Ensayo polimerizacion

POLIMERIZACIÓN

Es bien conocido que desde los comienzos de la humanidad el hombre ha recurrido a los recursos que le ofrece su entorno para elevar su nivel de vida, es así como ha descubierto diversas clases de materiales que le ayuden a desenvolverse en distintas tareas como  los metales, los materiales cerámicos y los polímeros que han sido el “boom” y que revisten gran importancia en la sociedad industrial moderna, es por esto, que en el presente se aborda de manera clara los procesos de polimerización utilizados para obtener una molécula polimérica y por ende un material plástico, estos últimos tiene una amplia gama de aplicaciones que van desde productos de uso casero hasta piezas y partes de ingeniería. La facilidad para alterar sus propiedades manipulando su composición química y su estructura molecular, ha permitido desarrollar gran cantidad de materiales y grados para diferentes aplicaciones. 

Primeramente se define el concepto de polímeros como macromoléculas, se llaman de esta forma por su masa molecular alta, este grupo de materiales están formados por unidades estructurales que se repiten, estas unidades reciben en nombre de monómeros.

Este tipo de material que en le ha sido muy útil al hombre para diversas actividades diarias, está conformado específicamente por dos grupos: polímeros naturales y sintéticos, los primeros son aquellos que proceden de los seres vivos y se conocen  desde la antigüedad, tales como el algodón, la seda y el caucho. Los polisacáridos, ácidos nucleídos y proteínas forman parte de este grupo y cumplen funciones biológicas para el ser humano, por ende se le ha agrupado o llamado como “biopolimeros”. Por otra parte, los polímeros sintéticos son creados artificialmente en un laboratorio o industria, como por ejemplo el polietileno, polestireno, poliuretano entre muchos otros.

Por consiguiente, antes de abordar el tema de principal interés que es la polimerización, cabe anotar que los polímeros tienen ciertos factores importantes que influyen en su proceso como lo son el tamaño y la estereoquímica, debido a que sus propiedades físicas y sus utilidades depende de su peso molecular como por ejemplo: nylon; las interacciones inter- o intra-moleculares no covalentes están muy relacionadas con la estereoquímica. Los polímeros se pueden encontrar en tres formas físicas diferentes: cristalinos, amorfos y parcialmente cristalinos.

Por otra parte, la reacción química por la cual se obtienen los polímeros se denomina polimerización. Existen muchas de estas reacciones y son de distintas clases. Pero todas las polimerizaciones tienen un detalle en común “comienzan con moléculas pequeñas, que luego se van uniendo entre sí para formar moléculas gigantes”.

Si nos retomamos a la historia el puntapié inicial en la síntesis de polímeros fue en 1869, con la obtención de un nuevo material a partir de la celulosa: el celuloide, y con ello, el nacimiento del cine. Años más tarde, el descubrimiento de la estructura de la seda, un polímero natural, permitió comprender sus asombrosas propiedades y poder sintetizar la seda artificial, a la que llaman nylon.

La polimerización no es más que el proceso químico, mediante calor, luz, o un catalizador, se unen varias moléculas de un compuesto generalmente de carácter no saturado llamado monómero para formar una cadena de múltiples eslabones, moléculas de elevado peso molecular y de propiedades distintas, llamadas polímeros. Existen dos tipos de polimerización por adición y condensación.

La polimerización por adición donde todas las partes de monómero se convierten en partes del polímero, es decir, son reacciones en las que enlaces múltiples se transforman en enlaces sencillos. Pueden ser reacciones de adición a enlaces sencillo, dobles, tiples entre carbono y carbono o a si vez, a grupos carbonilo o nitrilo.

Las etapas de la polimerización de adición se resumen en tres: iniciación, en la que participa como reactivo una molécula llamada iniciado, propagación, en la que la cadena comienza alargarse por repetición del monómero y terminación, donde se interrumpe el proceso de propagación y la cadena deja de crecer, ya que se han agotado los monómeros.

En la polimerización por adición hay que tener en cuenta ciertos aspecto, tales como, el iniciador reacciona con una molécula del monómero para dar un intermediario que vuelve a reaccionar sucesivamente con moléculas del monómero para dar nuevos intermediarios, las cadenas crecen no se unen, la masa molecular del polímero es un múltiplo exacto de la nada molecular del monómero, pues al formarse la cadena los monómeros se unen sin  perder ningún átomo, desde mi punto de vista, esto puede ser falso porque en los procesos a nivel industrial se evalúan otras variables que pueden incidir en el proceso y hacen que esto no sea totalmente exacto.

Entre las características de este tipo de polimerización se destaca su alto grado de polimerización, monómero es consumido relativamente lento, la masa molecular aumenta rápidamente por lo que necesita etapa de iniciación, la velocidad aumenta inicialmente conforme se generan los iniciadores; después se mantiene constante.

Seguidamente, se menciona ejemplos de polimerización por adicion: el eteno se convierte en polieteno, propeno-polipropeno, cloroeteneno-policloroeteno o PVC, Tetrafluoroeteno-polifluoroeteno o teflón.

En la polimerización por adición el primer paso es romper el enlace, dejando electrones desapareados esto hace que sea atraído otro monómero y así se sigue formando la cadena polimérica. Cuando se va a iniciar la reacción, el primero monómero no es capaz por si solo de romper el enlace es por esto que requiere un iniciador, la reacción tiene que acabar y hay dos formas para finalizarla, la primera es llamada acoplamiento, esta sucede cuando dos electrones no apareados de dos cadenas diferentes que están creciendo se entrecruzan, permitiendo que sus respectivas cadenas se acoplen, la segunda forma es llamada desproporcionalizacion, se da cuando una última cadena con electrones desapareados no arrebata un átomo de carbono si no uno de hidrogeno y deja la cadena con un enlace doble

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Otro tipo de polimerización es por condensación donde algunos átomos de monómeros no son incluidos en el polímero resultante, por lo que se produce una pequeña molécula como residuo. Para este caso el polímero es formado porque los monómeros que intervienen tienen más de un grupo funcional capaz de reaccionar con el grupo de otro monómero.

 Los grupos asidos carboxílico, amino, alcohol son las funciones más utilizadas para estos fines.

Este tipo de polimerización como se menciono anteriormente se preparan a partir de di-ácidos con di-aminas orgánicas, pero también se pueden obtener desde un único monómero con dos grupos funcionales diferentes en los extremos de la cadena.

Entre las características se puede resaltar que, las unidades del monómero tienen grupos funcionales que pueden reaccionar entre sí, las reacciones son más lentas y el crecimiento es a saltos en lugar de unidad a unidad, los intermediarios de peso molecular, se le llama oligomeros, y se pueden aislar y son de distintos tamaños entre sí, no es necesario un iniciador como en la polimerización por adición, la velocidad decrece para estabilizarse.

Existen cuatro mecanismos de síntesis de polímeros que son: mecanismo radical, aniónico, catiónico y con estequiometria controlada.

En el mecanismos por radical, se llaman así porque utilizan radicales libres que son átomos o grupos de átomos que tienen un electrón desapareado en capacidad de aparearse lo que los hace muy reactivos. El mecanismo anionico esta favorecido para vinil-olefinas, el iniciador es un reactivo de Grignard o un organolitico.  En el mecanismo cationico el intermediario debe ser un carbocation  y por ultimo en el de estereoquímica controlada que tiene varias ventajas la utilización de este mecanismo como por ejemplo su elevada actividad catalítica, elevado control estereoquímica.

Los procesos de polimerización no son perfectos, en el sentido de que no ofrecen la posibilidad de obtener cadenas exactamente con la misma cantidad de monómeros. Por lo cual, un valor de masa molecular promedio aritméticamente no es representativo de la masa molecular del polímero; es por esto que utilizan valores con significado estadístico para cuantificar la masa molecular de los polímeros: la masa molecular en promedio en número y la masa molecular promedio en peso.

En conclusión, a nivel industrial a partir  de los procesos de polimerización se obtienen muchos de los plásticos que diariamente se utilizan en la industria y en la cotidianidad, entre los más destacados son polietileno, poliestireno, polipropileno, policloruro de vinilo (PVC) entre  otros, la tarea ahora es hacer de todos estos productos que sean amigables con el medio ambiente y sean biodegradables.