Polímeros

Introducción. Estructura: Monómeros Homopolímeros y Copolímeros. Estructura de las cadenas. Clasificación según su origen. Propiedades. Polimerización: Por Adición y Condensación. Aplicaciones. Comportamiento frente a la temperatura.

Polímeros La materia esta formada por moléculas que pueden ser de tamaño normal o moléculas gigantes llamadas polímeros. Los polímeros provienen de las palabras griegas Poly y Mers, que significa muchas partes, son grandes moléculas formadas por la unión de muchas pequeñas moléculas. Los polímeros son la base de todos los procesos de la vida, y nuestra sociedad tecnológica es dependiente en gran medida de los polímeros.

n 1 MONOMERO 2 DIMERO 3 TRIMERO 4 -20 OLIGOMEROS > 20 POLIMERO

¿ Qué son los 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 y otras tienen ramificaciones. Si hay un monómero único o varios, se forman homopolímeros o heteropolímeros (copolímeros). Monómeros Polímero (Homopolímero) Monómeros Polímero (Heteropolímero)

Clasificación de los Polímeros Los polímeros se pueden clasificar, según los siguientes criterios: . Composición (tipo de monómeros). . Secuencia de los distintos tipos de monómeros. . Estructura de la cadena. . Origen. . Propiedades físicas. . Tipo de polimerización del que provienen.

Homopolímeros y Copolímeros - Las unidades que constituyen un polímero pueden ser iguales, en cuyo caso la macromolécula formada será un homopolímero, como por ejemplo, el polietileno; o pueden ser de diferente tipo, en cuyo caso estaremos en presencia de un copolímero. - Según como se ordenen los monómeros de diferente tipo, se forman distintos copolímeros. Estas posibilidades se representan a continuación en forma genérica, empleando los monómeros A y B:

(-M-M-M-M-M-)n Policloruro de vinilo PVC Entonces, los Homopolímeros: Son macromoléculas que están formadas por un solo tipo de monómero. Su estructura general es: (-M-M-M-M-M-)n Ej. Polietileno, el PVC y los homopolímeros naturales como la celulosa y el caucho. Policloruro de vinilo PVC POLIETILENO

(-M-C-C-M-C-C) n Y los Copolímeros: Se forman por la unión de dos o más unidades monoméricas diferentes. Estructura general: (-M-C-C-M-C-C) n Ej. El estireno-butadieno (SBR), acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) acrilonitrilo-butadieno-estireno estireno-butadieno

De acuerdo a la Secuencia de la cadena -A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A- Homopolímero A-B-A-B-A-B-A-B- Copolímero regular -A-B-A-A-B-B-A-B-A-A-A-A- Copolímero aleatorio - A – A – A – A – A – A – B – B – B – B – B – B - Copolímero en bloque A – A – A – A – A – A –A - Copolímero de inserción  B – B – B – B -

De acuerdo a la Estructura de la cadena Lineal Ramificado Entrecruzado

Origen de los Polímeros: Naturales o Sintéticos Los polímeros pueden ser de origen natural, es decir, sintetizados (fabricados) por la naturaleza, o bien, pueden ser hechos por el hombre, y en ese caso, se les denomina polímeros sintéticos. Una tercera posibilidad es que el hombre modifique un polímero natural, con el fin de obtener un producto con determinadas propiedades. Tal es el caso, por ejemplo, del acetato de celulosa, una fibra semi-sintética ampliamente empleada en la industria textil.

Naturales o Sintéticos Naturales: proteínas, polisacáridos (almidón), ácidos nucleicos, el caucho natural, etc. Sintéticos: nylon, teflón, polietileno, PVC, poliestireno, poliéster, etc. Artificiales: acetato de celulosa.

Polímeros naturales

Proteínas Polímero (Proteína) Monómeros (aminoácidos)

Modelo De WATSON-CRICK ADN Modelo De WATSON-CRICK

Almidón Monómero (glucosa) Polímero (almidón) Carbohidrato formado por Glucosa (azúcar) y que se utiliza como fuente de energía. Esta presente en organismos vegetales

Celulosa

Hule natural Hule + Azufre  Caucho S S S S S S Caucho estirado

Fibras Naturales

Polímeros Naturales: Biopolímeros Las macromoléculas más importantes para la vida son: hidratos de carbono, ácidos nucleicos, lípidos y proteínas POLÍMERO MONÓMERO Proteínas Aminoácido Ácidos nucleicos Nucleótido Hidratos de carbono monosacárido

Polímeros sintéticos

Son aquellos polímeros que se generan producto de procedimientos químicos (polimerización) controlados por el ser humano. En general, los conocemos como plásticos. Los polímeros sintéticos son variados y tienen múltiples usos. Cabe preguntarse: ¿Cómo sería nuestra vida sin ellos?

Los primeros polímeros sintéticos fueron los plásticos, hechos a partir de la celulosa a mediados del siglo XIX (1865). Luego, en el siglo XX, se logró sintetizar fibras que imitaban la seda, por ejemplo el nylon. Otros polímeros son el teflón, polietileno, poliuretano, entre otros.

Podemos encontrar distintos tipos de polímeros sintéticos. El siguiente organigrama lo ilustra:

Se obtienen industrialmente por procesos de polimerización a partir de materias primas de bajo peso molecular. El campo de los polímeros sintéticos ha tenido un gran desarrollo en este siglo. Para ello basta mencionar cinco clases de polímeros, ampliamente usados en la actualidad con fines muy diversos: los plásticos, fibras, elastómeros, adhesivos y recubrimientos. Todos ellos son polímeros sintéticos orgánicos derivados del petróleo y gas natural. También el hombre ha desarrollado polímeros de origen inorgánico, como la fibra de vidrio, fibra de carbono, el Nylon, PVC, el poliestireno, polietileno, el teflón, etc.

Las fibras son aquellos polímeros de los cuales se pueden obtener hilos finos, como por ejemplo, el nylon. Los elastómeros son aquellos polímeros que tienen una gran elasticidad, es decir, pueden estirarse varias veces su longitud y luego recuperar su forma, como el neopreno (goma natural, del neopreno y de los cauchos en general) Nylon Neopreno

Los plásticos son aquellos polímeros que pueden ser moldeados mediante el calor. Entre los plásticos vemos los termoplásticos, es decir, aquellos que se reblandecen al ser calentados y recuperan su forma al enfriarse y así sucesivamente. Por ejemplo: el polietileno. Los termoestables o termorrígidos son aquellos que, una vez calentados, moldeados y luego enfriados, no se pueden volver a moldear. Por ejemplo: la baquelita. Termoplástico Termoestable

Otros ejemplos de termoestables o termorrígidos.

Los termoplásticos son reciclables.

Polímeros sintéticos según origen También podemos encontrar polímeros sintéticos según la materia prima de la cual provienen. De origen orgánico, es decir, del petróleo y sus derivados. Y los de origen inorgánico, a partir de minerales.

Dentro de los polímeros sintéticos de origen orgánico tenemos el nylon y el polietileno.

Un par de ejemplos de polímeros inorgánicos son: La fibra de vidrio. La fibra de carbono. Fibra de carbono Fibra de vidrio

Dificultades Al contrario de los polímeros naturales, los polímeros sintéticos no son biodegradables o, de serlo, se demorarían muchísimos años. Una bolsa de polietileno podría demorar 150 años en degradarse. Un vaso de polipropileno podría demorar 1000 años. Esto conlleva una posible acumulación de desechos tóxicos en nuestro planeta y, por consiguiente, un aumento del deterioro medioambiental.

Usado en la elaboración de “hielo seco” y espumas aislantes Ejemplos y Usos Polietileno Usado en bolsas de plástico y juguetes nylon Usado en cuerdas, medias, textiles Poliestireno Usado en la elaboración de “hielo seco” y espumas aislantes

F F C - C F F n PVC Usado en las tuberías de drenaje poliéster Usado en Textiles F F C - C F F Teflón Anti adherente usado en sartenes n

ALGUNAS FIBRAS celulosa extraída de pulpa de madera ·Acetato: Se prepara a partir de celulosa extraída de pulpa de madera por esterificación con ácido acético y anhídrido acético en presencia de ácido sulfúrico. La resistencia de las fibras está dada por la linealidad de las moléculas (poca ramificación), lo cual hace que puedan encajarse bien una al lado de la otra y las fuerzas intermoleculares las mantengan unidas. Se puede obtener con un amplio rango de colores y lustres, es suave, seca rápidamente, es resistente a la humedad ,no encoge. Usos: ropa, telas, películas fotográficas, filtros de cigarrillo, almohadas.

Acrílico: Compuesto por unidades repetitivas (–CH2-CH(CN)-)n. Es suave, de aspecto similar a la lana, retiene su forma, es resistente a polilla, luz solar, aceite y agentes químicos. Usos: frazadas, alfombras, buzos, medias.

Propiedades de los Polímeros La gran variedad de polímeros que existen hace imposible definir características comunes para ellos, ya que dependiendo de su proceso de producción y de las materias primas usadas, los polímeros pueden tener características muy diversas como: resistencia a los golpes, al calor, a los cambios de temperatura, flexibles, suaves, duros, elásticos, impermeables, resistentes a la oxidación, a los ácidos, biodegradables o no, maleables, de alta o baja densidad, etc.

Las propiedades físicas y químicas de los polímeros (dureza, rigidez, viscosidad, densidad, masa molecular, solubilidad, reactividad, etc.) y sus usos, difieren notablemente de los que poseen las pequeñas moléculas que se utilizan en su fabricación (síntesis). Tienen una alta masa molecular (Ej: C2000H4002 polietileno 28000g/mol). Tienen una excelente resistencia mecánica ya que las cadenas poliméricas se atraen. Las fuerzas de atracción dependen de la naturaleza del polímero. A temperaturas mas bajas, los polímeros tienden a endurecerse. La mayoría de los polímeros son malos conductores de la electricidad.

Resumiendo

Polimerización

Polimerización Arma del futuro A Ti te rodean los polímeros, o en palabras más sencillas, algún tipo de plástico. Incluso puedes estar vestido con algo de ellos. Conocidas son sus múltiples y variadas aplicaciones. Sin embargo, el reto actual en diversas partes del mundo es desarrollar nuevos tipos de estos materiales que se consideran las "armas del futuro". Y la polimerización se denomina así, porque la industria tiene como propósito el desarrollo de polímeros útiles pero que no impacten en la contaminación

La polimerización es un proceso que permite la formación de polímeros tanto naturales como sintéticos, a partir de monómeros.

Polimerización La unión de un monómero hace una macromolécula (polímero) ,donde la unidad monomérica se repite y se representa entre corchete. Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl C = C - C – C – C – C – C - C - Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl C - C n Monómero Tetracloroetileno Polímero Polimerización: Es la reacción para producir un polímero (como la que se observa arriba).

Polimerización por Adición La polimerización comienza por un radical, un catión o anión.

Polimerización por Condensación

Polietileno

Silicatos y Siliconas El Silicio forma una variedad de polímeros naturales inorgánicos, como los silicatos que contienes unidades de SiO4. En las siliconas, dos de los oxígenos de la unidad SiO4 han sido reemplazados por grupos hidrocarbonados, dando lugar a polímeros con estructura (-O-SiR2-)n. Aplicaciones: Tapas de bujías Cables Mangueras de calefacción Tubos para diálisis y transfusiones Catéteres Implantes

Siliconas

Clasificación de los Polímeros -Según su origen -Según su mecanismo de polimerización -Composición Química -Según sus aplicaciones -Según su comportamiento a la Temperatura

Polímeros de Condensación

Plásticos Proceden de recursos naturales como el petróleo, gas natural, carbón y sal común. Termoplásticos Termoestables

Polimerización de Plásticos

Goma: uniones entre cadenas

Vulcanización

POXIPOL 1 ¿Por qué el pegamento epoxi (Poxipol) viene en dos pomos diferentes que se mezclan? Uno de los pomos contiene un polímero de bajo peso molecular con grupos epoxi en sus extremos, mientras que el segundo pomo contiene una diamina

Cuando se mezclan ambas partes, el diepoxi y la diamina reaccionan entre sí mediante el ataque del par electrónico libre del grupo amino a uno de los carbonos unidos al oxígeno del epóxido.

No sólo el mismo grupo amino puede volver a reaccionar, sino que tanto el grupo amino como el époxido que aún no han reaccionado pueden hacerlo, y por sucesivas reacciones las moléculas se enlazan para formar una red entrecruzada gigantesca. La rigidez del polímero dependerá del grado de entrecruzamiento, y esto a su vez de la relación amina-epóxido que se utilice. Por eso, es posible regular la dureza del Poxipol de acuerdo a la cantidad de material que se tome de cada pomo.

Bibliografía Bloomfield, M. (1997). Química de los Organismos Vivos. 1era ed. México: Editorial LIMUSA Garritz A. y Chamizo J.A. (1994). Química. 1era ed. Estados Unidos: Editorial Addison-Wesley Solomons, G. (1996). Fundamentos de Química Orgánica. 2da. ed. México: Editorial LIMUSA