Colegio José María Lafragua

Sección bachillerato

Ciclo Escolar 2015-2016

Química

Tema:

Importancia de los polímeros sintéticos en la industria química

Investigación

Carlos Fernando Becerril Gutiérrez

3er Semestre

Maestro(a)

Ana Sarai Teloxa Cuahutle

14 de octubre de 2015

Definición (conceptos importantes)

Polímeros

Macromoléculas compuestas por una o varias unidades químicas, llamadas monómeros, que se repiten a lo largo de toda una cadena.

Son grandes moléculas o macromoléculas formadas por la unión de muchas pequeñas moléculas, sustancias de mayor masa molecular entre dos de la misma composición química, resultante del proceso de la polimerización.

Los polímeros pueden ser de tres tipos:

a) Polímeros naturales: provenientes directamente del reino vegetal o animal. b) Polímeros artificiales: son el resultado de modificaciones mediante procesos

químicos, de ciertos polímeros naturales. c) Polímeros sintéticos: son los que se obtienen por procesos de polimerización

controlados por el hombre a partir de materias primas de bajo peso molecular.

Monómero

Es una molécula de pequeña masa molecular que está unida a otros monómeros, a veces cientos o miles, por medio de enlaces químicos, generalmente covalentes, formando macromoléculas.

Pequeños eslabones que se repiten para formar un polímero mediante un proceso llamado polimerización.

Molécula que funciona como unidad básica de moléculas grandes. El monómero natural más común es la glucosa, que está unida por enlaces

glucosídicos formando polímeros tales como la celulosa y el almidón, formando parte de más del 77% de la masa seca de toda la materia de la planta.

Polimerización

proceso químico por el que los reactivos, monómeros, se agrupan químicamente entre sí, dando lugar a una molécula de gran peso, llamada polímero, una cadena lineal o una macromolécula tridimensional.

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.

Principales tipos de polimerización:

1) Polimerización por adición y condensación.2) Polimerización de crecimiento en cadena y en etapas.

Importancia

Los polímeros sintéticos se pueden clasificar en tres diferentes tipos de materiales:

Elastómeros: Sustancias que poseen la elasticidad que caracteriza al caucho y al igual que este se emplean para fabricar gomas, mangueras o neumáticos.

Fibras: Materiales capaces de orientarse para formar filamentos largos y delgados como el hilo. Poseen una gran resistencia a lo largo del eje de orientación, tal como ocurre con el algodón, la lana y la seda. Tienen su principal aplicación en la industria textil.

Plásticos: Son polímeros que pueden ser moldeados a presión y transformados en diversos objetos con formas diferentes, o bien, usados como pinturas o recubrimientos de superficies.

Están aquí todos los plásticos, los más conocidos en la vida cotidiana son el nylon, el poliestireno, 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.

El nylon, por ejemplo, es un polímero sintético que pertenece al grupo de las poliamidas, es una fibra manufacturada la cual está formada por repetición de unidades con uniones amida entre ellas.

Actualmente las principales aplicaciones del nylon se derivan a la industria textil, ya que debido a su elasticidad, resistente, no lo ataca la polilla, no requiere planchados se utiliza en la confección de medias, tejidos y telas de punto. Sin embargo, también tiene numerosas aplicaciones en ingeniería, gracias a la gran resistencia que presenta este material a los agentes químicos, disolvente, unido junto a su gran dureza y tenacidad hacen de este material el ideal para su uso en piezas que están sometidas a un gran desgaste.

El poliestireno es un polímero económico, resistente y probablemente sólo el polietileno sea más común en la vida diaria. Tiene usos tan variados y comunes para nosotros como la cubierta exterior de la computadora, tazas plásticas transparentes, partes moldeadas en el interior de un auto, como los botones de la radio, entre otros. El poliestireno también se emplea en juguetes y para las partes exteriores de secadores de cabello, computadoras y accesorios de cocina. De igual manera se presenta en forma de espuma para envoltorio y como aislante.

Es muy moldeable y de gran brillo y transparencia pero frágil y sensible a los disolventes. Se utiliza para fabricar envases: yogur, helados, cintas de máquinas de escribir, magnéticas (casetes), bisutería, bolígrafos, juguetes, accesorios de dibujo, cubiertos. Su facilidad de moldeo y su resistencia dieléctrica hacen que sea un plástico muy utilizado para piezas de radios, televisores, componentes electrónicos.

La gran mayoría de los polímeros que empleamos diariamente son materiales sintéticos que presentan diversas propiedades y aplicaciones. Lo que distingue a los polímeros de los materiales constituidos por moléculas sencillas son sus propiedades físicas y mecánicas. En general, los polímeros tienen una excelente resistencia mecánica a la elongación y la rotura, mostrando una elevada resistencia a ser atacados por una gran variedad de ácidos y bases fuertes, así como también por los agentes atmosféricos, entre otros. Gran parte de estas propiedades se deben al tipo de fuerzas de atracción intermoleculares que ejercen las grandes cadenas poliméricas que componen a la macromolécula.

El PVC es una combinación química de carbono, hidrógeno y cloro. Sus materias primas provienen del petróleo (en un 43%) y de la sal común (en un 57%). Se obtiene por polimerización del cloruro de vinilo, fabricado a partir de cloro y etileno. Esta polimerización se realiza por cuatro procedimientos: microsuspensión, suspensión, emulsión y masa.

En la década de los setenta, el PVC fue utilizado a menudo en los automotores, para hacer techos vinílicos. El PVC es un material termoplástico, es decir, que bajo la acción del calor se reblandece y puede así moldearse fácilmente; al enfriarse recupera la consistencia inicial y conserva la nueva forma.

Una de las propiedades por las cuales el PVC es uno de los polímeros más empleado en el mundo se debe a que este material produce plásticos ligeros, inertes, no propaga la llama, impermeable, aislante, resistente a la intemperie, puede llegar a tener una elevada transparencia, ha sido empleado por mucho tiempo en la protección de alimentos y otros productos envasados, incluidas las aplicaciones médicas, además es económico en cuanto a su relación calidad precio.

Existen una serie de polímeros que son sintetizados en otro tipo de industrias diferentes a las petroquímicas, estos corresponden a poliésteres, poliamidas, etc., que generalmente van dirigidos a la industria textil y de pinturas.

La importancia de polímeros como el plástico se refleja en los índices de crecimiento que, mantenidos a lo largo de algunos años desde principios de siglo, superan a casi todas las demás actividades industriales y grupos de materiales. En 1990 la producción mundial de plásticos alcanzó los 100 millones de tonelada y para el año 2000 llegará a 160 millones de toneladas. Los avances conseguidos por ésta en los últimos 30 años no habrían sido posibles sin estos materiales que son fundamentales en sectores como la agricultura, la industria, la alimentación, la medicina, las telecomunicaciones o el transporte. Las actividades cotidianas giran en torno a artículos de plástico como jarras de leche, gafas, teléfonos, medias de nylon, automóviles, cintas de vídeo, etc. Sin embargo, hace cien años escasos, el plástico que hoy en día nos parece algo tan normal no era un material habitual o cotidiano. Mucho antes del desarrollo de los plásticos comerciales algunos materiales existentes presentaban características singulares. Los había resistentes, translúcidos, ligeros y moldeables, pero muy pocos combinaban a un tiempo estas propiedades.

En la actualidad, estos materiales se denominan plásticos naturales y constituyen el punto de partida en la historia de los materiales plásticos. Los polímeros sintéticos, comúnmente denominados plásticos, han sustituido en numerosas aplicaciones al papel, algodón, lana, cuero, acero, vidrio, etc. siendo los más usados los termoplásticos que representan el 80 % del volumen total en peso de la producción, con extensivas aplicaciones en los embalajes y en las fibras sintéticas, entre las más importantes. Esta última aplicación de los polímeros sintéticos es, por sí sola, de una importancia industrial tan considerable, que constituye un sector industrial claramente diferenciado en la estructura económica y de la producción de todos los países desarrollados. El desarrollo en la ciencia y tecnología de polímeros ha facilitado nuestras vidas y ha sido uno de los motores del desarrollo de la ciencia de los materiales. 

Ese uso tan extendido se debe al bajo costo de producción, baja densidad, tenacidad adecuada, buen acabado superficial, durabilidad, versatilidad del sistema de producción, entre otras ventajas respecto a los materiales metálicos o cerámicos. También, es necesario notar que muchos productos hechos originalmente con otros materiales fueron suplantados por objetos diseñados en materiales plásticos. Así, por ejemplo, componentes automotrices tales como los paragolpes metálicos cromados han sido reemplazados por otros de plástico reforzado debido al menor costo de producción y mayor resistencia a la corrosión luego de sufrir impactos.

Otras piezas sustituto han sido el panel, el volante, el forro del techo interno, el tapizado y el relleno de los asientos, componentes de los cinturones de seguridad, revestimiento de cables de eléctricos, las mangueras, los recipiente para líquidos y las juntas, etc. Además, este uso intensivo del plástico y del caucho permite la reducción de peso del automóvil, menor consumo de combustible, mayor comodidad y seguridad para el pasajero.

Las ventajas mencionas se contraponen con la lenta degradación de estos materiales, que puede extenderse por varios años, generando importantes problemas ambientales. Todavía más costoso el reciclado de estos materiales que su producción a partir de materiales vírgenes.

Nacimiento de la industria de polímeros

En 1870, cuatro años antes del descubrimiento de la estructura del átomo de carbono, el inventor americano John Wesley Hyatt ganó un concurso para encontrar un material que sustituyera al marfil para la fabricación de bolas de billar, ya que, como en la actualidad, escaseaba. La galardonada contribución de Hyatt fue el celuloide, un polímero basado en la celulosa que constituye el material estructural básico de las paredes celulares de las plantas.

Este hecho marcó el inicio de la industria de polímeros. Hyatt trató el nitrato de celulosa, o algodón pólvora (un material explosivo que se consigue al exponer los tejidos de la planta del algodón a los efectos del ácido nítrico y ácidos sulfúricos), con alcohol y alcanfor. Obtuvo un material duro y brillante que podía moldease al calentarlo. Este nuevo material, barato y consistente, sustituyó al marfil en la fabricación de bolas de billar. Aunque, en determinadas ocasiones, cuando las bolas de billar hechas de celuloide colisionaban, se producía una pequeña explosión similar a la de un petardo, debido a la naturaleza explosiva del nitrato de celulosa, que presenta una composición similar a la del trinitrotolueno (TNT).

El celuloide también se empleó para fabricar peines y una gran variedad de utensilios de cocina y se convirtió en la primera película fotográfica flexible. En 1887, el conde Hilaire de Chardonnet creó un producto similar al hilar nitrato de celulosa en seda de Chardonnet, la primera fibra sintética que se fabricó y un predecesor del rayón, el nailon y el Dacron.

Tanto el celuloide como la seda Chardonnet eran polímeros creados mediante la alteración de polímeros naturales. El primer polímero verdaderamente sintético no llegó hasta 1909, año en el que el inventor americano Leo Baekeland trató el fenol o ácido fénico, otro derivado del alquitrán, con el conservante formaldehído sometido a calor y presión. El producto obtenido, la baquelita, era duro, inmune a las sustancias químicas fuertes, aislante eléctrico y resistente al calor, características de gran utilidad en la fabricación de innumerables productos para el hogar y piezas eléctricas. En poco tiempo, la baquelita se utilizaba en la fabricación de utensilios de cocina, máquinas y herramientas.

Importancia de la industria de polímeros

La importancia de los polímeros reside especialmente en la variedad de utilidades que el ser humano le puede dar a estos compuestos. Así, los polímeros están presentes en muchos de los alimentos o materias primas que consumimos, pero también en los textiles, en la electricidad, en materiales utilizados para la construcción como el caucho, en el plástico y otros materiales cotidianos como el poliestireno, el polietileno, en productos químicos como el cloro, en la silicona, etc. Todos estos materiales son utilizados por diferentes razones ya que brindan propiedades distintas a cada uso: elasticidad, adhesivos y resistentes a diversas condiciones presentes en la vida cotidiana.

La industria química (fármacos, polímeros, pesticidas, herbicidas, etc.) juega un papel muy importante en la economía mundial por sus niveles de producción y consumo, además la industria química tiene una importancia estratégica para el desarrollo sostenible de las economías nacionales. Se estima que las industrias mundiales química, farmacéutica, del caucho y de neumáticos emplean actualmente hasta a 20 millones de personas. 

Referencias

http://www.textoscientificos.com/polimeros/sinteticos

http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/Plasticos/Ficheros/FT_16_0.pdf

http://www.ehu.eus/reviberpol/pdf/DIC/Millan.PDF

http://www.iim.unam.mx/mbizarro/Polimeros.pdf

http://quantum.cucei.udg.mx/~saguf/descargas/polimeros.pdf

http://www.prtr-es.es/data/images/PRODUCCI%C3%93N-DE-POL%C3%8DMEROS-1BDCAAE0950F2E40.pdf

http://www.prtr-es.es/data/images/PRODUCCI%C3%93N-DE-POL%C3%8DMEROS-1BDCAAE0950F2E40.pdf

http://www.textoscientificos.com/polimeros/sinteticos

http://www.monografias.com/trabajos93/sobre-los-polimeros/sobre-los-polimeros.shtml