Polímeros Naturales y Sintéticos en Odontología

U. de Chile - Fac. Odontología QUIMICA II 2009

Universidad de Chile Universidad de Chile
Fac. Odontología
Area de Química
Química Oral
Polímeros Fac. Odontología
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Química Oral
Polímeros
Polímeros Naturales
Monómero Polímero Unidad Repetitiva CH2OH CH2OH
O O
Clasificación
f OH O OH O
Según Composición Según Origen
OH n NHCOCH3 n
Homopolímeros Naturales Celulosa: n ( C6 H10 O5 ) Quitina n ( C8 H13 O5N )

Polímeros COOH
O
Copolímeros Sintéticos
OH O

OH n
Lineales Ramificados Entrecruzados
Acido Algínico n ( C6 H8 O6 )
Según Estructura

Prof. Ismael Yévenes L. 1 Prof. Ismael Yévenes L. 2

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Polímeros
Polímeros Sintéticos
Homopolímeros Lineales
Teflón ( C F2 C F2 )n
Homopolímero Atáctico
CH3
Poli ( MMA ) ( C H2 C )n Homopolímero Sindiotáctico

COOCH3
Homopolímero Isotáctico
Poli ( Etileno ) ( C H2 C H2 )n
Polímero tipo: ( C H2 CH )n
Poli ( Estireno ) ( C H2 CH )n R


Prof. Ismael Yévenes L. 1


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Polímeros
Homopolímeros Ramificados Copolímeros
Monómero 1: A Monómero 2: B
C. Aleatorios: AABBBBAAAAABAAAABBBBB

C. Alternantes: ABABABABABABABABABABA

C. en Bloque: AAAAABBBBBAAAAABBBBBA

C. por Injerto:

Glucógeno

C. de Cadenas Entrecruzadas:
CH2
O O O
O O O


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Polímeros
Nomenclatura Poliadición
Polímeros Sintéticos
Reacción de polimerización de monómeros que contienen
o poseen dobles enlaces carbono-carbono, los que son
carbono-
Poliadición Policondensación
transformados en enlaces simples al producirse la unión
de n moléculas de monómero.
Poli (monómero) o nombre Nombre genérico de acuerdo
trivial a los enlaces que se forman
Ej:Poli(tetraflúor etileno) o entre los monómeros que lo n C C C C ) n
Teflón componen o nombre trivial.
Ej: Poliéster, policarbonato,
poliamida. Nylon 66.

Polímeros Naturales
n C C C C
Polisacáridos Proteínas

Nombres triviales o comunes.
n
Ej: Poli B ( 1-4 ) -2- Deoxy D-glucosa
(Celulosa), Almidón, Albúmina, ADN. Hibridación sp2 Hibridación sp3



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Polímeros

Polímeros de Adición Lineales Polímeros de Adición Lineales

Monómero Polímero Monómero Polímero

Etileno CH2 = CH2 Poli(Etileno) --(- CH2 -- CH2-)n-- Metacrilato CH3 Poli(MMA) CH3
de Metilo
Propileno CH2 = CH Poli(Propileno) --(- CH2 -- CH-)n-- CH2 = C --(- CH2 -- C--)n--

CH3 CH3 COOCH3 COOCH3

Acido CH2 = CH--COOH Poli(MAA) --(- CH2 - CH-)n--
Estireno CH2 = CH Poli(Estireno) --(- CH2 -- CH-)n-- Acrílico
COOH


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Polímeros
Polímeros de Adición de Cadenas
Ramificadas o Entrecruzadas Reacción de Poliadición
Monómero Polímero Radicálica
Butadieno CH2 = CH - CH = CH2 Poli(Butadieno)
Aniónica Etapa de Iniciación Catiónica
CH3

Dimetacrilato CH2 = C -- COOCH2 Poli(DMMA)
de Metilo Etapa de Propagación
(DMMA) CH2 = C -- COOCH2
Recombinación
CH3 Transferencia Etapa de
de Radicales
de Cadena Terminación
CH3 Libres

Metacrilato CH2 = C -- COOCH2 Poli(AMA) Desproporcionación
de Alilo
CH2 = CH



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Polímeros
Poliadición Radicálica
I· + CH2 = CH I - CH2 - CH·
Etapa de Iniciación
R R
1.- Descomposición del Iniciador.
Etapa de Propagación
I2 2 I·
I - CH2 - CH·
2.- Activación del Monómero. I - M·
R
H · · H H H I - M· + M I - M - M·
I· + C C I C C .
I - M - M· + M I - Mn - M·
H R H R
Monómero Activado


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Polímeros
Etapa de Terminación. Tipos de Iniciadores Radicálicos
Recombinación de Radicales Libres
H2O2 2 HO·
Peróxido de Hidrógeno

a) 2 I - Mn - M· I - M2n+2 -I O O O

C-O-O-C C - O·

b) I - Mn - M· + I - Mp - M· I - Mn+p -I
Peróxido de Benzoilo ( BPO )

CH3 CH3 CH3
c) I - Mn - M· + I· I - Mn - M - I
CH3 - C - N = N - C - CH3 CH3 - C · + N2

CN CN CN
Azobisisobutironitrilo ( AIBN )




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Polímeros
Características de la Poliadición Radicálica
* El peso molecular del polímero obtenido es dependiente en
forma inversa de la concentración del iniciador y de la
* Es una reacción de polimerización de monómeros que contienen temperatura de reacción, y directamente proporcional al tiempo
dobles enlaces carbono-carbono. de reacción.
* La reacción es exotérmica. * La concentración de monómero nunca se hace igual a cero.
* Tres reacciones son responsables de la formación del polímero:
[M
[
iniciación, propagación, terminación.

* La etapa de iniciación es muy rápida, 10-6 a 10-1 seg.

* Se requiere un iniciador para activar el monómero, en bajas
concentraciones.

* La reacción es rápida. El tiempo de reacción es directamente
proporcional a la concentración de iniciador. Tiempo de reacción

* Los polímeros obtenidos son de alto peso molecular,104 a 107.


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Polímeros
Policondensación
* La estructura del polímero obtenido es dependiente del número
de dobles enlaces carbono-carbono del o de los monómeros. Reacción de polimerización que se produce a través de reacciones de
condensación entre dos o más monómeros bifuncionales.
* Esta reacción permite obtener tanto homopolímeros como Monómeros Bifuncionales
f
copolímeros.
Diácido HOOC - R - COOH

Dialcohol HO - R - OH

Diamina H2N - R - NH2

Dicloruro de Acido Cl O C - R - C O Cl

Fosfeno Cl - CO - Cl

Diisocianiato
O O O




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Polímeros
Reacciones de Condensación Reacciones entre Monómeros Bifuncionales

Diácido + Dialcohol Poliéster
R - COOH + R1 - OH R - COOR1 + H2O
Esterificación HOOC - R - COOH + HO - R1 - OH -(- R - COO - R1 -)n-
( )

R - COOH + R1 - NH2 R - CO - NH -R1 + H2O Diácido + Diamina Poliamida
Amidación
HOOC - R - COOH + H2N - R1 - NH2 -(- R - CO - NH - R1 -)n-
R - OH + COCl2 R - O - CO - Cl + HCl
Cloruro de Acido
Dicloruro de Acido + Dialcohol Poliéster
R - CO - Cl + R1 - OH R - COOR1 + HCl Cl - OC - R - CO - Cl + HO - R1 - OH -(- R - COO - R1 -)n-
( )
Esterificación

R - CO - Cl + R1 - NH2 R - CO - NH -R1 + HCl
Amidación


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Polímeros
Esquema de Reacción de Policondensación Características de la Policondensación
(Poliéster)
* Es una reacción de polimerización.
HOOC - R - COOH + HO - R1 - OH
* Un sólo tipo de reacción da cuenta de la formación del polímero.
- H2O
* La reacción es endotérmica.
HOOC-R-COO-R1-OH Dímero
* La reacción lenta.

* La policondensación no requiere de un iniciador.
HOOC-R-COO-R1-OOC-R-COO-R1-OH HOOC-R-COO-R1-OOC-R-COOH
* El peso molecular del polímero obtenido es bajo, menor a 105 y
Tetrámero Trímero depende directamente de la temperatura y del tiempo de reacción
reacción.

* El monómero desaparece en las primeras estapas de la reacción.
HOOC-R-COO-R1-OOC-R-COO-R1-OOC-R-COO-R1-OOC-R-COOH
* La estructura del polímero depende de la cantidad de grupos
etc. Heptámero
funcionales que posea cada monómero.




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Propiedades Físicas Propiedades Físicas
* Volumen Excluído
* Compresión
F1

] d
F2
* Flexibilidad
* Temperatura de Transición Vítrea

* Tracción
T ió D
F1
F2 Cristal Cristal Fundido
Polímero Cristalino Polímero Amorfo


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Polímeros
Factores que afectan las Propiedades Físicas de un Polímero Factores que afectan las Propiedades Físicas de un Polímero
G G
G G Propiedades Químicas del Sustituyente
G
G
G La formación de dipolos eléctricos, puentes de hidrógeno y de
G G G enlaces iónicos causa un aumento de la resistencia a la tracción,
de la resistencia a la compresión y de la temperatura de transición
vítrea, y una disminución de la flexibilidad y del volumen excluído.
excluído.

G : Grupo Sustituyente
Estructura del Polímero
Tamaño del Sustituyente
y
El aumento en la complejidad del polímero (lineal ramificado
(lineal, ramificado,
entrecruzado) provoca un aumento de la resistencia a la tracción,
Un aumento del tamaño del sustituyente provoca un aumento
de la resistencia a la compresión y de la temperatura de transición
de la resistencia a la tracción, de la resistencia a la compresión
vítrea, mientras que se produce una disminución del volumen
y de la temperatura de transición vítrea, además de una disminución
excluido y de la flexibilidad del polímero.
del volumen excluido y de su flexibilidad.




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Polímeros
Ionómeros Métodos de Obtención
Neutralización parcial de un poliácido
Polímeros que contienen en su estructura entre un 8 y un 15%
de grupos con enlaces iónicos. Estos grupos usualmente son Ac. Algínico + NaOH
g Ionómero
sales de ácidos carboxílicos o de ácidos sulfónicos.
l d á id b íli d á id lfó i
COOH COONa
O O O O
OH OH OH OH + NaOH OH OH OH OH
O O O O
COO Na COOH X COONa X
COO Na

SO3 Na Ac. Poli(metacrílico) + NaOH Ionómero
SO3 Na
CH3 CH3

--(
--(- CH2 -- C--)n--
--) + NaOH --(
--(- CH2 -- C--)n--
--)

COOH COONa


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Polímeros
Ac. Poli(acrílico) + ZnO Ionómero Vidrio - Ionómero
--(- CH2 -- CH--)n+ ZnO
-- --(- CH2 -- CH--)n--

COOH COO - Fase Sólida Fase Líquida
Zn
Z 2+ CH2 = CH - COOH
Ac. Acrílico
COO -
SiO2 Acido Acrílico CH2 = C - CH2 - COOH
--(- CH2 -- CH--)n-- Al2O3 Acido Itacónico
CaF2 Acido Maleico COOH
NaF Acido Tartárico Ac. Itacónico
Copolimerización entre un monómero neutro y uno ácido.
AlF3
CH2 = CH2 + CH2 = CH - COOH --- CH2 - CH2 - CH2 - CH --- AlPO4 HOOC - CH = CH - COOH
Ac. Maleico
COOH
NaOH ( ZnO )

--- CH2 - CH2 - CH2 - CH ---

COONa



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Polímeros
Formación del Vidrio - Ionómero
CH CH
Acido Poli(acrílico)
Acido Itacónico CH - COO - Ca - OOC - CH
Acido Tartárico (Al)
Acido Maleico
CH2 CH2 CH2

CH - COOH CH - COO - Ca - OOC - CH
H+ Polianiones
(Al)
CH2

Vidrio de Al 3+ Matriz de CH - COOH
Flúor alúmino Poliacrilato de
silicato Ca2+ calcio y aluminio
F- Matriz de
Poliacrilato de
calcio y aluminio


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Polímeros
Unión al Esmalte del Vidrio - Ionómero
Ca2+ Ca2+ Ca2+
O- O- O- O- O- O-
( Superficie OHA )
P P P

O- O O- O O- O
- ( CH2 - CH - COO - )n -

CH2 CH2
CH Ca 2+
O- CH O- CH
PO43-
C P C

O- O O- O O- O


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