Concepto, tipos y propiedades de los polímeros

Polímero

En primer lugar estudiaremos el significado de los términos plásticos y polímeros. Plástico proviene de la palabra griega  plastikos, que significa susceptible de ser modelado o moldeado y Polímeros del griego  poly: muchos,  meros: parte o segmento. Los polímeros son materiales que están constituidos por muchas unidades llamadas monómeros, las cuales le proveen a estas macromoléculas pesos moleculares enormes en el orden de varios miles o mas. Es importante insistir que los términos polímeros y plásticos no son la misma cosa, los polímeros son la materia prima con que se preparan los plásticos.

Los polímeros naturales son aquellos que proceden de los seres vivos, como el ADN, celulosas y proteínas. Muchos de los materiales que utilizamos están hechos de polímeros sintéticos, es decir, macromoléculas creadas artificialmente en un laboratorio o en la industria. El polietileno de los envases plásticos, el poliuretano de las zapatillas y el rayón de una prenda de vestir son polímeros sintéticos. Los polímeros sintéticos son aquellos que se obtienen por síntesis ya sea en una industria o en un laboratorio.

En menos de 150 años, la sociedad se ha rodeado de polímeros sintéticos: ropa de nylon y poliéster, alfombras de polipropileno, coches con componentes plásticos de poliuretano y ruedas de cucho sintético; por otra parte se utilizan corazones artificiales y otros órganos hechos con polímeros de siliconas y muchos de los componentes de los bolígrafos, computadoras, juguetes y aparatos electrodomésticos están hechos de materiales poliméricos plásticos.

Hay dos clases de polímeros: los de adición y los de condensación. El polipropileno es un polímero por adición, esto quiere decir que se obtiene a partir de la adición rápida de una molécula a una cadena de polímeros en crecimiento, generalmente con un intermedio reactivo (catión, radical o anión) en el extremo del crecimiento de la cadena. La polimerización del PP se da mediante la polimerización de crecimiento de cadena radicalaria. En la polimerizacion por condensacion los monomeros se unen en la eliminacion simultanea de atomos o grupos de atomos mas pequenos. Algunos polimeros tipos de condensacion son el nailon, poliuretanos y los poliesteres. 

La estereoquímica de los polímeros, se debe a la disposición enlazante cabeza-cola, con los sustituyentes en carbonos alternos de la cadena polimérica. La estereoquímica de los grupos laterales del polímero tienen un  importante sobre las propiedades del polímero.

Isotáctico: los grupos laterales se encuentran principalmente al mismo lado de la cadena polimérica.

Sindiotáctico: si los grupos laterales se encuentran alternados a un lado y otro de la cadena.

Atáctico: si los grupos laterales se encuentran distribuidos al azar a los lados de la cadena polimérica.

Los polímeros estereoregulares isotácticos y sindiotácticos son más fuertes y más duros debido a su mayor cristalinidad (disposición de empaquetamiento regular).

Estructura y propiedades de los polímeros, a pesar de que los polímeros no cristalizan o se funden como las moléculas pequeñas, en un polímero se pueden detectar zonas cristalinas, denominadas cristalitas y se puede medir la temperatura a la que funden estas zonas cristalinas. La cristalinidad se puede definir como la cantidad relativa de polímero que está formando cristalitas y tamaño relativa de las cristalitas. Las cristalitas son las regiones cristalinas microscópicas que se encuentran dentro de un polímero sólido por debajo de la temperatura de fusión cristalina.

A temperatura baja, los polímeros de cadena larga tienen estructura frágil y vítrea. Son sólidos, no son flexibles y un impacto fuerte hace que se fracturen. Cuando se aumenta la temperatura, el polímero alcanza la temperatura de transición vítrea, Tg. A temperaturas superiores a Tg, el polímero altamente cristalino se hace flexible y moldeable, se denomina termoplástico, ya que la acción del calor lo convierte en plástico. Si la temperatura se sigue elevando, el polímero alcanza la temperatura de fusión cristalina Tm. A esta temperatura, las cristalitas se funden y las moléculas individuales pueden deslizarse unas sobre otras. A temperaturas superiores a Tm, el polímero es un líquido viscoso y se puede extrudir a través de hiladoras para formar fibras.

Los polímeros de baja cristalinidad, denomidados amorfos, cuando se calientan por encima de la Tg se vuelven elásticos, no tienen un punto de fusión definido.

La estructura química de un polímero incluye la composición, la constitución molecular y el

tamaño molecular.

La composición viene definida por la composición atómica y se expresa mediante el análisis elemental. Los polímeros orgánicos se caracterizan por la presencia inevitable de los átomos de carbono e hidrógeno. Otros átomos frecuentes, denominados heteroátomos, son el oxígeno, nitrógeno, azufre, fósforo, silicio y ciertos halógenos.

La constitución molecular determina de forma inequívoca la identidad de un polímero y comprende la constitución química, la arquitectura de la molécula y la configuración. Una molécula de polímero consiste en una cadena ininterrumpida de átomos (esqueleto o cadena principal) a la que por lo general, se unen otros átomos o grupos de átomos (grupos laterales). El segmento de cadena que con tamaño mínimo puede representar exactamente la estructura del polímero, se conoce como unidad constitucional repetitiva (UCR). Los extremos de la cadena principal se apartan de la constitución química del polímero pero por lo general se ignora su existencia y sólo se toman en consideración cuando las cadenas contienen un número moderado de UCR.

El tamaño molecular se define mediante valores promedios, dado el carácter polidisperso que invariablemente tienen los polímeros. Los pesos moleculares pueden oscilar entre unos cuantos miles y varios millones, y en el caso de los polímeros fuertemente entrecruzados, se puede considerar que el peso molecular es infinito. Por otro lado, la conformación se define como las diversas formas espaciales que puede tomar una molécula de polímero.

Referencias bibliografícas.

Muñoz, F. Procesamiento y propiedades de algunas poliolefinas. Revista Iberoamericana de Polímeros.
Wade. (2004). Química Orgánica. Madrid. Editorial Prentice Hall.