Introducción a los polímeros
El campo de los materiales está representado principalmente por la cerámica, los metales y los polímeros. Aunque se han producido notables mejoras en el ámbito de la cerámica y los metales, es el campo de los polímeros el que ha experimentado una explosión de progreso. Los polímeros han pasado de ser sustitutos baratos de los productos naturales a ofrecer opciones de alta calidad para una amplia variedad de aplicaciones. En los próximos años cabe esperar que se produzcan más avances y progresos que sirvan de apoyo a la economía.
Los polímeros se derivan del petróleo, y su bajo coste tiene su origen en la abundancia de la materia prima, en el ingenio de los ingenieros químicos que idearon los procesos de fabricación y en las economías de escala que han surgido con el aumento del uso. Menos del 5% del barril de petróleo se utiliza para polímeros, por lo que es probable que el petróleo siga siendo la principal materia prima en un futuro indefinido. Los polímeros constituyen una parte de alto valor añadido de la base de clientes del petróleo y han dado lugar a una creciente competencia internacional en la fabricación de materiales básicos, así como de termoplásticos de ingeniería y polímeros especiales.
Propiedades de los polímeros
La forma más habitual de clasificar los polímeros es separarlos en tres grupos: termoplásticos, termoestables y elastómeros. Los termoplásticos pueden dividirse en dos tipos: los que son cristalinos y los que son amorfos.
Las moléculas de un termoplástico se mantienen unidas por fuerzas intermoleculares relativamente débiles, de modo que el material se ablanda cuando se expone al calor y vuelve a su estado original cuando se enfría. Los polímeros termoplásticos pueden ablandarse repetidamente por calentamiento y solidificarse por enfriamiento, un proceso similar al de la fusión y el enfriamiento repetidos de los metales. La mayoría de los polímeros lineales y ligeramente ramificados son termoplásticos. Todos los principales termoplásticos se producen por polimerización en cadena.
Los plásticos termoestables, o termoestables, se solidifican o “cuajan” de forma irreversible cuando se calientan; no pueden volver a formarse mediante el calentamiento. Los termoestables suelen ser polímeros tridimensionales en red en los que existe un alto grado de reticulación entre las cadenas de polímeros. La reticulación restringe el movimiento de las cadenas y da lugar a un material rígido. A continuación se muestra una estructura esquelética simulada de un polímero en red con una alta densidad de reticulación.
Clasificación de los polímeros según su origen
La palabra “polímero” está formada por dos palabras griegas: poly significa muchos y mer significa unidad o parte pequeña. El polímero se define como moléculas muy grandes de gran masa molecular. También se conocen como macromoléculas, que se forman por la unión de unidades estructurales pequeñas repetidas a gran escala. Las unidades estructurales repetitivas se derivan de algunas moléculas simples y reactivas conocidas como monómeros y se unen entre sí mediante enlaces covalentes. Este proceso de formación de polímeros a partir de los respectivos monómeros se denomina polimerización. La transformación del eteno en polietileno y la interacción de la hexametilenodiamina y el ácido adípico que da lugar a la formación del Nylon-6, 6 son ejemplos de dos tipos diferentes de reacciones de polimerización.
Polímeros naturales y sintéticos.Polímeros orgánicos e inorgánicos.Polímeros termoplásticos y termoestables.Clasificación basada en la estructura de los polímeros.Polímeros de adición y condensación.Homopolímeros y copolímeros.Fibras, plásticos y elastómeros. Polímeros lineales ramificados y reticulados.
Diagrama de flujo de la clasificación de los polímeros
La palabra polímero deriva de las palabras griegas clásicas poly que significa “muchos” y meres que significa “partes”. En pocas palabras, un polímero es una molécula de cadena larga que está compuesta por un gran número de unidades repetitivas de idéntica estructura. Algunos polímeros, como las proteínas, la celulosa y la seda, se encuentran en la naturaleza, mientras que muchos otros, como el poliestireno, el polietileno y el nailon, sólo se producen por vías sintéticas. En algunos casos, los polímeros naturales también pueden producirse sintéticamente. Un ejemplo importante es el caucho natural (Hevea), conocido como poliisopreno en su forma sintética.
Los polímeros que son capaces de alcanzar una gran extensión en condiciones ambientales encuentran importantes aplicaciones como elastómeros. Además del caucho natural, hay varios elastómeros sintéticos importantes, como el nitrilo y el caucho butílico. Otros polímeros pueden tener características que permiten su fabricación en fibras largas adecuadas para aplicaciones textiles. Las fibras sintéticas, principalmente el nailon y el poliéster, son buenos sustitutos de fibras naturales como el algodón, la lana y la seda.