INTRODUCCION A LA QUIMICA DE LOS POLIMEROS

Introducción

1.1. Los plásticos en nuestras vidas

En la prisa del día a día no nos damos cuenta de los objetos que nos rodean. Estos objetos son producidos a partir de diferentes materiales como madera, metales, rocas, cerámica, vidrio, huesos, etc. Entre los materiales más utilizados actualmente, se destacan los plásticos. Cada día el empleo de polimeros plásticos y cauchos alcanza un papel más importante, y por que no decir, fundamental en nuestras vidas.

Los polimeros se utilizan en grande escala en la producción de embalajes, principalmente de productos alimentarios, utensilios domésticos y electro-domésticos, además de sus aplicaciones científico-tecnológicas en diversas áreas de la industria. La popularización de los plásticos se debe, basicamente a su bajo coste de producción, poco peso, elevada resistencia y a la posibilidad de empleo en la fabricación de piezas en las más variadas formas, tamaños y colores.

Es extremamente común observar piezas que anteriormente se producían con otros materiales, particularmente madera o metal, se han substituido por otras de plástico. Esas piezas, cuando están adecuadamente proyectadas, cumplen su papel, presentando en la mayoría de las veces, un desempeño superior al del material antes utilizado.

Un ejemplo de ventaja en la substitución de material son los paragolpes de los automóviles. Hasta muy poco tiempo atrás, los coches los traían de hierro-cromado. Con el tiempo se oxidaban (sufrían CORROSIÓN ) y se deformaban facilmente frente a pequeños impactos. Hoy, casi todos los automóviles tienen paragolpes de plástico, que no se oxidan, absorben el impacto con más eficiencia, además de ser más bonitos y más baratos. Muchas otras piezas también son de polimeros tales como el panel, el volante, el forro del techo, el forro y la guarnición de los asientos, partes de los cinturones de seguridad, carpelo, calotas, hilos de electricidad (hilos metálicos recubiertos de plástico), las mangueras, los reservatórios de líquidos, las juntas, además de las vedas y neumáticos, los quales son de goma. Por lo tanto, grande parte del coche que tu utilizas todos los días para ir a trabajar está constituido por piezas de plástico o goma, que permiten que sea mas cómodo y seguro. Otra ventaja de la utilización de los plásticos en los coches es la reducción del peso de los vehículos con la consecuente disminución del consumo de combustible, resultando en una mayor economía para el usuario.

A pesar de que los polimeros proporcionan varias ventajas, algunos inconvenientes también han surgido. Los plásticos, diferentemente do otros materiales, tardan mucho tiempo para DEGRADARSE, por lo que permanecen practicamente intactos durante años, causando problemas ambientales. Iniciativas para la solución de este problema son actualmente importantes, entre ellas el reciclaje de los plásticos o su utilización como fuente alternativa de energía, por COMBUSTIÓN.

En general, las personas tienen poco o ningún conocimiento sobre lo que es un plástico, cómo se obtiene, qué tipos de plástico hay y sus aplicaciones, ni cuáles son los procesos de transformación. Estas informaciones son importantes para quien trabaja en la comercialización de plásticos, en industrias de producción o de transformación de plástico, para jóvenes universitarios de las áreas de química y de ingeniería de materiales, o apenas curiosos sobre el asunto. Por lo tanto, el objeto principal de este curso es atender a estas personas esclareciendo sus dudas e introduciéndolas al mundo de los plásticos y cauchos.

En las lecciones que componen este curso serán tratados los conocimientos básicos sobre plásticos y caucho, sus fuentes de materia prima, cómo se obtienen, y los principales procesos para su transformación en artefactos, estos objetos con que convivimos todos los días.

1.2. ¿Qué es un plástico?

Aparentemente, una pieza de plástico es similar a cualquier otra, esto es, todos los artefactos de plástico parecen hechos del mismo material, variando apenas el color y el formato. En realidad, existen varios tipos de plásticos y cauchos, que poseen propiedades y estructuras químicas diferentes. Por ejemplo, un plástico que se utiliza en la fabricación de un pozal no es el mismo que el utilizado en la producción de un CD.

Veamos de qué se trata un plástico.

El plástico está constituido de MOLÉCULASsintéticas, o sea, producidas por el hombre, llamadas polímero (del griego: poli – muchas, mero – partes). Los polímeros son, por tanto, moléculas basicamente lineales, generalmente de origen orgánica, constituidas por la unión de moléculas de bajo PESO MOLECULAR . Estas se denominan monómeros y se unen por intermedio de REACCIONES QUÍMICAS (Figura 1). Un ejemplo ilustrativo es una cadena (el polímero) cuyos eslabones corresponden a los monómeros. Es así que los polímeros pueden ser definidos químicamente como moléculas relativamente grandes, de pesos moleculares del orden de 1.000 a 1.000.000, en cuya estructura se encuentran unidades químicas sencillas repetidas una a continuación de otra (meros). Polietileno, polipropileno, poliestireno, poliester, nylon, y teflon® son ejemplos de polímeros industriales.

MONÓMERO                 POLÍMERO

 Figura 1 - Relación monómero-polímero 
 

En la Figura 1, el etileno es el monómero que, después de reaccionar con várias otras moléculas iguales a él, forma el polímero polietileno, o simplemente, PE. La reacción química para la obtención del polímero se llama polimerización. En la estructura de la molécula del PE, la unidad -CH2-CH2- se repite indefinidamente y depende del número de moléculas de etileno que reaccionaron entre sí (n) para formar el polímero. El índice (n) (o DP) del polímero es conocido como grado de polimerización y representa el número de meros existentes en cada cadena polimérica.

La característica principal de los polímeros es tener un peso molecular alto, lo que afecta decisivamente a las propiedades químicas y físicas de éstas moléculas. Cuanto mayor sea el grado de polimerización, más elevado será el peso molecular del polímero. Los polímeros de peso molecular más elevado son designados altos polímeros, y los de bajo peso molecular oligómeros (del griego: pocas partes).

Además de los polímeros sintéticos, se encuentran en la naturaleza otras moléculas de peso molecular muy alto, que pueden tener origen inorgánico, como por ejemplo el diamante, el grafito y los silicatos; o de origen orgánico (biológico), como los polisacáridos (celulosa y almidón), proteínas (colágeno, hemoglobina, hormonas, albúmina, etc.) y los ácidos nucleicos (DNA y RNA). Tanto los polímeros como estas moléculas son clasificados como macromoléculas. O sea, las macromoléculas son COMPUESTOS tanto de origen natural como sintético, con elevado peso molecular y estructura química a veces compleja. Por tanto, la lana, el cuero, la madera, el cabello, el cuerno, la seda natural, la uña y el caucho natural extraído del jebe (Hevea Brasiliensis) son ejemplos de materiales cotidianos constituidos por macromoléculas naturales orgánicas. Estas sustancias naturales generalmente no presentan unidades estructurales tan iguales ni tan regularmente repetidas como las sintéticas, pero sí una complejidad que resulta en propiedades inigualables.

La definición de plástico, como veremos adelante, está relacionada al comportamiento mecánico del polímero. Por tanto, debe tenerse cuidado, pues no todos los materiales a que llamamos plásticos o materia plástica pueden ser clasificados como tales.

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GLOSSÁRIO

COMBUSTIÓN: reacción química en que una substancia reacciona rapidamente con oxígeno con gran producción de calor, luz y llama

COMPUESTO: substancia formada para la combinación de elementos en proporciones definidas

CORROSIÓN (oxidación):Ataque químico u electroquímico sobre la superficie de un metal

DEGRADACIÓN: tipo de reacción de la química orgánica, en etapas, donde un compuesto se convierte en otro más sencillo

MOLÉCULA: unidad fundamental con que se forma un compuesto químico

PESO MOLECULAR (PM): relación entre el promedio de la masa de una substancia, por molécula de su composición isotópica específica, y 1/12 avo de la masa del átomo de carbono-12

REACCIÓN QUÍMICA: una transformación en que uno o más elementos químicos o compuestos, forman otros

 

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Cuestionario

1. La principal diferencia entre los polimeros está:
a) En sus estructuras químicas y propiedades
b) En la forma y tamaño de los objetos producidos
c) En el tipo de artefacto fabricado
d) No hay diferencia entre los plásticos .

2. El problema ambiental provocado por los plásticos puede ser solucionado a través:
a) De la fabricación de plásticos indestructibles
b) No hay solución para este problema
c) Del reciclaje
d) Reducir el consumo de plásticos

3. Indique cual de las afirmativas siguientes es correcta
a) Todos los polímeros son plásticos
b) Todas las macromoléculas son polímeros
c)Todos los monómeros son polímeros
d) Todos los plásticos son polímeros

4. Los monómeros son moléculas que:
a) Se forman a partir de la degradación de los polímeros
b) Reaccionan para formar polímeros
c) Son formadas durante la polimerización
d) Son polímeros inorgánicos

5. La unidad química que se repite en la estructura química de un polímero es llamada de:
a) Oligómero
b) Multímero
c) Mero
d) Dímero

6. La polimerización es una reacción química entre:
a) Un monómero y un polímero
b) Dos polímeros
c) Moléculas de bajo peso molecular - monómeros
d) Dos macromoléculas

7. Como el grado de polimerización ( DP ) afecta el peso molecular ( PM ) de un polímero:
a) Al aumentarse el DP, el PM puede aumentar o disminuir dependiendo del polímero
b) Al disminuirse el DP el PM aumenta
c) No hay ningún efecto de DP sobre PM
d) Al aumentarse el DP el PM aumenta

8. Oligómeros y altos polímeros son, respectivamente:
a) Polímeros con PM alto y bajo
b) Un monómero de PM alto es un polímero de PM alto
c) Polímeros con PM bajo y alto
d) Un polímero de PM bajo es un monómero de PM moderado

9. Cuál de las afirmativas siguientes es incorrecta:
a) Los polímeros son macromoléculas sintéticas
b) Las macromoléculas son moléculas con estructura química simple
c) La hemoglobina es una macromolécula natural orgánica
d) Las macromoléculas naturales pueden ser de origen orgánico o inorgánico

10. Indique en cuál de los ítens relacionados a seguir los materiales son macromoléculas orgánicas naturales.
a) Hormónios, silicato, y nylon
b) Colágeno, celulosa y DNA
c) Poliester, RNA y almidón
d) Grafito, albúmina, y teflón

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