Los polímeros

Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión mediante enlaces covalentes de una o más unidades simples llamadas monómeros. Estos forman largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas. Los polímeros tienen elevadas masas moleculares, que pueden alcanzar incluso millones de UMAs.

El almidón, la celulosa, la seda y el ADN son ejemplos de polímeros naturales y el nailon, el polietileno y la baquelita de polímeros sintéticos.

*Su clasificación:

 -Según su origen:

• Polímeros naturales. Existen en la naturaleza muchos polímeros y las biomoléculas que forman los seres vivos son macromoléculas poliméricas. Por ejemplo, las proteínas, los ácidos nucleicos, los polisacáridos (como la celulosa y la quitina), el hule o caucho natural, la lignina, etc.
• Polímeros semisintéticos. Se obtienen por transformación de polímeros naturales. Por ejemplo, la nitrocelulosa, el caucho vulcanizado, etc.
• Polímeros sintéticos. Muchos polímeros se obtienen industrialmente a partir de los monómeros. Por ejemplo, el nailon, el poliestireno, el policloruro de vinilo (PVC), el polietileno, etc.

 -Según su mecanismo de polimerización:

   En 1929 Carothers propuso la siguiente clasificación:

• Polímeros de adición. La polimerización no implica la liberación de ningún compuesto de baja masa molecular. Esta polimerización se genera cuando un "catalizador", inicia la reacción. Este catalizador separa la unión doble carbono en los monómeros, luego aquellos monómeros se unen con otros debido a los electrones libres, y así se van uniendo uno tras uno hasta que la reacción termina.
• Polímeros de condensación. La reacción de polimerización implica a cada paso la formación de una molécula de baja masa molecular, por ejemplo agua.

Clasificación de Flory (modificación a la de Carothers para considerar la cinética de la reacción):

• Polímeros formados por reacción en cadena. Se requiere un iniciador para comenzar la polimerización; un ejemplo es la polimerización de alquenos (de tipo radicalario). En este caso el iniciador reacciona con una molécula de monómero, dando lugar a un radical libre, que reacciona con otro monómero y así sucesivamente. La concentración de monómero disminuye lentamente. Además de la polimerización de alquenos, incluye también polimerización donde las cadenas reactivas son iones (polimerización catiónica y aniónica).
• Polímeros formados por reacción por etapas. El peso molecular del polímero crece a lo largo del tiempo de manera lenta, por etapas. Ello es debido a que el monómero desaparece rápidamente, pero no da inmediatamente un polímero de peso molecular elevado, sino una distribución entre dímeros, trímeros, y en general, oligómeros; transcurrido un cierto tiempo, estos oligómeros empiezan a reaccionar entre sí, dando lugar a especies de tipo polimérico. Esta categoría incluye todos los polímeros de condensación de Carothers y además algunos otros que no liberan moléculas pequeñas pero sí se forman gradualmente, como por ejemplo los poliuretanos.

 -Según su composición química:

• Polímeros orgánicos. Posee en la cadena principal átomos de carbono.
• Polímeros orgánicos vinílicos. La cadena principal de sus moléculas está formada exclusivamente por átomos de carbono.

Dentro de ellos se pueden distinguir:

• Poliolefinas, formados mediante la polimerización de olefinas.

Ejemplos: polietileno y polipropileno.

• Polímeros estirénicos, que incluyen al estireno entre sus monómeros.

Ejemplos: poliestireno y caucho estireno-butadieno.

• Polímeros vinílicos halogenados, que incluyen átomos de halógenos (cloro, flúor...) en su composición.

Ejemplos: PVC y PTFE.

• Polímeros acrílicos. Ejemplos: PMMA.

• Polímeros orgánicos no vinílicos. Además de carbono, tienen átomos de oxígeno o nitrógeno en su cadena principal.

Algunas sub-categorías de importancia:

• Poliésteres
• Poliamidas
• Poliuretanos

Polímeros inorgánicos. Entre otros:

• Basados en azufre. Ejemplo: polisulfuros.
• Basados en silicio. Ejemplo: silicona.

-Según sus aplicaciones:

 Atendiendo a sus propiedades y usos finales, los polímeros pueden clasificarse en:

• Elastómeros. Son materiales con muy bajo módulo de elasticidad y alta extensibilidad; es decir, se deforman mucho al someterlos a un esfuerzo pero recuperan su forma inicial al eliminar el esfuerzo. En cada ciclo de extensión y contracción los elastómeros absorben energía, una propiedad denominada resiliencia.
• Adhesivos. Son sustancias que combinan una alta adhesión y una alta cohesión, lo que les permite unir dos o más cuerpos por contacto superficial.
• Fibras. Presentan alto módulo de elasticidad y baja extensibilidad, lo que permite confeccionar tejidos cuyas dimensiones permanecen estables.
• Plásticos. Son aquellos polímeros que, ante un esfuerzo suficientemente intenso, se deforman irreversiblemente, no pudiendo volver a su forma original. Hay que resaltar que el término plástico se aplica a veces incorrectamente para referirse a la totalidad de los polímeros.
• Recubrimientos. Son sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a la superficie de otros materiales para otorgarles alguna propiedad, por ejemplo resistencia a la abrasión.

-Según su comportamiento al elevar la temperatura:

  Para clasificar polímeros, una de las formas empíricas más sencillas consiste en calentarlos por   encima de cierta temperatura. Según si el material funde y fluye o por el contrario no lo hace se   diferencian tres tipos de polímeros:

• Elastómero, plásticos con un comportamiento elástico que pueden ser deformados fácilmente sin que se rompan sus enlaces o modifique su estructura
• Termoestables, que no fluyen, y lo único que conseguimos al calentarlos es que se descompongan químicamente, en vez de fluir. Este comportamiento se debe a una estructura con muchos entrecruzamientos, que impiden los desplazamientos relativos de las moléculas.
• Termoplásticos, que fluyen (pasan al estado líquido) al calentarlos y se vuelven a endurecer (vuelven al estado sólido) al enfriarlos. Su estructura molecular presenta pocos (o ningún) entrecruzamientos. Ejemplos: polietileno (PE), polipropileno (PP), cloruro de polivinilo PVC..

La clasificación termoplásticos / termoestables es independiente de la clasificación elastómeros / plásticos / fibras. Existen plásticos que presentan un comportamiento termoplástico y otros que se comportan como termoestables. Esto constituye de hecho la principal subdivisión del grupo de los plásticos y hace que a menudo cuando se habla de "los termoestables" en realidad se haga referencia solo a "los plásticos termoestables". Pero ello no debe hacer olvidar que los elastómeros también se dividen en termoestables (la gran mayoría) y termoplásticos (una minoría pero con aplicaciones muy interesantes).

*Su uso en la industria:

 Todo lo que se ve a nuestro alrededor como un ordenador, cuya carcasa está fabricada con está fabricada con una poliofefina o un policarbonato y que contiene poliuretanos modificados como retardadores de llama, que evitan posibles incendios provocado por el calor generado por los componentes electrónicos o la funda del ordenador, quee está fabricada de neopreno, que es el mismo material con el que se hacen los trajes para deportes extremos, como el submarinismo. Todos ellos están hechos de polímeros.

El desarrollo en la ciencia y tecnología de polímeros ha facilitado nuestras vidas y ha sido uno de los motores del desarrollo de la ciencia de los materiales. A continuación, repasaremos algunas aplicaciones de algunos polímeros.

Por supuesto, en nuestra vida cotidiana usamos desde modestos artílugios como las bolsas, vasos o platos de plástico hasta el equipamiento de altas prestaciones (como los trajes de astronautas), pasando por revistimientos para los cables eléctricos, materiales para envasado de alimentos, recubrimientos de sartenes, mobiliario etc. Todos estos materiales están construidos con poliolefinas, como el polietileno, el polipropileno, el poliestireno, el poli(cloruro de vinilo), o el tefflón, entre otros.

En definitiva, ¿podemos imaginarnos nuestro mundo sin polímeros? ¡No! Este desarrollo científico y tecnológico ha sido debido a algunos grandes científicos; entre los que podemos mencionar a Staudinger, Baekeland, Carothers, Marks, Flory, Ziegler, Natta, entre otros. En las próximas semanas dedicaremos algunos posts a sus vidas y obras.

*Problemática ambiental:

Por otro lado también podemos decir que el uso excesivo de los polímeros ha afectado gravemente al medio ambiente ya que estos son difíciles de degradar que al ser mal manejados afecta ríos, mares y rellenos sanitarios. En cambio, los de origen natural cuidarían la naturaleza.

Estos últimos, llamados biopolímeros, son de mayor valor para la tecnología y la ciencia, pues son sustancias naturales que se puede adoptar a los avances de la medicina, al igual que en aplicaciones que contribuyan a la no destrucción del medio ambiente. Aparte el aporte de los elementos “bio” son muy importantes en aspectos médicos como las válvulas para el corazón, prótesis estéticas, implantes de ortopedia, entre otros.