LOS POLIMEROS
ESTRUCTURA DE LOS POLIMEROS
Para abordar el estudio de la
estructura de los polímeros se suelen considerar dos niveles, estructuraquímica
y estructura física. La estructura química se refiere a la construcción de la
moléculaindividual y la estructura física al ordenamiento de unas moléculas
respecto a otras. Comenzaremosabordando la estructura química de los polímeros,
y por tanto, estudiaremos el efecto de lanaturaleza de los átomos que
constituyen la cadena principal y los sustituyentes de la misma, lasuniones
entre monómeros, el peso molecular y su distribución y el efecto de las
ramificaciones oentrecruzamientos en la cadena principal. Igualmente las
diferentes configuraciones que puedenadoptar los sustituyentes de la cadena
principal condicionan notablemente las propiedades de los polímeros y son
parte de su estructura química.
ESTRUCTURA QUIMICA
Tipo
de átomos en la cadena principal y sustituyentesEn los polímeros la unión entre
monómeros se realiza siempre mediante enlaces covalentes.Sin embargo, las
fuerzas responsables de la cohesión entre cadenas diferentes pueden ser
denaturaleza muy diversa, y están fuertemente condicionadas por las
características de los átomos y delos sustituyentes de la cadena principal. La
polaridad y el volumen de estos átomos afectaránespecialmente a las fuerzas de
cohesión entre cadenas, que a su vez determinarán la flexibilidad delmaterial,
temperatura de transición vítrea, temperatura de fusión y capacidad de
cristalización entreotras propiedades.Se muestra la estructura de varios
polímeros que se van a emplear para ilustrar estos aspectos. En elcaso de la
molécula de polietileno (PE), molécula sencilla no polar, las cadenas
diferentes se atraenentre sí por fuerzas intermoleculares débiles de tipo
London (dipolo inducido-dipolo inducido). Enconsecuencia el polietileno es un
material blando y tiene una temperatura de fusión relativamente baja. Para
moléculas polares, tales como el PVC, las cadenas se mantienen unidas
medianteinteracciones fuertes de tipo dipolo-dipolo resultantes de la atracción
electrostática entre los átomosde cloro de una molécula y los de hidrógeno de
otra, lo que resulta en un polímero muy rígido. Lascadenas de moléculas
altamente polares que contienen átomos de oxígeno o nitrógeno se atraenentre sí
por puentes de hidrógeno, como es el caso del poli(óxido de metileno) (POM). En
general,cuanto mayor sean las fuerzas de cohesión entre las cadenas, tanto mas
rígido resultará el polímero ytanto mayor será la temperatura de fusión en el
caso de polímeros cristalinos o la temperatura dereblandecimiento en el caso de
polímeros no cristalinos. En las poliamidas, por ejemplo, las fuerzas
Clasificación de los polímeros
La diversidad de
aplicaciones de los polímeros se debe a la gran variedad de características y
propiedades que estos poseen, debido a su estructura.
Según su forma:
Si tomamos en cuenta
la forma del
polímero, estos se pueden clasificar en polímeros lineales y polímeros
ramificados.
a) Los polímeros lineales se
origina cuando el monómero que lo forma tiene dos puntos de ataque, de modo que
el polímero se forma unidireccionalmente, formando cadenas lineales
b) Los polímeros
ramificados se forman porque el monómero posee tres o más
puntos de ataque, de modo que la polimerización ocurre tridimensionalmente, es
decir, en las tres direcciones del espacio. En base a esto es que podemos
encontrar variadas formas:
La variedad de
disposiciones estructurales en los polímeros permiten que estos cuenten con
características diversas; de esta manera podemos encontrar que los polímeros
lineales son materiales blandos y moldeables, mientras que los polímeros
ramificados serán frágiles y rígidos.
2.2- Según el tipo de sus monómeros
Por otro lado, si tomamos
en consideración, los tipos de monómeros que constituyen la cadena; tenemos
los homopolímeros y
los copolímeros.
Los homopolímeros son aquellos donde
hay presente una sola clase de monómeros Por ejemplo: el polipropileno.,
mientras que los copolímeros son
aquellos en donde hay presente dos o más clases de monómeros, dispuestos al
azar, alternadamente, en bloques o siendo injertados en una cadena principal Ej
el poliuretano.
Según
su origen:
Finalmente,
si tomamos en consideración el origen de los polímeros, encontramos los naturales o biopolímeros, que son
aquellos que se encuentran en la naturaleza, formando parte de los seres vivos
como la celulosa, el almidón, el caucho, el colágeno, la seda, etc.; y
los sintéticos que son
aquellos fabricados en laboratorios o en procesos de producción en
industrias como el nylon, la baquelita, el PVC y el teflón.
Es
importante señalar, que tanto polímeros naturales como sintéticos están
formados por los mismos componentes, sin embargo, lo que cambia en ellos es el
método de obtención.
2.4-
Según sus propiedades físicas:
Por sus
propiedades físicas, pueden ser fibras, elastómeros y plásticos.
- Fibras Son polímeros naturales y
sintéticos compuestos por moléculas alargadas y estiradas, que forman hilos
largos, delgados y muy resistentes. Por ejemplo: el algodón, la lana, la seda,
el nailon, el poliéster y el dacrón.
- Elastómeros: Son polímeros naturales y
sintéticos con una gran elasticidad. Por ejemplo: el caucho y el neopreno.
- Plásticos: Son polímeros sintéticos
que se pueden moldear con ayuda del calor o la presión. Por ejemplo: el
poliestireno, el PVC y el plexiglás o acrílico. Los plásticos, a su vez, se
clasifican en función de sus propiedades térmica en termoplásticos y termoestables
- Termoplásticos: Son plásticos que se reblandecen a
altas temperaturas y se vuelven rígidos por enfriamiento. Pueden fundirse
fácilmente una vez formados, y pueden ser remoldeados varias veces, debido
a que las fuerzas de cohesión entre las cadenas moleculares son débiles.
Por eso, se pueden separar con mucha facilidad por acción del calor. Son
solubles en solventes orgánicos. Por ejemplo: el polietileno, el
poliestireno, policloruro de vinilo o PVC, el polimetacrilato de metilo o
plexiglás, etc.
Generalmente,
estos polímeros son aquellos que se pueden reciclar, dado que sometido a altas
temperaturas se funden, pudiendo cambiar su forma sin modificar su
estructura.
- Termoestables: Son aquellos plásticos que se moldean
solo durante su formación. Al enfriarse, se entrelazan sus cadenas.
Esta disposición no permite nuevos cambios de forma mediante calor o
presión. Son materiales insolubles, rígidos y duros. Los más importantes
son la baquelita y el poliuretano.
Por lo
general, este tipo de plástico no pueden ser reciclados, dado que al someterlos
a altas temperaturas la estructura del polímero se modifica totalmente.
USOS EN LA INDUSTRIA
En la
industria mecánica los polímeros son utilizados en gran cantidad que sus
propiedades, permitiendo fabricar partes para maquinas y herramientas según las
características que se necesiten. Los plásticos según sea su composición,
pueden ser rígidos para transmitir fuerzas o resistir cargas, aun así tienden a
ser quebradizos , o bien polímeros elásticos para adaptarse a espacios, ante
una carga aceptable se desforma, pero vuelven a su forma original al retirar la
carga.
Ejemplos de
partes plásticas rígidas
envases
cobertores
estructuras
transmisiones
Ejemplos de
partes plásticas elásticas
bandas de
goma
empaques o
aislantes
bandas de
transmisión
llantas
Los polímeros en
general son muy utilizados gracias a su gran cantidad de ventajas, son livianos
, maleables, resistentes a
la compresión y tensión, torsión e
impacto, elásticos, etc. Son referentes importantes a tomar en cuenta al diseñar algún elemento
tanto para una maquina como para un articulo de uso cotidiano.
PROPIEDADES DE LOS POLIMEROS
Los polímeros
tienen gran cantidad de usos, pues, encontramos polímeros con diversas
propiedades debido a las estructuras que presentan.
De esta manera, podemos mencionar
propiedades que presentan todos los polímeros como:
-Un bajo costo de producción
-Alta relación resistencia
mecánica/densidad
-Alta resistencia al ataque de
sustancias químicas, como los ácidos o las bases
-No son conductores de la electricidad
Sin embargo, hay otras propiedades que
no están presentes en todos los polímeros, y de las cuales depende el uso que
se les dará. Estas propiedades son las mecánicas, las físicas y su comportamiento
frente al calor.
1.1- Propiedades
mecánicas
Estas propiedades se relacionan con el
comportamiento del polímero frente a distintos procesos mecánicos.
Entre estas propiedades se encuentran:
-La resistencia;
que se relaciona con la firmeza de un polímero frente a la presión ejercida
sobre ellos sin sufrir cambios en su estructura. Un ejemplo de un polímero
resistente es el policarbonato:
-La dureza;
que es la capacidad de un polímero de oposición a romperse. Un polímero con
elevada dureza es el polietileno:
-La elongación;
es la capacidad de un polímero de estirarse sin romperse cuando se ejerce una
presión externa. Los polímeros que poseen esta propiedad también se denominan
elastómeros, como por ejemplo, el polibutadieno:
1.2- Propiedades físicas
Según las características físicas que
tenga el polímero, estos se pueden clasificar como:
-Fibras: Presentan baja elasticidad y baja
extensibilidad, lo que permite confeccionar tejidos cuyas dimensiones
permanecen estables. ej. algodón, lana, seda, nailon, poliéster, dacrón, etc.
-Elastómeros: Son materiales con alta
extensibilidad y elasticidad; es decir, se deforman mucho al someterlos a un
esfuerzo pero recuperan su forma inicial al eliminar el esfuerzo. Ej. caucho,
neopreno, etc.
-Plásticos: Son aquellos polímeros que, ante un
esfuerzo suficientemente intenso, se deforman irreversiblemente, no pudiendo
volver a su forma original. Ej. poliestireno, PVC, plexiglás o acrílico, etc.
-Recubrimientos: Son
sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a la superficie de otros
materiales para otorgarles alguna propiedad, por ejemplo resistencia a la
abrasión.
-Adhesivos: Son
sustancias que combinan una alta adhesión y una alta cohesión, lo que les
permite unir dos o más cuerpos por contacto superficial.
1.3- Comportamiento del polímero frente al calor
Frente al comportamiento de los
polímeros frente al calor y la temperatura, podemos encontrar dos tipos de
polímeros:
-Termoplásticos: Son
polímeros que se caracterizan por presentar cadenas lineales y
ramificadas no
unidas, por lo cual, las fuerzas intermoleculares son fáciles
de vencer con la temperatura, poniéndose cada vez más blandos. A temperatura
ambiente son rígidos. Por lo tanto se pueden fundir varias veces para poder
moldearlos y posteriormente, adquieran la forma que se busca, sin que
experimenten cambios en su composición ni su estructura.
Ejemplos de polímeros termoplásticos
son el polietileno, el nylon y el poliestireno.
-Termoestables. Son
polímeros cuyas cadenas están interconectadas entre sí, provocado por el calor,
dándole una forma permanente, que no se puede volver a procesar. Son materiales
rígidos, frágiles y con cierta resistencia térmica. Una vez moldeados no se
pueden volver a calentar, ya que al hacerlo cambia su estructura y sus
propiedades, pues, se descomponen químicamente.
PROBLEMÁTICA AMBIENTAL
el uso de polímeros de síntesis química tiene una
estructura molecular difícil de degradar, que de ser mal manejados podría
afectar ríos, mares y rellenos sanitarios. En cambio, los de origen natural
cuidarían la naturaleza.
