Química y Estructura de Polímeros: Fundamentos de Monómeros y Plásticos

Introducción a los Polímeros y Plásticos

Definición y Origen

Los polímeros son sustancias orgánicas de elevado peso molecular. Todos contienen carbono e hidrógeno (enlaces C-H); también pueden contener oxígeno, cloro, azufre y nitrógeno.

Los polímeros son cadenas de monómeros poco empaquetadas.

Los plásticos son polímeros con aditivos.

Los plásticos son materiales sintéticos, con bajo coste de producción, poco peso y elevada resistencia. La mayoría de los plásticos provienen del petróleo, que por el proceso de refinado genera moléculas sencillas, que son sustancias químicas denominadas monómeros, a partir de las cuales se obtienen los polímeros. La reacción química para la obtención de un polímero se llama polimerización.

Estructura y Química Polimérica

Macromoléculas

Las moléculas de los polímeros son gigantescas comparadas con las moléculas de los hidrocarburos discutidas hasta ahora y, a causa de su tamaño, se denominan macromoléculas.

Química de la Polimerización

Los polímeros y plásticos se obtienen por polimerización, donde varios monómeros se unen por enlaces covalentes para formar largas cadenas, lineales y ramificadas. Los enlaces entre C y C y entre C y H son fuertes y requieren de gran energía para romperse.

Proceso de Síntesis y Terminación

Una vez iniciado el proceso de polimerización a través de la reacción del radical con un monómero, la molécula puede crecer de forma continua si encuentra monómeros de etileno disponibles para reaccionar en su entorno. La introducción de un segundo radical hidroxilo permite terminar el proceso de síntesis. A esta forma de terminar el proceso se la denomina recombinación.

Homopolímeros y Copolímeros

Un polímero se denomina homopolímero si todas las unidades monoméricas de la cadena son del mismo tipo. Es posible también sintetizar en la misma cadena diferentes tipos de monómeros; esta combinación recibe el nombre de copolímero.

Peso Molecular y Propiedades

Los polímeros de cadena larga tienen pesos moleculares muy grandes. Se denomina grado de polimerización al número medio de unidades monoméricas de una cadena.

• Para polímeros con masa molecular superior a 100.000 g/mol, la temperatura de fusión aumenta al incrementarse el peso molecular.
• Los de cadena muy corta (aproximadamente 100 g/mol) son líquidos o gases a temperatura ambiente.
• Los de aproximadamente 1.000 g/mol son sólidos cerosos o resinas blandas.

Forma Molecular y Flexibilidad

Las cadenas de polímeros no son estrictamente rectas; son capaces de rotar y curvarse en tres dimensiones.

La flexibilidad rotacional depende de la estructura y de la química de la unidad monomérica. Tanto los enlaces dobles como los anillos de benceno contribuyen a la rigidez del polímero.

Tipos de Copolímeros

Cuando las unidades monoméricas están distribuidas, se clasifican de la siguiente manera:

• Copolímeros al azar: Las unidades monoméricas están distribuidas aleatoriamente a lo largo de la cadena.
• Copolímeros alternados: Las dos unidades monoméricas se van alternando en las posiciones de la cadena.
• Copolímeros en bloque: Las unidades monoméricas idénticas se unen en un grupo a lo largo de la cadena.
• Copolímeros de injerto: La cadena principal está formada por un solo tipo de unidad monomérica, con cadenas laterales de otro tipo.