Los polímeros, estructura, clasificación, usos en la industria, propiedades y problemática ambiental

 Introducción

La palabra plástico se usó originalmente como adjetivo para denotar un cierto grado de movilidad y facilidad para adquirir cierta forma, sentido que se conserva en el término plasticidad. Actualmente los plásticos (generalmente es un término referido a termoplásticos) se conocen formalmente como polímeros (término más genérico).

Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeras.

La inmensa mayoría de los plásticos se sintetizan con moléculas provenientes del petróleo.

La reacción por la cual se sintetiza un polímero a partir de sus monómeros se denomina polimerización

El poliestireno es un polímero formado a partir de la unidad repetitiva conocida como estireno.

Los polímeros en sus diferentes variedades, a saber, plásticos, gomas y fibras, han jugado papeles esenciales y variados en la vida diaria: aislantes eléctricos, en neumáticos y como envoltura para alimentos, por mencionar sólo tres aplicaciones. Hasta la fecha, no hay otra clase de material que sea capaz de sustituirlos.

Son conocidas las ventajas del empleo de los envases plásticos, por lo que supone de higiene y mayor duración de los alimentos. Sin embargo, aún es pobre esta visión comparada con la de otros materiales empleados en alimentación, tales como vidrio, papel u hojalata.

Resulta bastante difícil imaginar una vida sin plásticos. Las actividades cotidianas giran alrededor a artículos de plásticos como jarras, gafas, teléfonos, etc. Sin embargo, hace algo más de 100 años, el plástico que hoy en día nos parece algo tan normal no existía. Mucho antes del desarrollo de los plásticos comerciales, algunos materiales existentes presentaban características parecidas a los plásticos actuales. En la actualidad estos materiales se denominan plásticos naturales y constituyen el punto de partida de la historia de los materiales plásticos.

Contenido

Los polímeros se definen como macromoléculas compuestas por una o varias unidades químicas (monómeros) que se repiten a lo largo de toda una cadena.

Un polímero es como si uniésemos con un hilo muchas monedas perforadas por el centro, al final obtenemos una cadena de monedas, en donde las monedas serían los monómeros y la cadena con las monedas sería el polímero.

La parte básica de un polímero son los monómeros, los monómeros son las unidades químicas que se repiten a lo largo de toda la cadena de un polímero, por ejemplo el monómero del polietileno es el etileno, el cual se repite x veces a lo largo de toda la cadena.

En función de la repetición o variedad de los monómeros, los polímeros se clasifican en:

flecha Homopolímero - Se le denomina así al polímero que está formado por el mismo monómero a lo largo de toda su cadena, el polietileno, poliestireno o polipropileno son ejemplos de polímeros pertenecientes a esta familia.

flecha Copolímero - Se le denomina así al polímero que está formado por al menos 2 monómeros diferentes a lo largo de toda su cadena, el ABS o el SBR son ejemplos pertenecientes a esta familia.

La formación de las cadenas poliméricas se producen mediante las diferentes polireacciones que pueden ocurrir entre los monóneros, estas polireacciones se clasifican en:

Polimerización

Policondensación

Poliadición

En función de cómo se encuentren enlazadas o unidas (enlaces químicos o fuerzas intermoleculares) y la disposición de las diferentes cadenas que conforma el polímero, los materiales poliméricos resultantes se clasifican en:

Termoplásticos

Elastómeros

Termoestables

En función de la composición química, los polímeros pueden ser inorgánicos como por ejemplo el vidrio, o pueden ser orgánicos como por ejemplo los adhesivos de resina epoxi, los polímeros orgánicos se pueden clasificar a su vez en polímeros naturales como las proteínas y en polímeros sintéticos como los materiales termoestables.

Existen diferentes parámetros que miden las propiedades de los polímeros como el radio de giro, la densidad del polímero, la distancia media entre las cadenas poliméricas, la longitud del segmento cuasi-estático dentro de las cadenas poliméricas, etc...

Entre las propiedades que definen las propiedades de los polímeros, las más importantes son:

flecha La temperatura de transición vítrea del polímero

flecha El peso medio molecular del polímero

La temperatura de transición vítrea determina la temperatura en la cual el polímero cambia radicalmente sus propiedades mecánicas, cuando la temperatura de transición vítrea es ligeramente inferior a la temperatura ambiente el polímero se comporta como un material elástico (elastómero), cuando la temperatura de transición vitrea es superior a la temperatura ambiente el polímero se comporta como un material rígido (termoestable).

El peso molecular medio determina de manera directa tanto el tamaño del polímero así como sus propiedades tanto químicas como mecánicas (viscosidad, mojado, resistencia a la fluencia, resistencia a la abrasión …), polímeros con alto peso molecular medio corresponden a materiales muy viscosos.

Existen un gran abanico de materiales cuya composición se basan en polímeros, todos los plásticos, los recubrimientos de pintura, los adhesivos, los materiales compuestos, etc... Son ejemplos de materiales basados en polímeros que utilizamos en nuestro dia a día.

También llamadas fuerzas de dispersión, presentes en las moléculas de muy baja polaridad, generalmente hidrocarburos. Estas fuerzas provienen de dipolos transitorios: como resultado de los movimientos de electrones, en cierto instante una porción de la molécula se vuelve ligeramente negativa, mientras que en otra región aparece una carga positiva equivalente. Así se forman dipolos no-permanentes. Estos dipolos producen atracciones electroestáticas muy débiles en las moléculas de tamaño normal, pero en los polímeros, formados por miles de estas pequeñas moléculas, las fuerzas de atracción se multiplican y llegan a ser enormes, como en el caso del polietileno.

En la tabla 1.1 se observa como cambian la densidad y la temperatura de fusión, al aumentar el número de átomos de carbono en la serie de los hidrocarburos. Los compuestos más pequeños son gases a la temperatura ambiente. al aumentar progresivamente el número de carbonos, los compuestos se vuelven líquidos y luego sólidos, cada vez con mayor densidad y mayor temperatura de fusión, hasta llegar a los polietilenos con densidades que van de 0,92 a 0, 96 g / cm3 y temperaturas de fusión entre 105 y 135° C.

Por otra parte, los polímeros pueden ser lineales, formados por una única cadena de monómeros, o bien esta cadena puede presentar ramificaciones de mayor o menor tamaño. También se pueden formar entrecruzamientos provocados por el enlace entre átomos de distintas cadenas.