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Descripción de los fundamentos del estudio de los polímeros
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Facilitadora: Esp. Joselin Albujar
Universidad de Carabobo
Facultad de Ciencias de la Educación
Departamento de Biología y Química
Polímero: sustancia formada por moléculas que contienen una gran cantidad
de átomos y tienen un alto peso molecular. Son moléculas grandes que se
fabrican uniendo químicamente moléculas más pequeñas llamadas
monómeros.
Monómero: pequeñas unidades a partir de las cuales se construye un
polímero.
Almidón, celulosa, seda, ADN Polímeros naturales
Nylon, polietileno, baquelita Polímeros sintéticos
DEFINICIONES
POLÍMEROS NATURALES
En la naturaleza se encuentra una cantidad considerable de polímeros, algunosconocidos desde la antigüedad, como lo son el algodón, madera y látex. Lospolisacáridos, proteínas y ácidos nucleicos son polímeros naturales, que cumplenlas funciones biológicas importantes para un ser vivo y por eso se denominanBiopolímeros
Los polímeros sintéticos y algunos naturales como los polisacáridos, estánformados por uno o dos monómeros iguales.
Los ácidos nucleicos y las proteínas, poseen monómeros con una estructurasimilar entre ellos, pero no iguales, es aquí donde se ve la diversidad de la vida.
POLÍMEROS NATURALES
Las proteínas son polímeros de elevado peso molecular, formados por launión de unidades básicas llamadas aminoácidos.
Son alrededor del 50% del peso seco del cuerpo y químicamente estánformadas por C, N, O y H, pudiendo encontrar también pequeñas partes deotros elementos como azufre, fósforo, etc.
Las funciones que tienen son:-Función Estructural;-Función Catalizadora;-Función Inmunológica;-Función Mediadora.
POLÍMEROS NATURALES
Son proteínas que ayudan a hidrolizar otras proteínas, lípidos ycarbohidratos durante la digestión.
Son fundamentales para oxidar los nutrientes durante el metabolismoy para promover muchas reacciones específicas y vitales en elorganismo.
Su principal función es la de transferir grupos de átomos de unamolécula a otra, romper la molécula, formar nuevos enlaces yreordenar las moléculas en nuevas conformaciones. .
POLÍMEROS NATURALES
Constituidos por nucleótidos como unidad estructural y presentan diferentesniveles de organización estructural:
Estructura Primaria: secuencia de nucleótidos de una sola cadena o hebra, sepueden presentar como un simple filamento extendido, o bien doblado en símismo.
Estructura Secundaria: disposición espacial de dos hebras de polinucleótidosenrollados una sobre otra en una doble hélice.
Estructura Terciaria: diferentes niveles de empaquetamiento de la doble hélice,para formar los cromosomas, generalmente se asocia con proteínas
POLÍMEROS NATURALES
Se clasifican por su complejidad según el número de monómeros en:
Monosacáridos; solo una unidad monomérica
Disacáridos; dos unidades monoméricas
Oligosacáridos; de cuatro hasta diez unidades monoméricas
Polisacáridos; de once a cientos de miles unidades monoméricas.
Los monosacáridos son polihidroxialdehídos de tres a ocho átomos de carbono.
Los polímeros más abundantes en la naturaleza son los polisacáridosformados por glucosa.
NOMENCLATURA
Los polímeros se nombran de acuerdo con los monómeros de los que se preparan.
Cuando el nombre del monómero es de una sola palabra, el polímero derivado de él se
genera agregando el prefijo poli
La convención para escribir las fórmulas de polímeros establece que se debe encerrar
la unidad repetitiva dentro de los corchetes, seguidos por la letra n para indicar que la
cantidad de unidades repetitivas no se especifica; sin embargo, se supone que es
grande
H2C=CH-C N
AcrilonitriloH2C-CH
C N
Poliacrilonitrilo
n
CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS
Los polímeros se clasifican de acuerdo con
Tipo de reacción
Adición
Condensación
Crecimiento de la macromolécula
Crecimiento por cadena
Crecimiento por pasos
Estructura
Lineal
Ramificado
Con entrelazamiento
Escalera
Estrella
Dendrímero
Propiedades
Termoplástico
Termoestables
Elastómero
CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS: Tipo de reacción
Los polímeros de adición se forman con reacciones del tipo: A + B A-B
donde el producto A-B conserva todos los átomos de los reactivos A y B.
En esta ecuación A y B son monómeros que reaccionan para formar el polímero.
Cuando A = B, el resultado es un homopolímero.
Cuando los monómeros son diferentes el resultado es un copolímero.
Los polímeros preparados a partir de alquenos, independientemente de si son homo o
copolímeros, se denominan poliolefinas.
CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS: Tipo de reacción
Los polímeros de condensación se preparan por la formación de un enlace covalente entre
monómeros , acompañada por la pérdida de una molécula pequeña, como agua, un alcohol o
un halogenuro de hidrógeno.
X + Y + X - Y
Esta reacción de condensación forma un polímero al aplicarla a reactivos difuncionales
X + Y + X - YX Y X Y
Y Y +X Y + XX X Y + 2X - Y
CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS: Crecimiento de la
macromolécula
los monómeros se adicionan uno a uno al mismo
extremo de una cadena en crecimiento. Cada cadena sólo tiene un punto de
crecimiento. La concentración de monómero baja en forma gradual hasta que se
agota.
En general, el crecimiento en cadena se asocia con la polimerización por
adición, aunque no se aplica en todos los casos
CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS: Crecimiento de la
macromolécula
en este proceso las cadenas tienen al menos dos puntos de
crecimiento. La mayoría de las moléculas de monómero se consumen en las primeras fases
del proceso, y se forma una mezcla de compuestos de peso molecular intermedio, llamados
oligómeros. Éstos oligómeros reaccionan entre sí y forman el polímero.
En general, el crecimiento por pasos se asocia con la polimerización por
condensación, aunque no se aplica en todos los casos
CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS: Estructura
Los polímeros obtenidos con los mismos compuestos pueden tener distintas
propiedades, según como se fabriquen. Éstas diferencias, en propiedades físicas son el
resultado de diferencias en la estructura general de la cadena de polímero. Existen tres tipos
estructurales principales: lineales, ramificados y entrelazados.
Polímeros lineales: tienen una cadena continua de unidades que se repiten.
Polímeros lineales amorfos: el conjunto de cadenas varia de forma aleatoria
(espagueti).
Polímeros lineales cristalinos: el conjunto de cadenas varia de forma
ordenada.
CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS: Estructura
La mayoría de los polímeros de este tipo presentan regiones cristalinas ordenadas llamadas
cristalitos.
El grado de cristalinidad de un polímero es proporcional al porcentaje de cristalitos.
El grado de cristalinidad depende de las fuerzas intermoleculares entre las cadenas.
Para determinados polímeros, la densidad aumenta con la cristalinidad, porque las cadenas
enredadas al azar ocupan un mayor volumen, mientras que las cadenas con un
empaquetamiento eficiente (más cercano), pone la misma masa pero en un volumen menor.
CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS: Estructura
Los polímeros ramificados tienen ramificaciones que salen de la cadena principal.
Al aumentar la ramificación se reduce la cristalinidad de un polímero y se alteran
las propiedades físicas, como la densidad.
Las cadenas no ramificadas se empacan con más eficiencia que las ramificadas, lo
que se traduce en fuerzas intermoleculares mayores, mayor cristalinidad y un
material más fuerte y duradero.
CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS: Estructura
El polietileno de baja densidad (LDPE) y el de alta densidad (HDPE) son homopolímeros del
etileno pero se preparan con métodos diferentes, por lo que tienen distintas propiedades y
usos.
• Suave
• Menor punto de fusión
• Más ramificado
• Elaboración de bolsas de compras
LDPE
• Rígido
• Mayor punto de fusión
• Menos ramificado
• Elaboración de botellas, garrafones y tanques de gasolina
HDPE
CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS: Estructura
Un polímero entrelazado es aquel en el que dos o más cadenas están unidas
con enlaces covalentes.
Las cadenas en un polímero entrelazado se unen entre sí por unidades de
enlazamiento, que pueden ser largas o cortas y estar formadas por las mismas
unidades repetitivas que la cadena principal u otras distintas.
CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS: Propiedades
Están formados por largas cadenas producidas al unir monómeros, se comportan de manera
dúctil y plástica.
Las cadenas pueden o no estar ramificadas. Las cadenas individuales están entrelazadas.
Entre los átomos de cadena distinta existen enlaces de Van der Waals relativamente débiles.
Las cadenas se pueden desenlazar mediante la aplicación de un esfuerzo a la tensión.
Pueden ser amorfos o cristalinos.
Al calentarse se ablandan y se funden.
CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS: Propiedades
Termoplásticos comúnes y sus aplicaciones.
Polímero Aplicaciones
Polietileno (PE) Películas de empaque, aislamientos para alambres, botellas comprimibles, tuberías, accesorios caseros.
Cloruro de polivinilo (PVC) Tuberías, válvulas, acoplamientos, techos de vinilo para automóviles.
Polipropileno (PP) Fibras para alfombras, cuerdas, empaques.
Poliestireno (PS) Empaques y espumas aislantes, paneles de iluminación, componentes de aparatos, empaques para huevos.
Poliacrilonitrilo (PAN) Fibras textiles, precursores para fibras de carbono, recipientes para alimentos.
Polimetilmetacrilato (PMMA)
Ventanas, parabrisas, recubrimientos, lentes de contacto duros, señalamientos luminosos.
Politetrafluoretileno (PTFE) Recubrimientos antiadherentes.
CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS: Propiedades
Termoplásticos complejos comúnes y sus aplicaciones.
Polímero Aplicaciones
Polioxometileno (POM) Accesorios de plomería, bolígrafos, aspas de ventilador.
Poliamida (PA) Fibras, cuerdas, componentes automotrices, componentes eléctricos.
Poliéster (PET) Fibras, películas forográficas, cinta para grabación, recipientes para bebidas.
Policarbonato (PC) Carcazas eléctricas, aparatos domésticos, botellas retornables
Sulfuro de polifenileno (PPS)
Recubrimientos, componentes para el manejo de fluídos, componentes electrónicos, componentes para secadoras de pelo.
CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS: Propiedades
Constituidos por largas cadenas lineales o ramificadas, de moléculas que están
fuertemente unidas por enlaces cruzados para formar estructuras de redes
tridimensionales.
Son más resistentes que los termoplásticos, pero más frágiles.
No se funden al calentarse, sino que empiezan a desintegrarse o
descomponerse.
No se pueden reciclar fácilmente.
CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS: Propiedades
Termoestables comúnes y sus aplicaciones.
Polímero Aplicaciones
Fenólicos Adhesivos, recubrimientos laminados
Aminas Adhesivos, utensilios de cocina, piezas eléctricas
Poliésteres Piezas eléctricas, laminados decorativos, matrices poliméricas en la fibra de vidrio
Epoxis Adhesivos, piezas eléctricas, matriz para materiales compuestos
Uretanos Fibras, recubrimientos, espumas, aislantes
Siliconas Adhesivos, selladores
CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS: Propiedades
Son polímeros flexibles que se pueden estirar, pero retornan a su estado
original cuando cesa la fuerza de alargamiento.
Las cadenas poliméricas tienen forma de moléculas en espiral que se pueden
estirar de manera reversible al aplicarse una fuerza.
Son termoplásticos o termoestables ligeramente entrelazados.
CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS: Propiedades
Elastómeros comúnes y sus aplicaciones.
Polímero Aplicaciones
Poliisopreno Neumáticos, pelotas de golf, suelas para zapatos
Polibutadieno
Neumáticos industriales, tiras para impermeabilizar, mangueras para vapor
Policloropreno
Mangueras, recubrimientos de cables
Siliconas Sellos
ADHESIVOS
Son polímeros que se utilizan para unir otros polímeros, metales, materiales
cerámicos, materiales compuestos o combinaciones de los anteriores.
Adhesivos químicamente reactivos: incluyen los poliuretanos, epoxis, fenólicos y las
poliimidas. Los sistemas de un solo componente están constituidos por una sola resina
polimérica, que se cura por exposición a la humedad o el calor; mientras que los sistemas
de dos componentes se curan al combinarse.
Adhesivos de fusión por calor: estos polímeros se calientan para que fundan y al
enfriarse se solidifica uniendo los materiales.
ADHESIVOS
Adhesivos por evaporación o por difusión: el adhesivo se disuelve en un solvente
orgánico o en agua, y se aplica a superficies que deben unirse. Al evaporarse el
portador, el polímero resultante crea la unión.
Adhesivos sensibles a la presión: se producen en forma de películas o recubrimientos.
Se requiere presión para que el polímero se adhiera al sustrato.
Adhesivos conductores: el polímero contiene material de relleno como, escamas o polvo
de plata, de cobre o de aluminio para obtener una buena conductividad térmica o eléctrica.
ADITIVOS PARA PLÁSTICOS
Rellenos: pueden tener varios fines, por ejemplo, el negro de humo se adiciona
al hule para obtener la firmeza y la resistencia al desgaste de los neumáticos.
Los materiales inorgánicos como el CaCO3 y el SiO2 mejoran las propiedades
mecánicas de los polímeros. Otros rellenos conocidos como extensores,
permiten la producción de grandes volúmenes de material polimérico utilizando
poca resina.
Pigmentos: se utilizan para producir colores en los polímeros y en las pinturas.
ADITIVOS PARA PLÁSTICOS
Estabilizadores: evitan el deterioro que los efectos del entorno causan en el
polímero. También impiden el deterioro de los polímeros debido a los rayos
ultravioleta.
Agentes antiestáticos: la mayoría de los polímeros son malos conductores de
la electricidad, por lo que acumulan una carga estática. Loa agentes antiestáticos
atraen la humedad del aire hacia la superficie del polímero, mejorando la
conductividad superficial del mismo y reduciendo la probabilidad de producir
chispas o descargas.
