POLÍMEROS

¿QUÉ ES UN POLÍMERO? 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. Polietileno = etileno-etileno-etileno-etileno-etileno-……

¿DE QUÉ ESTÁ FORMADO?

El polímero está formado a partir de: a) uno o más monómeros seleccionados de ácido estirensulfónico (SS); sal sódica del ácido estirensulfónico (NaSS); ácido 2-acrilamido-2-metil-1-propansulfónico (AMPS); sal sódica del ácido 2-acrilamido-2-metil-1-propansulfónico (NaAMPS); ácido vinilsulfónico; sal sódica del ácido vinilsulfónico; acrilatos de alquilo que contienen sulfonato, en los que el grupo alquilo contiene de 2 a 4 átomos de carbono; sal sódica de acrilatos de alquilo que contienen sulfonato, en los que el grupo alquilo contiene de 2 a 4 átomos de carbono; metacrilatos de alquilo que contienen sulfonato, en los que el grupo alquilo contiene de 2 a 4 átomos de carbono; sal sódica de metacrilatos de alquilo que contienen sulfonato, en los que el grupo alquilo contiene de 2 a 4 átomos de carbono; y a partir de b) uno o más acrilatos de alquilo

ESTRUCTURA DEL POLÍMERO

Estructura de un polímero Un polímero está constituido por moléculas (unidad fundamental con que se forma un compuesto químico), denominadas monómeros, frecuentemente unidas unas a otras formando una cadena lineal. Cada molécula puede tener un origen natural o sintético, y tener bajo peso molecular (PM). Esta magnitud es la relación entre el promedio de la masa de una sustancia, por molécula de su composición isotópica específica, y 1/12 avos de la masa del átomo de carbono-12. La unión entre las moléculas ocurre por medio de reacciones químicas. La cantidad de monómeros unidos puede ser de cientos o miles llevando el peso molecular del polímero a valores del orden de 1.000 a 1.000.000. Este número n es el grado de polimerización (DP).

Formación del polímero polietileno (un plástico) a partir de la unión de varios monómeros de de etileno (a), promovida por la conversión del enlace doble C = C en dos enlaces simples C - C.

¿Qué es sintetización?

Proceso industrial por el cual se consigue crear piezas que son complicadas de obtener por otros procedimientos como el forjado o el mecanizado. Consiste en reducir el material base a polvo para luego comprimirlo en un molde a una determinada presión y calentarlo a una temperatura controlada

¿Cómo SE SINTETIZAN LOS MATERIALES PLASTICOS?

Se pueden sintetizar con ayuda de la polimerización: La reacción por la cual se sintetiza un polímero a partir de sus monómeros se denomina polimerización. Según el mecanismo por el cual se produce la reacción de polimerización para dar lugar al polímero, ésta se clasifica como "polimerización por pasos" o como "polimerización en cadena". En cualquier caso, el tamaño de la cadena dependerá de parámetros como la temperatura o el tiempo de reacción, teniendo cada cadena un tamaño distinto y, por tanto, una masa molecular distinta, de ahí que se hable de masa promedio del polímero. La polimerización en etapas (condensación) necesita al menos monómeros bifuncionales. Ejemplo: HOOC--R1--NH2 Si reacciona consigo mismo, entonces: 2 HOOC--R1--NH2 <----> HOOC--R1--NH· + ·OC--R1--NH2 + H2O <----> HOOC--R1-NH--CO--R1--NH2 + H2O Tacticidad de poliestireno, atáctico, sindiotáctico, isotáctico. La estructura puede ser lineal o también ramificada (aparte de poder presentar entrecruzamientos). También pueden adoptar otras estructuras, por ejemplo radiales. Polimerización del estireno para dar poliestireno n indica el grado de polimerización 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. La naturaleza química de los monómeros, su masa molecular y otras propiedades físicas, así como la estructura que presentan, determinan diferentes características para cada polímero. Por ejemplo, si un polímero presenta entrecruzamiento, el material será más difícil de fundir que si no presentara ninguno. Los enlaces de carbono en los polímeros no son equivalentes entre sí, por eso dependiendo del orden estereoquímico de los enlaces, un polímero puede ser: atáctico (sin orden), isotáctico (mismo orden), o sindiotáctico (orden alternante) a esta conformación se la llama tacticidad. Las propiedades de un polímero pueden verse modificadas severamente dependiendo de su estereoquímica. En el caso de que el polímero provenga de un único tipo de monómero se denomina homopolímero y si proviene de varios monómeros se llama copolímero o heteropolímero. Por ejemplo, el poliestireno es un homopolímero, pues proviene de un único tipo de monómero, el estireno, mientras que si se parte de estireno y acrilonitrilo se puede obtener un copolímero de estos dos monómeros. En los heteropolímeros los monómeros pueden distribuirse de diferentes maneras, particularmente para polímeros naturales, los monómeros pueden repetirse de forma aleatoria, informativa (como en los polipéptidos de las proteínas o en los polinucleótidos de los ácidos nucleicos) o periódica, como en el peptidoglucano o en algunos polisacáridos.

'EN QUÉ CONSISTE LA REACCIÓN DE POLIMERIZACIÓN?

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

TIPOS DE POLIMERIZACIÓN

La polimerización puede producirse, principalmente, por adición condensación, así como también por etapas o reacciones en cadena. Los polímeros de adición se forman gracias a la unión sucesiva de monómeros que tienen 1 o más enlaces dobles y triples. El proceso se divide en 3 etapas: la iniciación, en la que una molécula llamada iniciador actúa como reactivo; la propagación, en la cual la cadena se comienza a alargar por repetición del monómero y la terminación, donde se interrumpe el proceso de propagación y la cadena termina de crecer porque se han agotado los monómeros. Finalmente, los polímeros de adición se pueden obtener gracias a un proceso de polimerización cationica, aniónica, o radicalaria, de acuerdo al reactivo iniciador que se utilice.

Los polímeros de condensación se forman por un mecanismo de reacción en etapas, es decir, a diferencia de la polimerización anterior, ésta no depende de la reacción por la que es precedida: el polímero se forma dado que los monómeros que actúan aquí tienen más de un grupo funcional capaz de reaccionar con el grupo de otro monómero. Los grupos ácido carboxílico, amino y alcohol son los mas utilizados en estos fines. Aquí, por cada nuevo enlace que se forma entre los monómeros, se libera una molecacula pequeña. Esta polimerización es muy característica de los biopolímeros, por ejemplo, de los enlaces peptídico y glucosidicos.

En la polimerización por etapas, la cadena de polímero crece paulatinamente siempre y cuando haya monómeros disponibles, añadiéndose un monómero cada vez. Se incluyen todos los polímeros de condensación de Carothers y algunos otros que no liberan moléculas pequeñas pero sí se forman gradualmente, como por ejemplo, los poliuretanos. Finalmente, los polímeros formados por reacción en cadena son aquellos en que cada cadena individual de polímero se crea a gran velocidad pero luego queda inactiva, aun cuando esta rodeada por monómeros.

PROPIEDADES DE LOS POLÍMEROS

-Las propiedades físicas de estas moléculas difieren bastante de las propiedades de los monómeros que las constituyen.

-Las propiedades van a estar influenciadas por la estructura interna, presencia de fuerzas intermoleculares, etc.

-Al ser grandes moléculas, la estructura es generalmente amorfa.

-Notable plasticidad, elasticidad y resistencia mecánica.

-Alta resistividad eléctrica.

-Poco reactivos ante ácidos y bases.

-Unos son tan duros y resistentes que se utilizan en construcción: PVC, baquelita, etc.

-Otros pueden ser muy flexibles (polietileno), elásticos (caucho), resistentes a la tensión (nailon), muy inertes (teflón), etc.

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 vitrea 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 dia.

POLÍMERO SINTÉTICO

Un ejemplo típico de polímero sintético es el formado a partir del monómero etileno que por reacción con moléculas del mismo tipo forman el polietileno, o simplemente, PE (figura 1). La reacción química para la síntesis del polímero se llama polimerización. La molécula del etileno es CH2=CH2 se une con otras moléculas para formar el polímero.

Representación bidimensional (arriba) y tridimensional de la estructura similar al «espagueti» del polietileno sólido.

IMPORTANCIA DE LOS POLÍMEROS SINTÉTICOS

Los objetos que más empleamos cotidianamente y con más frecuencia se cuentan los polímeros sintéticos y los cauchos. Los polímeros sintéticos son usados en forma masiva en la manufactura de: embalajes para productos alimenticios, fármacos y químicos, electrodomésticos, herramientas, utensilios domésticos, juguetes, componentes automotrices; lo forman parte de una lista muy larga de aplicaciones. También, los polímeros tienen aplicación en diversas áreas de la ciencia y tecnología. Ese uso tan extendido se debe al bajo costo de producción, baja densidad, tenacidad adecuada, buen acabado superficial, durabilidad, versatilidad del sistema de producción, entre otras ventajas respecto a los materiales metálicos o cerámicos. También, es necesario notar que muchos productos hechos originalmente con otros materiales fueron suplantados por objetos diseñados en materiales plásticos. Así, por ejemplo, componentes automotrices tales como los paragolpes metálicos cromados han sido reemplazados por otros de plástico reforzado debido al menor costo de producción y mayor resistencia a la corrosión luego de sufrir impactos. Otras piezas sustituto han sido el panel, el volante, el forro del techo interno, el tapizado y el relleno de los asientos, componentes de los cinturones de seguridad, revestimiento de cables de eléctricos, las mangueras, los recipiente para líquidos y las juntas, etc. Además, este uso intensivo del plástico y del caucho permite la reducción de peso del automóvil, menor consumo de combustible, mayor comodidad y seguridad para el pasajero. Las ventajas mencionas se contraponen con la lenta degradación de estos materiales, que puede extenderse por varios años, generando importantes problemas ambientales. Todavía más costoso el reciclado de estos materiales que su producción a partir de materiales vírgenes. Los polímeros sintéticos provienen mayoritariamente del petróleo (mezcla de hidrocarburos). El 4 % de la producción mundial de petróleo se convierte en polímeros. Después de un proceso de cracking y reforming, se tienen moléculas simples, como etileno, benceno, etc., a partir de las que comenzará la síntesis del polímero. La síntesis de cualquier polímero, con una calidad controlada, es un proceso muy complejo, y encontraremos normalmente a la gran industria petroquímica asociada a la producción de los diversos materiales plásticos. Esta industria suministrará material acabado susceptible de posterior moldeo, en el caso de termoplásticos, o líquidos y polvos reactivos, en el caso de los termoestables, a falta de la reacción final de entrecruzamiento.

POLÍMEROS BIODEGRADABLES MÁS UTILIZADOS EN LA ACTUALIDAD

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1) Poliésteres

Ácido poliláctico (PLA)

El ácido poliláctico, PLA, es un polímero termoplástico, amorfo o semicristalino, que ha sido ampliamente estudiado en aplicaciones como la liberación controlada de fármacos, suturas biodegradables y diferentes implantes para la fijación de fracturas y para la elaboración de dispositivos vasculares.

a) Síntesis

La síntesis del ácido poliláctico fue estudiada por Carothers en 1932. Generalmente se lleva a cabo la polimerización por apertura de anillo del diester cíclico. Diferentes compuestos metálicos, organometálicos e inorgánicos de Zn y estaño han sido usados como iniciadores (95). Sin embargo, Tetrafenil de estaño, Cloruro estañoso y Octato estañoso son los más efectivos.

b) Propiedades

c) biocompatibilidad

Debido a que el ácido láctico es un intermediario común en el metabolismo de los carbohidratos en nuestro organismo, el uso de este hidroxiácido es generalmente visto como la situación ideal desde el punto de vista toxicológico. Los poliésteres alfa, como el PLA se degradan inicialmente por hidrólisis y su degradación puede ser acelerada in vivo por la presencia de enzimas (104), lo cual conlleva a la liberación de sus respectivos monómeros (ácido láctico en este caso). Estos monómeros son incorporados dentro de los procesos fisiológicos a nivel celular, donde continúa su degradación y da inicio a la ruta metabólica.

Esquema de degradación del ácido poliláctico en el organismo. La ruta metabólica del ácido láctico comienza con la transformación de lactato a piruvato por la acción de la enzima lactato dehidrogenasa, una vez convertido en piruvato, éste sufre una decarboxilación oxidativa para producir Acetilcoenzima A. Esta molécula puede entrar en el ciclo del ácido tricarboxílico (o ciclo del ácido cítrico), el cual se lleva a cabo a nivel mitocondrial obteniéndose como resultado ATP por fosforilación oxidativa más agua y dióxido de carbono, los cuales son eliminados en la respiración y excretados por los riñones.

d) aplicaciones

El PLA es actualmente utilizado en clavos para la unión de ligamentos y reparación de meniscos, suturas, tornillos y clavos para la fijación de fracturas y cirugía maxilofacial, liberación de fármacos y stents para cirugía cardiovascular. Una de las aplicaciones más recientes del PLA es en el campo de la Ingeniería de Tejidos, la cual se basa en generar tejidos a partir de células del mismo paciente cuyo crecimiento es guiado in situ mediante andamios reabsorbibles . Este tipo de terapia ha sido estudiada para la regeneración de diferentes tejidos como lo son el tejido cutáneo, hepático, cardiovasular y más recientemente, el cartilaginoso y el tejido óseo . Hoy en día se encuentran en el mercado productos basados en ingeniería de tejidos para la reparación de tejido cutáneo. Otros tejidos como el óseo y el cartílago se encuentran todavía en fase de estudio.

UTILIDAD DE LOS SIGUIENTES POLÍMEROS

El nailon 6.6

El nailon 6,6 tiene un monómero, que se repite n veces, cuanto sea necesario para dar forma a una fibra. El primer 6 que acompaña al nailon nos dice el número de carbonos de la amida y la segunda cifra es el número de carbonos de la cadena ácida. El nailon 6,6 se sintetiza por condensación en el laboratorio a partir del monómero cloruro del adipoilo y el monómero hexametilén diamina. Pero en una planta industrial de nailon, se fabrica generalmente haciendo reaccionar el ácido adípico (derivado del fenol) con la hexametiléndiamina (derivado del amoniaco).

Polipropileno (PP)

Es el polímero termoplástico, parcialmente cristalino, que se obtiene de la polimerización del propileno (o propeno). Reciclable, versátil, transpirable. Alfombras, juguetes, prendas térmicas, salpicaderos, etc.

El poliuretano

El poliuretano (PUR) es un polímero que se obtiene mediante condensación de polioles combinados con polisocianatos. Se subdivide en dos grandes grupos: termoestables y termoplásticos (poliuretano termoplástico). Los poliuretanos termoestables más habituales son espumas, muy utilizadas como aislantes térmicos y como espumas resilientes; pero también existen poliuretanos que son elástómeros, adhesivos y selladores de alto rendimiento, pinturas, fibras, sellantes, para embalajes, juntas, preservativos, componentes de automóvil, en la industria de la construcción, del mueble y múltiples aplicaciones más. Los poliuretanos rígidos de densidad más elevada (150-1200 kg/m³) son usados para elaborar componentes de automóviles, yates, muebles y decorados.

El poliéster

El poliéster (C10H8O4) es una categoría de polímeros que contiene el grupo funcional éster en su cadena principal. Los poliésteres que existen en la naturaleza son conocidos desde 1830, pero el término poliéster generalmente se refiere a los poliésteres sintéticos (plásticos), provenientes de fracciones pesadas del petróleo. El poliéster termoplástico más conocido es el PET. El PET está formado sintéticamente con etilenglicol más tereftalato de dimetilo, produciendo el polímero o poltericoletano. Como resultado del proceso de polimerización, se obtiene la fibra, que en sus inicios fue la base para la elaboración de los hilos para coser y que actualmente tiene múltiples aplicaciones, como la fabricación de botellas de plástico que anteriormente se elaboraban con PVC. Se obtiene a través de la condensación de dioles (grupo funcional dihidroxilo). Las resinas de poliéster (termoestables) son usadas también como matriz para la construcción de equipos, tuberías anticorrosivas y fabricación de pinturas. Para dar mayor resistencia mecánica suelen ir reforzadas con cortante, también llamado endurecedor o catalizador, sin purificar. El poliéster es una resina termoestable obtenida por polimerización del estireno y otros productos químicos. Se endurece a la temperatura ordinaria y es muy resistente a la humedad, a los productos químicos y a las fuerzas mecánicas. Se usa en la fabricación de fibras, recubrimientos de láminas, etc.

Poliestireno (PS)

Es un plástico que se obtiene por un proceso denominado polimerización, que consiste en la unión de muchas moléculas pequeñas para lograr moléculas muy grandes. La sustancia obtenida es un polímero y los compuestos sencillos de los que se obtienen se llaman monómeros. Fue obtenido por primera vez en Alemania por la I.G. Faberindustrie, en el año 1930. Es un sólido vítreo por debajo de 100 ºC; por encima de esta temperatura es procesable y puede dársele múltiples formas. Mecanismos: Radicales libres o iónicos Condiciones experimentales de polimerización Emulsión, suspensión o en bloque Termoplástico, duro, aislante. Juguetes, envases, aislante, etc.

Polietileno (PE)

Es químicamente el polímero más simple. Se representa con su unidad repetitiva (CH2-CH2)n. Por su alta producción mundial (aproximadamente 60 millones de toneladas son producidas anualmente). Es también el más barato, siendo uno de los plásticos más comunes. Además, es termoplástico, aislante térmico, inerte químicamente. Tuberías, persianas, bolsas, botellas, vasos, film transparente, etc. Es químicamente inerte. Se obtiene de la polimerización del etileno (de fórmula química CH2=CH2 y llamado eteno por la IUPAC), del que deriva su nombre.

POLÍMEROS BIODEGRADABLES UTILIZADOS EN LA ACTUALIDAD POR LA MEDICINA

PRACTICAS EXPERIMENTALES

1) BOLIGOMA

MATERIALES

-PEGAMENTO BLANCO

-BÓRAX

-AGUA

-PEQUEÑA OLLA

-CUCHARA

-VASO O CUALQUIER OTRO RECIPIENTE

-COLORANTE VEGETAL (OPCIONAL)

PROCEDIMIENTO:

1)SE COLOCA EL AGUA EN LA OLLA Y LA EXPONES AL FUEGO HASTA LLEGAR AL PUNTO DE EBULLICIÓN

2)SE PONE UN POCO DE AGUA CALIENTE EN EL VASO/OTRO RECIPIENTE

3)AGREGAR UNA CUCHARADA DE BÓRAX. MEZCLAS.

4)AGREGAR DOS CUCHARADAS DE PEGAMENTO BLANCO LÍQUIDO. MEZCLA.

5) RETIRAS DEL VASO CUANDO HALLA AGARRADO UNA CONSISTENCIA UN POCO SÓLIDA Y EMPIEZAS A AMASAR.

PRÁCTICA:

2)

MATERIALES:

-UN PLATO DESECHABLE

-AGUA

-GLICERINA

-CUCHARA

-MAIZENA

-PEQUEÑA OLLA.

PROCEDIMIENTO

1)AGREGAR EN EL PLATO 15 MILILITROS DE AGUA

2)AGREGAR 5 MILILITROS DE GLICERINA

3)AGREGAR 3 CUCHARADAS DE MAIZENA. MEZCLA HASTA DISOLVER

4)VACIAR LA MEZCLA A LA OLLA PEQUEÑA Y EXPONERLO AL FUEGO HASTA QUE EMPIECE A TOMAR CONSISTENCIA

5)RETIRAR DEL FUEGO Y DE LA OLLA LA MEZCLA. ESPERAR A QUE SE ENFRIE Y MOLDEAR.

VÍDEO (POLÍMEROS)

https://www.youtube.com/watch?v=hTkSYOXjUBE