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![U. de Chile - Fac. Odontología QUIMICA II 2009
Universidad de Chile Universidad de Chile
Fac. Odontología
Area de Química
Química Oral
Polímeros Fac. Odontología
Area de Química
Química Oral
Polímeros
Propiedades Físicas Propiedades Físicas
* Volumen Excluído
* Compresión
F1
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F2
* Flexibilidad
* Temperatura de Transición Vítrea
* Tracción
T ió D
F1
F2 Cristal Cristal Fundido
Polímero Cristalino Polímero Amorfo
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Universidad de Chile Universidad de Chile
Fac. Odontología
Area de Química
Química Oral
Polímeros Fac. Odontología
Area de Química
Química Oral
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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11 PolíMeros
Este documento presenta información sobre polímeros. Explica que los polímeros pueden ser naturales o sintéticos, y que los sintéticos se clasifican según su estructura y composición. También describe los procesos de poliadición y policondensación para la síntesis de polímeros, incluyendo los tipos de monómeros, reacciones y características de cada proceso.
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11 PolíMeros
- 1. U. de Chile- Fac. Odontología QUIMICA II 2009 Universidad de Chile Universidad de Chile Fac. Odontología Area de Química Química Oral Polímeros Fac. Odontología Area de Química 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 Universidad de Chile Universidad de Chile Fac. Odontología Area de Química Química Oral Polímeros Fac. Odontología Area de Química Química Oral 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. 3 Prof. Ismael Yévenes L. 4 Prof. Ismael Yévenes L. 1
- 2. U. de Chile- Fac. Odontología QUIMICA II 2009 Universidad de Chile Universidad de Chile Fac. Odontología Area de Química Química Oral Polímeros Fac. Odontología Area de Química Química Oral 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 Prof. Ismael Yévenes L. 5 Prof. Ismael Yévenes L. 6 Universidad de Chile Universidad de Chile Fac. Odontología Area de Química Química Oral Polímeros Fac. Odontología Area de Química Química Oral 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 Prof. Ismael Yévenes L. 7 Prof. Ismael Yévenes L. 8 Prof. Ismael Yévenes L. 2
- 3. U. de Chile- Fac. Odontología QUIMICA II 2009 Universidad de Chile Universidad de Chile Fac. Odontología Area de Química Química Oral Polímeros Fac. Odontología Area de Química Química Oral 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 Prof. Ismael Yévenes L. 9 Prof. Ismael Yévenes L. 10 Universidad de Chile Universidad de Chile Fac. Odontología Area de Química Química Oral Polímeros Fac. Odontología Area de Química Química Oral 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 Prof. Ismael Yévenes L. 11 Prof. Ismael Yévenes L. 12 Prof. Ismael Yévenes L. 3
- 4. U. de Chile- Fac. Odontología QUIMICA II 2009 Universidad de Chile Universidad de Chile Fac. Odontología Area de Química Química Oral Polímeros Fac. Odontología Area de Química Química Oral 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 Prof. Ismael Yévenes L. 13 Prof. Ismael Yévenes L. 14 Universidad de Chile Universidad de Chile Fac. Odontología Area de Química Química Oral Polímeros Fac. Odontología Area de Química Química Oral 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 ) Prof. Ismael Yévenes L. 15 Prof. Ismael Yévenes L. 16 Prof. Ismael Yévenes L. 4
- 5. U. de Chile- Fac. Odontología QUIMICA II 2009 Universidad de Chile Universidad de Chile Fac. Odontología Area de Química Química Oral Polímeros Fac. Odontología Area de Química Química Oral 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. Prof. Ismael Yévenes L. 17 Prof. Ismael Yévenes L. 18 Universidad de Chile Universidad de Chile Fac. Odontología Area de Química Química Oral Polímeros Fac. Odontología Area de Química Química Oral 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 Prof. Ismael Yévenes L. 19 Prof. Ismael Yévenes L. 20 Prof. Ismael Yévenes L. 5
- 6. U. de Chile- Fac. Odontología QUIMICA II 2009 Universidad de Chile Universidad de Chile Fac. Odontología Area de Química Química Oral Polímeros Fac. Odontología Area de Química Química Oral 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 Prof. Ismael Yévenes L. 21 Prof. Ismael Yévenes L. 22 Universidad de Chile Universidad de Chile Fac. Odontología Area de Química Química Oral Polímeros Fac. Odontología Area de Química Química Oral 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. Prof. Ismael Yévenes L. 23 Prof. Ismael Yévenes L. 24 Prof. Ismael Yévenes L. 6
- 7. U. de Chile- Fac. Odontología QUIMICA II 2009 Universidad de Chile Universidad de Chile Fac. Odontología Area de Química Química Oral Polímeros Fac. Odontología Area de Química Química Oral Polímeros 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 Prof. Ismael Yévenes L. 25 Prof. Ismael Yévenes L. 26 Universidad de Chile Universidad de Chile Fac. Odontología Area de Química Química Oral Polímeros Fac. Odontología Area de Química Química Oral 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. Prof. Ismael Yévenes L. 27 Prof. Ismael Yévenes L. 28 Prof. Ismael Yévenes L. 7
- 8. U. de Chile- Fac. Odontología QUIMICA II 2009 Universidad de Chile Universidad de Chile Fac. Odontología Area de Química Química Oral Polímeros Fac. Odontología Area de Química Química Oral 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 Prof. Ismael Yévenes L. 29 Prof. Ismael Yévenes L. 30 Universidad de Chile Universidad de Chile Fac. Odontología Area de Química Química Oral Polímeros Fac. Odontología Area de Química Química Oral 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 Prof. Ismael Yévenes L. 31 Prof. Ismael Yévenes L. 32 Prof. Ismael Yévenes L. 8
- 9. U. de Chile- Fac. Odontología QUIMICA II 2009 Universidad de Chile Universidad de Chile Fac. Odontología Area de Química Química Oral Polímeros Fac. Odontología Area de Química Química Oral 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 Prof. Ismael Yévenes L. 33 Prof. Ismael Yévenes L. 34 Universidad de Chile Fac. Odontología Area de Química Química Oral 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 Prof. Ismael Yévenes L. 35 Prof. Ismael Yévenes L. 9