1. TRABAJO DE LA SEGUNDA UNIDAD.
EL MUNDO DE LOS POLÍMEROS
1¿Qué son los polímeros y por qué son tan importantes?
Los polímeros son moléculas grandes formadas por la repetición de unidades simples. La
palabra polímero se deriva del griego poly, que significa “muchos” y mero, que significa
“parte”. Frecuentemente se emplea el término macromolécula como un sinónimo de polímero.
Los polímeros son sintetizados a partir de moléculas simples llamadas monómeros, las cuales
pueden ser iguales o diferentes.
Su importancia radica en que casi todo lo que vemos y usamos esta compuesto de ello, la ropa, los
plasticos, los pegamentos, etc..
1.Importancia de los polímeros por sus aplicaciones y usos
Los llamados polímeros se han vuelto un instrumento vital en la vida diaria de toda
persona.
Vivimos en la era de los polímeros. Plásticos, fibras, elastómeros,
recubrimientos, adhesivos, hules, proteínas, celulosa; todos estos son
términos comunes en nuestro vocabulario. Un gran número de objetos que
empleamos hoy en día están elaborados a partir de polímeros.
Algunos ejemplos de polímeros plásticos y sus usos:
2.
3. 2. Estructura química de los polímeros
2.1 .Concepto de monómero y polímero.
2.2 .Grupos funcionales presentes en la estructura de los
monómeros
La estructura química hace referencia a la construcción de la molécula original, en el cual se
estudia el efecto de la naturaleza de los átomos que constituyen en la cadena principal y los
sustituyentes de la mismas, las uniones entre los monómeros, el peso molecular y su
distribución; así como, el efecto de las ramificaciones o entrecruzamientos en la cadena
principal. De igual manera las diferentes configuraciones que pueden adoptar los sustituyentes
de la cadena principal condicionan las propiedades de los polímeros y son parte de su
estructura química.
Los monómeros son compuestos de bajo peso molecular que pueden unirse a otras moléculas
pequeñas (ya sea iguales o diferentes) para formar macromoléculas de cadenas largas
comúnmente conocidas como polímeros.
Los polímeros son mezclas de macromoléculas de distintos pesos moleculares.
Por lo tanto no son especies químicas puras y tampoco tienen un punto de fusión definido.
La mayoría de los monómeros funcionales son solubles en agua al mismo tiempo y se utilizan
para incorporar centros hidrofílicos dentro de polímeros hidrofóbicos a fin de estabilizar las
partículas y lograr adherencia y aceptación de pigmentos.
Usualmente son utilizados en muy pequeñas cantidades (1-3%) y poseen sitios reactivos para la
reticulación, modificación de la superficie de las partículas y procesos post-polimerización de
las partículas de látex.
4. Los grupos funcionales que pueden estar involucrados en este tipo de monómeros son:
1. grupos carboxilos (Ej: Acidos acrílico y metacrílico). Comentados más abajo
2. Grupos epoxi (Ej:de monómeros tales como glicidil metacrilato). Usualmente son utilizados
para mejorar la resistencia química, la dureza del film, la resistencia química y la resistencia a l
calor y a la abrasión.
3. Derivados de acrilamida (Ej: N-Metilolacrilamida). Este tipo de monómeros es usualmente
utilizados en proporciones de 1 a 7% y generan la incorporación de sitios de reticulación dentro
de las partículas del látex. Puede sufrir reticulación vía puente hidrógeno a temperatura
ambiente, como así también, pueden ser reticulados a temperatura más elevada (120 –150°C)
con formación de enlaces covalentes entre distintos grupos N-Metilol presentes en la cadena.
4. Cloruros (Ej: Cloruro de vinilbencilo). Son monómeros con sitios electrofílicos que pueden
ser reaccionados post-polimerización con nucleófilos tales como aminas, mercaptanos, etc.
5. Grupos isocianato (Ej: TMI). Estos grupos pueden ser reticulados postpolimerización ,
mediante grupos amino o hidroxilo , o bien reticular durante el proceso de formación del film.
6. Grupos amino (Ej: de monómeros funcionales como dietilaminoetilmetacrilato)
7. Grupos sulfonato (Ej:estireno sulfonato de sodio)
8. grupos hidroxilo (Ej: 2-hidroxietilmetacrilato)
5. 3.-¿Cómo se obtienen los polímeros sintéticos?
Los polímeros son una estructura compleja formada por la
repetición de una unidad molecular llamada monómero. Existen
polímeros naturales y polímeros sintéticos. En muchos casos una
molécula de un polímero está compuesta de miles de moléculas de
monómeros.
Ejemplo:
El polibutadieno, un elastómero sintético, se fabrica a partir del
monómero butadieno, que no posee un metil en el carbono número
dos, siendo esta la diferencia con el isopreno.
CH2 =CH–CH=CH2
1,3 -butadieno
El polibutadieno tiene regular resistencia a la tensión y muy poca
frente a la gasolina y a los aceites. Estas propiedades limitan las
posibilidades de fabricar con ellos los neumáticos.
6. Reaccion de adicion y condensación en polímeros sintéticos
Se sintetizan en: polímeros de adición cuando se van
agregando unidades de monómero sin pérdida de átomos, es
decir, la composición química de la cadena resultante es igual
a la suma de las composiciones químicas de los monómeros
que la conforman y polímeros de condensación cuando se
combinan unidades de monómero y pierden átomos al pasar a
formar parte del polímero. Por lo general se pierde una
molécula pequeña, como agua o ácido clorhídrico gaseoso.
Las cadenas formadas de polímeros, pueden ser:
Lineales. Formados por una única cadena de monómeros.
7. Ramificados. La cadena lineal presenta
ramificaciones
Redes poliméricas. Se forman al enlazarse átomos de
diferentes cadenas
8. Clasificacion de polímeros y copolimeros.
Copolimeros: Un copolímero es una macromolécula
compuesta por dos o más monómeros o unidades
repetitivas distintas, que se pueden unir de diferentes
formas por medio de enlaces químicos.
Los monómeros pueden distribuirse de forma aleatoria
o periódica. Si se alternan largas secuencias de uno y
otro monómero, se denomina copolímero en bloque. Si
el cambio de composición se produce en las
ramificaciones, se trata de un copolímero ramificado.
Polímeros: son macromoléculas (generalmente
orgánicas) formadas por la unión de moléculas más
pequeñas llamadas monómeros.
9. 4.-Propiedades de los polímeros.
Clasificación por las siguientes propiedades:
Reticulares y lineales: como resultado de l mecanismo del proceso de polimerización como también de la
naturaleza de los mono meros que generan el polímero, las cadenas polímero pueden ser lineales ramificadas e
incluso entrecruzadas. Un polímero lineal es una molécula polimérica en la cual los átomos se arreglan mas o
menos una larga cadena, las cadenas de grupos pendientes son mucho mas pequeñas que la cadena principal
normalmente tienen unos pocos átomos de longitud, pero la cadena principal posee generalmente cientos de
miles de átomos.
Alta y baja densidad: en el caso de el polietileno. El polietileno es probablemente el polímero que mas se ve en
la vida diaria. Es el plástico mas popular del mundo. Este es el polímero que hace las bolsas de almacén, los
frascos de champú, juguetes etc… por ser un material tan versátil tiene una estructura muy simple, la mas
simple de todos los polímeros comerciales. Una molécula de polietileno no es nada mas que una cadena larga
de átomos de carbono con dos átomos de hidrogeno unidos a cada átomo de carbono.
En ocaciones es un poco mas complicado. A veces algunos de los carbonos, en lugar de tener hidrógenos
unidos a ellos, tienen asociadas largas cadenas de polietileno. Esto se llama polietileno ramificado, o de baja
densidad, o LDPE. Cuando no hay ramificaciones se llama polietileno lineal es mucho mas fuerte que el
polietileno ramificado, pero el polietileno ramificado es mas barato y mas fácil de hacer.
10. Termo fijó y termoestables: de acuerdo al comportamiento frente a la temperatura los
polímeros pueden clasificarse en los termoplásticos y termoestables.
Los polímeros termoplásticos tienen como característica esencial que se ablandan por acción
del calor, llegando a fluir, y cuando baja la temperatura vuelven a ser solidos y rígidos. Por esta
razón pueden ser moldeados en elevado numero de veces, lo que favorece si reciclibilidad.
Deben esta propiedad a estar formados por cadenas macromoleculares que se encuentran
desordenadas, enrolladas sobre si mismas, pero independientes unas de otras, unidas solo por
débiles fuerzas. Son los mas usados en la industria del envase o embalaje.
Los polímeros termo fijos no se reblandecen ni fluyen por acción del calor, llegando a
descomponer si la temperatura sigue subiendo. Por ello no se pueden moldear repetidas veces,
lo cual representa una desventaja en el uso de estos materiales debido a la dificultad que
presentan para ser reciclados. Están formados por cadenas macromoleculares unidas entre si
por fuertes enlaces covalentes. Entres los polímeros termo fijos encontramos: resinas fenólicas,
amino resinas, resinas de poliéster, resinas epoxi, poliuretanos.
Las ventajas de platico termoestable para su aplicación son:
Alta estabilidad térmica
Alta rigides
Alta estabilidad dimensional
Resistencia ala fluencia y ressistencia bajo carga
Bajo peso
Buenas propiedades como aislante térmico.
11. Diferencias entre polímeros naturales y sintéticos
Polímeros naturales
Los polímeros naturales reúnen, entre otros, al almidón cuyo monómero
es la glucosa y al algodón, hecho de celulosa, cuyo monómero también es
la glucosa. La diferencia entre ambos es la forma en que los monómeros
se encuentran dispuestos dentro del polímero.
Otros polímeros naturales de destacada importancia son las proteínas,
cuyo monómero son los aminoácidos.
La diferencia es que uno es echo por el hombre y el otro no , por ejemplo
un polímero natural es la proteína , sus monómeros son aminoácidos , otro
polímero natural es el ADN sus monómeros son nucleótidos.
Polímeros sintéticos son por ejemplo: el polietileno ,cuyo monómero es
etileno o simplemente una botella , una alfombra, et.
12. 6. Efectos socioeconómicos y ambientales de la producción y uso de polímeros en México
Los polímeros naturales como el almidón y la celulosa son materiales de alta disponibilidad en la naturaleza,
de fácil degradación en agua, dióxido de carbono y/o humus y sus costos de obtención son bajos, en
comparación con los polímeros sintéticos como los plásticos que resultan de muy difícil degradación a pesar de
los bajos costos de producción. En nuestra vida cotidiana debido a las diversas propiedades que presentan los
polímeros sintéticos como: ligeros, aislantes térmicos y eléctricos, entre otros, estos en la mayoría de los casos
han desplazado a la madera en la fabricación de muebles, al cuero en la fabricación de calzado, al metal en la
fabricación de muchas partes automotrices y electrodomésticos, al vidrio, el algodón, etc., son materiales de
variados usos debido a la gran cantidad de aplicaciones en las diferentes industrias que van desde la
construcción hasta las farmacéutica y alimenticia. Su principal desventaja es que tardan demasiado tiempo en
degradarse, es decir, presentan resistencia a la corrosión ambiental. Polímeros sintéticos convencionales se
fabrican a partir de los derivados del petróleo (petroquímicos) por lo que su degradación es mucho más lenta
(tardando largos periodos de tiempo), por lo que se van acumulando grandes cantidades de contaminantes
difíciles de degradar y por generar sustancias toxicas afectando de manera notable el ambiente, lo que resulta
más costoso para eliminar. Debido a estos problemas de contaminación se han venido desarrollando diversos
polímeros biodegradables, que ofrecen una serie de ventajas ya que estos son degradados a compuestos como
el agua y el dióxido de carbono que no dañan al ambiente. Se clasifican en cuatro grupos: naturales como: A)
las proteínas, B)el almidón, C) la celulosa y D) biopolímeros: materiales modificados, llamados Blends. Los
Blends pueden ser el almidón con polímeros como el poliuretano y poliestireno, siendo su principal aplicación
en la envoltura y cubierta de diversos productos, otros son la celulosa en el acetato de celulosa y la celulosa
oxidada, teniendo su principal aplicación en la rama medica al proporcionar vendas y fajas de contención de
hemorragias. Es importante conocer que de manera general los biopolímeros presentan malas propiedades
mecánicas y que algunos de ellos no son estables frente al agua, otros son fotodegradables, por lo que los
biopolímeros son utilizados por cortos periodos de tiempo.
13. Los plásticos, al contrario del papel, no son degradables o muy difícilmente degradables por
acción del tiempo o de los microorganismos, se calcula que una bolsa de plástico puede tardar
unos 240 años en alterarse, en otras palabras, los residuos plásticos, por lo general no son
biodegradables y por eso contribuyen a la contaminación del ambiente se estima que alrededor
del 60% de los restos que se encuentran en las costas son materiales plásticos. En la actualidad,
alrededor del 10% de los residuos plásticos son incinerados, y esto presenta el inconveniente de
la emisión de gases tóxicos, especialmente si se trata de la incineración de PVC (policloruruo de
vinilo), que produce un derivado clorado tóxico llamado dioxina. En las plantas modernas de
incineración, el riesgo de contaminación está minimizado, además, se debe tener en cuenta que
el calor producido en la combustión de los residuos plásticos es elevado, por lo que su
incineración en plantas de recuperación de energía sería una opción razonable. El
procedimiento menos riesgoso para el cuidado del ambiente es el reciclado, esta opción sólo se
aplica al 1% de los residuos plásticos, frente al 20% del papel o el 30% del aluminio.
Los problemas ambientales que se pueden producir por el consumo de plásticos no reciclables
que se desechan como basura al ambiente, van desde la recolección, traslado a la planta
transformadora y la disposición final, por ejemplo en la actualidad la mayoría de las empresas
embotelladoras utilizan envases no retornables en lugar de los retornables alterando el
ambiente.
Por lo tanto es recomendable para solucionar este problema que al comprarlos verificar que
presenten el código de identificación para su clasificación y reciclado de acuerdo al material del
envase.
