades industriales. Los plásticos se utilizan para embalajes, para envasar, conservar y distribuir alimentos, medicamentos, bebidas, agua, artículos de limpieza, de tocador, cosmetología y un gran número de otros productos, que pueden llegar a la población en forma segura, higiénica y práctica.

Su uso cada vez más creciente se debe a las características de los plásticos, debido a que son livianos, lo que implica facilidad en la manipulación y optimización de costos. Los envases plásticos son capaces de adoptar diferentes formas como bolsas, botellas, frascos, películas finas y tuberías, entre otros. Son aislantes térmicos y eléctricos, resisten a la corrosión y otros factores químicos y son fáciles de manejar. Los plásticos tienen afinidad entre sí y con otros materiales, admitiendo diversas combinaciones (por ejemplo, los envases multicapa).

Debido a que se tiene la necesidad de seguir utilizando plásticos, pero por otro lado se producen impactos al ambiente, el reciclaje es una alternativa para contribuir con la solución de este problema. El reciclaje se define como la transformación de los residuos a través de distintos procesos que permiten restituir su valor económico,

evitando así su disposición final, siempre y cuando esta restitución favorezca un ahorro de energía y materias primas sin perjuicio para la salud, los ecosistemas o sus elementos.

De acuerdo a su importancia comercial y por sus aplicaciones en el mercado, el siguiente cuadro presenta el nombre de los diferentes plásticos que se utilizan cotidianamente, el número de identificación que debe estar impreso en el producto plástico y los ejemplos de algunas aplicaciones.

TERMOPLÁSTICOS Y TERMOFIJOS

Un termoplástico es un plástico que, a temperaturas relativamente altas, se vuelve deformable o flexible, se derrite cuando se calienta y se endurece en un estado de transición vítrea cuando se enfría lo suficiente. La mayor parte de los termoplásticos son polímeros de alto peso molecular, los cuales poseen cadenas asociadas por medio de fuerzas de Van der Waals débiles (polietileno); fuertes interacciones dipolo­dipolo y enlace de hidrógeno, o incluso anillos aromáticos apilados (poliestireno). Los polímeros termoplásticos difieren de los polímeros termoestables o termofijos en que después de calentarse y moldearse pueden calentarse y formar otros objetos.

HOMOPOLIMERO Y COPOLIMERO

Homopolímero. los materiales plásticos que contienen una sola unidad, como el polietileno, el PVC, el polipropileno, etc. Contienen cantidades menores de irregularidades en los extremos de la cadena o en las ramificaciones de esta.

Copolímeros. El polietileno es un homopolímero, sus moléculas consisten en meros repetidos del mismo tipo como el propileno, el poliestireno y muchos otros plásticos comunes. Los copolímeros son polímeros cuyas moléculas están constituidas por unidades repetitivas de dos tipos diferentes. Un ejemplo es el copolímero sintetizado a partir del etileno y del propileno para producir un copolímero con propiedades elastoméricas. El copolímero etileno­propileno puede representarse como sigue:



­­­ (C2H4)n (C3H6)m­­­

donde n y m fluctúan entre 10 y 20, y las proporciones de los dos constituyentes son alrededor de 50% de cada uno. En la sección 10.4.3 veremos que la combinación del polietileno y el propileno con pequeñas cantidades de dinero forman un hule sintético importante.

Los copolímeros pueden poseer diferentes arreglos de sus meros constituyentes. Las posibilidades se muestran en la figura 10.8 (a)copolímero alternante, en el cual los meros se repiten uno cada vez; (b) aleatorio, los meros están acomodados al azar y la frecuencia depende de la proporción relativa de los monómeros iniciales; (c) bloque, los meros del mismo tipo tienden a agruparse en largos segmentos a lo largo de la cadena; y (d) injerto, los meros de un tipo se adhieren como ramas a un tronco de meros de otro tipo. El hule dieno de etileno­propileno, mencionado anteriormente, es uno del tipo de bloque.

La síntesis de los copolímeros es análoga a la aleación de los metales para formar soluciones sólidas. Las diferencias en los ingredientes y las estructuras de los polímeros pueden tener efectos sustanciales en las propiedades, de la misma forma que sucede con las aleaciones metálicas. Un ejemplo es la mezcla de polietileno­polipropileno que analizamos antes. Cada uno de estos polímeros por separado son medianamente rígidos; en cambio, una mezcla de los dos en partes iguales forman un copolímero de estructura aleatoria muy parecida al hule.

Es también posible sintetizar polímeros ternarios o terpolímeros, que consisten en meros de tres tipos diferentes. Un ejemplo es el plástico ABS acrilonitrilo­butadieno­estireno).

CRISTALINIDAD EN TERMOPLÁSTICOS: Cristalinidad.

Los polímeros pueden tener dos estructuras, la amorfa y la cristalina, aunque la tendencia a cristalizar es mucho menor que para los metales o los cerámicos no vítreos. No todos lo polímeros pueden formar cristales. Para aquellos que si pueden, el grado de cristalinidad (la proporción de material cristalizado en la masa) es siempre

menor que 100%. Conforme aumenta la cristalinidad en un polímero se incrementa: 1) la densidad 2), la rigidez, la resistencia y la tenacidad, 3) la resistencia al calor, y 4) si el polímero es transparente en el estado amorfo se convierte en opaco cuando cristaliza parcialmente. Numerosos polímeros son transparentes, pero para poseer esta propiedaddebenestarenun estadoamorfo(vítreo).Algunosdeestosefectospueden ilustrarse por la diferencia entre el polietileno de baja y de alta densidad, presentada en la tabla 10.2. la razón subyacente entre las propiedades de los materiales es el grado de cristalinidad.

SOLIDIFICACIÓN DE TERMOPLÁSTICOS NO CRISTALINOS:

Estructura de polímeros lineales no cristalinos.

Al examinar microscópicamente una pequeña longitud de la cadena de polietileno, encontramos que tiene una configuración en zigzag (fig.1) debido a que el ángulo del enlace covalente entre dos enlaces simples carbono ­ carbono es de unos 109o. Sin embargo, una escala mayor, las cadenas poliméricas en el polietileno no cristalino están aleatoriamente mezclados como en un plato de espaguetis. Este mezclado de la cadena lineal del polímero se ilustra en la figura 2. Para algunos materiales poliméricos, a los cuales pertenece el polietileno, pueden existir ambas regiones, cristalina y no cristalina. El enlace entre las cadenas largas del polietileno consiste en enlaces permanentes dipolares secundarios débiles. Pueden además formar ramas laterales que causen una pérdida de empaquetamiento de las cadenas moleculares y favorecer así una estructura no cristalina. Por ello, el enramado de los polímeros lineales debilita los enlaces.

secundarios entre las cadenas y disminuye la resistencia a la tensión del material polimérico masivo.

Solidificación de los termoplásticos parcialmente cristalinos

Si las macromoléculas presentan poca ramificación, es decir, pocas y cortas cadenas laterales, entonces es posible que determinadas regiones de las cadenas moleculares se ordenan y disponen en forma compacta unas al lado de otras. Estas regiones con elevado grado de ordenación dentro de la molécula se denominan regiones cristalinas. Hay que tener en cuenta, no obstante, que nunca se produce una cristalización perfecta o completa, ya que la longitud de las cadenas lo impide, incluso durante la polimerización, cuando se inicia el entrecruzamiento de unas con otras.

Por lo tanto, aparte de las regiones ordenadas, siempre queda desordenada una parte de la molécula, con regiones distante unas de otras, llamadas regiones amorfas. Los

termoplásticos que presentan tanto regiones cristalinas como amorfas reciben el nombre de termoplásticos parcialmente cristalinos.

No son nunca transparentes, ni tan siquiera cuando están en forma natural, no coloreada, sino que, por causa de la dispersión de la luz en las fronteras entre regiones amorfas y cristalinas del plástico, siempre son algo lechosos o de aspecto turbio.

ESTEREOISOMERISMO EN LOS TERMOPLÁSTICOS: Estereoisomerismo en los termoplásticos

Estereoisómeros.­ Son compuestos moleculares que tienen las mismas composiciones químicas, pero diferentes arreglos estructurales 1.­ Estereoisómero atáctico: El grupo colgante del polipropileno esta dispuesto aleatoriamente a cada lado de la cadena de carbono principal estereoisómero isotáctico: El grupo metilo colgante está siempre del mismo lado de la cadena

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