Polimeros

INTRODUCCIÓN

El estudio de la química orgánica se ha ocupado principalmente de moléculas bastantes pequeñas que contienen, quizás, unos 50 o 75 átomos. Existen también moléculas enormes, conocidas como macromoléculas, que contienen cientos de miles de átomos. Algunas de ellas ocurren naturalmente y conforman clases de compuestos que son, literalmente, vitales: los polisacáridos almidón y celulosa, que proporcionan alimento, vestuario y techo; las proteínas, que forman parte importante del cuerpo animal, lo mantiene armado y lo hace funcionar, y los ácidos nucleicos, que controlan la herencia a nivel molecular.

También hay macromoléculas hechas por el hombre. Las primeras síntesis se obtuvieron de sustitutos de las macromoléculas naturales, caucho y seda; sin embargo, se ha desarrollado una gran tecnología que, en la actualidad, producen centenares de sustancias que carecen de analogías naturales. Los compuestos macromoleculares sintéticos incluyen elastómeros, que tienen esa elasticidad particular tan característica del caucho; fibras alargadas y delgadas, en forma de hilos muy resistentes a lo largo de la fibra, característica del algodón, la lana y la seda, y plásticos, que puedan moldearse por extrusión en láminas y tubos, transformar en pinturas para superficie o moldear para formar innumerables piezas y objetos. Nos vestimos con estos materiales hechos por el hombre, nos servimos de ellos para comer y beber, dormimos entre ellos, nos sentamos y pisamos sobre ellos; giramos manillas, accionamos interruptores y asas hechos con ellos; con su ayuda escuchamos sonidos y contemplamos escenas lejanas en el tiempo y el espacio; vivimos en casas y viajamos en vehículos que cada día utilizan más de estos compuestos.

A veces llega a irritar la resistencia a los elementos de estos materiales aparentemente demasiado inmortales, temiendo que la civilización pueda quedar sepultada bajo una montaña de desechos plásticos –se han encontrado boquillas plásticas de cigarrillos flotando en el Mar de los Sargazos-; pero con ellos puedan hacer cosas que antes fueron imposible. Mediante el uso de plásticos, se logra que los ciegos puedan ver y los lisiados caminar; pueden repararse válvulas del corazón y unir vasos sanguíneos; pueden reemplazarse tráqueas, laringes, uréteres dañados e incluso corazones completos. Estos materiales nos protegen contra el frío y el calor, contactos eléctricos, fuego, corrosión y descomposición. Como disolventes hechos a medida, pronto serán utilizados para extraer abundante agua dulce del mar. El ingenio fue capaz de producir esas sustancias, también podrá encontrar maneras para eliminar los desechos que crean: el problema no es tecnológico, es sociológico y, en última instancia político.

Lo que hace especial a las macromoléculas, algo a tener presente, es su gran tamaño, que permiten cierta complejidad estructural, no sólo a nivel molecular, si no a nivel secundario, que contempla la disposición de las moléculas entre sí.

¿QUÉ SON LOS POLÍMEROS?

La materia está formada por moléculas que pueden ser de tamaño normal o moléculas gigantes llamadas 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, otras tienen ramificaciones. Algunas más se asemejan a las escaleras de mano y otras son como redes tridimensionales.

Existen polímeros naturales de gran significación comercial como el algodón, formado por fibras de celulosas. La celulosa se encuentra en la madera y en los tallos de muchas plantas, y se emplean para hacer telas y papel. La seda es otro polímero natural muy apreciado y es una poliamida semejante al nylon. La lana, proteína del pelo de las ovejas, es otro ejemplo. El hule de los árboles de hevea y de los arbustos de Guayule, son también polímeros naturales importantes.

Sin embargo, la mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas.

Lo que distingue a los polímeros de los materiales constituidos por moléculas de tamaño normal son sus propiedades mecánicas. En general, los polímeros tienen una excelente resistencia mecánica debido a que las grandes cadenas poliméricas se atraen. Las fuerzas de atracción intermoleculares dependen de la composición química del polímero y pueden ser de varias clases.

Propiedades Comunes de los Polímeros

A pesar de que los distintos plásticos presentas grandes diferencias en su composición y estructura, hay una seria de propiedades comunes a todos ellos y que los distinguen de otros materiales.

Material Densidad(g/cm3) Cond.Term(W/mK) Cond.Elect.(S)

Plasticos 0.9-2.3 0.15-0.5 --

PE 0.9-1.0 0.32-0.4 --

PC 1.0-1.2 -- --

PVC 1.2-1.4 -- 10-15

Acero 7.8 17.5 5.6

Aluminio 2.7 211 38.5

Aire -- 0.05 --

El rango de densidades de los plásticos es relativamente bajo y se extiende desde 0.9 hasta 2.3g/cm3.Entre los plásticos de mayor consumo se encuentra PE Y PP, ambos materiales con densidad inferior a la del agua. La densidad de otros materiales a los que los plásticos sustituyen en algunas aplicaciones es varias veces mayor, como es el caso del aluminio o del acero. Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos; por un lado los átomos que componen los plásticos son ligeros(básicamente C y H, y en algunos casos además O,N o halógenos), y por otro, las distancias medias entre átomos dentro de los plásticos son relativamente grandes. Una densidad tan baja permite que los plásticos sean materiales fáciles de manejar y por otra parte, supone una gran ventaja en el diseño de piezas en las que el peso es un limitación.

Por otra parte el valor de la conductividad térmica de los plásticos es sumamente pequeño. Los metales, por ejemplo, presentan conductividades térmicas 2000 veces mayores que los plásticos; esto se debe a la ausencia de electrones libres en el material plástico. La baja conductividad térmica resulta un inconveniente durante la transformación de los plásticos.

El calor necesario para transformar los plásticos se absorbe de manera muy lenta y la eliminación del calor durante la etapa de enfriamiento resulta igualmente costosa. Sin embargo, en muchas aplicaciones de los plásticos, la baja conductividad térmica se convierte en una ventaja, pues permite el empleo de estos materiales como aislantes térmicos.

Igualmente los plásticos conducen muy mal la corriente eléctrica. Presentan resistencias muy elevadas, y por tanto, baja conductividad eléctrica. La resistencia eléctrica es función de la temperatura, y a elevadas

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