Polímeros

Definición

Polímeros: Macromoléculas formadas por la unión de muchas unidades pequeñas llamadas monómeros.

Monómero: Unidad básica a partir de la cual se obtienen los polímeros.

Clasificación de los Polímeros

Según su Estructura

• Polímeros lineales: El monómero que los genera tiene dos puntos de ataque. La polimerización ocurre unidireccionalmente y en ambos sentidos.
• Polímeros ramificados: El monómero que los genera tiene tres o más puntos de ataque. La polimerización ocurre tridimensionalmente (en tres direcciones del espacio).

*Las propiedades de los polímeros dependen de su estructura.

• Material blando: Estructura lineal, cadenas débilmente unidas.
• Material rígido y frágil: Estructura ramificada.

Según su Origen

• Polímeros naturales: Polímeros que forman parte de los seres vivos (plantas, animales). Ejemplos: almidón, caucho natural, proteínas y ácidos nucleicos.
• Polímeros artificiales (sintéticos): Sintetizados a partir de procesos químicos e industriales a partir de materias primas específicas. Ejemplos: polietileno, caucho vulcanizado y poliéster. (No hay grandes diferencias en su estructura con respecto a los naturales).

Según la Composición de su Cadena

• Homopolimeros: Formados por monómeros idénticos. Ejemplos: celulosa y caucho natural.
• Copolímeros: Formados por dos o más monómeros distintos. Ejemplos: SIDA (?), baquelita.
  • Copolímeros al azar
  • Copolímeros alternados
  • Copolímeros en bloque
  • Copolímeros injertados

Polímeros Sintéticos

Historia de los Polímeros Sintéticos

Antes solo se utilizaban los polímeros naturales como el caucho, que se extraía de árboles tropicales nativos de Sudamérica.

Charles Goodyear mezcló accidentalmente caucho y azufre obteniendo el caucho vulcanizado.

Proceso de Vulcanización

El azufre provoca el entrecruzamiento de las cadenas del polímero a través de reacciones en los dobles enlaces.

Clasificación de los Polímeros Sintéticos según el Tipo de Síntesis

• Polímeros por adición: Los polímeros se forman por la sucesiva unión de monómeros que tienen uno o más enlaces dobles o triples.
• Polímeros de condensación: Se forman por un mecanismo de reacción en etapas. No depende de la reacción que la precede. El polímero se forma porque las unidades monoméricas que intervienen son diácidos carboxílicos, diaminas y dialcoholes. Por cada nuevo enlace, se libera una molécula pequeña, casi siempre H₂O.

Propiedades de los Polímeros Sintéticos

A) Propiedades Generales

• Fibras: Hebras ordenadas en una dirección determinada formando hilos resistentes debido a fuerzas intermoleculares intensas entre cadenas. Ejemplos: nailon y polietileno.
• Elastómeros: Polímeros amorfos cuyas cadenas tienen una orientación irregular. Al estirarse, sus cadenas se extienden y orientan en el sentido de la fuerza. Fuerzas intermoleculares débiles, el elastómero vuelve a su forma original.
• Plásticos: Polímeros que presentan propiedades intermedias entre fibras y elastómeros. No presentan un punto de fusión fijo. Los plásticos pueden moldearse y adaptarse a diferentes formas y aplicaciones ya que poseen, a cierta temperatura, propiedades de elasticidad y flexibilidad.

B) Comportamiento frente al Calor

• Termoplásticos: Sus cadenas (lineales o ramificadas) no están unidas entre sí. Las fuerzas intermoleculares se debilitan al subir la temperatura (se vuelven blandos). Son rígidos a temperatura ambiente y blandos al elevar la temperatura. Se pueden fundir y moldear. Son reciclables.
• Termoestables: Cadenas interconectadas por ramificaciones más cortas que las cadenas principales. El calor es el principal responsable del entrecruzamiento que da una forma permanente a estos polímeros. Son rígidos, frágiles y con resistencia térmica. Una vez moldeados no pueden volver a cambiar su forma. No son reciclables.

Polímeros por Adición

1º Polimerización Catiónica

Formación del polipropileno. En 1954, Giulio Natta obtiene el polipropileno de estructura muy regular, isotáctico (polímero que tiene todos los grupos metilo del mismo lado del esqueleto hidrocarbonado), esto gracias a la selección de un catalizador apropiado.

Etapas en la Polimerización de un Alqueno

• a) Iniciación: Se adiciona un ácido al propileno, el protón H⁺ ataca los electrones del enlace doble y termina uniéndose a uno de los átomos de carbono, se genera un ion carbonio o carbocatión.
• b) Propagación: El ion carbonio ataca el doble enlace de otra molécula de propileno, se forma otro ion carbonio y así sucesivamente se alarga la cadena y el polímero sigue creciendo.
• c) Terminación: La cadena deja de crecer, ahora es posible la reacción entre el ion carbonio y el anión.

2º Polimerización Aniónica

Formación del PVC. En 1838, Henri V. Regnault descubre accidentalmente el PVC por medio de la exposición directa del cloruro de vinilo a la luz del día. No le dio mayor importancia. En 1872, Eugen Baumann fue el primero en sintetizar polímeros derivados de cloruro de vinilo con propiedades físicas similares al plástico.

Etapas

• a) Iniciación: El butil litio se separa para formar un anión butilo y un catión litio, la carga negativa del butilo se localiza sobre un átomo de carbono, generando un carbanión.
• b) Propagación: El carbanión resultante reacciona con otra molécula de cloruro de vinilo, este proceso se repite varias veces y así la cadena se alarga.
• c) Terminación: La polimerización finaliza con la neutralización del carbanión, reacción lograda a través de la adición de un protón proveniente del agua. Se obtiene el cloruro de polivinilo (PVC).

Polimerización Radicalaria

Formación del polietileno, sintetizado por primera vez en el año 1898 por el alemán Hans von Pechmann, calentando diazometano accidentalmente, obtuvo una sustancia blanca similar a la cera.

Etapas

• a) Iniciación: El peróxido de benzoilo se descompone por efecto de la temperatura liberando CO₂ y dos radicales libres, cada uno actuando como iniciador de la reacción.
• b) Propagación: El radical reacciona con una molécula de etileno y así el proceso se repite para alargar la cadena.
• c) Terminación: La cadena termina a través de cualquier reacción en la que se destruyen los radicales libres dando lugar al polietileno.

Aplicaciones Comerciales de Polímeros de Adición

• 1º Polipropileno: CH₂=CH-CH₃
  • a) Termoplástico
  • b) Resistente al calor, a la acción de microorganismos y solventes químicos.
  • c) No se deforma con temperaturas por sobre los 140º C.
  • d) Mayor dureza que el polietileno pero menor que el poliestireno.
  Aplicaciones: Recipientes para microondas, alfombras, equipos de laboratorio.
• 2º Polietileno: CH₂=CH₂
  • a) Material translúcido
  • b) Resistente a químicos
  Aplicaciones: Fabricación de envases, juguetes y bolsas plásticas.
• 3º Poliestireno: CH₂=CH
  • a) Inalterable a la humedad
  • b) Aislante térmico
  • c) Ligero
  Aplicaciones: Accesorios de cocina y mobiliario (en forma de espuma), lentes (variedad transparente).
• PVC: CH₂=CH-Cl
  • Resistente a la electricidad y al calor
  Aplicaciones: Cañerías, paneles, objetos moldeados.

Polímeros por Condensación

Dos monómeros reaccionan para formar un dímero, este sigue reaccionando y alargándose indefinidamente.

Ejemplos de Polímeros por Condensación

A) Poliamidas

Fibra sintética que tiene la propiedad de formar hilos que se estiran bastante sin romperse. Se usan para unirlas y formar tejidos. El más conocido es el nailon (polimerización de un ácido dicarboxílico y una diamina). El nailon 66 fue sintetizado por Wallace Carothers calentando el ácido adípico con la hexametilendiamina (66 por el número de átomos de carbono de los dos compuestos).

B) Poliésteres

1. Se sintetizan usando un ácido con un alcohol.
2. Cada unidad del éster contiene un grupo carboxilo y un grupo hidroxilo, que pueden reaccionar con otras moléculas y generar otras uniones éster.
3. El PET fue patentado por John Whinfield y James Dickson en 1941. Las fuertes atracciones intermoleculares de sus cadenas poliméricas le dan la capacidad de formar hilos con una gran resistencia.

C) Siliconas

1. Descubiertas a principios del siglo XX.
2. Polímero inorgánico más común donde el silicio es el átomo central.
3. Tiene propiedades físicas similares a las de las resinas y al caucho.
4. Muy poco reactivos y por esto se utilizan en el campo de la medicina.

D) Resinas

1. La baquelita fue la primera resina sintetizada por el belga Leo Baekeland en 1907.
2. Se caracteriza por sufrir una transformación química, cuando se funden se solidifican y al fundirse nuevamente se descomponen.
3. La baquelita resulta de la reacción entre el fenol y el formaldehído.
4. Es dura y quebradiza.

Aplicaciones Conocidas de Polímeros de Condensación

• 1.- Nailon: HOOC-(CH₂)₄-COOH Termoplástico, resistente al calor y al desgaste. Empleado en la fabricación de fibras resistentes a la tracción. Usado para hilo de pescar, cuerdas de guitarra, etc.
• 2.- Kevlar: H₂N-(C₆H₄)-NH₂ Termoestable, resistencia química y térmica. Alta dureza, se usa para chalecos antibalas, artículos militares, guantes de seguridad, etc.
• 3.- Siliconas: (-O-Si(CH₃)₂-O-)_n Estables al calor y a la oxidación. Insolubles en agua pero reactivas. Se usan para la elaboración de lubricantes, selladores para autos, etc.
• 4.- PET: HOCH₂CH₂OH Polímero termoplástico, alta cristalinidad, ligero y reciclable. Elaboración de envases de bebidas y alimentos, al ser una fibra, también se usa para hacer ropa.
• 5.- Baquelita: Termoestable, resistente al agua, a los ácidos y al calor. Buen aislante químico. Se usa para mangos de herramientas y artículos de cocina.