LOS POLIMEROS
Los polímeros (del griego: πολυς [polys] "mucho" y μερος [meros] "parte" o "segmento") 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 de Van der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas. Los polímeros tienen elevadas masas moleculares, que pueden alcanzar incluso millones de UMAs.
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.
Los polímeros naturales son la base de algunos de los primeros materiales utilizados por el hombre: la madera y las fibras vegetales, el cuero, los tendones animales, la lana, la seda y la celulosa. Se han empleado profusamente y han tenido mucha importancia a lo largo de la historia, aunque se tardó mucho en saber su composición y la forma de sintetizarlos artificialmente. La noción de macromolécula se presentó tardíamente en la historia de la química. Aunque presagiada por Wilhelm Eduard Weber, e incluso por Henri Braconnot a principios del siglo XIX, muchos investigadores las veían como agregados o micelas. El término polímero se utilizó por primera vez en 1866 por Marcellin Berthelot.
Antes de saber gran cosa sobre ellos, comenzaron a aparecer a mediados del siglo XIX los primeros polímeros sintéticos obtenidos a partir de la modificación de los polímeros naturales con el fin de mejorar sus propiedades físicas para poder usarlos. En 1839, Charles Goodyear modificó el hule calentándolo con azufre, ya que era frágil a temperaturas bajas y pegajoso a altas temperaturas. El hule se convirtió en caucho vulcanizado, una sustancia resistente a un amplio margen de temperaturas. El nitrato de celulosa se sintetizó accidentalmente en el año 1846 por el químico Christian Friedrich Schönbein y en 1868, John W. Hyattsintetizó el celuloide a partir de nitrato de celulosa. Otro acontecimiento que contribuyó al desarrollo continuo de los polímeros fue la modificación de la celulosa que permitió el surgimiento de las fibras sintéticas llamadas rayones.
Posteriormente el químico belga Leo Hendrik Baekeland desarrolló en 1907 el primer polímero totalmente sintético, la baquelita, un material muy duradero que por provenir de materiales de bajo costo, como el fenol y el formaldehído, llegó a tener gran éxito durante cierto tiempo. Otros polímeros importantes se sintetizaron en los años siguientes, por ejemplo el poliestireno (PS) en 1911 o el policloruro de vinilo (PVC) en 1912.
Sin embargo, con independencia de los avances en la aplicación industrial de los polímeros, no se tenía mucha información en cuanto a su estructura. En 1922, el químico alemán Hermann Staudinger comenzó a estudiar los polímeros y en 1926 expuso su hipótesis de que se trataba de largas cadenas de unidades pequeñas unidas por enlaces covalentes. Propuso las fórmulas estructurales del poliestireno y del polioximetileno, tal como se conocen actualmente, como cadenas moleculares gigantes formadas por la asociación mediante enlace covalente de ciertos grupos atómicos llamados "unidades estructurales". Este concepto se convirtió en "fundamento" de la química macromolecular solo a partir de 1930, cuando fue aceptado ampliamente y contribuyó al desarrollo de la química de los polímeros, tanto sintéticos como naturales. En 1953 recibió el Premio Nobel de Química por su trabajo.
La idea de las macromoléculas fue apoyada y desarrollada años más tarde por Wallace Carothers, que trabajaba en la empresa DuPont desde 1928 y que estableció un gran número de nuevos polímeros: poliésteres, poliamidas, neopreno, etc.
El desarrollo industrial posterior de la ciencia macromolecular se vio acelerado por la Segunda Guerra Mundial. Los Estados Unidos se vieron privados, cuando entraron en guerra, de su suministro de caucho natural desde el sureste de Asia. Por ello pusieron en marcha un vasto programa de investigación para encontrar caucho sintético.
En los años 1950 el alemán Karl Ziegler y el italiano Giulio Natta desarrollaron los catalizadores de Ziegler-Natta y obtuvieron el Premio Nobel de Química en 1963. Otro Premio Nobel de Química fue concedido por sus estudios de polímeros a Paul J. Flory en 1974.
En la segunda mitad del siglo XX se desarrollaron nuevos métodos de obtención, polímeros y aplicaciones. Por ejemplo, catalizadores metalocénicos, fibras de alta resistencia, polímeros conductores (en 2000 Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid y Hideki Shirakawa recibieron el Premio Nobel de Química por el desarrollo de estos polímeros), estructuras complejas de polímeros, polímeros cristales líquidos.
ESTRUCTURA DE LOS POLÍMEROS
Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros.
Las ventajas de los polímeros en función de las siguientes características:
• Resistencia a la corrosión y resistencia a los productos químicos.
• Baja conductividad eléctrica y térmica.
• Baja densidad.
• Alta relación resistencia a peso (particularmente cuando son reforzados).
• Reducción del ruido.
• Amplias opciones de colores y transparencias.
• Facilidad de manufactura y posibilidades de diseño complejo.
• Costo relativamente bajo .
• Otras características que pueden ser deseables o no (lo que depende de la aplicación), como baja resistencia y rigidez , alto coeficiente de expansión térmica, gama de temperatura útil baja: hasta 350 °C (660 °F), y menor estabilidad dimensional en servicio por cierto periodo.
Los plásticos se pueden formar, maquinar, fundir y unir en diversas formas con relativa facilidad. Se requieren operaciones mínimas adicionales de acabado superficial. Todos los polímeros comerciales, como polipropileno, cloruro de polivinilo, polimetilmetacrilato, policarbonato y otros, se fabrican de manera similar; a estos materiales se les conoce como
polímeros orgánicos sintéticos.
Se describe el proceso básico para fabricar diversos polímeros sintéticos.
Las propiedades de los polímeros dependen en gran medida de las estructuras de sus mo-léculas individuales, la forma y el tamaño de la molécula, y cómo se arreglan para for-mar la estructura de un polímero. Cuando las moléculas de cadenas larga de un polímero se enlazan transversalmente en un arreglo tridimensional , la estructura se convierte en una molécula gigante con alcances covalentes fuertes.
Las ventajas de los polímeros en función de las siguientes características:
• Resistencia a la corrosión y resistencia a los productos químicos.
• Baja conductividad eléctrica y térmica.
• Baja densidad.
• Alta relación resistencia a peso (particularmente cuando son reforzados).
• Reducción del ruido.
• Amplias opciones de colores y transparencias.
• Facilidad de manufactura y posibilidades de diseño complejo.
• Costo relativamente bajo .
• Otras características que pueden ser deseables o no (lo que depende de la aplicación), como baja resistencia y rigidez , alto coeficiente de expansión térmica, gama de temperatura útil baja: hasta 350 °C (660 °F), y menor estabilidad dimensional en servicio por cierto periodo.
Los plásticos se pueden formar, maquinar, fundir y unir en diversas formas con relativa facilidad. Se requieren operaciones mínimas adicionales de acabado superficial. Todos los polímeros comerciales, como polipropileno, cloruro de polivinilo, polimetilmetacrilato, policarbonato y otros, se fabrican de manera similar; a estos materiales se les conoce como
polímeros orgánicos sintéticos.
Se describe el proceso básico para fabricar diversos polímeros sintéticos.
Las propiedades de los polímeros dependen en gran medida de las estructuras de sus mo-léculas individuales, la forma y el tamaño de la molécula, y cómo se arreglan para for-mar la estructura de un polímero. Cuando las moléculas de cadenas larga de un polímero se enlazan transversalmente en un arreglo tridimensional , la estructura se convierte en una molécula gigante con alcances covalentes fuertes.
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.
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.
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 DE POLÍMEROS EN LA INDUSTRIA
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