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.