TRABAJO DE LA SEGUNDA UNIDAD. EL MUNDO DE LOS POLÍMEROS

1¿Qué son los polímeros y por qué son tan importantes?Los polímeros son moléculas grandes formadas por la repetición de unidades simples. La palabra polímero se deriva del griego poly, que significa “muchos” y mero, que significa “parte”. Frecuentemente se emplea el término macromolécula como un sinónimo de polímero.Los polímeros son sintetizados a partir de moléculas simples llamadas monómeros, las cuales pueden ser iguales o diferentes.Su importancia radica en que casi todo lo que vemos y usamos esta compuesto de ello, la ropa, los plasticos, los pegamentos, etc..

1.Importancia de los polímeros por sus aplicaciones y usos

Los llamados polímeros se han vuelto un instrumento vital en la vida diaria de toda persona. Vivimos en la era de los polímeros. Plásticos, fibras, elastómeros, recubrimientos, adhesivos, hules, proteínas, celulosa; todos estos son términos comunes en nuestro vocabulario. Un gran número de objetos que empleamos hoy en día están elaborados a partir de polímeros.Algunos ejemplos de polímeros plásticos y sus usos:

2. Estructura química de los polímeros2.1 .Concepto de monómero y polímero.

2.2 .Grupos funcionales presentes en la estructura de los monómeros

  La estructura química hace referencia a la construcción de la molécula original, en el cual

se estudia el efecto de la naturaleza de los átomos que constituyen en la cadena principal y los sustituyentes de la mismas, las uniones entre los monómeros, el peso molecular y su distribución; así como, el efecto de las ramificaciones o entrecruzamientos en la cadena principal. De igual manera las diferentes configuraciones que pueden adoptar los sustituyentes de la cadena principal condicionan las propiedades de los polímeros y son parte de su estructura química.

Los monómeros son compuestos de bajo peso molecular que pueden unirse a otras moléculas pequeñas (ya sea iguales o diferentes) para formar macromoléculas de cadenas largas comúnmente conocidas como polímeros.

Los polímeros son mezclas de macromoléculas de distintos pesos moleculares. Por lo tanto no son especies químicas puras y tampoco tienen un punto de fusión definido. La mayoría de los monómeros funcionales son solubles en agua al mismo tiempo y se

utilizan para incorporar centros hidrofílicos dentro de polímeros hidrofóbicos a fin de estabilizar las partículas y lograr adherencia y aceptación de pigmentos.

Usualmente son utilizados en muy pequeñas cantidades (1-3%) y poseen sitios reactivos para la reticulación, modificación de la superficie de las partículas y procesos post-polimerización de las partículas de látex.

 

Los grupos funcionales que pueden estar involucrados en este tipo de monómeros son: 1. grupos carboxilos (Ej: Acidos acrílico y metacrílico). Comentados más abajo 2. Grupos epoxi (Ej:de monómeros tales como glicidil metacrilato). Usualmente son

utilizados para mejorar la resistencia química, la dureza del film, la resistencia química y la resistencia a l calor y a la abrasión.

3. Derivados de acrilamida (Ej: N-Metilolacrilamida). Este tipo de monómeros es usualmente utilizados en proporciones de 1 a 7% y generan la incorporación de sitios de reticulación dentro de las partículas del látex. Puede sufrir reticulación vía puente hidrógeno a temperatura ambiente, como así también, pueden ser reticulados a temperatura más elevada (120 –150°C) con formación de enlaces covalentes entre distintos grupos N-Metilol presentes en la cadena.

4. Cloruros (Ej: Cloruro de vinilbencilo). Son monómeros con sitios electrofílicos que pueden ser reaccionados post-polimerización con nucleófilos tales como aminas, mercaptanos, etc.

5. Grupos isocianato (Ej: TMI). Estos grupos pueden ser reticulados postpolimerización , mediante grupos amino o hidroxilo , o bien reticular durante el proceso de formación del film.

6. Grupos amino (Ej: de monómeros funcionales como dietilaminoetilmetacrilato) 7. Grupos sulfonato (Ej:estireno sulfonato de sodio) 8. grupos hidroxilo (Ej: 2-hidroxietilmetacrilato)  

3.-¿Cómo se obtienen los polímeros sintéticos? Los polímeros son una estructura compleja formada por la

repetición de una unidad molecular llamada monómero. Existen polímeros naturales y polímeros sintéticos. En muchos casos una molécula de un polímero está compuesta de miles de moléculas de monómeros. 

Ejemplo: El polibutadieno, un elastómero sintético, se fabrica a partir del

monómero butadieno, que no posee un metil en el carbono número dos, siendo esta la diferencia con el isopreno.

CH2 =CH–CH=CH2 1,3 -butadieno

El polibutadieno tiene regular resistencia a la tensión y muy poca frente a la gasolina y a los aceites. Estas propiedades limitan las posibilidades de fabricar con ellos los neumáticos.

Reaccion de adicion y condensación en polímeros sintéticos Se sintetizan en: polímeros de adición cuando se van

agregando unidades de monómero sin pérdida de átomos, es decir, la composición química de la cadena resultante es igual a la suma de las composiciones químicas de los monómeros que la conforman y polímeros de condensación cuando se combinan unidades de monómero y pierden átomos al pasar a formar parte del polímero. Por lo general se pierde una molécula pequeña, como agua o ácido clorhídrico gaseoso.

Las cadenas formadas de polímeros, pueden ser:  Lineales. Formados por una única cadena de monómeros.

Ramificados. La cadena lineal presenta ramificaciones

 

Redes poliméricas. Se forman al enlazarse átomos de diferentes cadenas

Clasificacion de polímeros y copolimeros.Copolimeros: Un copolímero es una macromolécula compuesta por dos o más monómeros o unidades repetitivas distintas, que se pueden unir de diferentes formas por medio de enlaces químicos.Los monómeros pueden distribuirse de forma aleatoria o periódica. Si se alternan largas secuencias de uno y otro monómero, se denomina copolímero en bloque. Si el cambio de composición se produce en las ramificaciones, se trata de un copolímero ramificado.Polímeros: son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros.

4.-Propiedades de los polímeros. Clasificación por las siguientes propiedades: Reticulares y lineales: como resultado de l mecanismo del proceso de polimerización como

también de la naturaleza de los mono meros que generan el polímero, las cadenas polímero pueden ser lineales ramificadas e incluso entrecruzadas. Un polímero lineal es una molécula polimérica en la cual los átomos se arreglan mas o menos una larga cadena, las cadenas de grupos pendientes son mucho mas pequeñas que la cadena principal normalmente tienen unos pocos átomos de longitud, pero la cadena principal posee generalmente cientos de miles de átomos.

Alta y baja densidad: en el caso de el polietileno. El polietileno es probablemente el polímero que mas se ve en la vida diaria. Es el plástico mas popular del mundo. Este es el polímero que hace las bolsas de almacén, los frascos de champú, juguetes etc… por ser un material tan versátil tiene una estructura muy simple, la mas simple de todos los polímeros comerciales. Una molécula de polietileno no es nada mas que una cadena larga de átomos de carbono con dos átomos de hidrogeno unidos a cada átomo de carbono.

En ocaciones es un poco mas complicado. A veces algunos de los carbonos, en lugar de tener hidrógenos unidos a ellos, tienen asociadas largas cadenas de polietileno. Esto se llama polietileno ramificado, o de baja densidad, o LDPE. Cuando no hay ramificaciones se llama polietileno lineal es mucho mas fuerte que el polietileno ramificado, pero el polietileno ramificado es mas barato y mas fácil de hacer.

 

Termo fijó y termoestables: de acuerdo al comportamiento frente a la temperatura los polímeros pueden clasificarse en los termoplásticos y termoestables.

Los polímeros termoplásticos tienen como característica esencial que se ablandan por acción del calor, llegando a fluir, y cuando baja la temperatura vuelven a ser solidos y rígidos. Por esta razón pueden ser moldeados en elevado numero de veces, lo que favorece si reciclibilidad. Deben esta propiedad a estar formados por cadenas macromoleculares que se encuentran desordenadas, enrolladas sobre si mismas, pero independientes unas de otras, unidas solo por débiles fuerzas. Son los mas usados en la industria del envase o embalaje.

Los polímeros termo fijos no se reblandecen ni fluyen por acción del calor, llegando a descomponer si la temperatura sigue subiendo. Por ello no se pueden moldear repetidas veces, lo cual representa una desventaja en el uso de estos materiales debido a la dificultad que presentan para ser reciclados. Están formados por cadenas macromoleculares unidas entre si por fuertes enlaces covalentes. Entres los polímeros termo fijos encontramos: resinas fenólicas, amino resinas, resinas de poliéster, resinas epoxi, poliuretanos.

Las ventajas de platico termoestable para su aplicación son: Alta estabilidad térmica Alta rigides Alta estabilidad dimensional Resistencia ala fluencia y ressistencia bajo carga Bajo peso Buenas propiedades como aislante térmico.

Diferencias entre polímeros naturales y sintéticos Polímeros naturales 

Los polímeros naturales reúnen, entre otros, al almidón cuyo monómero es la glucosa y al algodón, hecho de celulosa, cuyo monómero también es la glucosa. La diferencia entre ambos es la forma en que los monómeros se encuentran dispuestos dentro del polímero. 

Otros polímeros naturales de destacada importancia son las proteínas, cuyo monómero son los aminoácidos.  La diferencia es que uno es echo por el hombre y el otro no , por ejemplo un polímero natural es la proteína , sus monómeros son aminoácidos , otro polímero natural es el ADN sus monómeros son nucleótidos.Polímeros sintéticos son por ejemplo: el polietileno ,cuyo monómero es etileno o simplemente una botella , una alfombra, et.

6. Efectos socioeconómicos y ambientales de la producción y uso de polímeros en México   Los polímeros naturales como el almidón y la celulosa son materiales de alta disponibilidad en la

naturaleza, de fácil degradación en agua, dióxido de carbono y/o humus y sus costos de obtención son bajos, en comparación con los polímeros sintéticos como los plásticos que resultan de muy difícil degradación a pesar de los bajos costos de producción. En nuestra vida cotidiana debido a las diversas propiedades que presentan los polímeros sintéticos como: ligeros, aislantes térmicos y eléctricos, entre otros, estos en la mayoría de los casos han desplazado a la madera en la fabricación de muebles, al cuero en la fabricación de calzado, al metal en la fabricación de muchas partes automotrices y electrodomésticos, al vidrio, el algodón, etc., son materiales de variados usos debido a la gran cantidad de aplicaciones en las diferentes industrias que van desde la construcción hasta las farmacéutica y alimenticia. Su principal desventaja es que tardan demasiado tiempo en degradarse, es decir, presentan resistencia a la corrosión ambiental. Polímeros sintéticos convencionales se fabrican a partir de los derivados del petróleo (petroquímicos) por lo que su degradación es mucho más lenta (tardando largos periodos de tiempo), por lo que se van acumulando grandes cantidades de contaminantes difíciles de degradar y por generar sustancias toxicas afectando de manera notable el ambiente, lo que resulta más costoso para eliminar. Debido a estos problemas de contaminación se han venido desarrollando diversos polímeros biodegradables, que ofrecen una serie de ventajas ya que estos son degradados a compuestos como el agua y el dióxido de carbono que no dañan al ambiente. Se clasifican en cuatro grupos: naturales como: A) las proteínas, B)el almidón, C) la celulosa y D) biopolímeros: materiales modificados, llamados Blends. Los Blends pueden ser el almidón con polímeros como el poliuretano y poliestireno, siendo su principal aplicación en la envoltura y cubierta de diversos productos, otros son la celulosa en el acetato de celulosa y la celulosa oxidada, teniendo su principal aplicación en la rama medica al proporcionar vendas y fajas de contención de hemorragias. Es importante conocer que de manera general los biopolímeros presentan malas propiedades mecánicas y que algunos de ellos no son estables frente al agua, otros son fotodegradables, por lo que los biopolímeros son utilizados por cortos periodos de tiempo.

Los plásticos, al contrario del papel, no son degradables o muy difícilmente degradables por acción del tiempo o de los microorganismos, se calcula que una bolsa de plástico puede tardar unos 240 años en alterarse, en otras palabras, los residuos plásticos, por lo general no son biodegradables y por eso contribuyen a la contaminación del ambiente se estima que alrededor del 60% de los restos que se encuentran en las costas son materiales plásticos. En la actualidad, alrededor del 10% de los residuos plásticos son incinerados, y esto presenta el inconveniente de la emisión de gases tóxicos, especialmente si se trata de la incineración de PVC (policloruruo de vinilo), que produce un derivado clorado tóxico llamado dioxina. En las plantas modernas de incineración, el riesgo de contaminación está minimizado, además, se debe tener en cuenta que el calor producido en la combustión de los residuos plásticos es elevado, por lo que su incineración en plantas de recuperación de energía sería una opción razonable. El procedimiento menos riesgoso para el cuidado del ambiente es el reciclado, esta opción sólo se aplica al 1% de los residuos plásticos, frente al 20% del papel o el 30% del aluminio.

Los problemas ambientales que se pueden producir por el consumo de plásticos no reciclables que se desechan como basura al ambiente, van desde la recolección, traslado a la planta transformadora y la disposición final, por ejemplo en la actualidad la mayoría de las empresas embotelladoras utilizan envases no retornables en lugar de los retornables alterando el ambiente.

Por lo tanto es recomendable para solucionar este problema que al comprarlos verificar que presenten el código de identificación para su clasificación y reciclado de acuerdo al material del envase.

 

Bibliografía.   profguillermojcentenob.blogspot.com/ iq.ua.es/TPO/Tema1.pdf joseluismesarueda.com/documents/TEMA_9_001.pdf http://www.textoscientificos.com/polimeros/polimeriz

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http://www.educarchile.cl/Portal.Base/Web/VerContenido.aspx?ID=13640