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1Polímeros
Fuente u Origen.
Un polímero se describe como una molécula muy grande constituida por unidades
moleculares que se repiten. Dichas unidades reciben el nombre de monómeros y la
reacción en la que los monómeros se unen entre sí se denomina polimerización. Un
mejor conocimiento de las reacciones de polimerización una mayor complejidad de las
técnicas empleadas han hecho posible la fabricación de polímeros con propiedades
físicas de gran interés.
Están formados por unidades estructurales pequeñas conocidas como monómeros.
Según su origen; los polímeros pueden clasificarse en:
Polímeros naturales, los cuales proceden de los seres vivos.
Polímeros sintéticos, se obtienen por síntesis en laboratorios o procesos industriales.
Los primeros polímeros que se sintetizaron se obtenían a través de transformaciones
de polímeros naturales. En 1839 Charles Goodyear realiza el vulcanizado del caucho.
El nitrato de celulosa se sintetizó accidentalmente en el año 1846 por el
químico Christian Friedrich Schönbein y en 1868, John W. Hyatt sintetizó el celuloide a
partir de nitrato de celulosa.
El primer polímero totalmente sintético se obtuvo en 1909, cuando el químico belga Leo
Hendrik Baekeland fabrica la baquelita a partir de formaldehído y fenol. Otros polímeros
importantes se sinterizaron en años siguientes, por ejemplo el poliestireno (PS)
en 1911 o el poli (cloruro de vinilo) (PVC) en 1912.
Inicialmente los objetivos de la química de los polímeros sintéticos consistían en la
imitación de polímeros naturales de importancia comercial, como el clásico ejemplo del
descubrimiento del nylon en sustitución de la seda. La imitación de abastecimientos de
caucho natural particularmente durante la segunda guerra mundial provoco enormes
esfuerzos, acompañados por el éxito, para preparar caucho sintético. A partir de
entonces se empezó a diseñar polímeros con características diferentes y más
ventajosas que las de los productos naturales a los que debían reemplazar. Toda una
familia de productos siguió al nylon, y después del caucho sintético vino el cuero
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sintético. Estos avances han tenido un impacto enorme en nuestra vida normal: los
polímeros sintéticos se utilizan en infinidad de cosas; en la fabricación de tejidos y
muebles, cubiertos de mesa y cocina, recipientes, juguetes, cepillos de dientes, vajillas,
neumáticos, pelotas de golf y muchos otros artículos de uso diario. Casi todo el
desarrollo de los polímeros sintéticos ha ocurrido en las décadas de los 50 y 60 y a él
han contribuido un gran número de químicos.
Los polímeros pueden clasificarse en dos grupos:
Polímeros de condensación, formados por eliminación de pequeñas moléculas tales
como el agua, y polímeros de adición, formados por adiciones sucesivas de nuevas
unidades moleculares repetidas.
Polímeros de condensación
Las poliamidas como el nylon son probablemente los polímeros de este tipo mejor
conocidos. La fuerza impulsora de la polimerización es la eliminación de agua entre un
acido y una amina con formación de un enlace amídico.
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Los poliésteres se forman de manera análoga condensando un acido con Poliéster, o
por una reacción de transesterificacion. El acido tereftaltico es una materia prima
importante en la fabricación de este tipo de polímeros. Mejor todavía reaccionan sus
esteres con el etilenglicol.
Polímeros de adición
el segundo gran tipo de polímeros lo constituyen los polímeros de adición, preparados
normalmente a partir de monómeros que contengan uno o mas dobles enlaces. Los
mecanismos de estas polimerizaciones pueden ser aniónicos o catiónicos, o por
radicales libres.
El cloruro de vinilo es la materia prima para la preparación de uno de los polímeros de
adición de mayor consumo. La polimerización se efectúa en suspensión acuosa
utilizando un jabón como emulsionante, y un per sulfato como iniciador. El peso
molecular del polímero puede alcanzar 1,5 millones, y el cloruro de polivinilo resultante
es tan rígido que se utiliza para la fabricación de tubos que reemplazan a los tubos de
fundición, paneles y otros moldes. El cloruro de polivinilo tiene buena resistencia
eléctrica y a la llama. Frecuentemente se hace flexible al mezclarlo con un plastificador,
tal como un poliéster alifático de bajo peso molecular, el polímero resultante adquiere
buenas propiedades para usarse como aislante de tendido eléctrico, cuero sintético y
películas transparentes utilizadas para impermeables de plástico.
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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.
Por otro lado, la lana y la seda son dos de las miles de proteínas que existen en la
naturaleza, éstas utilizadas como fibras y telas.
Todo lo que nos rodea son polímeros. Los tejidos de nuestro cuerpo, la información
genética se transmite mediante un polímero llamado ADN, cuyas unidades estructurales
son los ácidos nucleícos. Los polímeros naturales incluyen al ARN y al ADN, vitales en
genes y en los procesos de la vida.
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Polímeros sintéticos
Estos polímeros son muy utilizados por la gente, y son el resultado de polímeros
naturales en los cuales se a modificado su proceso químico. Son derivados del
petróleo. Estos polímeros han sido creados para una función específica.
Durante la Segunda Guerra Mundial, Japón cortó el suministro de caucho natural
proveniente de Malasia e Indonesia a los aliados. La búsqueda de un sustituto dio como
origen el caucho sintético, y con ello surgió la industria de los polímeros sintéticos.
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.
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.
Un copolímero es el producto que se forma por la mezcla de dos monómeros, y en cuya
cadena existen las dos unidades. El caucho estireno-butadieno (SBR) es un copolímero
que contiene un 25% de estireno y un 75% de butadieno.
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Métodos de obtención
Polimerización
Para formar un polímero existen dos caminos factibles:
Polimerización por con adición
Es el método para producir un polímero que comprende las etapas de formación de una
mezcla de reacción homogénea que comprende al menos un monómero polimerizable
por adición, un medio de reacción fluido y un estabilizador polimérico que incluye una
cadena de perfluoropoliéter, que es soluble en el medio fluido, y un grupo terminal
funcional de ácido carboxílico que no es polimerizable por un mecanismo de radicales
libres, y la polimerización de dicho al menos un monómero en la mezcla de reacción.
en la polimerización por adición hay una serie de reacciones, cada una de las cuales
consume una partícula reactiva y produce otra similar mediante un mecanismo en
cadena, las partículas reactivas pueden ser radicales libres o iones (cationes o
aniones).
Karl Ziegler describió este proceso de polimerización de la manera siguiente:
Un grupo de parejas que danzan representan un conjunto de moléculas con dobles
enlaces. A un grito del maestro de danza las parejas se sueltan a medias, es decir,
quedan unidas por una mano mientras que con la otra cogen la del otro miembro de
otra pareja. Así forman una larga cadena humana, y de manera análoga se forma la
larga cadena atómica de una macromolécula.
Un ejemplo de la polarización por adición es la polarización del etileno; en éste, las
partículas que propagan la cadena de reacciones son radicales libres, cada uno de los
cuales se agrega una molécula de monómero para formar un nuevo radical libre mayor.
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Polimerización por condensación.
Este tipo de polimerización consiste en la unión de dos o más monómeros diferentes,
formando así una molécula más compleja.En este proceso se obtiene, además del
polímero, un subproducto, que puede ser agua, alcohol, amoniaco, etc.Este
procedimiento es más lento y complicado que el de adición, y suelen formarse en
general polímeros más pequeños.
Formación de poliésteres, poliamidas, poliésteres, polianhidros, etc., por eliminación de
agua o alcoholes, con moléculas bifuncionales, como ácidos o glicoles, diaminas,
diésteres entre otros (polimerización del tipo poliésteres y poliamidas.).
Formación de polihidrocarburos, por eliminación de halógenos o haluros de hidrógeno,
con ayuda de catalizadores metálicos o de haluros metálicos (policondensación del tipo
de Friedel-Craffts y Ullmann.).
Formación de polisulfuros o poli-polisulfuros, por eliminación de cloruro de sodio, con
haluros bifuncionales de alquilo o arilo y sulfuros alcalinos o polisulfuros alcalinos o por
oxidación de dimercaptanos.
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Uso de los polímeros
En contraste con la mayoría de los productos químicos, los polímeros se obtienen como
materias primas para fabricar artículos comerciales útiles. Se pueden distinguir tres
bases de polímeros que son:
Polímeros de uso general, como el PVC, PS, poliacrilatos y metacrilatos,
resinas epoxi, etc.
Polímeros técnicos o de ingeniería, que preservan sus propiedades por debajo
de 0º C y por encima de 100º C, como policarbonatos, poliamidas, polisulfonas,
etc.
Polímeros especiales, polímeros especiales, de alto precio con altas
prestaciones en cuanto a sus propiedades térmicas y mecánicas, normalmente
con aplicaciones muy específicas. Según el profesor de la Miguel Hernández, es
aquí donde se están realizando los avances más sobresalientes: polímeros
fluorados como el teflón muy resistentes incluso a altas temperaturas, cristales
líquidos empleados en las pantallas planas de cualquier pantalla o televisor,
polímeros electroactivos que conducen electricidad en lugar de servir como
aislantes, polímeros fotosensibles, o biopolímeros cada vez más empleados en
cirugía y en prótesis.
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Probablemente la mejor manera y la mas practica de clasificar los polimeros es la que
se basa en sus propiedades físicas puesto que en definitiva son estas las que
determinan la clase del uso. Podemos clasificar los polimeros de elevado peso
molecular en tres importantes grupos:
*Elastómeros
*Plásticos
*Fibras
Las propiedades físicas que ayudan a establecer la clasificación de un polímero dado
aparecen en la siguiente tabla. Algunos polímeros son casos-límite y aparecen en las
fronteras entre dos grupos. Algunos polímeros tienen distintas prioridades según la
temperatura, pudiendo cambiar también su tipo de utilización.
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Bibliografía.
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Allinger L. Norman, Cava P. Michael, Don C. de Jegh. Química Orgánica. Segunda edición. Editorial Reverté S.A.
B. Seymour Riamond. E. Carraher Charles Jr. Introducción a la química de los polímeros. Segunda reimpresión enero 2002. Editorial Reverté S.A.