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Catalizadores Ziegler-Natta
Actualmente se producen grandes cantidades de polímeros utilizando catalizadores Ziegler-Natta, que son sales de elementos metálicos que permiten acelerar las reacciones de polimerización.
¿Sabías qué?
El poliuretano es uno de los polímeros con mayor versatilidad, sus aplicaciones van desde la fabricación de esponjas hasta la construcción de majestuosas obras de ingeniería.
Materia prima proveniente del reciclaje
Los científicos están desarrollando tecnologías limpias, en las cuales se utilizan materiales reciclables como materia prima en procesos de polimerización y de esta forma se reducen las emisiones de compuestos químicos volátiles al ambiente.
¿Sabías qué?
El etileno es un gas, mientras que el polietileno es un plástico, el proceso de polimerización altera por completo las propiedades físicas y químicas de los monómeros.
Vivimos en un mundo hecho prácticamente de polímeros, casi todo a nuestro alrededor tiene alguna relación estructural con estas macromoléculas, que están presentes en la naturaleza y hasta en los actuales avances tecnológicos.
Los polímeros son macromoléculas formadas por la múltiple unión de monómeros (moléculas simples que pueden enlazarse a otras iguales o diferentes). Sus enlaces son los que les otorgan estabilidad.
La palabra polímero tiene su origen en el idioma griego donde poli significa "muchos" y mero se traduce como “partes”. De esta manera "muchas partes" sería la traducción literal de este vocablo.
¿CÓMO SE CLASIFICAN LOS POLÍMEROS?
Los polímeros pueden ser clasificados de varias formas según sus propiedades, considerando el tipo de enlace, la forma, la composición y el ordenamiento de la materia.
De acuerdo a la composición química de los polímeros, éstos pueden ser homopolímeros si están formados por el mismo monómero a lo largo de toda su cadena y heteropolímeros (comúnmente llamados copolímeros) si a lo largo de la cadena polimérica existen al menos dos monómeros diferentes.
Además pueden ser inorgánicos como el vidrio u orgánicos como los plásticos, ambos pueden ser clasificados en naturales y sintéticos, siendo esto posible con mayor frecuencia en los orgánicos.
Las botellas son fabricadas con polímeros, tanto orgánicos como inorgánicos.
En la actualidad existe un gran número de materiales cuya composición química está basada en los polímeros, por ejemplo: el almidón y la celulosa, presentes en los alimentos; el caucho natural, el nylon, la seda, utilizados como textiles; materiales sintéticos como plásticos, pinturas, adhesivos y materiales compuestos, entre muchos otros. Estas macromoléculas tienen gran repercusión en el área científica debido a su múltiple utilidad en la vida cotidiana.
Los polímeros desde su descubrimiento han despertado el interés científico y tecnológico.
REACCIONES DE POLIMERIZACIÓN
Los polímeros se pueden formar básicamente por dos reacciones: por condensación de monómeros y por adición de unidades monoméricas.
Polimerización por condensación: es un proceso en el cual las diferentes moléculas reaccionan para formar uno o más monómeros, los que posteriormente se acoplarán para formar los polímeros correspondientes.
Polimerización por adición: se lleva a cabo por un proceso diferente, en el cual una molécula es capaz de activar los monómeros para la obtención de cadenas cada vez más grandes.
El ADN, un polímero vital
El ácido desoxirribonucleico (ADN) es un polímero natural, es la clave fundamental de la vida, está formado por la combinación de cuatro tipos de nucleótidos: Timina, Citosina, Adenina y Guanina, cada uno de ellos representa un monómero. Aunque cada unidad individual que se repite es muy pequeña, los polímeros de ADN son macromoléculas que contienen millones de nucleótidos.
ETAPAS DE LA REACCIÓN DE POLIMERIZACIÓN POR ADICIÓN
Este tipo de reacciones se lleva a cabo por medio de un mecanismo general, que incluye las siguientes etapas:
Iniciación: en esta etapa un radical, un anión o un catión promueven la activación del monómero, formando un nuevo radical.
Propagación: el radical formado reacciona con otro monómero provocando su activación. Este proceso se repite las veces que sea necesario hasta que se consuman las moléculas.
Terminación: se produce cuando dos radicales de los extremos se unen entre sí, formando un enlace químico.
Etapas de la polimerización por adición.
TIPOS DE POLIMERIZACIÓN POR REACCIONES DE ADICIÓN
| Fundamento | Tipo de Polímero formado | |
|---|---|---|
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1 |
Apertura de un doble enlace, sin la eliminación de alguna parte de la molécula. |
Vinilo |
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2 |
Apertura del doble enlace, con la eliminación de alguna parte de la molécula. |
Diazo |
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3 |
Apertura de un anillo, sin la eliminación de alguna parte de la molécula. |
Epóxido |
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4 |
Apertura de un anillo, con la eliminación de alguna parte de la molécula. |
Epóxido a-aminocarboxianhidro |
|
5 |
Combinación de birradicales formados por reacciones de deshidrogenación. |
p-Xileno |
POLÍMEROS SINTÉTICOS
Los polímeros sintéticos son aquellas macromoléculas que han sido obtenidas por reacciones industriales o de laboratorio, entre los más importantes se destacan el poliestireno (PS), el polietileno (PE), el policloruro de vinilo (PVC), entre muchos otros.
Reacción de polimerización de etileno.
La mayor parte de los polímeros sintéticos son derivados del petróleo, que es una mezcla de hidrocarburos. Luego del proceso de craqueo se obtienen moléculas simples que posteriormente serán utilizadas como unidades monoméricas para la producción de macromoléculas.
El descubrimiento de los polímeros sintéticos trajo como consecuencia el reemplazo de materiales que eran utilizados desde épocas prehistóricas como la madera, hierro, cerámica y otros, pues sus propiedades le conferían un bajo costo de producción, mayor durabilidad, maleabilidad y versatilidad.
La industria petroquímica está asociada a la elaboración de los diversos materiales con aplicaciones interesantes, entre los que se destacan los termoplásticos, los termoestables y los elastómeros.
¿Qué son los termoplásticos?
Los termoplásticos son plásticos en los cuales sus propiedades varían al ser calentados, pasando del estado sólido al líquido; cuando regresan a la temperatura ambiente vuelven a endurecerse. Estas propiedades permiten que los termoplásticos sean polímeros fácilmente reciclables.
MATERIALES TERMOESTABLES
Los termoestables son aquellos polímeros cuyas propiedades químicas y físicas no varían cuando se calientan, éstos poseen estructuras reticuladas que son responsables de las altas resistencias mecánicas que pueden soportar.
Los teléfonos antiguos eran fabricados con baquelita, un polímero termoestable.
¿Cuáles son los elastómeros?
Los elastómeros son aquellos polímeros con propiedades maleables cuando se encuentran a temperatura ambiente, es decir que pueden ser estirados y al cesar la fuerza aplicada regresan a su forma habitual.
En las impresiones 3D el material utilizado es un termoplástico.
Los trajes de buceo son eficientes elastómeros.
| Termoplástico | Termoestable | Elastómero | |
|---|---|---|---|
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Propiedad básica |
Varían sus propiedades físicas cuando son calentados. |
Son resistentes a variaciones de temperatura. |
Son resistentes a fuerzas mecánicas. |
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Aplicación |
Tuberías, revestimientos de suelos, aislantes eléctricos. |
Recubrimiento de pinturas y masillas, fabricación de materiales aislantes. |
Fabricación de trajes de buceo, aislamiento de cables y correas industriales. |
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Ejemplo |
Policloruro de vinilo (PVC). |
Adhesivos de Epoxy. |
Neopreno. |
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Forma estructural |
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POLÍMEROS NATURALES
Los polímeros naturales representan una importante área en los avances de investigación, pues marcan el origen de las macromoléculas y permitieron evolucionar a la era de los polímeros biodegradables y biocompatibles, que han sido producto de modificaciones químicas.
Su clasificación consiste básicamente en dos tipos:
• Proteicos: entre los cuales se encuentran el colágeno, la gelatina y las glicoproteínas.
• Carbohidratos: como el almidón, la quitina y el ácido hialurónico.
El Colágeno y la Gelatina
El colágeno es un polímero proteico, el componente con mayor abundancia en la piel y tendones en forma de fibras. Tiene gran utilidad en el área de biotecnología por sus amplias aplicaciones como material quirúrgico, en la actualidad tiene una alta repercusión en la cosmética y tratamientos corporales.
La gelatina es un polímero formado por aminoácidos, obtenido a partir de la hidrólisis del colágeno, transformándolo en una proteína soluble en agua.
El colágeno actualmente es utilizado en la formulación de productos cosméticos.
La quitina y el quitosano
La quitina es un polisacárido que se encuentra en los caparazones de crustáceos y paredes celulares de los hongos, posee una estructura química similar a la de la glucosa.
El quitosano es un polisacárido natural, biodegradable, biocompatible, no es tóxico y además es filmógeno, posee maravillosas propiedades para formar películas. Tiene un campo de aplicación que va desde el tratamiento de aguas residuales hasta productos quirúrgicos.
Este compuesto se obtiene actualmente a partir de la reacción de desacetilación de la quitina de los caparazones de los camarones.
Los caparazones de los camarones tienen entre sus componentes quitina.
