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TEMA 1: Clasificación, propiedades y tipos de polímeros sintéticos
Los polímeros son macromoléculas constituidas por la unión de estructuras moleculares básicas denominadas monómeros. El tipo de monómero hace que el polímero adquiera sus propiedades químicas y físicas finales.
Los polímeros se clasifican considerando tres grandes criterios, según su origen , la estructura de su cadena y la composición de su cadena.
Por su origen los polímeros pueden ser naturales o sintéticos. Desde hace mucho tiempo se han utilizado los polímeros naturales como la lana, las pieles de animales, el caucho, el algodón, la seda, etcétera. Pero a partir de 1907, que se realizó la síntesis del primer polímero sintético, la bakelita, se han venido fabricando polímeros sintéticos, polimerizando monómeros por medio de reacciones controladas químicamente. La mayor parte de los polímeros se obtienen a partir de derivados del petróleo como el eteno, propeno, buteno y benceno. El segundo criterio, estructura de su cadena , hace referencia a la forma en la que se unen los monómeros respectivos, que puede ser lineal o ramificada , lo que es explícito considerando los puntos o zonas de ataque, que corresponde a la zona donde se produce la polimerización. Dos puntos unidireccionales para los polímeros lineales y tres o más zonas, en dos o más sentidos, para los ramificados.
La importancia de la estructura de los polímeros, dice relación con las propiedades que ésta le confiere a la macromolécula, por ejemplo, los polímeros lineales suelen generar materiales moldeables , mientras que los polímeros ramificados, producen materiales rígidos.
De acuerdo a la composición de la cadena , los polímeros se pueden clasificar en: a. Homopolímeros: se forma por la unión de un solo tipo de monómero. Por ejemplo, el polietileno (PE) se constituye solo por la unión reiterada de unidades básicas del monómero etileno. b. Copolímeros: se forma por la unión de dos o más tipos de monómeros. Por ejemplo, el metacrilatobutilacrilato- estireno es un polímero formado por la unión de tres monómeros diferentes. Cada monómero aporta propiedades físicas y químicas que al ser combinadas producen polímeros con propiedades específicas. Los Copolímeros, a su vez, se pueden clasificar de acuerdo a la conformación estructural de sus unidades monoméricas en:
- Copolímeros al azar: donde en la estructura de las uniones entre los monómeros no se observa ningún tipo de ordenamiento o repetición específica. - Copolímeros alternados: donde en la estructura las uniones se van alternando en las repeticiones. - Copolímeros en bloque: donde en la estructura los monómeros se agrupan u ordenan en bloques. - Copolímeros injertados: donde la estructura se forma por una cadena lineal de monómeros, que presenta ramificaciones de otro monómero.
Azar Alternado En bloques Injertados
Propiedades de los polímeros: Los polímeros presentan distintas propiedades físicas que dependen de las características del monómero y de la conformación de la estructura de la cadena polimérica.
Las propiedades mecánicas más relevantes para los polímeros son las siguientes: a. Dureza: es la oposición que presenta un polímero a romperse. b. Elongación: es la capacidad de un polímero a estirarse. c. Resistencia: es la capacidad que presenta un polímero al someterlo a presión sin alterar su estructura original.
Atendiendo a sus propiedades físicas , los polímeros se pueden clasificar en: a. Fibras: son polímeros que tienen la capacidad de formar hilos de distintos tamaños. b. Elastómeros: son polímeros que recuperan su forma original al ser sometidos a una deformación por tensión.
c. Plásticos: polímeros de alta masa molecular, que en su estado definitivo son sólidos, algunos flexibles, resistentes, livianos, aislantes del calor y la electricidad. En alguna etapa de su fabricación, son lo suficientemente fluidos como para moldearlos por calor y presión.
De acuerdo a sus propiedades en relación al calor , los polímeros se clasifican en: a. Termoplásticos: son aquellos que se pueden deformar por acción del calor y que después de enfriarse mantienen su forma. b. Termoestables: son aquellos que no fluyen por acción del calor y, por el contrario, se descomponen químicamente al aplicárselo.
Para la fabricación de los plásticos, los métodos empleados varían según la materia prima, condiciones y sustancias deseadas. En la siguiente tabla se resumen los métodos más utilizados en la industria:
Polimerización:
La formación de los polímeros se produce por una reacción química denominada polimerización, donde las unidades monoméricas se van agrupando hasta formar el polímero final. La polimerización se puede realizar mediante dos procesos: la adición y la condensación. Reacciones de adición: en este tipo de reacción el polímero se forma por repetición exacta del monómero original sin producirse ningún tipo de subproducto. Las reacciones de adición tienen tres etapas principales:
1. La iniciación: donde participa como reactivo una molécula denominada iniciador. 2. La propagación: donde la cadena comienza a alargarse por la repetición consecutiva del monómero. 3. La terminación: donde se interrumpe la propagación y se obtiene un polímero determinado.
Las reacciones de adición se pueden clasificar, de acuerdo al tipo de iniciador que participa de la reacción, en:
1. Adición catiónica: donde el iniciador es un catión, generalmente un ión H+^ proveniente de un ácido. 2. Adición aniónica: donde el iniciador es un anión, que ataca el doble enlace de un alqueno con sustituyentes con la capacidad de atraer electrones. 3. Adición por radicales libres: donde los intermediarios producidos en una reacción de iniciación hemolítica forman radicales libres.
La polimerización comienza cuando el “iniciador” (catión, radical libre o anión) se adiciona a un doble enlace carbono - carbono de un sustrato insaturado (un monómero vinilo) y forma un intermediario reactivo ( iniciación ). Este intermediario reacciona con una segunda molécula del monómero y da un nuevo intermediario y así sucesivamente ( propagación ). Finalmente la cadena polimérica deja de crecer ( terminación ). En general las reacciones por adición se expresan de la forma:
Donde:
- R, puede ser un átomo de hidrógeno, un grupo alquilo u otro grupo funcional.
- n, el número de monómeros que reaccionan y que conforman finalmente el polímero.
productos de variadas propiedades para un gran número de aplicaciones. Se obtienen productos rígidos o totalmente flexibles (inyección - extrusión - soplado). Se utiliza en envases para agua mineral, aceites, jugos, mayonesa.
PEBD. Polietileno de baja densidad : se produce a partir del gas natural. Al igual que el PEAD es de gran versatilidad y se procesa de diversas formas: inyección, soplado, extrusión y rotomoldeo. Su transparencia, flexibilidad, tenacidad y economía hacen que esté presente en una diversidad de envases, sólo o en conjunto con otros materiales y en variadas aplicaciones. Bolsas de todo tipo: supermercados, boutiques, panificación, congelados, industriales, etc. Películas para: agro (recubrimiento de acequias), envasado automático de alimentos y productos industriales (leche, agua, plásticos, etc.).
PP. polipropileno : el PP es un termoplástico que se obtiene por polimerización del propileno. Los Copolímeros se forman agregando etileno durante el proceso. El PP es un plástico rígido de alta cristalinidad y elevado punto de fusión, excelente resistencia química y de más baja densidad. Al adicionarle distintas cargas (talco, caucho, fibra de vidrio, etc.), se potencian sus propiedades hasta transformarlo en un polímero de ingeniería. (El PP es transformado en la industria por los procesos de inyección, soplado y extrusión/termoformado).
PS. Poliestireno PS cristal : es un polímero de estireno monómero (derivado del petróleo), cristalino y de alto brillo. PS Alto Impacto: Es un polímero de estireno monómero con oclusiones de polibutadieno que le confiere alta resistencia al impacto. Ambos PS son fácilmente moldeables a través de procesos de: inyección, extrusión/termoformado, soplado. Potes para lácteos (yogurt, postres, etc.), helados, dulces, etc. Envases varios, vasos, bandejas de supermercados y rotiserías. Heladeras: contrapuertas, anaqueles. Cosmética: envases, máquinas de afeitar descartables. Bazar: platos, cubiertos, bandejas, etc.
