Tema: Los Polímeros, estructura, clasificación, usos en la industria, propiedades y problemática ambiental.

POLIMEROS INTRODUCCIÓN

Los polímeros (del griego: πολυς [polys] "mucho" y μερος [meros] "parte" o "segmento") 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.

A lo largo de cientos de años se han utilizado polímeros naturales procedentes de plantas y animales para con el fin de cubrir ciertas necesidades que solo podían ser cubiertas por éstos, entre los que se incluyen madera, caucho, lana, cuero y seda. Otros polímeros naturales tales como las proteínas, las enzimas, los almidones y la celulosa tienen importancia en los procesos bioquímicos y fisiológicos de plantas y animales. Desde principios del siglo XX, la moderna investigación científica ha determinado la estructura molecular de este grupo de materiales y ha desarrollado numerosos polímeros, sintetizados a partir de pequeñas moléculas orgánicas. De ahí que muchos plásticos, cauchos y materiales fibrosos son polímeros sintéticos. Desde el fin de la segunda guerra mundial, el campo de los materiales se ha visto revolucionado por la llegada de polímeros sintéticos. Las síntesis suelen ser baratas y la propiedades conseguidas comparables, y a veces superiores, a las de los análogos naturales. En algunas aplicaciones, los metales y la madera se sustituyen por polímeros, que tienen propiedades idóneas y se pueden fabricar a bajo costo.

El primer polímero totalmente sintético se obtuvo en 1909, cuando el químico belga Leo Hendrik Baekeland fabrica la baquelita, una resina absolutamente sintética, la cual se obtienen mediante la reacción del fenol con formaldehído resultando el primer plástico termoestable, la cual ya fue objeto de experimentación llevado a cabo por el químico Adolf Von Baeyer (ganador del premio Nobel), pero no consiguió su completo desarrollo. Este plástico puede ser fundido y moldeado mientras está caliente, pero no puede ser ablandado por el calor y moldeado de nuevo una vez que ha fraguado. La baquelita es aislante y resistente al agua, a los ácidos y al calor, es fácilmente mecanizable y no conduce la electricidad.

La importancia de los polímeros reside especialmente en la variedad de utilidades que el ser humano le puede dar a estos compuestos. Así, los polímeros están presentes en muchos de los alimentos o materias primas que consumimos, pero también en los textiles (incluso pudiéndose convertir en polímeros sintéticos a partir de la transformación de otros), en la electricidad, en materiales utilizados para la construcción como el caucho, en el plástico y otros materiales cotidianos como el poliestireno, el polietileno, en productos químicos como el cloro, en la silicona, etc. Todos estos materiales son utilizados por diferentes razones ya que brindan propiedades distintas a cada uso: elasticidad, plasticidad, pueden ser adhesivos, resistencia al daño, etc.

Estructura y propiedades de los polímeros

Las propiedades de un polímero están relacionadas con su estructura, es decir, con el tipo de átomos y la disposición de éstos en la macromolécula. Sin embargo, para poder explicar propiedades físicas de un polímero hay que tener en cuenta no sólo los enlaces covalentes de su estructura sino también las interacciones o fuerzas intermoleculares (atracciones dipolo-dipolo, uniones por puente de hidrógeno, fuerzas de van der Waals) que mantienen juntas las cadenas poliméricas. Los polímeros lineales, los que contengan ramificaciones cortas y aquéllos con alta tacticidad podrán disponerse en una red cristalina tridimensional, ya que el buen empaquetamiento de las cadenas poliméricas favorecerá su acercamiento y la acción de fuerzas intermoleculares intensas entre ellas. Por el contrario, cadenas laterales voluminosas y espaciadas irregularmente impiden la cristalinidad. En todo polímero existen zonas cristalinas y amorfas y el predominio de una zona sobre la otra determinará el grado de grado de cristalinidad del polímero, el cual es un factor importante en la determinación de sus propiedades. Las fibras sintéticas (poliésteres, poliacrilonitrilos, poliamidas, poliuretanos) se caracterizan por estar formadas por macromoléculas lineales y con grupos polares en su estructura. Son estos grupos los que participan en las intensas atracciones que se generan entre las cadenas poliméricas, manteniéndolas extendidas y evitando el deslizamiento de unas sobre otras. En poliésteres y poliacrilonitrilos las fuerzas intermoleculares son del tipo dipolo-dipolo debidas a los grupos carbonilo y nitrilo, respectivamente:

En las poliamidas y los poliuretanos, las intensas fuerzas intermoleculares del tipo puente de hidrógeno mantienen unidas las cadenas poliméricas:

Poliamida poliuretano En los polímeros estereoregulares, por ejemplo el polipropileno isotáctico, la disposición regular de los grupos metilo permite que las cadenas poliméricas se empaquen de manera tal que las fuerzas de van der Waals sean suficientes para mantener las cadenas unidas y alineadas.

A diferencia de las fibras sintéticas, los elastómeros como el caucho (cis-1,4-polisopreno) no presentan grupos polares en su estructura y las únicas fuerzas intermoleculares que pueden mantener juntas las cadenas poliméricas son las fuerzas de van der Waals. Debido a la presencia de dobles enlaces cis en las cadenas, éstas no pueden acercarse lo suficiente como para que se establezcan atracciones intermoleculares fuertes. Esta situación es totalmente diferente en la gutapercha (trans-1,4-poisopreno), el estereoisómero trans del caucho. La disposición trans de los dobles enlaces en la cadenas poliméricas permite que éstas se dispongan en zigzag y se acerquen para dar un producto cristalino:

Clasificación de los polímeros

La diversidad de aplicaciones de los polímeros se debe a la gran variedad de características y propiedades que estos poseen, debido a su estructura.

Según su forma:

Si tomamos en cuenta la forma del polímero, estos se pueden clasificar en polímeros lineales y polímeros ramificados.

a) Los polímeros lineales se origina cuando el monómero que lo forma tiene dos puntos de ataque, de modo que el polímero se forma unidireccionalmente, formando cadenas lineales

b) Los polímeros ramificados se forman porque el monómero posee tres o más puntos de ataque, de modo que la polimerización ocurre tridimensionalmente, es decir, en las tres direcciones del espacio. En base a esto es que podemos encontrar variadas formas:

La variedad de disposiciones estructurales en los polímeros permiten que estos cuenten con características diversas; de esta manera podemos encontrar que los polímeros lineales son materiales blandos y moldeables, mientras que los polímeros ramificados serán frágiles y rígidos.

Según el tipo de sus monómeros:

Por otro lado, si tomamos en consideración, los tipos de monómeros que constituyen la cadena; tenemos los homopolímeros y los copolímeros.

Los homopolímeros son aquellos donde hay presente una sola clase de monómeros Por ejemplo: el polipropileno., mientras que los copolímeros son aquellos en donde hay presente dos o más clases de monómeros, dispuestos al azar, alternadamente, en bloques o siendo injertados en una cadena principal principal Ej el poliuretano.

Según su origen:

Finalmente, si tomamos en consideración el origen de los polímeros, encontramos los naturales o biopolímeros, que son aquellos que se encuentran en la naturaleza, formando parte de los seres vivos como la celulosa, el almidón, el caucho, el colágeno, la seda, etc.; y los sintéticos que son aquellos fabricados en laboratorios o en procesos de producción en industrias como el nylon, la baquelita, el PVC y el teflón.

Es importante señalar, que tanto polímeros naturales como sintéticos están formados por los mismos componentes, sin embargo, lo que cambia en ellos es el método de obtención.

Según sus propiedades físicas:

Por sus propiedades físicas, pueden ser fibras, elastómeros y plásticos.

- Fibras Son polímeros naturales y sintéticos compuestos por moléculas alargadas y estiradas, que forman hilos largos, delgados y muy resistentes. Por ejemplo: el algodón, la lana, la seda, el nailon, el poliéster y el dacrón.

- Elastómeros: Son polímeros naturales y sintéticos con una gran elasticidad. Por ejemplo: el caucho y el neopreno.

- Plásticos: Son polímeros sintéticos que se pueden moldear con ayuda del calor o la presión. Por ejemplo: el poliestireno, el PVC y el plexiglás o acrílico. Los plásticos, a su vez, se clasifican en función de sus propiedades térmica en termoplásticos y termoestables

Termoplásticos: Son plásticos que se reblandecen a altas temperaturas y se vuelven rígidos por enfriamiento. Pueden fundirse fácilmente una vez formados, y pueden ser remoldeados varias veces, debido a que las fuerzas de cohesión entre las cadenas moleculares son débiles. Por eso, se pueden separar con mucha facilidad por acción del calor. Son solubles en solventes orgánicos. Por ejemplo: el polietileno, el poliestireno, policloruro de vinilo o PVC, el polimetacrilato de metilo o plexiglás, etc.

Termoestables: Son aquellos plásticos que se moldean solo durante su formación. Al enfriarse, se entrelazan sus cadenas. Esta disposición no permite nuevos cambios de forma mediante calor o presión. Son materiales insolubles, rígidos y duros. Los más importantes son la baquelita y el poliuretano.

Uso de polímeros en las distintas industrias

En la industria los polímeros son utilizados en gran cantidad que sus propiedades, permitiendo fabricar partes para máquinas y herramientas según las características que se necesiten. Los plásticos según sea su composición, pueden ser rígidos para transmitir fuerzas o resistir cargas, aun así tienden a ser quebradizos, o bien polímeros elásticos para adaptarse a espacios, ante una carga aceptable se desforma, pero vuelven a su forma original al retirar la carga.

Ejemplos de partes plásticas rígidas

Envases

Cobertores

Estructuras

Transmisiones

Ejemplos de partes plásticas elásticas

Bandas de goma

Empaques o aislantes

Bandas de transmisión

Llantas

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Los polímeros en general son muy utilizados gracias a su gran cantidad de ventajas, son livianos, maleables, resistentes a la compresión y tensión, torsión e impacto, elásticos, etc.

Son referentes importantes a tomar en cuenta al diseñar algún elemento tanto para una maquina como para un artículo de uso cotidiano.

Medio ambiente

El medio ambiente es un tema de creciente importancia, a medida que el impacto humano continúa dañando el planeta. La industria de los polímeros no es una excepción. El mayor daño proviene de la producción de polímeros. La perforación de petróleo y las fábricas siguen afectando el medio ambiente. Para contrarrestar los efectos de estas instalaciones, las empresas han hecho esfuerzos para reducir los residuos y usan menos recursos, como el agua y la energía. Sin embargo, los polímeros pueden ayudar al medio ambiente también. Por una parte, son reciclables, ahorrando espacio en los vertederos. En segundo lugar, su bajo peso ahorra energía durante el transporte, mediante la reducción del uso de combustible. Por último, hacen que los vehículos sean más ligeros, lo que reduciría las emisiones de carbono procedentes de la quema de gas y diésel.

En la naturaleza siempre han existido las materias que contengan los polímeros, como el látex, el algodón, la madera, etc. Han coexistido por millones de años con la naturaleza pero siempre de una forma controlada y en pequeñas cantidades, ya que la naturaleza se demora una eternidad en procesarlas y devolverlas a ella.

El problema es que las personas al crear nuevos productos, e utilizar los polímeros causa que las industrias hagan una mayor cantidad de ellas y al tiempo esos se producen un problema, porque hay muy pocas organismos que se encarguen en el procesamiento y tan solo al aumentar los avances tecnológicos de estos productos causa que ya no pueda ser reutilizados o tan solo el costo para hacerlo sea mucho más alto.

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DISCUSIÓN

En la industria

Según el artículo publicado el 16 de Junio del 2011, en http://ingenio-ulatina.blogspot.com/2011/06/polimeros-y-su-uso-en-la-industria.html por Monge hace referencia a la utilidad del uso de los polímeros para elaborar diferentes máquinas y herramientas como envases y estructuras, para la industria textil automotriz u otras.

He de citar lo expuesto por él: “Polímeros y su uso en la Industria Mecánica. - Los polímeros son moléculas más grandes de lo norma que forman materia, se entrelazan cientos de y cientos moléculas pequeñas para formar cadenas de polímeros.

Existen polímeros naturales como el algodón, la ceda, la lana o bien la celulosa de las plantas incuso el hule es un polímero natural.

También están los polímeros creados en laboratorios los cuales se denominan sintéticos. En esta rama entran todos los plásticos, nylon, polietileno, PVC, entre otros.

Las propiedades mecánicas de los polímeros son la causa de que este material sea muy empleado en la industria y la vida cotidiana, ya que por tener más grandes sus cadenas moleculares, estas se atraen con mayor fuerza y los hace más resistentes. Esto depende directamente de la composición química que se realice en el laboratorio”

Quiere decir que, en la industria mecánica los polímeros son utilizados en gran cantidad, permitiendo fabricar partes para máquinas y herramientas según las características que se necesiten. Los plásticos según sea su composición, pueden ser rígidos para transmitir fuerzas o resistir cargas, aun así tienden a ser quebradizos, o bien polímeros elásticos para adaptarse a espacios, ante una carga aceptable se desforma, pero vuelven a su forma original al retirar la carga.

Reciclaje y Contaminación

Por otro lado en el artículo publicado el 9 de Agosto del 2007, en http://polimeros-plastiko.blogspot.com/2007/08/reciclaje-y-contaminacin-por-polmeros.html nos habla del perjuicio al planeta por el uso desmedido de estos productos que en muchos casos pueden ser reciclados o reutilizados pero que en contra parte con los productos hechos de aluminio cuyo reciclaje es de aproximadamente en un 29% a nivel mundial mientras que los productos hechos de polímeros como los plásticos su porcentaje es de apenas del 2%.

Cito fragmentos de su publicación: “Reciclaje. - El reciclado mecánico de los plásticos se considerará exclusivamente para aquellos productos procedentes del consumo, es decir, para aquellos que ya hayan tenido una primera utilización y no el de aquellos que son el resultado de una producción fallida o de restos de fabricación. El procedimiento que se sigue para reciclar mecánicamente plásticos consiste en trocear el material e introducirlo en una extrusora para fabricar granza reciclada y después transformarla.”

“Contaminación por Polímeros. - En la naturaleza siempre han existido las materias que contengan los polímeros, como el látex, el algodón, la madera, etc. Han coexistido por millones de años con la naturaleza pero siempre de una forma controlada y en pequeñas cantidades, ya que la naturaleza se demora una eternidad en procesarlas y devolverlas a ella. El problema es que las personas al crear nuevos productos, e utilizar los polímeros causa que las industrias hagan una mayor cantidad de ellas y al tiempo esos se producen un problema, porque hay muy pocas organismos que se encarguen en el procesamiento y tan solo al aumentar los avances tecnológicos de estos productos causa que ya no pueda ser reutilizados o tan solo el costo para hacerlo sea mucho más alto.”

Existiendo de este modo un beneficio en cuanto al costo y variedad de productos que se fabrican usando polímeros así como un perjuicio provocado por el uso de los mismos desde su fabricación hasta su tu termino de vida útil.

CONCLUSIÓN

Desde la creación del primer Polímero sintético hace más de cien años hasta ahora se han convertido en parte primordial del día a día por sus propiedades para adquirir cualquier forma imaginable y sus múltiples usos, para todo tipo de industria abaratando costos de producción y transporte, pero al mismo tiempo acarrean una problemática medio ambiental que debe ser solucionada por políticas serias que controlen el destino final de aquellos elementos cuya degradación toma cientos de años y las emisiones de las fábricas que los producen basados en los principios químicos que aquí se exponen.