Polimeros

República bolivariana de Venezuela

Ministerio del poder  popular para la educación

Liceo bolivariano “ Andrés Benito Espinoza “

5to Año – sección A

San Carlos – estado Cojedes

Ø  Definición de polímeros:

 Son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión mediante enlaces covalentes de una o más unidades simples llamadas monómeros .Estos forman largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas del van del waals, puente de hidrogeno. Los polímeros tienen elevadas masas moleculares, que pueden alcanzar incluso millones de UMA.

El almidón, la celulosa, la seda y el ADN son ejemplos de polímeros naturales y el nailon, el polietileno y la baquelita de polímeros sintéticos.

Ø  Clasificación de polímeros:

·         Los polímeros pueden ser de tres tipos:

a) POLÍMEROS NATURALES: Provenientes directamente del reino vegetal o animal. Por ejemplo: celulosa, almidón, proteínas, caucho natural, ácidos  nucleicos, etc.

b) POLÍMEROS ARTIFICIALES: Son el resultado de modificaciones mediante procesos químicos, de ciertos polímeros naturales. Ejemplo: nitrocelulosa, atónita, etc.

c) POLÍMEROS SINTÉTICOS: Son los que se obtienen por procesos de polimerización controlados por el hombre a partir de materias primas de bajo peso molecular. Ejemplo: nylon, polietileno, cloruro de polivinilo, polimetano, etc.

Ø  Clasificación de los polímeros según sus propiedades físicas:

·         Desde un punto de vista general se puede hablar de tres tipos de polímeros:

·         a) ELASTÓMEROS:

·         Los elastómeros son aquellos polímeros que muestran un comportamiento elástico. El término, que proviene de polímero elástico, es a veces intercambiable con el término goma, que es más adecuado para referirse a vulcanizados. Cada uno de los monómeros que se unen entre sí para formar el polímero está normalmente compuesto de carbono, hidrógeno, oxígeno y/o silicio. Los elastómeros son polímeros amorfos que se encuentran sobre su temperatura de transición vítrea, de ahí esa considerable capacidad de deformación. A temperatura ambiente las gomas son relativamente blandas y deformables.

·         Se usan principalmente para cierres herméticos, adhesivos y partes flexibles. Comenzaron a utilizarse a finales del siglo XIX, dando lugar a aplicaciones hasta entonces imposibles (como los neumáticos de automóvil).

·         b) TERMOPLÁSTICOS:

·         Un termoplástico es un plástico que, a temperatura ambiente, es plástico o deformable, se derrite cuando se calienta y se endurece en un estado vítreo cuando se enfría lo suficiente. La mayor parte de los termoplásticos son polímeros de alto peso molecular, los cuales poseen cadenas asociadas por medio de débiles fuerzas Van der Waals (polietileno); fuertes interacciones dipolo-dipolo y enlace de hidrógeno, o incluso anillos aromáticos apilados (poliestireno). Los polímeros termoplásticos difieren de los polímeros termoestables en que después de calentarse y moldearse pueden recalentarse y formar otros objetos, mientras que en el caso de los termoestables o termoduros, después de enfriarse la forma no cambia y arden.

·         Sus propiedades físicas cambian gradualmente si se funden y se moldean varias veces (historial térmico), generalmente disminuyen estas propiedades.

·         Los más usados son: el polietileno (PE), el polipropileno (PP), el poliestireno (PS), el polimetilmetacrilato (PMMA), el policloruro de vinilo (PVC), el politereftalato de etileno (PET), el teflón (o politetrafluoretileno, PTFE) y el nylon (un tipo de poliamida).

·         Se diferencian de los termoestables (baquelita, goma vulcanizada) en que éstos últimos no funden al elevarlos a altas temperaturas, sino que se queman, siendo imposible volver a moldearlos.

·         Muchos de los termoplásticos conocidos pueden ser resultado de la suma de varios polímeros, como es el caso del vinilo, que es una mezcla de polietileno y polipropileno.

·         c) TERMOESTABLES:

·         Los plásticos termoestables son polímeros infusibles e insolubles. La razón de tal comportamiento estriba en que las cadenas de estos materiales forman una red tridimensional espacial, entrelazándose con fuertes enlaces covalentes. La estructura así formada toma el aspecto macroscópico de una única molécula gigantesca, cuya forma se fija permanentemente, debido a que la movilidad de las cadenas y los grados de libertad para rotación en los enlaces es prácticamente cero.

Ø  Nomenclatura de polímeros:

Aunque la IUPAC ha establecido reglas para nombrar a los polímeros de acuerdo con su estructura, existe un sistema alternativo al de la IUPAC, basado en la fuente, con el que se nombra a los polímeros de acuerdo con los monómeros de los que se preparan, que se usa más.
Los nombres del sistema basado en la fuente son los más comunes; por ejemplo, polietileno y poliestireno. Cuando el nombre del monómero es de una sola palabra, el polímero derivado de él se genera agregando sencillamente el prefijo poli-. Así, el poliacrilonitrilo y poli (cloruro de vinilo) son los polímeros del acrilonitrilo y del cloruro de vinilo, respectivamente.

Ø  Clasificación :

Estructura, la síntesis, la producción y las aplicaciones de los polímeros abarcan tantas disciplinas que es difícil clasificarlos en una forma general. En la figura de abajo se comparan algunas de las diversas formas. En esta sección se describirá la forma en que se clasifican los
polímeros de acuerdo con el tipo de reacción, adición o condensación, que se efectúa.

Ø  propiedades de polímeros:

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.

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Ø  Polimerización:

 Es un proceso químico por el que los reactivos, monómeros  (compuestos de bajo peso molecular) se agrupan químicamente entre sí, dando lugar a una molécula de gran peso, llamada polímero, o bien una cadena lineal  o una macromolécula tridimensional.

Se produce la polimerización a través de una gran variedad de mecanismos de reacción que varían en complejidad debido a los grupos funcionales presentes en los monómeros​ y sus efectos estéricos (si tienen cadenas laterales voluminosas o son monómeros con restricción de rotación...) pueden afectar a la polimerización. En la polimerización más sencilla, con alquenos, que son relativamente estables debido al enlace entre los átomos de carbono, los polímeros se forman a través de reacciones radicalarias; por el contrario, reacciones más complejas, como las que implican la sustitución en el grupo carbonilo, requieren síntesis más complejas debido a la manera en que reaccionan las moléculas por condensación.

Existen muchos tipos de polimerización y varios sistemas para categorizarlos. Las categorías principales:

·           Polimerización por adición y condensación.

·         Polimerización de crecimiento en cadena y en etapas.

Ø  EXTRUTURA DE POLIMEROS:

La polimerización en etapas (condensación) necesita al menos monómeros bifuncionales. Deben de saber que los polímeros pueden ser maquinables.

Ejemplo: HOOC--R1--NH2

Si reacciona consigo mismo, entonces:

2 HOOC--R1--NH2 <----> HOOC--R1--NH· + ·OC--R1--NH2 + H2O <----> HOOC--R1-NH--CO--R1--NH2 + H2O

·         Polimerización por adición.

En este tipo de polimerización la masa molecular del polímero es un múltiplo exacto de la masa molecular del monómero.

Suelen seguir un mecanismo en tres fases, con ruptura homolítica:

Iniciación: CH2=CHCl + catalizador ⇒ •CH2–CHCl•

Propagación o crecimiento: 2 •CH2–CHCl• ⇒ •CH2–CHCl–CH2–CHCl•

Terminación: Los radicales libres de los extremos se unen a impurezas o bien se unen dos cadenas con un terminal neutralizado.

La estructura puede ser lineal o también ramificada (aparte de poder presentar entrecruzamientos). También pueden adoptar otras estructuras, por ejemplo radiales.