Polímeros

Polímeros
Concepto y clasificación
La materia está formada por moléculas que pueden ser de tamaño normal o moléculas gigantes
llamadas polímeros. Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas
pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las formas más diversas.
Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones, algunas más se asemejan a las escaleras de
mano y otras son como redes tridimensionales. Existen polímeros naturales de gran significación
comercial como el algodón, formado por fibras de celulosas. La celulosa se encuentra en la madera
y en los tallos de muchas plantas, y se emplean para hacer telas y papel. La seda es otro polímero
natural muy apreciado y es una poliamida semejante al nylon. La lana, proteína del pelo de las
ovejas, es otro ejemplo. El hule de los árboles de hevea y de los arbustos de Guayule, son también
polímeros naturales importantes. Sin embargo, la mayor parte de los polímeros que usamos en
nuestra vida diaria son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas.
Un polímero (del griego poly, muchos; meros, parte, segmento) es una sustancia cuyas moléculas
son, por lo menos aproximadamente, múltiplos de unidades de peso molecular bajo. La unidad de
bajo peso molecular es el monómero. Si el polímero es rigurosamente uniforme en peso molecular
y estructura molecular, su grado de polimerización es indicado por un numeral griego, según el
número de unidades de monómero que contiene; así, hablamos de dímeros, trímeros, tetrámero,
pentámero y sucesivos. El término polímero designa una combinación de un número no
especificado de unidades. De este modo, el trióximetileno, es el trímero del formaldehído, por
ejemplo. Si el número de unidades es muy grande, se usa también la expresión gran polímero. Un
polímero no tiene la necesidad de constar de moléculas individuales todas del mismo peso
molecular, y no es necesario que tengan todas la misma composición química y la misma
estructura molecular. Hay polímeros naturales como ciertas proteínas globulares y
policarbohidratos, cuyas moléculas individuales tienen todas el mismo peso molecular y la misma
estructura molecular; pero la gran mayoría de los polímeros sintéticos y naturales importantes son
mezclas de componentes poliméricos homólogos. La pequeña variabilidad en la composición
química y en la estructura molécular es el resultado de la presencia de grupos finales, ramas
ocasionales, variaciones en la orientación de unidades monómeras y la irregularidad en el orden en
el que se suceden los diferentes tipos de esas unidades en los copolímeros.
Polímeros isómeros
Los polímeros isómeros son polímeros que tienen esencialmente la misma composición de
porcentaje, pero difieren en la colocación de los átomos o grupos de átomos en las moléculas. Los
polímeros isómeros del tipo vinilo pueden diferenciarse en las orientaciones relativas (cabeza a
cola, cabeza a cabeza, cola a cola, o mezclas al azar de las dos.) de los segmentos consecutivos
(unidades monómeras.).: Cabeza a cola - CH2- CHX- CH2- CHX- CH2- CHX- CH2- CHX-Cabeza a
cabeza y - CH2- CH2- CHX- CHX- CH2- CH2- CHX- CHX- CH2- cola a cola, o en la orientación de
sustituyentes o cadenas laterales con respecto al plano de la cadena axial hipotéticamente
extendida. La isomería cis-trans puede ocurrir, y probablemente ocurre, para cualquier polímero
que tenga ligaduras dobles distintas a las que existen en los grupos vinilo pendientes (los unidos a
la cadena principal).
Polimerización
Es un proceso químico por el cual, mediante calor, luz o un catalizador, se unen varias moléculas
de un compuesto generalmente de carácter no saturado llamado monómero para formar una
cadena de múltiples eslabones, moléculas de elevado peso molecular y de propiedades distintas,
llamadas macromoléculas o polímeros.
Propiedades Físicas de los Polímeros
Estudios de difracción de rayos X sobre muestras de polietileno comercial, muestran que este
material, constituido por moléculas que pueden contener desde 1.000 hasta 150.000 grupos CH2 –
CH2 presentan regiones con un cierto ordenamiento cristalino, y otras donde se evidencia un
carácter amorfo: a éstas últimas se les considera defectos del cristal. En este caso las fuerzas
responsables del ordenamiento cuasicristalino, son las llamadas fuerzas de van de Waals. En otros
casos (nylon 66) la responsabilidad del ordenamiento recae en los enlaces de H. La temperatura
tiene mucha importancia en relación al comportamiento de los polímeros. A temperaturas más
bajas los polímeros se vuelven más duros y con ciertas características vítreas debido a la pérdida
de movimiento relativo entre las cadenas que forman el material. La temperatura en la cual funden
las zonas cristalinas se llama temperatura de fusión (Tf) Otra temperatura importante es la de
descomposición y es conveniente que la misma sea bastante superior a Tf.
Clasificación de los Polímeros según sus Propiedades Físicas
Desde un punto de vista general se puede hablar de tres tipos de polímeros: Elastómeros,
Termoplásticos, Termoestables. Los elastómeros y termoplásticos están constituidos por
moléculas que forman largas cadenas con poco entrecruzamiento entre sí. Cuando se calientan, se
ablandan sin descomposición y pueden ser moldeados. Los termoestables se preparan
generalmente a partir de sustancias semifluidas de peso molecular relativamente bajo, las cuales
alcanzan, cuando se someten a procesos adecuados, un alto grado de entrecruzamiento molecular
formando materiales duros, que funden con descomposición o no funden y son generalmente
insolubles en los solventes más usuales.
Tipos de Reacciones de Polimerización
Hay dos reacciones generales de polimerización: la de adición y la condensación. En las
polimerizaciones de adición, todos los átomos de monómero se convierten en partes del polímero.
En las reacciones de condensación algunos de los átomos del monómero no forman parte del
polímero, sino que son liberados como H2O, CO2, ROH, etc.
Algunos polímeros (ejemplo: polietilén glicol) pueden ser obtenidos por uno u otro tipo de reacción.
Polimerización por Adición
Las polimerizaciones por adición ocurren por un mecanismo en el que interviene la formación inicial
de algunas especies reactivas, como radicales libres o iones. La adición de éstas especies
reactivas a una molécula del monómero convierte a la molécula en un radical o Ion libre. Entonces
procede la reacción en forma continua. Un ejemplo típico de polimerización por adición de un
radical libre es la polimerización de cloruro de vinilo, H:C = CHCl, en cloruro de polivinilo (PVC).
Principales Polímeros
POLIETILENO
Se le llama con las siglas PE. Existen fundamentalmente tres tipos de polietileno. PE de Alta
Densidad: Es un polímero obtenido del etileno en cadenas con moléculas bastantes juntas. Es un
plástico incoloro, inodoro, no toxico, fuerte y resistente a golpes y productos químicos.
Su temperatura de ablandamiento es de 120º C. Se utiliza para fabricar envases de distintos tipos
de fontanería, tuberías flexibles, prendas textiles, contenedores de basura, papeles, etc... Todos
ellos son productos de gran resistencia y no atacables por los agentes químicos. PE de Mediana
Densidad: Se emplea en la fabricación de tuberías subterráneas de gas natural los cuales son
fáciles de identificar por su color amarillo. PE de Baja Densidad: Es un polímero con cadenas de
moléculas menos ligadas y más dispersas. Es un plástico incoloro, inodoro, no toxico, mas blando
y flexible que el de alta densidad.
POLIPROPILENO
Se conoce con las siglas PP. Es un plástico muy duro y resistente. Es opaco y con gran resistencia
al calor pues se ablanda a una temperatura mas elevada (150 ºC). Es muy resistente a los golpes
aunque tiene poca densidad y se puede doblar muy fácilmente, resistiendo múltiples doblados por
lo que es empleado como material de bisagras. También resiste muy bien los productos corrosivos.
POLIESTIRENO
Se designa con las siglas PS. Es un plástico más frágil, que se puede colorear y tiene una buena
resistencia mecánica, puesto que resiste muy bien los golpes. Sus formas de presentación más
usuales son la laminar. Se usa para fabricar envases, tapaderas de bisutería, componentes
electrónicos y otros elementos que precisan una gran ligereza, muebles de jardín, mobiliario de
terraza de bares, etc...
POLICLORURO DE VINILO
Se designa con las siglas PVC. El PVC es el material plástico más versátil, pues puede ser
fabricado con muy diversas características, añadiéndole aditivos que se las proporcionen. Es muy
estable, duradero y resistente, pudiéndose hacer menos rígido y más elástico si se le añaden un
aditivo más plastificante. Se ablanda y deforma a baja temperatura, teniendo una gran resistencia a
los líquidos corrosivos, por lo que es utilizado para la construcción de depósitos y cañerías de
desagüe.
POLIMETACRILATO (PMMA)
Caspary y Tollens lo obtuvieron en 1873, pero no se utilizó a gran escala hasta que el alemán Röm
lo fabricó y comercializó bajo la marca Plexiglas. Este plástico tiene una gran transparencia,
además de elevada rigidez y tenacidad, buena resistencia química, fácil moldeo, y buen
comportamiento dieléctrico. Se utiliza en múltiples aplicaciones, accesorios para cuartos de baño,
parabrisas y ventanas de aviones, portillos de barcos, claraboyas. También se puede moldear por
colada.
POLICARBONATO (PC)
Este plástico apareció en los años cincuenta. Es amorfo y transparente, aguanta una temperatura
de trabajo hasta 135 ºC, y tiene buenas propiedades mecánicas, tenacidad y resistencia química.
Se utiliza en electrotecnia, aparatos electrodomésticos, piezas de automóviles, luminotecnia,
cascos de seguridad. Se hidroliza con el agua a elevadas temperatura.
LOS ACRÍLICOS
En general se trata de polímetros en forma de gránulos preparados para ser sometidos a distintos
procesos de fabricación. Uno de los mas conocidos es el polimetacrilato de metilo. Suele
denominarse también con la abreviatura PMMA. Tiene buenas características mecánicas y de
puede pulir con facilidad. Por esta razón se utiliza para fabricar objetos de decoración. También se
emplean como sustitutivo del vidrio para construir vitrinas, dada su resistencia a los golpes. En su
presentación traslucida o transparente se usa para fabricar letreros, paneles luminosos y gafas
protectoras.
LAS POLIAMIDAS
Se designan con las siglas PA. La poliamida mas conocida es el nylon. Puede presentarse de
diferentes formas aunque los dos mas conocidos son la rígida y la fibra. Es duro y resiste tanto al
rozamiento y al desgaste como a los agentes químicos. En su presentación rígida se utiliza para
fabricar piezas de transmisión de movimientos tales como ruedas de todo tipo (convencionales,
etc...), tornillos, piezas de maquinaria, piezas de electrodomésticos, herramientas y utensilios
caseros, etc.. (Colaborador del artículo: Julio José Moreno , UASD).