Producción de polímeros
Antes de los primeros años de la década de 1920, los químicos dudaban de la existencia de moléculas con pesos moleculares superiores a unos pocos miles. Este punto de vista limitado fue cuestionado por Hermann Staudinger, un químico alemán con experiencia en el estudio de compuestos naturales como el caucho y la celulosa. En contraste con la racionalización predominante de estas sustancias como agregados de pequeñas moléculas, Staudinger propuso que estaban formadas por macromoléculas compuestas por 10.000 o más átomos. Formuló una estructura polimérica para el caucho, basada en una unidad repetitiva de isopreno (denominada monómero). Por sus aportaciones a la química, Staudinger recibió el Premio Nobel en 1953. Los términos polímero y monómero derivan de las raíces griegas poly (muchos), mono (uno) y meros (parte).
El reconocimiento de que las macromoléculas poliméricas constituyen muchos materiales naturales importantes fue seguido por la creación de análogos sintéticos con diversas propiedades. De hecho, las aplicaciones de estos materiales como fibras, películas flexibles, adhesivos, pinturas resistentes y sólidos resistentes pero ligeros han transformado la sociedad moderna. En los siguientes apartados se analizan algunos ejemplos importantes de estas sustancias.
Polimerización por adición
donde ms (g) es el peso del polímero hinchado tras la centrifugación en una pequeña columna con fondo de vidrio fritado y md (g) es el peso del polímero tras el secado a 105 °C durante 24 h [39].Caracterización del tamaño y la polidispersidad de las microesferas El tamaño medio de las microesferas de diámetro y el número SPAN (el índice de polidispersidad característico) se detectaron mediante el Mastersizer X (Malvern Instruments GmbH, Alemania). El índice de polidispersidad se calculó a partir de la ecuación (2) [40]:SPAN=d90-d10d50(2)
donde Co y Ce (mmol L-1) son la concentración inicial de BPA y su concentración en el equilibrio, respectivamente, V (L) es el volumen de la solución, y m (g) es la masa del polímero seco utilizado [35].Además, el coeficiente de distribución (KBPA) se calculó como una relación entre la cantidad de BPA adsorbida en 1 g de polímero y la cantidad de bisfenol A en el equilibrio en 1 mL de solución (Ecuación (4)) [41]:KBPA=qBPA⋅ρCe(4)
donde ρ (g L-1) es la densidad de la solución de BPA.Isotermas de adsorción Para obtener las isotermas de adsorción, se agitaron 0,1 g de adsorbente seco y 50 mL de soluciones que contenían 0,2-2,0 mmol L-1 de BPA a 25 y 35 °C durante 24 h. Tras alcanzar el equilibrio, los adsorbentes se separaron de la solución por filtración y se determinó la concentración de BPA en la solución mediante espectroscopia UV-Vis (λmax = 276 nm). La capacidad de adsorción se calculó mediante la ecuación (1). Los datos de adsorción se evaluaron aplicando las isotermas de Langmuir, Freundlich y Scatchard.La isoterma de Langmuir asume que se forma una monocapa de moléculas en la superficie del adsorbente. La forma lineal de la ecuación de Langmuir puede darse como sigue (ecuación (5)):1qe=1qmbLCe+1qm(5)
La polimerización explicada
Un polímero es una sustancia compuesta por macromoléculas[2]. Una macromolécula es una molécula de alta masa molecular relativa, cuya estructura comprende esencialmente la repetición múltiple de unidades derivadas, real o conceptualmente, de moléculas de baja masa molecular relativa[3].
es una sustancia o material formado por moléculas muy grandes, o macromoléculas, compuestas por muchas subunidades repetidas[6]. Debido a su amplio espectro de propiedades,[7] tanto los polímeros sintéticos como los naturales desempeñan papeles esenciales y ubicuos en la vida cotidiana[8] Los polímeros van desde los conocidos plásticos sintéticos, como el poliestireno, hasta los biopolímeros naturales, como el ADN y las proteínas, que son fundamentales para la estructura y la función biológicas. Los polímeros, tanto naturales como sintéticos, se crean mediante la polimerización de muchas moléculas pequeñas, conocidas como monómeros. Su masa molecular consecuentemente grande, en relación con los compuestos de moléculas pequeñas, produce unas propiedades físicas únicas que incluyen dureza, alta elasticidad, viscoelasticidad y una tendencia a formar estructuras amorfas y semicristalinas en lugar de cristales.
Polimerización por crecimiento de la cadena
Los polímeros sintéticos se producen mediante reacciones químicas, denominadas “polimerizaciones”. Las polimerizaciones se producen de diversas formas -demasiadas para examinarlas aquí-, pero estas reacciones consisten en la unión química repetitiva de moléculas individuales, o monómeros. Diversas combinaciones de calor, presión y catálisis alteran los enlaces químicos que mantienen unidos a los monómeros, haciendo que se unan entre sí. La mayoría de las veces lo hacen de forma lineal, creando cadenas de monómeros llamadas polímeros.
Algunas polimerizaciones unen monómeros enteros, mientras que otras sólo unen porciones de monómeros y crean materiales “sobrantes”, o subproductos. Se pueden formar copolímeros utilizando dos o más monómeros diferentes. Y dos o más polímeros pueden combinarse para producir una aleación, o mezcla, que muestre las características de cada componente.
Por ejemplo, consideremos el polietileno, un plástico común que se encuentra en artículos como bolsas de supermercado, juguetes y botellas. El monómero etileno está compuesto por dos átomos de carbono, cada uno de ellos unido a dos átomos de hidrógeno y que comparten un doble enlace entre sí. El polietileno está formado por una cadena de átomos de carbono con un solo enlace, cada uno de los cuales sigue llevando sus dos átomos de hidrógeno.