Polímeros lineales
ImprimirExisten cuatro estructuras básicas de polímeros que se muestran en la siguiente figura. En la práctica, algunos polímeros pueden contener una mezcla de las distintas estructuras básicas. Las cuatro estructuras básicas de los polímeros son: lineal, ramificada, reticulada y en red.
Los polímeros lineales parecen “espaguetis” con cadenas largas. Las cadenas largas suelen mantenerse unidas por los enlaces más débiles de Van der Waals o de hidrógeno. Dado que estos tipos de enlaces son relativamente fáciles de romper con el calor, los polímeros lineales suelen ser termoplásticos. El calor rompe los enlaces entre las cadenas largas, lo que permite que las cadenas fluyan entre sí y que el material pueda volver a moldearse. Al enfriarse, los enlaces entre las cadenas largas vuelven a formarse, es decir, el polímero se endurece.
Los polímeros ramificados se asemejan a los polímeros lineales con la adición de cadenas más cortas que cuelgan de la columna vertebral del espagueti. Dado que estas cadenas más cortas pueden interferir en el empaquetamiento eficaz de los polímeros, los polímeros ramificados tienden a ser menos densos que los polímeros lineales similares. Dado que las cadenas cortas no hacen de puente entre una columna vertebral más larga y otra, el calor suele romper los enlaces entre las cadenas del polímero ramificado y permite que el polímero sea termoplástico, aunque hay algunos polímeros ramificados muy complejos que se resisten a esta “fusión” y, por tanto, se rompen (endureciéndose en el proceso) antes de ablandarse, es decir, son termoestables.
Propiedades de los polímeros lineales frente a los ramificados
Un polímero es una sustancia formada por moléculas de gran masa molecular compuestas por unidades estructurales repetidas, o monómeros, conectadas por enlaces químicos covalentes. La palabra deriva del griego, πολυ, polu, “muchos”; y μέρος, meros, “parte”. Ejemplos bien conocidos de polímeros son los plásticos, el ADN y las proteínas.
Aunque el término polímero en el uso popular sugiere “plástico”, los polímeros comprenden una gran clase de materiales naturales y sintéticos con una variedad de propiedades y propósitos. Los materiales poliméricos naturales, como la goma laca y el ámbar, se utilizan desde hace siglos. Los biopolímeros, como las proteínas (por ejemplo, el pelo, la piel y parte de la estructura ósea) y los ácidos nucleicos, desempeñan un papel crucial en los procesos biológicos. Existen otros polímeros naturales, como la celulosa, que es el principal componente de la madera y el papel.
A pesar de los importantes avances en la síntesis y la caracterización de los polímeros, la comprensión adecuada de la estructura molecular de los polímeros no llegó hasta la década de 1920. Antes de eso, los científicos creían que los polímeros eran grupos de pequeñas moléculas (llamados coloides), sin pesos moleculares definidos, mantenidos juntos por una fuerza desconocida, un concepto conocido como teoría de la asociación. En 1922, Hermann Staudinger propuso que los polímeros estaban formados por largas cadenas de átomos unidas por enlaces covalentes, una idea que no obtuvo una amplia aceptación durante más de una década y por la que Staudinger acabó recibiendo el Premio Nobel. Una importante contribución a la ciencia de los polímeros sintéticos fue la del químico italiano Giulio Natta y Karl Ziegler, que obtuvo el Premio Nobel de Química en 1963 por el desarrollo del catalizador Ziegler-Natta. En el siglo transcurrido, materiales poliméricos sintéticos como el nylon, el polietileno, el teflón y la silicona han constituido la base de una floreciente industria de polímeros.
Ejemplos de polímeros reticulados
Desde el punto de vista de las propiedades físicas generales, solemos reconocer tres tipos de polímeros sólidos: los elastómeros, los polímeros termoplásticos y los polímeros termoestables. Los elastómeros son gomas o materiales elásticos similares al caucho. Los polímeros termoplásticos son duros a temperatura ambiente, pero al calentarse se vuelven blandos y más o menos fluidos y pueden moldearse. Los polímeros termoestables pueden moldearse a temperatura ambiente o superior, pero cuando se calientan con más fuerza se vuelven duros e infusibles. Estas categorías se solapan considerablemente, pero son útiles para definir áreas generales de utilidad y tipos de estructuras.
Los polímeros termoendurecibles suelen estar hechos de sustancias de peso molecular relativamente bajo, normalmente semifluidas, que cuando se calientan en un molde se vuelven altamente reticuladas, formando así productos duros, infusibles e insolubles que tienen una red tridimensional de enlaces que interconectan las cadenas de polímeros (Figura 29-2).
Figura 29-2: Representación esquemática de la conversión de un polímero termoestable no reticulado en un polímero altamente reticulado. Los enlaces cruzados se muestran en una red bidimensional, pero en la práctica se forman redes tridimensionales.
Definición de polímeros reticulados
1. Una pequeña región en una macromolécula de la que se desprenden al menos cuatro cadenas, y que se forma por reacciones que implican sitios o grupos en macromoléculas existentes o por interacciones entre macromoléculas existentes.
2. En la mayoría de los casos, un enlace cruzado es una estructura covalente, pero el término también se utiliza para describir sitios de interacciones químicas más débiles, porciones de cristalitos e incluso interacciones físicas y enredos[1].
En química y biología, un enlace cruzado es un enlace o una secuencia corta de enlaces que une una cadena de polímeros con otra. Estos enlaces pueden adoptar la forma de enlaces covalentes o iónicos y los polímeros pueden ser polímeros sintéticos o naturales (como las proteínas).
Cuando se utiliza el término “reticulación” en el ámbito biológico, se refiere al uso de una sonda para unir proteínas con el fin de comprobar las interacciones proteína-proteína, así como a otras metodologías creativas de reticulación [no verificadas en el organismo].
Aunque el término se utiliza para referirse a la “unión de cadenas de polímeros” para ambas ciencias, el grado de reticulación y las especificidades de los agentes de reticulación varían mucho. Como en toda ciencia, hay solapamientos, y las siguientes delimitaciones son un punto de partida para comprender las sutilezas.