Polímeros Español
La forma más común 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.
Polímero semicristalino
La cristalización de los polímeros es un proceso asociado a la alineación parcial de sus cadenas moleculares. Estas cadenas se pliegan y forman regiones ordenadas denominadas laminillas, que componen estructuras esferoidales más grandes denominadas esferulitas[1][2] Los polímeros pueden cristalizar al enfriarse tras la fusión, el estiramiento mecánico o la evaporación del disolvente. La cristalización afecta a las propiedades ópticas, mecánicas, térmicas y químicas del polímero. El grado de cristalinidad se estima mediante diferentes métodos analíticos y suele oscilar entre el 10 y el 80%, y los polímeros cristalizados suelen denominarse “semicristalinos”. Las propiedades de los polímeros semicristalinos están determinadas no sólo por el grado de cristalinidad, sino también por el tamaño y la orientación de las cadenas moleculares.
Los polímeros se componen de largas cadenas moleculares que forman espirales irregulares y enredadas en la masa fundida. Algunos polímeros conservan esa estructura desordenada al congelarse y se convierten fácilmente en sólidos amorfos. En otros polímeros, las cadenas se reorganizan tras la congelación y forman regiones parcialmente ordenadas con un tamaño típico del orden de 1 micrómetro[3] Aunque sería energéticamente favorable que las cadenas del polímero se alinearan en paralelo, dicha alineación se ve obstaculizada por el enredo. Por lo tanto, dentro de las regiones ordenadas, las cadenas de polímeros están alineadas y plegadas a la vez. Por lo tanto, estas regiones no son ni cristalinas ni amorfas y se clasifican como semicristalinas. Ejemplos de polímeros semicristalinos son el polietileno lineal (PE), el tereftalato de polietileno (PET), el politetrafluoroetileno (PTFE) o el polipropileno isotáctico (PP)[4].
Amorfo frente a cristalino
La cristalinidad define el grado de orden de largo alcance de un material y afecta en gran medida a sus propiedades. Cuanto más cristalino es un polímero, más regularmente se alinean sus cadenas. Al aumentar el grado de cristalinidad, aumenta la dureza y la densidad. Esto se ilustra en el poli(etileno).
El HDPE (polietileno de alta densidad) está compuesto por cadenas lineales con pocas ramificaciones. Las moléculas se empaquetan estrechamente, lo que da lugar a un alto grado de orden. Esto lo hace rígido y denso, y se utiliza para las botellas de leche y los tubos de desagüe.
Las numerosas ramificaciones cortas del LDPE (poli(etileno) de baja densidad) interfieren con el estrecho empaquetamiento de las moléculas, por lo que no pueden formar una estructura ordenada. Su menor densidad y rigidez lo hacen adecuado para su uso en películas como las bolsas de plástico y el envasado de alimentos.
A menudo, los polímeros son semicristalinos, existiendo en algún punto de la escala entre lo amorfo y lo cristalino. Suelen consistir en pequeñas regiones cristalinas (cristalitos) rodeadas de regiones de polímero amorfo.
Polímero übersetzung
En 1920, el químico Hermann Staudinger postuló en la ETH de Zúrich la existencia de macromoléculas formadas por muchos módulos idénticos engarzados como una cadena. En un principio, esto le valió burlas e incomprensión en los círculos profesionales. Sin embargo, Staudinger tuvo razón: hoy las macromoléculas descritas como polímeros se conocen como plásticos, y en 1950 ya se producía un kilogramo per cápita en todo el mundo.
Hoy, más de noventa años después del descubrimiento de Staudinger -por el que el químico fue galardonado con el Premio Nobel en 1953- se fabrican cada año unos 150 millones de toneladas de plásticos. Se ha desarrollado una industria gigantesca, sin cuyos productos nuestra vida cotidiana ya no es imaginable.
Imagen de microscopía electrónica de transmisión filtrada de un haz de polímeros bidimensionales que muestra su estructura regular (periódica) en la dirección de las capas y, por tanto, las unidades de repetición areal. (Imagen: Empa / ETH Zurich)
El quid de la cuestión era crear monómeros oligofuncionales de forma que se unieran de forma puramente bidimensional en lugar de lineal o incluso tridimensional. Los polímeros de este tipo deben tener tres o más enlaces covalentes entre las unidades que se repiten regularmente. Los científicos tuvieron que averiguar qué química y entorno de unión eran los más adecuados para producir este tipo de “alfombra molecular”.