Historia de los polímeros
Los polímeros naturales, por ejemplo la lana, la seda o la celulosa se han empleado profusamente y han tenido mucha importancia a lo largo de la historia. Sin embargo, hasta finales del siglo XIX no aparecieron los primeros polímeros sintéticos. El desarrollo de los primeros polímeros creados por el hombre fue inducido a través de las modificaciones de polímeros naturales con el fin de mejorar sus propiedades físicas.
En 1839, Charles Goodyear modificó el caucho natural a través del calentamiento con azufre (vulcanización), ya que este por lo general era frágil a bajas temperaturas y pegajoso a altas temperaturas. Mediante la vulcanización el caucho se convirtió en una sustancia resistente a un amplio intervalo de temperaturas. Otro acontecimiento que contribuyo al desarrollo continuo de los polímeros fue la modificación de la celulosa que permitió el surgimiento de la fibra sintética llamada rayón.
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| Charles Goodyear |
Posteriormente, Leo Baekeland instauro el primer polímero totalmente sintético al que llamo baquelita; este se caracterizó por ser un material muy duradero y por provenir de otros materiales de bajo costo como el fenol y el formaldehído. Este compuesto llegó a tener gran éxito durante cierto tiempo.
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| Leo Hendrik Baekeland |
Independientemente de los avances aplicativos de los polímeros, no se tenía mucha información en cuanto a la estructura de estos. En la década de 1920, el químico alemán Hermann Staudinger fue el primero en instituir que los polímeros eran compuestos de gran peso molecular que se encontraban unidos mediante la formación de enlaces covalentes. Tal idea fue apoyada años más tarde por Wallace Carothers, los cuales llegaron a establecer concepciones similares. Estos conceptos dieron paso al desarrollo de la química de los polímeros tanto sintéticos como naturales. Posteriormente, Paul John Flory ampliaría el estudio sobre los mecanismos de polimerización.
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| Hermann Staudinger |
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| Wallace Carothers |
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| Paul J. Flory |
En los años 1950 el alemán Karl Ziegler y el italiano Giulio Natta desarrollaron los catalizadores de Ziegler-Natta que permitieron la polimerización estereoespecífica de alquenos.
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| Giulio Natta y Karl Ziegler |
En la segunda mitad del siglo XX se desarrollaron nuevos métodos de obtención, polímeros y aplicaciones como, por ejemplo, catalizadores metalocénicos, fibras de alta resistencia, estructuras complejas de polímeros, polímeros de cristal líquido, etc.
Concepto y clasificación
Un polímero (del griego poly, muchos; meros, parte, segmento) es una sustancia cuyas moléculas son, por lo menos aproximadamente, múltiplos de unidades de peso molecular bajo. La unidad de bajo peso molecular es el monómero. Si el polímero es rigurosamente uniforme en peso molecular y estructura molecular, su grado de polimerización es indicado por un numeral griego, según el número de unidades de monómero que contiene; así, hablamos de dímeros, trímeros, tetrámero, pentámero y sucesivos. El término polímero designa una combinación de un número no especificado de unidades. De este modo, el trióximetileno, es el trímero del formaldehído, por ejemplo.
Si el número de unidades es muy grande, se usa también la expresión gran polímero. Un polímero no tiene la necesidad de constar de moléculas individuales todas del mismo peso molecular, y no es necesario que tengan todas la misma composición química y la misma estructura molecular. Hay polímeros naturales como ciertas proteínas globulares y policarbohidratos, cuyas moléculas individuales tienen todas el mismo peso molecular y la misma estructura molecular; pero la gran mayoría de los polímeros sintéticos y naturales importantes son mezclas de componentes poliméricos homólogos. La pequeña variabilidad en la composición química y en la estructura molecular es el resultado de la presencia de grupos finales, ramas ocasionales, variaciones en la orientación de unidades monómeras y la irregularidad en el orden en el que se suceden los diferentes tipos de esas unidades en los copolímeros. Estas variedades en general no suelen afectar a las propiedades del producto final, sin embargo, se ha descubierto que en ciertos casos hubo variaciones en copolímeros y ciertos polímeros cristalinos.
Tipos de Polímeros
Muchas propiedades de los polímeros tales como su capacidad disolvente, propiedades químicas, resistencia, permeabilidad a gases, y propiedades eléctricas son importantes en la determinación del uso de un polímero específico en una aplicación específica. Sin embargo, la principal consideración en la determinación de la utilidad general de un polímero es su comportamiento mecánico, es decir, su deformación y características de flujo bajo estrés. El comportamiento mecánico de un polímero se puede caracterizar por sus propiedades de tensión-deformación.
Esto a menudo implica la observación del comportamiento de un polímero a medida que se aplica una tensión de tracción al mismo con el fin de alargar (deformar) hasta el punto donde se rompe (se separa). Los resultados por lo general se muestran como un gráfico de la tensión frente a la elongación (deformación). El estrés suele expresarse en newtons por centímetro cuadrado (N cm-2) o megapascales (MPa) donde 1 MPa = 100 N cm-2. La deformación es el incremento fraccional en la longitud de la muestra de polímero (es decir, ΔL / L, donde L es la, longitud de la muestra original sin estirar). La deformación también se puede expresar como el porcentaje de alargamiento, ΔL / L 100%. Aunque N cm-2 es la unidad SI para la tensión, psi (libras por pulgada cuadrada) se encuentra ampliamente en la literatura. El factor de conversión es 1 N cm-2 = 1.450 psi. Las unidades SI se utilizan en todo el texto y también se indican otras unidades de uso común.
La ciencia de los polímeros es un campo muy amplio que incluye muchos tipos de materiales que incorporan estructuras de cadena larga con muchas unidades repetidas. Una forma útil de clasificar los polímeros es por el comportamiento funcional. Estas categorías no son fijas en el sentido más estricto, o incluso particularmente precisas, y usted debe ser consciente de que algunos materiales pueden encajar en más de una categoría:
- Elastómeros son materiales flexibles o "gomosos" que se pueden deformar fácilmente y vuelven rápidamente a casi su forma y tamaño original una vez liberados de la tensión, lo que los hace capaces de formar sellos confiables. Cauchos naturales y sintéticos son ejemplos comunes de elastómeros.
- Los plásticos son materiales a los que se puede dar forma o moldear en condiciones adecuadas de temperatura y presión, y luego mantener su forma. En contraste con los elastómeros, los plásticos tienen una mayor rigidez y carecen de elasticidad reversible.
- Algunos plásticos, tales como el nailon y acetato de celulosa, se pueden formar en fibras. Estos tienen diferentes características mecánicas y son a menudo considerados como una clase separada de polímero.
Ejemplos de polímeros, fórmulas y aplicaciones
Polietileno:
- Bolsas de todo tipo: supermercados, boutiques,
panificación, congelados, industriales, etc.; - Películas para agro;
- Recubrimiento de acequias;
- Envasado automático de alimentos y productos industriales: leche, agua, plásticos, etc.;
-Envases para: detergentes, lejía, aceites automotor, champú, lácteos;
-Bolsas para supermercados;
-Bazar y menaje;
- Cajones para pescados, gaseosas, cervezas;
- Envases para pintura, helados, aceites;
Polipropileno:
-Moldeo por inyección de una gran diversidad de piezas, desde juguetes
hasta parachoques de automóviles
- Moldeo por soplado de recipientes huecos como por ejemplo botellas o depósitos de combustible
- Termo formado de, por ejemplo, contenedores de alimentos. En particular se utiliza PP para aplicaciones que requieren resistencia a alta temperatura (microondas) o baja temperatura (congelados).
- Producción de fibras, tanto tejidas como no tejidas.
-Extrusión de perfiles, láminas y tubos. - Moldeo por soplado de recipientes huecos como por ejemplo botellas o depósitos de combustible
- Termo formado de, por ejemplo, contenedores de alimentos. En particular se utiliza PP para aplicaciones que requieren resistencia a alta temperatura (microondas) o baja temperatura (congelados).
- Producción de fibras, tanto tejidas como no tejidas.
- Producción de película
Poliester:
-Fabricación
de envases para bebidas
-Fabricación
de vasijas en la ingeniería, medicina, agricultura etc.
-Sutura o
fijación ósea o para sustituir fragmentos óseos (biomedicina)
-Fabricación
de juguetes, agentes adhesivos, colorantes y pinturas
-Fabricación
de componentes eléctricos y electrónicos
-Fabricación
de cintas adhesivas, hilos de refuerzo para neumáticos.
-Fabricación
de carcasas, interruptores, capacitores
-Piezas para la industria automotriz
Politetrafluoretileno:
-En revestimientos de aviones, cohetes y naves espaciales debido a las
grandes diferencias de temperatura que es capaz de soportar.
-En la industria se emplea en elementos articulados, ya que su capacidad antifricción permite eliminar el uso de lubricantes como el Krytox.
-En pinturas y barnices.
-En estructuras y elementos sometidos a ambientes corrosivos, así como en mangueras y conductos por los que circulan productos químicos.
-En electrónica, como revestimiento de cables o dieléctrico de condensadores por su gran capacidad aislante y resistencia a la temperatura.
-En la industria se emplea en elementos articulados, ya que su capacidad antifricción permite eliminar el uso de lubricantes como el Krytox.
-En pinturas y barnices.
-En estructuras y elementos sometidos a ambientes corrosivos, así como en mangueras y conductos por los que circulan productos químicos.
-En electrónica, como revestimiento de cables o dieléctrico de condensadores por su gran capacidad aislante y resistencia a la temperatura.
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