1 Definición
La palabra polímeros también se origina en
el griego “poli” que significa muchas y
“meros” significa partes. Así, un material
polimérico consiste de varias partes unidas
para formar un entero. Cada parte o unidad
es llamada un monómero.
Los monómeros y la repetición de sus unidades moleculares son diferentes, debido al proceso de polimerización
La funcionalidad (numero de locales donde
una molécula monomérica puede ligarse a
otras moléculas monoméricas) determina el
tipo y largo de la cadena polimérica.
El peso molecular de un polímero es el
grado de polimerización (número de veces
que ocurre la repetición de una unidad),
multiplicado por el peso molecular de la
unidad repetida.
El peso molecular promedio y la distribución
estadística son muy importantes en el
comportamiento resultante del polímero; o
sea, aumentando el peso molecular
promedio se obtiene:
- Aumento de la resistencia textil;
- Aumento en la elongación;
- Aumento en la resistencia al impacto;
- Aumento en la resistencia al agrietamiento;
- Aumento en la resistencia al calor;
- Reducción de la capacidad de
escurrimiento;
- Reducción en la procesabilidad.
- Aumento en la resistencia al impacto;
- Reducción en el comportamiento al
escurrimiento;
- Reducción en la procesabilidad.
Fácilmente se observa que las opciones son
ilimitadas, hecho que explica porque se
fabrican aproximadamente 50.000 tipos de
polímeros alrededor del mundo.
2 Estructuras polimericas
La principal caracteristica es su gran
tamaño ( en consecuencia, su gran peso
molecular) comparado con el de los
hidrocarburos normales.
• Se trata pues de macromoleculas constituidas por largas cadenas de entidades estructurales mas pequeñas (monomeros) que se repiten un gran numero de veces.
Como ejemplo el caso del etileno, primer
hidrocarburo insaturado de la serie de los
alquenos, cuya formula es C2H4. A temperatura y presion ambientales el etileno es un gas, pero en condiciones apropiadas de temperatura y presion se transforma en polietileno ( PE), material polimerico solido, constituyente de las bolsitas plásticas comunes:
•Si en la estructura del PE se reemplaza todos los atomos de H por atomos de F, obtenemos el politetrafluoroetileno ( PTFE), que es el famoso teflón.
Si en la estructura del PE reemplazamos uno de cada 4H por Cl, obtenemos el tambien conocido cloruro de polivinilo ( polivinil cloruro o PVC), constituyente de las tuberías de agua y desague en las instalaciones sanitarias de nuestras modernas construcciones.
• Si sustituimos los atomos de Cl del PVC por radicales metilo ( CH3) se genera el polipropileno (PP) constituyente de las botellas esterizables.
Un polímero se denomina homopolímero si
todas las unidades monomericas de la cadena
son del mismo tipo. Sin embargo, nada
impide que puedan diseñarse cadenas
poliméricas de dos o más unidades
monomericas, en cuyo caso el polímero se
denomina copolimero.
Las unidades monomericas pueden ser
bifuncionales si tienen capacidad de
enlazarse a otras dos unidades para formar
estructuras moleculares bidimensionales y
trifuncionales si pueden enlazarse a tres
unidades para formar estructuras
tridimensionales.
Estructura molecular
• Las caracteristicas fisicas dependen no solo del peso molecular y la forma, sino tambien de la estructura de las cadenas moleculares.
Polimeros lineales
• Unidades monomericas forman largas cadenas sencillas y flexibles, que se comportan como una mas de fideos.
Polímeros ramificados
Cadena principal está conectada lateralmente con otras cadenas secundarias. Las ramas, que forman parte de la cadena molecular principal, son el resultado de las reacciones locales que ocurren durante la síntesis del polímero. La eficacia del empaquetamiento de la cadena se reduce con las ramificaciones y, por tanto, también disminuye la densidad del polímero.
Polímeros entrecruzadosCadenas lineales adyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlaces covalentes. El entrecruzamiento se realiza durante la síntesis o por reacciones químicas irreversibles que normalmente ocurren a elevada temperatura. A menudo el entrecruzamiento va acompañado por la adición mediante enlace covalente de átomos o moléculas a las cadenas.
Polímeros reticulados• Las unidades monoméricas trifuncionales, que
tienen tres enlaces covalentes activos, forman redes tridimensionales en lugar de las cadenas lineales generadas por las unidades monoméricas bifuncionales. Los polímeros compuestos por unidades trifuncionales se denominan polímeros reticulados. Un polímero entrecruzado, prácticamente, se puede clasificar como polímero reticulado. Estos materiales tienen propiedades mecánicas y térmicas específicas.
Conviene recordar que algunos polímeros no pertenecen a un solo grupo. Por ejemplo, un polímero predominantemente lineal puede tener algún número limitado de ramas y de entrecruzamiento o de reticulación bidimensional
A continuación se encuentra una tabla con
los nombres y las estructuras de las
moléculas de algunos de los principales
polímetros sintéticos.
• Polietileno ( PE)
• Polipropileno ( PP)
• Poliuretano
• Cloruro de polivinilo Poli(cloruro de vinilo)(PVC)
• Poli(4,4’-isopropilidendifenol Carbonato (lexan)
• Polioximetileno
• Nylon
• Poli(sulfuro de fenileno)
3 Tipos de Polímeros Más Comunes
POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS
Los termoplásticos son polímeros de
cadenas largas que cuando se calientan se
reblandecen y pueden moldearse a presión.
Representan el 78-80% de consumo total.
Los principales son:
• Polietileno
Éste es el termoplástico más usado en nuestra
sociedad. Los productos hechos de polietileno
van desde materiales de construcción y
aislantes eléctricos hasta material de
empaque.
• Polipropileno
• El polipropileno es un material económico que ofrece una combinación de propiedades físicas, químicas, mecánicas y eléctricas que no es posible encontrar en otro termoplástico.
• Debido a su amplio rango de ventajas el polipropileno tiene muchas aplicaciones, entre ellas: Tanques y depósitos para químicos, mobiliario de laboratorio, placas de presión para filtros, componentes para bombas, prótesis, apoyos, artículos para limpieza, etc.
• Cloruro de polivinilo (PVC)
Existen dos tipos de cloruro
de polivinilo, el flexible y el rígido.. Las
resinas de PVC casi nunca se usan solas, sino
que se mezclan con diferentes aditivos.
El PVC flexible se destina para hacer
manteles, cortinas para baño, muebles,
alambres y cables eléctricos;
El PVC rígido se usa en la fabricación de tuberías para riego, juntas, techado y botellas.
• Poli estireno (PS)
El poli estireno(PS) es el tercer termoplástico
de mayor uso debido a sus propiedades y a la
facilidad de su fabricación.
• El poliestireno(PS) - polimerización del estireno. Existen cuatro tipos principales: - - PS cristal, que es transparente, rígido y quebradizo;
• el poliestireno de alto impacto, resistente y opaco,
• el poliestireno expandido, muy ligero,
• y el poliestireno extrusionado, similar al expandido pero más denso e impermeable.
• Las aplicaciones principales del PS choque y el PS cristal son la fabricación de envases y de objetos diversos.
• Las formas expandida y extruida se emplean principalmente como aislantes térmicos en construcción
RESINAS TERMOFIJAS
Estos materiales se caracterizan por tener
cadenas poliméricas entrecruzadas,
formando una resina con una estructura
tridimensional que no se funde.
Los polímeros termo fijo pueden reforzarse
para aumentar su calidad, dureza y
resistencia a la corrosión. El material de
refuerzo más usado es la fibra de vidrio(la
proporción varían entre 20-30%) El 90% de
las resinas reforzadas son de poliéster.
Poliuretanos
Los poliuretanos pueden ser de dos tipos, flexibles o rígidos. Usos espumas, aislantes, elastómeros, adhesivos selladores de alto rendimiento, pinturas, fibras textiles, sellantes, embalajes, juntas, en la industria de la construcción.
• Urea, resinas y melanina
La urea se produce con amoníaco y bióxido
de carbono; La melanina está constituida
por tres moléculas de urea.
Se usan principalmente como adhesivos para
hacer madera aglomerada, gabinetes para
radio y botones. Las resinas melanina-
formaldehído se emplean en la fabricación de
vajillas y productos laminados que sirven para
cubrir muebles de cocina, mesas y escritorios.
• Resinas fenólicas
La reacción entre el fenol y el formaldehído
tiene como resultado las resinas fenólicas o
fenoplast. Existen dos tipos de resinas
fenólicas, el resol y el novolac.
Se usan para producir controles, manijas,
aparatos, pegamentos, adhesivos, material
aislante. , Laminados para edificios,
muebles, tableros y partes de automóviles.
Estas resinas son las más baratas y las más
fáciles de moldear.
Pueden reforzarse con aserrín de madera,
aceites y fibra de vidrio. Las tuberías de
fibra de vidrio con resinas fenólicas pueden
operar a 150'C y presiones de 10 kg/cm².
• Resinas epóxicas
Casi todas las resinas epóxicas comerciales se
hacen a partir del bisfenol A (obtenido a partir
del fenol y la acetona), y la epiclorhidrina
(producida a partir del alcohol arílico. Se usan
principalmente en recubrimientos de latas,
tambores, superficies de acabado de aparatos
y como adhesivo.
• Resinas poliéster
Estas resinas se hacen principalmente a partir
de los anhídridos maléfico y ftálico con
propilenglicol y uniones cruzadas con estireno.
E uso de estas resinas con refuerzo de fibra de
vidrio ha reemplazado a materiales como los
termoplásticos de alta resistencia, madera,
acero al carbón, vidrio y acrílico, lámina,
cemento, yeso, etc.
Las industrias que más la utilizan son la
automotrices, marina y la construcción. Las
resinas de poliéster saturado se usan en las
lacas para barcos, en pinturas para aviones
y en las suelas de zapatos.
Por su origen
Naturales y artificiales.
Entre los naturales se hallan sustancias muy comunes de las que suele ignorarse su naturaleza polimérica: Los hidratos de carbono o polisacáridos, como el almidón o la celulosa; la lana, la seda y otras proteínas, y otras sustancias tales como el caucho, derivadas de pequeñas moléculas de hidrocarburos.
Con el desarrollo de la tecnología y la industria química: hombre imitar a la naturaleza - incluso la mejora, sintetizando nuevos polímeros artificiales inexistentes en ella, normalmente a partir de derivados del petróleo.
El primero polímero artificial ,1909, la baquelita, aunque con anterioridad se habían obtenido algunos, como el celuloide, mediante la modificación de polímeros naturales, celulosa en este caso.
En la actualidad materiales poliméricos- importante rama de la industria química - presentes en nuestra vida cotidiana.
Algunos polímeros usuales y frecuentes:
-el polietileno y el polipropileno: bolsas de plástico;
-el poliestireno, o corcho blanco, para embalajes;
-el PVC, o policloruro de vinilo, para envases y tuberías;
-el PET (polietilentereftalato), también para envases;
- el teflón, como aislante;
- las poliamidas (nailon) y los poliésteres (tergal), como fibras sintéticas;
- el metacrilato, como sustitutivo del vidrio;
- el caucho sintético, para neumáticos...
- También existen polímeros artificiales de naturaleza inorgánica, como las siliconas, donde el carbono ha sido sustituido por átomos de silicio encadenados con átomos de oxígeno.
Grave problema: resistencia a la degradación una vez usados, lo que dificulta su eliminación e incluso su reciclado.
Aunque actualmente se está intentando sustituir los polímeros más perniciosos, como el PVC y en general los que contienen flúor y cloro, por otros más inocuos, y se ha comenzado a implantar polímeros biodegradables, todavía hoy un porcentaje muy importante de nuestras basuras está constituido por polímeros de difícil eliminación.
Por sus propiedades
Podemos clasificarlos en plasticos,
elastómeros (cauchos), fibras
recubrimientos, adhesivos, espumas y
películas. Dependiendo de sus propiedades
un polimero podria utilizarse en dos o mas
de estas aplicaciones
a) Plasticos
Este grupo incluye el mayor número de
polímeros. Aquí encontramos el PE, PP, PVC,
PS, fluorocarbonato, epoxis, fenolitos y
poliésteres. Presentan propiedades muy
diversas, algunos son muy duros y frágiles,
otros son plásticos y flexibles.
Normalmente se subdividen en
termoplásticos ( se pueden recalentar y
volver a fundir varias veces) y termoestables
( tienen muchos enlaces cruzados para
producir una estructura de red resistente).
b) Elastómeros
Un requisito estructural importante para el
comportamiento elastomerito es el
entrecruzamiento, que se consigue mediante el
proceso de vulcanización que consiste en
adicionar en caliente compuestos de azufre
que entrecruzan enlaces de cadenas vecinas.
El caucho sin vulcanizar es blando y pegajoso
y tiene poca resistencia a la abrasión,
propiedades que mejoran mediante el
vulcanizado. La elasticidad aumenta
proporcionalmente al número de enlaces
entrecruzados. Los materiales elastomeritos
son termoestables por naturaleza
c) Fibras
Los polímeros fibrosos se obtiene con relación
longitud: diámetro = 100: 1 mediante trefilado.
Se utilizan mayormente en la industria textil.
d) Otras aplicaciones
Los recubrimientos se aplican a superficies de
materiales con la finalidad de : 1) proteger el
material del ambiente que puede
eventualmente producir corrosión o
degradación 2) mejorar la apariencia 3)
proporcionar aislamiento eléctrico. Ejemplos:
pinturas, barnices, esmaltes, lacas y goma
laca.
Los adhesivos son sustancias utilizadas para
unir las superficies de dos materiales sólidos
mediante una unión de elevada resistencia a
la cizalladura . Para este fin se utilizan
polímeros termoplásticos, resinas
termoestables, compuestos elastomeritos y
los adhesivos naturales ( cola animal,
caseína, almidón y colofonia)
El principal inconveniente de los adhesivos
poliméricos es la temperatura de uso, pues
mantienen su integridad mecánica solo a
temperaturas bajas.
e) Películas
Se fabrican películas de 0.025 y 0.125 nm
que se utilizan en las bolsas para contener
productos alimentarios y otras mercancías.
f) Espumas
Los plásticos muy porosos se producen por
espumacion, que básicamente consiste en
expandir un termoplástico o termoestable
adicionando en el baño una sustancia que
descomponga con generación de gas.
Las burbujas de gas se conservan como
poros al enfriar el material, adquiriendo una
forma esponjosa. Ejemplo: polimetano,
caucho, poliestireno y PVC.
5 Características Generales de los Polímeros
Los polimeros se caracterizan por una
relación resistencia/densidad alta, unas
propiedades excelentes para el aislamiento
térmico y eléctrico y una buena resistencia a
los ácidos, álcalis y disolventes.