Los polimeros

Introducción

Durante los últimos 100 años se ha introducido una nueva clase de materiales, los denominados plásticos. La rápida expansión y crecimiento de estos materiales ha ocurrido a expensas de los materiales tradicionales en aplicaciones ya establecidas, así como en el desarrollo de nuevas aplicaciones y mercados.

Sin los materiales plásticos es difícil concebir cómo se podrían haber desarrollado y extendido algunos objetos característicos de la vida moderna (tales como el teléfono, la televisión o los ordenadores) que en las sociedades desarrolladas tanto han ayudado a mejorar el confort y la calidad de vida.

De todas las especialidades de la Química Orgánica, la Química de Polímeros destaca tanto por el número de científicos que la desarrollan en el mundo, como por ser la que exige una formación más específica en Química Orgánica.

Hasta finales del siglo pasado se consideraba que las substancias de alto peso molecular, que a veces aparecían en los experimentos, eran simplemente el resultado de reacciones fallidas. Desde la segunda guerra mundial se han desarrollado cientos de polímeros.

En una primera clasificación, los materiales poliméricos se pueden dividir en dos grandes grupos: los polímeros naturales y los polímeros sintéticos, denominándose estos últimos generalmente como materiales plásticos. Los polímeros son moléculas de gran tamaño formadas por la unión de compuestos orgánicos (monómeros) mediante enlaces covalentes.

Por consiguiente, esta investigación estará enfocada en algunos términos relacionados con los polímeros, de los cuales se desarrollaran cada unos de estos puntos de manera clara y concisa, gracia al apoyo de diversas fuentes bibliográficas que sirvieron para recoger un buen contenido sobre este tema.

Los polímeros

¿Que son los polímeros?

Un polímero puede definirse como un material constituido por moléculas formadas por unidades constitucionales que se repiten de una manera más o menos ordenada. Dado el gran tamaño de estas moléculas, reciben el nombre de macromoléculas. Es decir, que los polímeros son compuestos químicos cuyas moléculas están formadas por la unión de otras moléculas más pequeñas llamadas monómeros, las cuales se enlazan entre sí como si fueran los eslabones de una cadena. Estas cadenas, que en ocasiones presentan también ramificaciones o entrecruzamientos, pueden llegar a alcanzar un gran tamaño, razón por la cual son también conocidas con el nombre de macromoléculas. Habitualmente los polímeros reciben, de forma incorrecta, el nombre de plásticos, que en realidad corresponde tan sólo a un tipo específico de polímeros, concretamente los que presentan propiedades plásticas (blandas, deformables y maleables con el calor).

Los polímeros, del griego poli (mucho) y meros (partes), reciben también el nombre de macromoléculas, debido al enorme tamaño de las moléculas que los componen. Estas moléculas gigantes tienen pesos moleculares más de cien veces mayores que los de moléculas pequeñas como el agua.

La mayor parte de los polímeros están formados por estructuras de carbón y por tanto se consideran compuestos orgánicos. Aunque existen polímeros naturales de gran valor comercial, la mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria, son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas

Clasificación de los polímeros

Los polímeros pueden clasificarse de diferentes maneras, y a su vez, esas clasificaciones, pueden subdividirse en otras. Partiremos de lo más básico a lo más complejo:

De acuerdo a su origen: Naturales y sintéticos

• Los polímeros naturales son todos aquellos que provienen de los seres vivos, y por lo tanto, dentro de la naturaleza podemos encontrar una gran diversidad de ellos. Las proteínas, los polisacáridos, los ácidos nucleicos son todos polímeros naturales que cumplen funciones vitales en los organismos y por tanto se les llama biopolímeros. Otros ejemplos son la seda, el caucho, el algodón, la madera (celulosa), la quitina, etc.

• Los polímeros sintéticos son los que se obtienen por síntesis ya sea en una industria o en un laboratorio, y están conformados a base de monómeros naturales, mientras que los polímeros semisinteticos son resultado de la modificación de un monómero natural. El vidrio, la porcelana, el nailon, el rayón, los adhesivos son ejemplos de polímeros sintéticos, mientras que la nitrocelulosa o el caucho vulcanizado, lo son de polímeros semisinteticos. Hoy en día, al fabricarse polímeros se le pueden agregar ciertas sustancias que modifican sus propiedades, ya sea flexibilidad, resistencia, dureza, elongación, etc.

• Polímeros semisintéticos: Se obtienen por transformación de polímeros naturales. Ejemplo: caucho vulcanizado, etc.

Según sus propiedades Físicas:

a) Termoestables: son polímeros que no se pueden fundir a través de un proceso de calentamiento simple, puesto que su masa es tan dura que necesita temperaturas muy elevadas para sufrir algún tipo de destrucción.

b) Elastómeros: son polímeros que aunque pueden ser deformados, una vez que desaparece el agente que causó la pérdida de su forma pueden retornar a ella. tienen la propiedad de recuperar su forma al ser sometidos a una deformación de ella. Ej. Caucho vulcanizado.

c) Termoplásticos: este es un tipo de polímeros que tienen facilidad para ser fundidos, y por lo tanto pueden ser moldeados. Si tienen una estructura regular y organizada, pertenecen a la subdivisión de los cristalinos, pero si su estructura es desorganizada e irregular, se consideran amorfos.

d) Resinas = Son polímeros termoestables que sufren una transformación química cuando se funden, convirtiéndose en un sólido que al volverse a fundir, se descompone. Ej. PVC, Baquelita y Plexiglas.

e) Fibras = Tienen la forma de hilos. Se producen cuando el polímero fundido se hace pasar a través de unos orificios de tamaño pequeño de una matriz adecuada y se le aplica un estiramiento.

Según su proceso de obtención:

Los polímeros se obtiene gracias a la polimerización, en esta los monómeros se agrupan entre si y forman el polímero.

a) Por condensación: son polímeros obtenidos como consecuencia de la unión de monómeros propiciada por una eliminación molecular.

b) Por adición: son polímeros que resultan de la unión de monómeros por medio de enlaces múltiples.

Según sus monómeros:

a) Homopolímeros: son polímeros que están constituidos por monómeros idénticos.

b) Copolímeros: son polímeros que están constituidos por diversos sectores repetidos, los cuales son iguales entre sí, pero las cadenas que forman esos sectores son diferentes las unas de las otras.

Según la orientación de sus monómeros:

a) Polímeros lineales: son aquellos que, como su nombre lo dice, cuentan con una estructura lineal.

b) Polímeros ramificados: son aquellos que además de la cadena principal, presentan varias de carácter secundario.

Polímeros de condensación

Se forman por la eliminación de agua u otra molécula sencilla entre monómeros. No se usan iniciador, sino que las moléculas que se van a polimerizar tienen grupos funcionales que reaccionan lentamente entre sí. Por ejemplo agua.

Entre los polímeros que se obtienen por este método están:

Polialmidias

Poliésteres

Polieuretanoas

Resinas fenol-formaldehído

Melamina-formaldehído

La melanina-formaldehído se usa para elaborar vajillas de buena calidad.

Podemos resumir las características de polímeros de condensación, de la siguiente manera:

• Formación de poliésteres, poliamidas, poliéteres, polianhidros, etc., por eliminación de agua o alcoholes, con moléculas bifuncionales, como ácidos o glicoles, diaminas, diésteres entre otros (polimerización del tipo poliésteres y poliamidas.).

• Formación de polihidrocarburos, por eliminación de halógenos o haluros de hidrógeno, con ayuda de catalizadores metálicos o de haluros metálicos (policondensación del tipo de Friedel-Craffts y Ullmann.).

• Formación de polisulfuros o poli-polisulfuros, por eliminación de cloruro de sodio, con haluros bifuncionales de alquilo o arilo y sulfuros alcalinos o polisulfuros alcalinos o por oxidación de dimercaptanos (policondensación del tipo Thiokol.).

Debido a esto, la masa molecular del polímero no es necesariamente un múltiplo exacto de la masa molecular del monómero. Los polímeros de condensación se dividen en dos grupos:

Los Homopolímeros.

Polietilenglicol

Siliconas

Los Copolímeros.

Baquelitas.

Poliésteres.

Poliamidas.

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

Polímeros por adición

Los polímeros son un tipo de moléculas orgánicas (macromoléculas), que se encuentran constituidas por la unión de monómeros, o lo que es lo mismo, moléculas pequeñas.

Los polímeros están constituidos por las uniones de miles de moléculas pequeñas (monómeros), formando así grandes cadenas de formas variadas.

Hay polímeros naturales que tienen gran importancia en el comercio y en la industria, como puede ser el caso del algodón, que se encuentra formado por numerosas fibras de celulosa. Otros ejemplos de polímeros naturales como la seda, o la lana. La gran mayoría de los polímeros que usamos actualmente son de origen sintético.

Para entender los polímeros de adición, es importante dejar claro el concepto de polimerización, el cual consiste en una reacción a través de la que se sintetizan polímeros partiendo de sus monómeros.

Dicha reacción se realiza siguiendo diferentes mecanismos, pudiendo ser una polimerización por pasos, o en cadena. Sea como sea, el tamaño de la cadena va a depender de la temperatura y del tiempo que dure la reacción, pudiendo así, cada cadena un tamaño diferente y por lo tanto, también una masa molecular diferente.

Podemos resumir las características de polímeros de adición, de la siguiente manera:

• Adición de moléculas pequeñas de un mismo tipo unas a otras por apertura del doble enlace sin eliminación de ninguna parte de la molécula (polimerización de tipo vinilo).

• Adición de pequeñas moléculas de un mismo tipo unas a otras por apertura de un anillo sin eliminación de ninguna parte de la molécula (polimerización tipo epóxido).

• Adición de pequeñas moléculas de un mismo tipo unas a otras por apertura de un doble enlace con eliminación de una parte de la molécula (polimerización alifática del tipo diazo).

• Adición de pequeñas moléculas unas a otras por ruptura del anillo con eliminación de una parte de la molécula (polimerización del tipo a -aminocarboxianhidro).

• Adición de birradicales formados por deshidrogenación (polimerización tipo p-xileno).

Los polímeros pueden ser lineales, cuando se encuentran formados por una sola cadena de monómeros, o polímeros ramificados.

Existen diferentes procesos para poder unir monómeros con el fin de formar grandes moléculas, así los polímeros se clasifican de diferentes maneras, según su origen, su mecanismo de polimerización, su composición química, sus aplicaciones, o también por las condiciones experimentales en la reacción, etc.

Los polímeros de adición se encuentran dentro del grupo de polímeros clasificados según su mecanismo de polimerización.

De este modo, los polímeros de adición son polímeros en los que en su reacción no se produce la liberación de compuestos de masa molecular baja. Se lleva a cabo la polimerización en este tipo de polímeros, cuando está presente un catalizador, que provoca la unión de un polímero detrás del otro, hasta el final de la reacción. Es decir, un polímero de adición se forma cuando tiene un catalizador y también una temperatura favorable para su formación, pues dichos factores harán que el alqueno abra su doble enlace, de manera que quede una valencia libre de cada átomo de carbono participante, pudiendo así añadirse moléculas de monómeros, hasta llegar a conseguir un polímero concreto.

Propiedades físicas de los polímeros

Las propiedades físicas de estas moléculas difieren bastante de las propiedades de los monómeros que las constituyen.

Las propiedades van a estar influenciadas por la estructura interna, presencia de fuerzas intermoleculares, etc.

Al ser grandes moléculas, la estructura es generalmente amorfa.

Notable plasticidad, elasticidad y resistencia mecánica.

Alta resistividad eléctrica.

Poco reactivos ante ácidos y bases.

Unos son tan duros y resistentes que se utilizan en construcción: PVC, baquelita, etc.

Otros pueden ser muy flexibles (polietileno), elásticos (caucho), resistentes a la tensión (nailon), muy inertes (teflón), etc.

Utilidad de los siguientes polímeros

El nailon 6.6

El nailon 6,6 tiene un monómero, que se repite n veces, cuanto sea necesario para dar forma a una fibra. El primer 6 que acompaña al nailon nos dice el número de carbonos de la amida y la segunda cifra es el número de carbonos de la cadena ácida.

El nailon 6,6 se sintetiza por condensación en el laboratorio a partir del monómero cloruro del adipoilo y el monómero hexametilén diamina. Pero en una planta industrial de nailon, se fabrica generalmente haciendo reaccionar el ácido adípico (derivado del fenol) con la hexametiléndiamina (derivado del amoniaco).

Polipropileno (PP)

Es el polímero termoplástico, parcialmente cristalino, que se obtiene de la polimerización del propileno (o propeno). Reciclable, versátil, transpirable. Alfombras, juguetes, prendas térmicas, salpicaderos, etc.

El poliuretano

El poliuretano (PUR) es un polímero que se obtiene mediante condensación de polioles combinados con polisocianatos. Se subdivide en dos grandes grupos: termoestables y termoplásticos (poliuretano termoplástico). Los poliuretanos termoestables más habituales son espumas, muy utilizadas como aislantes térmicos y como espumas resilientes; pero también existen poliuretanos que son elástómeros, adhesivos y selladores de alto rendimiento, pinturas, fibras, sellantes, para embalajes, juntas, preservativos, componentes de automóvil, en la industria de la construcción, del mueble y múltiples aplicaciones más. Los poliuretanos rígidos de densidad más elevada (150-1200 kg/m³) son usados para elaborar componentes de automóviles, yates, muebles y decorados.

El poliéster

El poliéster (C10H8O4) es una categoría de polímeros que contiene el grupo funcional éster en su cadena principal. Los poliésteres que existen en la naturaleza son conocidos desde 1830, pero el término poliéster generalmente se refiere a los poliésteres sintéticos (plásticos), provenientes de fracciones pesadas del petróleo. El poliéster termoplástico más conocido es el PET. El PET está formado sintéticamente con etilenglicol más tereftalato de dimetilo, produciendo el polímero o poltericoletano. Como resultado del proceso de polimerización, se obtiene la fibra, que en sus inicios fue la base para la elaboración de los hilos para coser y que actualmente tiene múltiples aplicaciones, como la fabricación de botellas de plástico que anteriormente se elaboraban con PVC. Se obtiene a través de la condensación de dioles (grupo funcional dihidroxilo).

Las resinas de poliéster (termoestables) son usadas también como matriz para la construcción de equipos, tuberías anticorrosivas y fabricación de pinturas. Para dar mayor resistencia mecánica suelen ir reforzadas con cortante, también llamado endurecedor o catalizador, sin purificar.

El poliéster es una resina termoestable obtenida por polimerización del estireno y otros productos químicos. Se endurece a la temperatura ordinaria y es muy resistente a la humedad, a los productos químicos y a las fuerzas mecánicas. Se usa en la fabricación de fibras, recubrimientos de láminas, etc.

Poliestireno (PS)

Es un plástico que se obtiene por un proceso denominado polimerización, que consiste en la unión de muchas moléculas pequeñas para lograr moléculas muy grandes. La sustancia obtenida es un polímero y los compuestos sencillos de los que se obtienen se llaman monómeros. Fue obtenido por primera vez en Alemania por la I.G. Faberindustrie, en el año 1930. Es un sólido vítreo por debajo de 100 ºC; por encima de esta temperatura es procesable y puede dársele múltiples formas.

Mecanismos: Radicales libres o iónicos

Condiciones experimentales de polimerización

Emulsión, suspensión o en bloque

Termoplástico, duro, aislante. Juguetes, envases, aislante, etc.

Polietileno (PE)

Es químicamente el polímero más simple. Se representa con su unidad repetitiva (CH2-CH2)n. Por su alta producción mundial (aproximadamente 60 millones de toneladas son producidas anualmente). Es también el más barato, siendo uno de los plásticos más comunes. Además, es termoplástico, aislante térmico, inerte químicamente. Tuberías, persianas, bolsas, botellas, vasos, film transparente, etc. Es químicamente inerte. Se obtiene de la polimerización del etileno (de fórmula química CH2=CH2 y llamado eteno por la IUPAC), del que deriva su nombre.

Importancia que tiene el petróleo en nuestro país

Desde 1958 hasta la década del siglo XX, el petróleo ha jugado un papel decisivo en los destinos de la nación. Este recurso ya conocido y empleado por los indígenas precolombinos a partir de los rezumaderos o "menes" se convertiría más tarde en el motor impulsador de la economía de Venezuela y factor primordial de cambios. Actualmente las reservas de petróleo alcanzan 76.800 millones de barriles. Ello significa que todavía seguimos dentro de los esquemas de una economía monoproductora, pero con tendencias hacia una variada proyección, tanto industrial como agropecuaria.

Pero, no obstante esas tendencias, siempre se manifestaron preocupaciones en torno al comportamiento del negocio petrolero a escala mundial: hoy en día sigue siendo el petróleo importante factor es la economía nacional por la fuerte entrada de divisas que ese producto nos deja de sus transacciones comerciales con el Exterior. Mas, el paisaje macroeconómico ya no se presenta sólidamente atad a un sólo producto pues ya se ha entrado de lleno en fases de industrialización y reforzamiento de las actividades agropecuarias; ellas con el petróleo forman la base triangular para el desarrollo futuro del país.

Venezuela tiene una economía de mercado orientada a las exportaciones. La principal actividad económica de Venezuela es la explotación y refinación de petróleo para la exportación y consumo interno. Es la cuarta economía más grande de América Latina, después de Brasil, México, y Argentina según el PIB.

Pero, al margen de cualquier empeño por diversificar nuestra economía, se fueron estableciendo políticas acertadas en lo referente a la cuestión petrolera y se realizaron programas para la consolidación de esa actividad. Ella es la base más firme de las entradas al Tesoro Nacional y el más alto porcentaje para la distribución de los ingresos en el plano presupuestario.

La importancia del petróleo para Venezuela no sólo reside en su principal fuente de ingresos fiscales sino además por ser el energético de mayor uso como rubro de la dinámica interna del país. El consumo energético se sustenta en un 58% de los derivados del petróleo concentrándose principalmente en los sectores industriales y transporte. La actividad petrolera genera el 80% de los ingresos fiscales y el 70% del ingreso nacional de divisas. Con apenas el 0,7% del área terrestre, Venezuela posee el 5,8% de las reservas probables de petróleo del mundo y el 2,5% de las de gas natural las cuales alcanzan un volumen de 146,8 billones de pies cúbicos.

Conclusiones

Al finalizar esta investigación se logró entender sobre los polímeros. De los cuales se dice que la materia está formada por moléculas que pueden ser de tamaño normal o moléculas gigantes llamadas polímeros.

Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las formas más diversas. Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones. Algunas más se asemejan a las escaleras de mano y otras son como redes tridimensionales.

Existen polímeros naturales de gran significación comercial como el algodón, formado por fibras de celulosas. La celulosa se encuentra en la madera y en los tallos de muchas plantas, y se emplean para hacer telas y papel. La seda es otro polímero natural muy apreciado y es una poliamida semejante al nylon. La lana, proteína del pelo de las ovejas, es otro ejemplo. El hule de los árboles de hevea y de los arbustos de Guayule, son también polímeros naturales importantes. Sin embargo, la mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas.

Como pudimos observar los polímeros constituyen la mayor parte de las cosas que nos rodean, estamos en contacto con ellos todos los días e incluso nosotros mismos estamos compuestos casi en nuestra totalidad de estas, tan variadas macromoléculas, como por ejemplo: las proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos, etc.

Los polímeros han originado en la actualidad un impacto social y ambiental que ha generado aspectos positivos y en su gran mayoría negativos, ya que la eliminación de polímeros contribuye a la acumulación de basuras, las bolsas plásticas pueden causar asfixia si se recubre la cabeza con ellas y no se retira la cabeza a tiempo, entre otros.

Bibliografías

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GUARDIA, C. y otros. (2009). "Química 2 Bachillerato". Edit. Santillana. Madrid.

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RODRÍGUEZ, Á. y otros. (2007). "Química 2 Bachillerato". Edit. McGraw-Hill. Madrid.

MARTÍNEZ, A. (2000). Cronología del Petróleo Venezolano. Caracas, PDVSA-CIED. FONCIED. 639 p.

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FOUSTER, Juan y otros. (1985). Química. Universidad Nacional Abierta. Estudios Profesionales I. Ingeniería Industrial. Impresos Urbina. Caracas. Venezuela. 455p.

Anexos

Polímeros

Polímero natural

Rayón polímeros sintéticos.

Linar Alcantara

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN

U.E. ANTONIO JOSE DE SUCRE

GUARENAS EDO. MIRANDA

GUARENAS, MAYO 2012