Química

de los polímeros

Clasificación según su origen: polímeros naturales ysintéticos

A. Polímeros naturales.

Corresponden a los polímeros que forman parte de los seres vivos, comoplantas y animales. Algunos ejemplos son: almidón,caucho natural,proteínas y ácidos nucleicos.

B. Polímeros sintéticos o artificiales.

Son aquellos polímeros sintetizados a través de procesos químicos enlaboratorios o en industrias a partir de materias primas (unidadesmonoméricas) específicas. Algunos ejemplos son el caucho vulcanizado, elpolietileno y el poliéster. Entre los polímeros naturales y sintéticos no haygrandes diferencias estructurales; ambos están formados por monómerosque se repiten a lo largo de toda la cadena polimérica.

Clasificación de los polímeros

Clasificación de los polímeros según la estructura de sus cadenas: lineales y ramificadasCuando los monómeros se unen, pueden formarse largas cadenas de diferentes formas y estructuras, generándose polímeros lineales y ramificados.

Clasificación según la composición de sus cadenas:homopolímeros y copolímeros

Tanto los polímeros naturales como los sintéticos están estructuralmenteformados por cadenas carbonadas en las que pueden repetirsemonómeros iguales o diferentes. De acuerdo con el tipo de monómerosque constituyen la cadena, los polímeros se clasifican en: homopolímerosy copolímeros.

A. Homopolímeros. Son macromoléculas formadas por la repetición deunidades monoméricas idénticas. La celulosa y el caucho sonhomopolímeros naturales; el polietileno y el PVC son homopolímerossintéticos.

B. Copolímeros. Son macromoléculas originadas por dos o másunidades monoméricas distintas. La seda es un copolímero natural y labaquelita, uno sintético. Los copolímeros más comunes están formadospor dos monómeros diferentes que pueden generar cuatro combinacionesdistintas.

Resultados esperados

1 .

Semejanzas: ambos polímeros contienen átomos de carbono en sucadena principal y son polímeros de adición.

Diferencia: el sarán tiene cloro en su estructura y es un copolímerode cloruro de vinilidieno con cloruro de vinilo; en tanto, elpolipropileno es un homopolímero.

2.

Sarán: copolímero alternado.

Polipropileno: homopolímero.

3.

Sarán: cloruro de vinilidieno (1,1 dicloro eteno) y cloruro de vinilo(cloro eteno).

Polipropileno: propileno (propeno).

Historia de los polímeros sintéticos

La historia de los polímeros sintéticos es larga. Por mucho tiempo solo seusaron polímeros naturales, como la celulosa, en la fabricación de papel,o algodón, en la confección de prendas de vestir. Sin embargo, con elpaso del tiempo, el objetivo fue imitar y sintetizar estos polímerosnaturales.Hoy día ni siquiera nos podríamos imaginar un mundo sin ellos: ropa queno se arruga, recubrimientos sintéticos en baños y cocinas, partes deaparatos electrodomésticos y un sin número de otras cosas.

El norteamericano Charles Goodyear (1800-1860) mezcló accidentalmente En unaestufa caliente azufre y caucho, obteniendo así un material que no se fundía ni seponía pegajoso al calentarlo, y tampoco se quebraba cuando se le sometía a bajastemperaturas. Bautizó a este nuevo material con el nombre de caucho vulcanizado.

El proceso se llama vulcanización. En él, el azufre provoca el entrecruzamiento delas cadenas del polímero, a través de reacciones que se producen entre algunos delos dobles enlaces C—C.

Aspectos a considerar:

En general, los polímeros tienen una excelente resistenciamecánica debido a que las grandes cadenas poliméricas seatraen. Las fuerzas de atracción intermoleculares dependende la composición química del polímero y pueden ser devarias clases.

Se define grado de polimerización al número de veces quese repite el monómero para formar la macromolécula, envalor promedio.

Si el grado de polimerización es muy bajos → se obtienenlíquidos a temperatura ambiente (aceites sintéticos y ceras)

Si el grado de polimerización es superior → el productoserá normalmente un sólido a temperatura ambiente,aumentando progresivamente su temperatura de fusión,hasta llegar a tamaños donde este valor se estabiliza y escaracterístico de cada polímero

Polímeros y Fuerzas intermoleculares: No todas las propiedades de los polímeros se derivan de la fuerza

de estos enlaces primarios Las fuerzas de atracción intermoleculares, mucho más

débiles, pero reversibles justifican la mayor parte de laspropiedades de los polímeros.

Al calentar el material estos enlaces se debilitanpermitiendo a las moléculas deslizarse unas sobre otras dandolugar a fenómenos de flujo en fundido

Tipo de unión Kcal / mol

Van der Waals en

CH4

2,4

Dipolos permanentes

3 a 5

Puente de hidrógeno

5 a 12

Iónicos mayores a 100

Algunas fuerzas intermoleculares:

Fuerza de Vander Waals: Fuerza intermolecular muy débil que se efectúaentre moléculas apolares. Debido a estas fuerzas débiles los gases sepueden licuar, es decir pasar al estado líquido. Ejemplos: O2 y CH4

Atracción dipolo – dipolo: Las fuerzas de atracción dipolar operan entre 2o más moléculas polares. Así, la asociación se establece entre el extremopositivo (polo δ+) de una molécula y el extremo negativo (polo δ-) de otra.

Atracción Ión – dipolo: Los iones de una sustancia pueden interactuar conlos polos de las moléculas covalentes polares. Así, el polo negativo de unamolécula atrae al Ion positivo y el polo positivo interactúa con el Ionnegativo: las partes de cada molécula se unen por fuerzas de atracción decargas opuestas.

Enlace puente de hidrógeno: Es un enlace intermolecular (entremoléculas) que se origina entre un átomo de hidrógeno y átomos de altaelectronegatividad con pequeño volumen atómico como el flúor, oxígeno onitrógeno.

POLÍMEROS SINTÉTICOS:Aunque ciertos productos sintéticos ocasionan algunos problemas, como porejemplo su eliminación residual, por otra parte, han mejorado tanto la calidad devida del ser humano, que actualmente son insustituibles. Por esta razón, esimportante saber de dónde provienen, cómo se sintetizan y cuáles son suspropiedades.

Clasificación de los polímeros sintéticos según el tipo de síntesis:

Como ya hemos mencionado, los polímeros son macromoléculas que se forman apartir de la unión de monómeros. El proceso por el que se unen los monómeros sellama polimerización. La polimerización puede ser por adición o porcondensación.

Polimerización por adición:

El polímero se sintetiza por adición de un monómeroinsaturado a una cadena en crecimiento. En este tipo depolimerización no se generan productos secundarios.

El monómero será una molécula con doble enlace C=X o conanillo aromático estable químicamente, normalmente esgas o líquido volátil a temperatura ambiente.

POLÍMEROS POR ADICIÓN Polimerización catiónica: formación del polipropileno

El polipropilenoes una sustanciaparecida alcaucho. Seemplea parafabricarrecipientes paramicroondas yalfombrasartificiales.

En 1954, Giulio Natta, siguiendo la línea de trabajo de Karl Ziegler, logró obtenerpolipropileno de estructura muy regular, denominado isotáctico (polímero que tiene todoslos grupos metilo del mismo lado del esqueleto hidrocarbonado).

Aplicaciones comerciales de algunos polímeros de adición

Polimerización por condensación:

Se forman por un mecanismo de reacción en etapas, es decir, a diferencia de lapolimerización por adición, la polimerización por condensación no depende de lareacción que la precede; el polímero se forma porque las unidades monoméricas queintervienen son principalmente: diácidos carboxílicos, diaminas y dialcoholes. Además,en este tipo de reacciones, por cada nuevo enlace que se forma entre los monómeros, selibera una molécula pequeña, generalmente de agua.Algunos polímeros sintetizados por este método son: poliamidas, poliésteres, siliconas yresinas.

Poliamidas. Fibra sintética que tiene la propiedad de formarhilos que se estiran bastante sin romperse. Se pueden usarpara hilar y hacer tejidos. Una de las poliamidas más conocidases el nailon.

Poliésteres. Se sintetizan de manera similar a las poliamidas,condensando un ácido con un alcohol. Por ejemplo, en la formacióndel polímero llamado polietilentereftalato (PET) reacciona el ácidotereftálico (ácido 1,4–benzodioico) con el etilenglicol (1,2–etanodiol),en presencia de un catalizador o bien por efecto de la presión o delcalor.El PET fue patentado en 1941 por John Whinfield y James Dickson.Las fuertes atracciones intermoleculares de sus cadenas poliméricasle confieren la capacidad de formar hilos con una alta resistencia.

Siliconas. Fueron descubiertas a principios delsiglo XX por el químico británico FrederickKipping. Son los polímeros inorgánicos máscomunes, donde el silicio es el átomo central,tetravalente. Su estructura presenta cadenas deátomos de silicio (Si) alternados con átomos deoxígeno (O) y unidos a grupos metilo (–CH).Presentan propiedades físicas similares a las delas resinas y al caucho, pero son más establesfrente al calor y a la oxidación. Las siliconas sonmuy poco reactivas, y por esta razón se empleanen el campo de la medicina, por ejemplo, en lafabricación de corazones artificiales e implantescosméticos.

Resinas. La baquelita fue la primera resinasintetizada por el químico estadounidense deorigen belga Leo Baekeland en 1907. Las resinasse caracterizan por sufrir una transformaciónquímica cuando se funden, convirtiéndose en unsólido que, si se vuelve a fundir, se descompone.La baquelita resulta de la reacción entre el fenol yel formaldehído (metanal). Es un polímero duro yquebradizo. La polimerización para obtener

baquelita ocurre por condensación.

Poliamidas

Poliésteres.

Siliconas.

Resinas.

Aplicaciones comerciales de algunos polímeros de condensación

Clasificación según propiedades de los polímeros sintéticos

Las propiedades de un polímero son determinantes a la hora de decidir la aplicación que sele dará. Por ejemplo, si deseamos fabricar un objeto que sea elástico, deberá estar hechode un polímero con propiedades elásticas, es decir, nos interesará principalmente sucapacidad de elongación y su resistencia a la flexión. Los polímeros sintéticos se puedenclasificar según sus propiedades físicas y su comportamiento frente al calor.

Según propiedades físicas

Con relación a su comportamiento frente al calor

Resultados esperados

1. Cortina: nailon; gorra de baño: poliestireno; cañerías: PVC; adhesivo:resinas de poliestireno; cuerda: nailon.

2. Los polímeros, cuyas cadenas están formadas por unionesintermoleculares débiles (Van der Waals), pueden calentarse, moldearsey recalentarse para originar otros objetos. Estos polímeros reciben elnombre de termoplásticos.

El polietileno es un ejemplo. En tanto, los polímeros cuyas cadenas estánformadas por uniones intermoleculares fuertes (enlaces covalentes), unavez que estas se han entrecruzado, aunque se les aplique calor nopueden volver a cambiar su forma. Reciben el nombre de polímerostermoestables; un ejemplo es la melamina.

Industria de los polímeros

Dependiendo de la estructura química, los polímeros presentan un conjunto depropiedades físicas, las que a su vez determinan el uso y aplicación del materialobtenido. Los polímeros, al estar fundidos, se pueden moldear de distintasformas, obteniéndose materiales de gran utilidad, resistentes y livianos.Algunos métodos utilizados para moldearlos son: extrusión, vaciado y

conformado por vacío.

Impacto ambiental por la utilización de plásticos

Código de identificación de los polímeros:

Degradación de los plásticos

Los polímeros sintéticos son materiales indispensables en la vida cotidiana; losempleamos para mantener calefaccionados nuestros hogares, para hacer másligeros los automóviles y los computadores, para conservar más frescos nuestrosalimentos, en prendas de vestir, entre otros. Sin embargo, la explosiva utilizaciónde estos polímeros ha generado consecuencias negativas para el medioambiente.

Hace aproximadamente cuarenta años, el planeta viene acumulando mil millonesde desechos plásticos, lo que ha llevado a que la contaminación por plástico seauna de las más significativas en la actualidad. Se calcula que se producen cercade ciento cincuenta bolsas plásticas por persona cada año.

Todo esto ha llevado a la elaboración de nuevos materiales: degradables,biodegradables y oxo-biodegradables.

Los polímeros degradables son aquellos en cuyo proceso deproducción se les agrega un aditivo que acelera la degradación.Este aditivo hace que el plástico pierda sus propiedades físicas;de este modo, la desintegración acelerada no demora más dedos años. Por su parte.

Los polímeros biodegradables están sintetizados a partir demonómeros de α -glucosa (almidón) extraídos del maíz, y que, aligual que cualquier alimento que arrojamos a la basura, sedescompone, como toda materia orgánica, en CO2 y H2O, y esteproceso no tarda más de 120 días.

Los polímeros oxo-biodegradables contienen un aditivo quepermite acelerar su proceso de descomposición, hastaconvertirlos en agua, CO2 y humus. Este proceso de degradaciónpuede demorar 18 meses.

POLIMEROS NATURALES