Polímeros (marco teórico)

2. capítulo II: marco referencial

A continuación, se presentan las definiciones e información de la revisión bibliográfica más relevantes que fundamentan el problema planteado en el proyecto realizado. Adicionalmente permiten desarrollar adecuadamente el análisis e interpretación de los resultados.

2.2. polímeros

Existen moléculas muy grandes, llamadas macromoléculas, las cuales contienen cientos de miles de átomos; se dividen en materiales biológicos y no biológicos, ambos de gran importancia. Las macromoléculas de origen natural se componen de grupos de sustancias literalmente vitales como los polisacáridos almidón y celulosa, las proteínas y los ácidos nucleicos. Sin embargo, el hombre también puede construir macromoléculas que abarcan un amplio espectro de aplicaciones en nuestro mundo; estos macrocompuestos sintéticos incluyen elastómeros, fibras y plásticos. (1)

Tanto las macromoléculas naturales, como las hechas por el hombre, deben su gran tamaño al hecho de que son polímeras, es decir, cada una está formada por muchísimas unidades más simples unidas en forma regular. (1)

Según John D. Roberts y colaboradores: “Los polímeros son sustancias formadas por unidades estructurales recurrentes, cada una de las cuales puede considerarse derivada de un compuesto específico llamado monómero”. (2 pág. 737)

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Figura No. 1: Formación de un polímero. (2 pág. 737)

El número de unidades monoméricas suele ser grande y variable y el rango de pesos moleculares encontrados puede ser pequeño o muy grande. (2)

Los polímeros tienen propiedades físicas y químicas muy distintas de las que poseen los cuerpos formados por moléculas sencillas. Son de gran valor su inercia química, que los hace inatacables por los ácidos y bases y por los agentes atmosféricos, su elevada resistencia mecánica que los hace resistentes a la rotura y al desgaste, su elevado poder dieléctrico, su elasticidad, su fácil teñido en todos los tonos y colores, su baja densidad, que varía entre 0,9 y 1,5 y su fácil obtención a bajas temperaturas, lo que permite su fabricación en gran escala. Estas valiosas cualidades han dado lugar a la producción industrial de un gran número de altos polímeros, conocidos técnicamente como plásticos, resinas, elastopláticos y fibras sintéticas, los cuales han invadido todos los campos de aplicación de los productos naturales, tal como metales, porcelana, madera, goma, seda, algodón, etc., puesto que en muchos casos son incluso más baratos que éstos. (1)

2.2.1. Polimerización

Los polímeros pueden originarse de dos maneras distintas, por polimerización de condensación y por polimerización de adición.

2.2.1.1. Polimerización de condensación

La polimerización de condensación o por reacción en etapas, consiste en la combinación repetida de las moléculas del cuerpo o cuerpos reaccionantes con eliminación de moléculas pequeñas, generalmente de agua. (1)

2.2.1.2. polimerización de adición

La polimerización por adición o radical en cadena, consiste en la unión continua de las moléculas sencillas, sin eliminación de moléculas pequeñas como en la condensación, ya que aquellas no son saturadas y la adición se realiza por la ruptura del doble enlace. (1)

La polimerización de los compuestos vinílicos es un ejemplo importante de este tipo de polimerización:

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Suelen seguir un mecanismo de reacción en tres fases; con ruptura homolítica, como se muestra en la figura No. 2.

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Figura No. 2: Polimerización del estireno para dar poliestireno.

Si se polimerizan conjuntamente dos o más cuerpos no saturados distintos, la polimerización recibe el nombre de copolimerización y se obtiene una macromolécula llamada copolímero. (1)

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Figura No. 3: Copolímero caucho estireno-butadieno.

La facilidad de polimerización de los compuestos no saturados depende de la reactividad del doble o triple enlace existente en su molécula, la cual es tanto más elevada cuanto mayor es la polaridad de la misma. Esto explica por qué el isobutileno, , se polimeriza fácilmente mientras que el butileno normal o buteno, , se polimeriza con gran dificultad. Casi todos los monómeros que dan altos polímeros por adición contienen en su molécula un doble enlace terminal, . (1)[pic 5][pic 6][pic 7][pic 8]

La formación de las cadenas del polímero exige previamente la activación y apertura del doble enlace en una molécula. Esta activación puede ser producida por la luz, por el calor y por catalizadores o activadores, los cuales pueden ser ácidos cuando su acción depende de la presencia del ion hidrógeno o bien sustancias que proporcionan un simple electrón para activar y romper el doble enlace. Se utilizan en este sentido el sodio y los peróxidos. Los peróxidos orgánicos, en especial el peróxido de benzoilo, son muy eficaces, pues se descomponen dando radicales libres (figura No. 4) que suministran el electrón activante. (1)

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Figura No. 4: Formación de radicales libres a partir de peróxido de benzoilo.

También se utilizan el fluoruro de boro y el tetracloruro de estaño. La ruptura del doble enlace origina los núcleos a partir de los cuales se forman las cadenas de polímeros por adición repetida de nuevas moléculas hasta que tiene lugar la rotura de la cadena. Si el número de moléculas activadas y por tanto de núcleos es pequeño, se formarán cadenas largas, pero si dicho número es elevado, lo que depende de la cantidad de catalizador añadido, se formarán más cadenas, pero éstas serán más cortas. La adición de moléculas tiene lugar con desprendimiento de energía por lo que, de no controlar la operación, puede elevarse considerablemente la temperatura de la masa reaccionante y hacer la polimerización incluso explosiva. (1)

En relación con el proceso de polimerización juegan un papel importante otras sustancias que actúan como inhibidores, como estabilizantes y como moderadores.

Los inhibidores impiden o por lo menos atenúan la polimerización por formar compuestos de adición con el monómero al unirse a los centros activos del mismo. Los inhibidores se agregan al monómero para su transporte y almacenaje para evitar su polimerización espontánea. Son buenos inhibidores la quinona, la hidroquinona, muchas aminas y fenoles, etc. Los estabilizantes se añaden al polímero obtenido para hacerlo estable a la acción del tiempo. Así, por ejemplo, la adición de un poco de sosa al cloruro de polivinilo tiene por objeto la neutralización del ácido clorhídrico que puede separarse y que a su vez actuaría descomponiendo el propio polímero. (1)

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