Estructuras poliméricas y sus características

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Estructuras poliméricas y sus características

I

Estructuras poliméricas y sus características

Abstrac

Dentro de las estructuras poliméricas que tienen los polímeros, es importante comentar que del tipo de estructura se obtendrán diferentes tipos y usos de los polímeros que existen en el sector industrial. De la estructura lineal da lugar a un polímero termoplástico. De la estructura reticulada da lugar a un polímero termoestable y para una estructura reticulada da lugar a un elastómero. La mayoría de los polímeros son derivados de los hidrocarburos¸ compuestos de carbono e hidrógenos.

Introducción

En este punto se comentarán los aspectos más importantes que tiene la estructura de los polimeros, ya que las aplicaciones industriales que tienen, dependen de sus procesos para unir moléculas pequeñas con otras para formar moléculas grandes en su estructura. La naturaleza química de los monómeros, su masa molecular y otras propiedades físicas, así como la estructura que presentan, determinan diferentes características para cada polímero.

Polímeros lineales

Están formados por una única cadena de monómeros(unidades monoméricas) que se unen para formar cadenas sencillas. Estas largas cadenas son flexibles y se comportan como una masa de fideos. Las cadenas de polímeros lineales pueden unirse entre sí por fuerzas de Van der Waals. El polietileno, cloruro de polietileno, poliestireno y fluorocarbonos son algunos polímeros de estructura lineal

Amilosa 2

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II

Polímeros ramificados

Se sintetizan polímeros cuya cadena principal esta conectada lateralmente con otras cadenas secundarias, sus ramas que forman la cadena molecular principal de mayor a menor tamaño. También se pueden formar entrecruzamientos provocados por el enlace

Polímeros ramificados. Materiales de Caucho

Polímeros entrecruzados

En los polímeros entrecruzados cadenas lineales adyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlaces covalentes, el entrecruzamiento se realiza durante la síntesis o reacciones químicas irreversibles que por lo general se realizan a elevadas temperaturas.

Ejemplos de polímeros con estructura entrecruzados

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III Benceno

Polímeros reticulados

Los polímeros están compuestos por unidades monoméricas trifuncionales. Se denominan polímeros reticulados. Tienen 3 enlaces covalentes activos; estos materiales tienen propiedades mecánicas y térmicas específicas. Los polímeros epoxy y los fenol-formaldehídos pertenecen a este grupo.

A continuación se indican en las tablas 1 y 2 la composición y estructura molecular de algunos compuesto, así también en la tabla 2 se indican los diferentes esquemas de estructuras moleculares de lospolímeros.

Estructura molecular reticulada Elastómeros o hules de silicón

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IV

Nombre Composición Estructura

Metano CH4

Etano C2H6

Propano C3H8

Butano C4H10

Pentano C5H12

Hexano C6H14

Tabla 1. Composición y esrtuctura molecular de algunos compuestos parafínicos

C H

H

H H

H

C C

H

H H

H

C C

H

H H

H

C H

H H

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Tabla 2. Polímeros y sus usos

Figura 1. Esquema de la clasificación de las características de las moléculas poliméricas.

Mecanismos de polimerización

Polímero Usos

Polímeros de Adición: Polietileno

Películas, empaques, botellas

Polipropileno Utensilios de cocina, fibras, aparatos domésticos

Poliestireno Empaque, recipientes desechables para alimentos, aislamiento

Cloruro de polivinilo Empalmes de tuberías, película transparente para empacar carnes Polímeros de condensación

Poliuretanos

Relleno de espuma para muebles, aislamiento aplicado por aspersión, partes de automóviles, calzado, recubrimientos impermeables al agua Polietilen-tereftalato

(un poliéster)

Nylon 6,6 Muebles, cortinas, ropa, fibras para

alfombra, sedal para pescar

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VI

Los polímeros comúnmente llamados plásticos se producen a través de varios medios. Antes del advenimiento de los materiales sintéticos, los polímeros eran formas modificadas de productos orgánicos naturales como la celulosa extraída de la madera o el algodón. Los polímeros generalmente son sintetizados a partir de micromoléculas, teniéndose dos reacciones típicas de polimerización, el sintetizar entendemos quees un proceso para unir moléculas pequeñas con otras para formar moléculas grandes. Su clasificación se basa en el mecanismo por el cual se unen estructuras monómeras o en las condiciones experimentales de reacción.

Tipos de polimerización

Existen dos tipos fundamentales de polimerización:

Polimerización por condensación

Cuando un polímero se sintetiza a partir de micromoléculas, se genera un mecanismo de reacción en pasos llamada comúnmente polimerización por condensación, que involucra una reacción en cadena en la que los extremos de dos moléculas se unen y al mismo tiempo liberan moléculas tales como agua (H2O) o alcohol metílico. Los poliésteres y las poliamidas son ejemplos de polimerización por condensación.

Los polímeros de condensación se dividen en dos grupos:

1. Los homopolímeros. Un polímero se denomina homopolímero si todas las unidades monoméricas de la cadena son iguales Los materiales como el polietileno, el PVC, el polipropileno y otros contienen una sola unidad estructural; también contienen una cantidad menor de irregularidades en los extremos de la cadena o ramificaciones

2. Los copolímeros tienen varias unidades estructurales como es el caso del Estireno-Butadieno, el cual es un plástico sintético que ha sustituido prácticamente al natural.

Polimerización por adición

Otra forma de que un polímero se sintetice en una micromolécula mediante una reacción es la polimerización por adición, en la que los meros se suman a una cadena creciente de manera similar a la que se unen los vagones del tren. Los compuestos vinílicos pertenecen a esta categoría.

En este tipo de polimerización, la masa molecular del polímero es un múltiplo exacto de la masa molecular del monómero.

Elastómeros

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VII

Los elastómeros son aquellos polímeros que muestran un comportamiento elástico,están constituidos por moléculas que forman largas cadenas con poco entrecruzamiento entre sí. Cuando se calientan, se ablandan sin descomposición y pueden ser moldeados. Este polímero está normalmente compuesto de carbono, hidrógeno, oxígeno o silicio.

Cada uno de los monómeros que se unen entre sí para formar el polímero. Los elastómeros son polímeros amorfos que se encuentran sobre su temperatura de transición vítrea o Tg, de ahí esa considerable capacidad de deformación. A temperatura ambiente, las gomas son relativamente blandas y deformables. Se usan principalmente para cierres herméticos, adhesivos y partes flexibles.

Comenzaron a utilizarse a finales del siglo XIX, dando lugar a aplicaciones hasta entonces imposibles (como los neumáticos de automóvil).

Características

Los elastómeros suelen ser normalmente polímeros termoestables, pero pueden ser también termoplásticos. Las largas cadenas poliméricas se enlazan durante el curado. La estructura molecular de los elastómeros puede ser imaginada como una estructura de "espaguetis con albóndigas", en donde las albóndigas serían los enlaces. La elasticidad proviene de la habilidad de las cadenas para cambiar su posición por sí mismas y así distribuir una cierta tensión aplicada. El enlace covalente asegura que el elastómero retornará a su posición original una vez que deje de aplicarse la tensión. Como resultado de esa extrema flexibilidad, los elastómeros pueden alargarse de un 5% a un 700%, dependiendo del material en concreto. Sin los enlaces o con pocos de ellos, la tensión aplicada puede provocar una deformación permanente.

Los elastómeros que han sido enfriados llevándolos a una fase vítrea o cristalina tendrán menos movilidad en las cadenas y consecuentemente menos elasticidad que aquellos manipulados a temperaturas superiores a la temperatura de transición vítrea del polímero.

Clasificación según su composición química

Grupo - la cadena principal se compone de carbono e hidrógeno y contiene dobles enlaces Caucho natural

Poliisopreno (IR, forma artificial del caucho natural) Polibutadieno

Caucho estireno-butadieno (SBR) Caucho butilo

Caucho nitrilo Neopreno (CR)

Grupo M (del inglés Methylene) - su cadena principal sólo contiene átomos de carbono e hidrógeno y está saturada (no dobles enlaces)

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Caucho etileno-propileno (EPM)

Caucho etileno-propileno-dieno (EPDM) Caucho etileno-acetato de vinilo (EVM) Caucho fluorado (FKM)

Caucho acrílico (ACM) Polietileno clorado (CM)

Polietileno clorosulfurado (CSM)

Clasificación según su comportamiento a alta temperatura

Elastómeros termoestables

Al calentarlos no cambian de forma y siguen siendo sólidos hasta que, por encima de una cierta temperatura, se degradan. La mayoría de los elastómeros pertenecen a este grupo.

Elastómeros termoplásticos

Al elevar la temperatura se vuelven blandos y moldeables. Sus propiedades no cambian si se funden y se moldean varias veces. Este tipo de materiales es relativamente reciente, el primero fue sintetizado en 1959.

Conclusiones

Es importante el saber las características y propiedades que tienen los polímeros, razón por la que dependiendo del tipo de estructura de estos, serán los materiales poliméricos que se generen:Dentro de los polímeros sinteticos se tiene que son polímeros derivados del petróleo principalmente:

Termoplásticos

Son los polímeros que al calentarlos se ablandan, se pueden moldear y al enfriarlos se endurecen.

Pueden llegar a fundirse varias veces, por este motivo son reciclables. El 80% de los plásticos son así.

Polietileno tereftalato (PET): Se usa para la fabricación de botellas de agua y bebidas refrescantes. Es transparente e impermeable a los gases de las bebidas refrescantes.

Polietileno de baja densidad (LDPE): Se emplea en bolsas de basura y envases para alimentos. Es resistente a la corrosión, flexible, ligero, impermeable y no contamina los alimentos.

Polietileno de alta densidad (HDPE): Es impermeable, no es tóxico, no contamina alimentos y es resistente a esfuerzos. Se emplea en envases para productos de limpieza del hogar y para higiene personal. También se usa en tuberías para gas, electricidad y telefonía.

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IX

Polipropileno (PP): Sus propiedades son parecidas al polietileno, pero es más resistente al calor, es más duro y menos flexible. Se emplea en la fabricación de botellas, tubos y tuberías, juguetes, etc.

Cloruro de polivinilo (PVC): Es muy resistente químicamente, es fácil de trabajar con calor, es resistente a la intemperie y no es tóxico.

Termoestables

Son los plásticos que una vez formados no pueden volver a moldearse o fundirse, porque se descomponen y se carbonizan. Suelen ser más duro y resistentes que los otros, pero son más frágiles, porque si los intentas doblar se fracturan.

Fenoles (PF): Es un excelente aislante térmico y eléctrico, es muy resistente a los ataques químicos y a los esfuerzos y posee gran dureza. Se emplea en dispositivos eléctricos (enchufes) y pomos de utensilios de cocina.

Melamina (MF): Es resistente a ataques químicos y es un buen aislante. Se usa para recubrir tableros de madera.

Resinas epoxi (EP): Posee buena resistencia química a los esfuerzos, además, es muy duro. Se usa en adhesivos de dos componentes (poxipol) y en el revestimiento interior de lata.

Elastómeros

Un elastómero es un polímero que cuenta con la particularidad de ser muy elástico pudiendo, incluso, recuperar su forma después de ser deformado.

Caucho (CA): Es muy flexible y resistente al calor, los factores químicos, al gas, etc. Se emplea en la fabricación de neumáticos, suelas de zapatos y guantes.

Poliuretano (PUR): Es flexible y es un buen aislante térmico. Se usa en la fabricación de licra que es una variedad para prendas de ropa elástica. En forma de espuma se conoce como gomaespuma y se usa para colchones y asientos.

Silicona (SI): Se emplea para sellar juntas en fontanería y para implantes. Es flexible y no le afecta el calor.

Bibliografía

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Lawrence, H. Van Vlack. Tecnologías de materiales, Universidad de Michigan, Ann Arbor, AlfaOmega.

Shackelford, James F. Ciencia de materiales para ingenieros, Prentice Hall Hispanoamericana.

Ysacura, Marlenys, Labrador, Danny, Crespo, Yadani. Polímeros y biomoléculas, El Cid, p. 17.

Referencias en línea

Características de los polímeros: www.joseluismesarueda.com/documents/tema_9_001.pdf