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POLÍMEROS I
Unidad Nº 12 de Química Electivo
TEMAS
1. Polímeros
2. Clasificación
3. Polímeros de adición
4. Polímeros de condensación
5. Copolímeros
1. Polímeros
En química, los polímeros son macromoléculas, generalmente orgánicas, formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros.
En consecuencia, un polímero es toda sustancia que contiene macromoléculas constituidas por unidades estructurales, las que se repiten sucesivamente y que se denominan monómeros.
La reacción por la cual se sintetiza un polímero a partir de sus monómeros se denomina polimerización. Ahora bien, en cuanto al mecanismo por el cual se produce la reacción de polimerización para dar lugar al polímero, éste se clasifica como polimerización por etapas o como polimerización en cadena. En cualquiera de estos casos, el tamaño de la cadena polimérica dependerá de ciertos parámetros tales como la temperatura o el tiempo de reacción, entonces, cada cadena presentará un tamaño distinto y, por lo tanto, un peso molecular distinto.
La polimerización en etapas o condensación necesita de monómeros bifuncionales. Esto es, que presenten funciones distintas en los extremos. Veamos un ejemplo, utilizando un determinado aminoácido:
HOOC – R1 – NH2
Cuando este aminoácido reacciona consigo mismo, se obtiene el siguiente polímero:
2 HOOC--R1--NH2<---->HOOC--R1--NH· + ·OC--R1--NH2+H2O<---->HOOC--R1-NH--CO--R1--NH2+H2O
En cuanto a su estructura, los polímeros pueden ser lineales, formados por una única cadena de monómeros, o bien, ramificados. Además, se pueden formar entrecruzamientos provocados por el enlace entre átomos de distintas cadenas.
La naturaleza química de los monómeros, su peso molecular y la estructura que presentan determinan diferentes características para cada polímero. Por ejemplo, si un polímero presenta un cierto grado de entrecruzamiento, el material será mucho más difícil de fundir que si no presentara dicha propiedad.
En cuanto al orden de sus enlaces o tacticidad, un polímero puede ser atáctico (sin orden), isotáctico (mismo orden), o sindiotáctico (orden alternante).
En el caso de que el polímero provenga de un único tipo de monómero, se denomina homopolímero. Mientras que si proviene de varios monómeros se llama copolímero o heteropolímero. Por ejemplo, el poliestireno es un homopolímero, ya que se obtiene por la polimerización del estireno. Por el contrario, cuando reacciona estireno y acrilonitrilo, se obtiene un copolímero de estos dos monómeros.
En los heteropolímeros, los monómeros pueden distribuirse de diferentes maneras. En los polímeros naturales, los monómeros pueden repetirse en forma aleatoria como en los polipéptidos de las proteínas o los ácidos nucleicos o, en forma periódica, como en el peptidoglucano.
Un copolímero es un polímero sintético donde los monómeros que conforman su cadena se ubican en forma alternada. Así se obtienen copolímeros alternantes, copolímeros en bloque, copolímeros aleatorios, copolímeros de injerto. En general, para lograr cada uno de estos diseños, la reacción de polímerización y los catalizadores deben ser los adecuados.
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2. Clasificación
Según su origen
Polímeros naturales
En la naturaleza existe un sinnúmero de polímeros como por ejemplo, las proteínas, la celulosa, el hule o caucho natural, la quitina, lignina, etc.
Polímeros semisintéticos
Se obtienen por la transformación de polímeros naturales.
Por ejemplo, la nitrocelulosa, el caucho vulcanizado, etc.
Polímeros sintéticos
Son polímeros que se obtienen en forma industrial a partir de sus monómeros.
Por ejemplo, el nylon, el poliestireno, el policloruro de vinilo (PVC), el polietileno, etc.
Según su composición química
Polímeros vinílicos. La cadena principal está formada exclusivamente por átomos de carbono. Dentro de ellos, se pueden distinguir:
Poliolefinas
Formados mediante la polimerización de olefinas.
Ejemplos: polietileno y polipropileno.
Polímeros estirénicos
Que incluyen al estireno entre sus monómeros.
Ejemplos: poliestireno y caucho estireno-butadieno.
Polímeros vinílicos halogenados
Que incluyen átomos de halógenos (cloro, flúor...) en su composición.
Ejemplos: PVC y PTFE.
Polímeros acrílicos
Ejemplos: PMMA.
Polímeros orgánicos no vinílicos
Además de carbono, tienen átomos de oxígeno y/o nitrógeno en su cadena principal. Los más importantes son los poliésteres, los policarbonatos, las poliamidas y los poliuretanos.
Polímeros inorgánicos
En esta categoría encontramos los basados en el azufre como por ejemplo, los polisulfuros, y los basados en el silicio, como por ejemplo la silicona.
Según sus aplicaciones
Elastómeros
Son materiales que se deforman demasiado al someterlos a un esfuerzo, pero recuperan su forma inicial al eliminar el esfuerzo.
Plásticos
Son aquellos polímeros que, ante un esfuerzo suficientemente intenso, se deforman irreversiblemente, no pudiendo volver a su forma original.
Fibras
Presentan una gran elasticidad y una muy baja extensibilidad, lo que permite confeccionar tejidos cuyas dimensiones permanecen estables.
Recubrimientos
Son sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a la superficie de otros materiales para otorgarles alguna propiedad como, 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.
Según su comportamiento a alta temperatura
Según si el material funde y fluye o, por el contrario, se descompone con la temperatura, se pueden diferenciar dos tipos de polímeros:
Termoplásticos
Que fluyen al calentarlos y se vuelven a endurecer al enfriarlos. Su estructura molecular presenta muy pocos entrecruzamientos.
Ejemplos: Polietileno (PE), Polipropileno (PP), PVC.
Termoestables
Que se descomponen químicamente al calentarlos, en vez de fluir. Este comportamiento se debe a una estructura con muchos entrecruzamientos, que impiden los desplazamientos relativos de las moléculas.
En general, la clasificación termoplásticos / termoestables es independiente de la clasificación elastómeros / plásticos / fibras.
Así, existen plásticos que presentan un comportamiento termoplástico y otros que se comportan como termoestables. Esto constituye la principal subdivisión del grupo de los plásticos y de los elastómeros.
Según su mecanismo de polimerización
Polímeros de condensación
En este caso, la reacción de polimerización implica, en cada paso, la formación de una molécula de bajo peso molecular como, por ejemplo, una molécula de agua.
Polímeros de adición
En este caso, la polimerización no implica formación de ningún compuesto de bajo peso molecular.
Polímeros formados por etapas
La cadena de polímero va creciendo gradualmente mientras haya monómeros disponibles, añadiendo un monómero cada vez. Esta categoría incluye todos los polímeros de condensación y otros que no liberan moléculas pequeñas pero sí se forman gradualmente como, por ejemplo, los poliuretanos.
Polímeros formados por reacción en cadena
Cada cadena individual de polímero se forma a gran velocidad y luego queda inactiva, a pesar de estar rodeada de monómero.
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3. Polímeros de adición
Son formados a partir de un único monómero, a través de una reacción de adición.
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4. Polímeros de condensación
Formados a partir de un único monómero, a través de una reacción de condensación, con eliminación de otra molécula, generalmente agua.
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5. Copolímeros
Son aquellos formados a partir de más de un monómero, a través de reacciones de adición o condensación.
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