POLÍMEROS

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.

Similarmente, estrechando la distribución

molecular, se obtiene:

- 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:

Tipos de Polietileno

•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)

• Poliestireno (PS)

• Poliacrilato de metilo

• Polimetacrilato de metilo (PMMA)

• 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.

• 4 Clasificacion de polimeros

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.

Como es fácil apreciar, la vida actual no sería imaginable sin los materiales poliméricos.

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.

Las enormes moléculas de las que están

compuestos pueden ser lineales, ramificadas o

entrecruzadas, dependiendo del tipo de

polimero. Las moléculas lineales y ramificadas

son termoplásticos (se ablandan con el calor),

mientras que las entrecruzadas son

termoendurecibles (se endurecen con el

calor).