Polimeros

4. POLÍMEROS

Los polímeros (del griego poly: «muchos» y mero: «parte», «segmento») son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros.

El almidón, la celulosa, la seda y el ADN son ejemplos de polímeros naturales, entre los más comunes de estos y entre los polímeros sintéticos encontramos el nailon, el polietileno y la baquelita.

La materia está formada por moléculas que pueden ser de tamaño normal o moléculas gigantes llamadas polímeros.

Celulosa en la madera: polímero natural.

Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que constituyen enormes cadenas de las formas más diversas. Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones. Algunas más se asemejan a las escaleras de mano y otras son como redes tridimensionales.

Existen polímeros naturales de gran significación comercial como el algodón, formado por fibras de celulosas.

La celulosa se encuentra en la madera y en los tallos de muchas plantas, y se emplean para hacer telas y papel.

La seda es otro polímero natural muy apreciado y es una poliamida semejante al nylon.

La lana, proteína del pelo de las ovejas, es otro ejemplo de polímero natural.

Caucho: polímero semisintético.

El hule de los árboles de hevea y de los arbustos de Guayule, son también polímeros naturales importantes.

Sin embargo, la mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas.

Polímeros naturales: Son aquellos provenientes directamente del reino vegetal o animal, como la seda, lana, algodón, celulosa, almidón, proteínas, caucho natural (látex o hule), ácidos nucleicos, como el ADN, entre otros.

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

Polímeros sintéticos: Son los transformados o “creados” por el hombre. 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.

Plásticos para todo uso.

Lo que distingue a los polímeros de los materiales constituidos por moléculas de tamaño normal son sus propiedades mecánicas. En general, los polímeros tienen una excelente resistencia mecánica debido a que las grandes cadenas poliméricas se atraen. Las fuerzas de atracción intermoleculares dependen de la composición química del polímero y pueden ser de varias clases.

4.1. Polimerización

Las reacciones de polimerización son el conjunto de reacciones químicas en las cuales un monómero iniciador o endurecedor activa a otro monómero comenzando una reacción en cadena la cual forma el polímero final.

Pensemos en la mecha de un explosivo, cuando acercamos una fuente de calor como una cerilla o un mechero, este reacciona rápidamente quemándose a lo largo de toda la mecha, en este ejemplo el mechero o cerilla sería el monómero iniciador y la mecha quemada sería el polímero final que se obtendría.

Las reacciones de polimerización se clasifican en:

• Polimerización Radical

• Polimerización Iónica:

o Aniónica

o Catiónica

Polimerización radical

Para que se produzca la polimerización radical es necesario que el monómero iniciador o endurecedor, el que activa y provoca la reacción, contenga radicales libres, es decir contenga electrones desapareados los cuales reaccionen con el monómero de la resina para formar el polímero.

El radical se define como una especia química extremadamente inestable y por tanto con gran poder reactivo al poseer electrones desapareados.

este término describe una reacción química que generalmente está asociada a la producción de sustancias plásticas.

Básicamente, una molécula individual del producto (líquido o gas) reacciona con otra para producir lo que se puede describir como una cadena larga. Estas cadenas se pueden formar para diferentes aplicaciones. Un ejemplo muy conocido es el poliestireno, el cual se forma cuando moléculas de estireno liquido reacciona entre sí (o polimerizan) formando un sodio, por lo tanto su nombre cambia de estireno a poliestireno

La polimerización por adición y condensación son las dos principales maneras de efectuar la polimerización(creación de un polímero). Los polímeros resultado de estos procesos se conocen como polímeros por adición y condensación respectivamente. La formación del polímero más común, el polietileno, a partir de moléculas de etileno es un ejemplo de polimerización por adición, es decir por crecimiento de cadenas. El etileno que es un gas, es el monómero (unidad individual) y tiene como fórmula C2h4 los dos átomos de carbono están unidos por un enlace covalente doble. Cada átomo de carbono comparte 2 de sus electrones con el otro átomo de carbono y dos átomos de hidrogeno están unidos o enlazados con cada uno de los átomos de carbono.

En presencia de una combinación apropiada de calor, presión y catalizadores se rompe el enlace doble entre los átomos de carbono y es remplazado por un enlace covalente simple, los átomos de carbono todavía están unidos, pero se convierten en activos se pueden agregar otras unidades de repetición o meros para producir la cadena polimérica. Para que inicie el proceso de polimerización por adición se agrega un iniciador al monómero. El iniciador que actúa como interruptor de arranque, forma radicales libres con el sitio que atrae uno de los átomos de carbono de un monómero de etileno. Al ocurrir esta reacción, el sitio reactivo se transfiere a otro átomo de carbono del monómero.

4.2. Métodos industriales de polimerización

Hay muchos procesos diferentes donde se producen los materiales plásticos industrialmente. Se utilizan como materiales de partida gas natural, petróleo y carbono para producir los productos químicos básicos para los procesos de polimerización. Estos productos químicos son entonces polimerizados mediante muchos procesos diferentes obteniéndose materiales plásticos en forma de gránulos, bolitas, polvos, o líquidos que son posteriormente procesados en productos acabados.

Técnicamente las reacciones de polimerización pueden efectuarse de diferentes maneras según la naturaleza del monómero y la utilización que se vaya a hacer del polímero.

Para la fabricación de Polímeros sintéticos en escala industrial se emplean principalmente las siguientes reacciones:

1. Polimerización de adición, por ejemplo polietileno y cloruro de vinilo.

2. Poliadición, por ejemplo poliuretanos

3. Policondensación, por ejemplo resinas fenol-formaldehído, urea-formaldehído.

Las reacciones 1 y 2 transcurren sin separación de subproductos; en 3 se forman, además otras sustancias volátiles.

Las reacciones transcurren desarrollando considerables cantidades de calor (exotérmicas); en general se inician por acción de catalizadores.

Los procedimientos que pueden efectuarse son:

1) Polimerización de adición

a) Polimerización en bloque

Se parte de un monómero puro no diluido, que se transforma lentamente en el polímero sólido. El proceso es difícil de conducir porque a causa de la creciente viscosidad que la masa va adquiriendo durante el proceso resulta cada vez más desigual la distribución de temperaturas. Debido a que las reacciones de polimerización son exotérmicas y como consecuencia de la baja conductividad de los polímeros existe un riesgo de sobrecalentamiento de modo que la reacción salga de control. • Este procedimiento se emplea para la fabricación de polímeros puros sólidos (poliestirol, vidrios acrílicos, etc.) y cuando pueden fracasar otros métodos, por ejemplo, éteres de polivinilo.

b) Polimerización en solución

En esta polimerización se diluye el monómero con disolventes en los cuales también se disuelve el polímero. Empleando un disolvente adecua¬do se evita loe problemas derivados de la reacción exotérmica de poli¬merización, aunque por otra parte crea el problema de la separación posterior del disolvente. c) polimerización en suspensión:

Este método también disminuye el problema de la eliminación del calor durante la polimerización. El monómero se agita vigorosamente en agua para formar gotas de pequeño tamaño. Para evitar que las gotas se unan entre sí se emplean agentes de suspensión tales como talco, alcohol polivinílico y gelatina, con objeto de formar un recubrimiento protec¬tor de las gotas. Se emplea un iniciador soluble en el monómero, obteniéndose el polímero en forma de pequeñas perlas libres de conta¬minación de los otros productos empleados en la polimerización.

d) Polimerización en emulsión

Se emplea además de agua, que sirve de medio, un emulsionante de tipo jabonoso y un sistema iniciador soluble en agua. La reacción se realiza en un reactor en el que se agita convenientemente la mezcla de reacción formada por monómero, agua, iniciador, jabón y otros componentes. El monómero se encuentra disuelto dentro de las micelas del jabón y formando gotas rodeadas de moléculas de emulsionantes. Estos polímeros son de grano muy

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