Polímero Definición y Concepto

¿Qué es un polímero?

Los polímeros son materiales hechos de largas cadenas de moléculas que se repiten.

Los materiales tienen propiedades únicas, dependiendo del tipo de moléculas que se enlazan y de cómo se enlazan. Algunos polímeros se doblan y estiran, como el caucho y el poliéster. Otros son duros y resistentes, como los epoxis y el vidrio.

Los polímeros tocan casi todos los aspectos de la vida moderna. Lo más probable es que la mayoría de las personas hayan estado en contacto con al menos un producto que contenga polímeros -desde botellas de agua hasta gadgets y llantas- en los últimos cinco minutos.

Polímero

Polímero, cualquiera de una clase de sustancias naturales o sintéticas compuestas de moléculas muy grandes, llamadas macromoléculas, que son múltiplos de unidades químicas más simples llamadas monómeros.

Los polímeros constituyen muchos de los materiales de los organismos vivos, incluyendo, por ejemplo, proteínas, celulosa y ácidos nucleicos.

Además, constituyen la base de minerales como el diamante, el cuarzo y el feldespato y de materiales artificiales como el hormigón, el vidrio, el papel, los plásticos y los cauchos.

El término polímero se utiliza a menudo para describir los plásticos, que son polímeros sintéticos.

Sin embargo, también existen polímeros naturales; el caucho y la madera, por ejemplo, son polímeros naturales que consisten en un simple hidrocarburo, el isopreno, según la Enciclopedia Británica.

Las proteínas son polímeros naturales compuestos de aminoácidos, y los ácidos nucleicos (ADN y ARN) son polímeros de nucleótidos - moléculas complejas compuestas de bases que contienen nitrógeno, azúcares y ácido fosfórico, por ejemplo.

Usos de los polímeros

Los polímeros se utilizan en casi todas las áreas de la vida moderna. Bolsas de comestibles, botellas de agua y refrescos, fibras textiles, teléfonos, computadoras, empaques de alimentos, autopartes y juguetes, todos contienen polímeros.

Aún más sofisticada es la tecnología que utiliza polímeros. Por ejemplo, "las membranas para la desalinización de agua, los portadores utilizados en la liberación controlada de fármacos y los biopolímeros para la ingeniería de tejidos utilizan todos ellos polímeros", según la ACS.

Los polímeros más populares para la fabricación incluyen el polietileno y el polipropileno. Sus moléculas pueden consistir de 10.000 a 200.000 monómeros.

Futuro de los polímeros

Los investigadores están experimentando con muchos tipos diferentes de polímeros, con el objetivo de fomentar el desarrollo de medicamentos y mejorar los productos que ya utilizamos.

Por ejemplo, se están desarrollando y mejorando polímeros de carbono para la industria automotriz.

"Los compuestos de polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP) -también llamados laminados de fibra de carbono- son los materiales de próxima generación para hacer los coches más ligeros, más eficientes en el consumo de combustible y más seguros".

Según una columna de Ciencias Vivas de 2016 de Nikhil Gupta, profesor asociado, y Steven Zeltmann, estudiante de investigación.

Ambos en el Laboratorio de Materiales Compuestos y Mecánica del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Facultad de Ingeniería Tandon de la Universidad de Nueva York.

"El laminado de carbono es extremadamente fuerte y rígido debido a sus capas tejidas de fibras de carbono casi puras unidas por un plástico endurecido, como la resina epoxi".

Los polímeros también se utilizan para mejorar los hologramas. Científicos de la Universidad de Pensilvania crearon un holograma sobre un material polimérico flexible llamado PDMA que se incrustó con nanorods de oro.

Según un estudio publicado en línea a principios de 2017 en la revista Nano Letters. Este nuevo dispositivo holográfico puede contener varias imágenes en lugar de una sola.

"La pregunta que hicimos es,'¿Podemos codificar múltiples bits de información en un holograma?'" Ritesh Agarwal, líder de investigación y profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en la Universidad de Pensilvania, dijo a Live Science.

"Es un trabajo importante, porque es la primera vez que alguien te muestra que puedes grabar múltiples imágenes holográficas, y con sólo estirar el polímero, básicamente puedes cambiar la imagen".

La piel artificial hecha de un polímero de silicona puede ser el futuro de los esfuerzos antienvejecimiento.

En forma de dos cremas, el polímero puede ser capaz de tensar la piel de una persona, reducir la aparición de arrugas y disminuir las bolsas debajo de los ojos, según un estudio publicado en mayo de 2016 en la revista Nature Materials.

Dicha piel artificial también se puede utilizar para ayudar a las personas con afecciones cutáneas, como el eccema, o se puede utilizar como protector solar.

"Nos entusiasma; es un material totalmente nuevo", dijo a Live Science el coautor del estudio Robert Langer, profesor del Instituto Tecnológico de Massachusetts.

La estructura de los polímeros

Muchas clases comunes de polímeros están compuestas de hidrocarburos, compuestos de carbono e hidrógeno.

Estos polímeros están hechos específicamente de átomos de carbono unidos entre sí, de uno a otro, en largas cadenas que se denominan la columna vertebral del polímero.

Debido a la naturaleza del carbono, uno o más átomos pueden estar unidos a cada átomo de carbono en la columna vertebral.

Hay polímeros que sólo contienen átomos de carbono e hidrógeno. El polietileno, el polipropileno, el polibutileno, el poliestireno y el polimetilpenteno son ejemplos de ello.

El cloruro de polivinilo (PVC) tiene cloro adherido a la columna vertebral de carbono. El teflón tiene flúor adherido a la columna vertebral de carbono.

Otros polímeros manufacturados comunes tienen espinas dorsales que incluyen elementos que no son carbono. Los nilones contienen átomos de nitrógeno en la columna vertebral de la unidad de repetición.

Los poliésteres y policarbonatos contienen oxígeno en la columna vertebral. También hay algunos polímeros que, en lugar de tener una espina dorsal de carbono, tienen una espina dorsal de silicio o fósforo. Estos son considerados polímeros inorgánicos.

Dependiendo del uso deseado, los polímeros pueden ser afinados para aprovechar ciertas propiedades ventajosas.

Estos incluyen

Reflectividad: Algunos polímeros se utilizan para producir película reflectante, que se utiliza en una variedad de tecnologías relacionadas con la luz.

Resistencia al impacto: Los plásticos resistentes que pueden soportar una manipulación brusca son perfectos para el equipaje, las fundas protectoras, los parachoques de los coches y mucho más.

Fragilidad: Algunas formas de poliestireno son duras y quebradizas, y estos materiales son fáciles de deformar con el calor.

Translucencia: Los polímeros transparentes, incluyendo la arcilla polimérica, se utilizan a menudo en artes y oficios.

Ductilidad: A diferencia de los polímeros frágiles, los polímeros dúctiles son aquellos que pueden deformarse sin desbaratarse.

Los metales como el oro, el aluminio y el acero son conocidos por su ductilidad, y los polímeros dúctiles, aunque no son tan fuertes, siguen siendo útiles para muchos propósitos.

Elasticidad: Los cauchos naturales y sintéticos tienen propiedades elásticas que los hacen ideales para neumáticos de automóviles y otros productos.

Características de los polímeros

La mayoría de los polímeros fabricados son termoplásticos, lo que significa que una vez que el polímero está formado, puede ser calentado y reformado una y otra vez.

Esta propiedad permite un fácil procesamiento y facilita el reciclaje. El otro grupo, los termoestables, no pueden ser refundidos. Una vez que estos polímeros se forman, el recalentamiento hará que el material finalmente se degrade, pero no se derrita.

Cada polímero tiene características muy distintas, pero la mayoría de los polímeros tienen los siguientes atributos generales.

Los polímeros pueden ser muy resistentes a los productos químicos. Considere todos los líquidos de limpieza en su casa que están empacados en plástico.

La lectura de las etiquetas de advertencia que describen lo que sucede cuando el producto químico entra en contacto con la piel o los ojos o es ingerido enfatizará la necesidad de resistencia química en el envase plástico.

Mientras que los disolventes disuelven fácilmente algunos plásticos, otros plásticos proporcionan paquetes seguros e irrompibles para disolventes agresivos.

Térmicos

Los polímeros pueden ser aislantes térmicos y eléctricos. Un paseo por su casa reforzará este concepto, ya que tendrá en cuenta todos los electrodomésticos, cables, tomas de corriente y cableado que están hechos o recubiertos de materiales poliméricos.

La resistencia térmica es evidente en la cocina con mangos para ollas y sartenes hechos de polímeros, los mangos para cafeteras, el núcleo de espuma de refrigeradores y congeladores, tazas aisladas, refrigeradores y utensilios de cocina para microondas.

La ropa interior térmica que muchos esquiadores usan está hecha de polipropileno y la fibra de relleno en las chaquetas de invierno es de acrílico y poliéster.

Generalmente, los polímeros son muy ligeros en peso con grados significativos de resistencia.

Considere la gama de aplicaciones, desde los juguetes hasta la estructura del armazón de las estaciones espaciales, o desde la delicada fibra de nylon en pantimedias hasta el Kevlar, que se utiliza en chalecos antibalas. Algunos polímeros flotan en el agua mientras que otros se hunden.

Pero, en comparación con la densidad de la piedra, el hormigón, el acero, el cobre o el aluminio, todos los plásticos son materiales ligeros.

Los polímeros pueden ser procesados de varias maneras. La extrusión produce fibras finas o tubos pesados o películas o botellas de comida.

El moldeo por inyección puede producir piezas muy complejas o grandes paneles de carrocería. Los plásticos pueden ser moldeados en tambores o mezclados con solventes para convertirse en adhesivos o pinturas.

Los elastómeros y algunos plásticos se estiran y son muy flexibles. Algunos plásticos se estiran en el proceso para mantener su forma, como las botellas de refrescos. Otros polímeros pueden ser espumados como el poliestireno (Styrofoam™), el poliuretano y el polietileno.

Los polímeros son materiales con una gama aparentemente ilimitada de características y colores.

Los polímeros tienen muchas propiedades inherentes que pueden mejorarse aún más con una amplia gama de aditivos para ampliar sus usos y aplicaciones.

Los polímeros se pueden fabricar para imitar las fibras de algodón, seda y lana; porcelana y mármol; y aluminio y zinc. Los polímeros también pueden hacer posibles productos que no proceden fácilmente del mundo natural, como láminas transparentes y películas flexibles.

Los polímeros suelen estar hechos de petróleo, pero no siempre. Muchos polímeros están hechos de unidades repetitivas derivadas del gas natural o del carbón o del petróleo crudo.

Pero las unidades de repetición de bloques de construcción a veces se pueden hacer con materiales renovables como el ácido poliláctico del maíz o celulósicos de los forros de algodón.

Algunos plásticos siempre se han fabricado a partir de materiales renovables, como el acetato de celulosa utilizado para los mangos de los destornilladores y la cinta de regalo.

Cuando los bloques de construcción pueden fabricarse de forma más económica a partir de materiales renovables que de combustibles fósiles, o bien los viejos plásticos encuentran nuevas materias primas o bien se introducen nuevos plásticos.

Los polímeros se pueden utilizar para hacer artículos que no tienen alternativas de otros materiales.

Los polímeros se pueden convertir en películas transparentes e impermeables. El PVC se utiliza para fabricar tubos médicos y bolsas de sangre que prolongan la vida útil de la sangre y los productos sanguíneos.

El PVC suministra oxígeno inflamable de forma segura en tubos flexibles que no se queman. Y el material anti-trombógeno, como la heparina, puede ser incorporado en catéteres flexibles de PVC para cirugía a corazón abierto, diálisis y recolección de sangre. Muchos dispositivos médicos dependen de polímeros para permitir un funcionamiento eficaz.

Ejemplos de polímeros

Ejemplos de polímeros incluyen plásticos como el polietileno, siliconas como la masilla tonta, biopolímeros como la celulosa y el ADN, polímeros naturales como el caucho y la goma laca, y muchas otras macromoléculas importantes.

Grupos de monómeros y polímeros

Las clases de moléculas biológicas pueden agruparse en los tipos de polímeros que forman y los monómeros que actúan como subunidades:

Lípidos - los polímeros son diglicéridos, triglicéridos; los monómeros son glicerol y ácidos grasos.

Proteínas - los polímeros son polipéptidos; los monómeros son aminoácidos.

Ácidos nucleicos - los polímeros son ADN y ARN; los monómeros son nucleótidos, que a su vez consisten en una base nitrogenada, azúcar pentosa y un grupo de fosfato.

Hidratos de carbono - los polímeros son polisacáridos y disacáridos*; los monómeros son

monosacáridos (azúcares simples).

Cómo se forman los polímeros

La polimerización es el proceso de unión covalente de los monómeros más pequeños en el polímero. Durante la polimerización, los grupos químicos se pierden de los monómeros para que puedan unirse.

En el caso de los biopolímeros de carbohidratos, se trata de una reacción de deshidratación en la que se forma agua.

*Técnicamente, los diglicéridos y los triglicéridos no son verdaderos polímeros porque se forman a través de la síntesis de deshidratación de moléculas más pequeñas, no a partir de la conexión de extremo a extremo de los monómeros que caracteriza la verdadera polimerización.

Los polímeros comunes que se usan hoy en día incluyen:

Polipropileno (PP): Alfombra, tapicería
Polietileno de baja densidad (LDPE): Bolsas de supermercado
Polietileno de alta densidad (HDPE): Botellas de detergente, juguetes
Poli(cloruro de vinilo) (PVC): Tuberías, cubiertas
Poliestireno (PS): Juguetes, espuma
Politetrafluoroetileno (PTFE, Teflón): Bandejas antiadherentes, aislamiento eléctrico
Poli(metacrilato de metilo) (PMMA, lucita, plexiglás): Pantallas faciales, tragaluces
Poli(acetato de vinilo) (PVAc): Pinturas, adhesivos
Policloropreno (Neopreno): Trajes de buceo

Polímeros de importancia comercial

Existen varios polímeros de importancia comercial, que se utilizan en muchos campos diferentes de la ciencia, la industria y la tecnología. Algunos de ellos se enumeran a continuación:

Nylon

El nylon es un polímero sintético preparado en laboratorios y producido por las industrias por su importancia comercial. Se utiliza comúnmente en la industria textil y textil. El nylon pertenece a la familia de las poliamidas lineales.

Fibra de Nylon: La fibra de nylon se utiliza en prendas de vestir en camisas, ropa interior, impermeables, lencería, etc.

Los usos industriales del nylon son la producción de cinturones de seguridad, redes y cuerdas, paracaídas y tiendas de campaña.

Politetrafluoroetileno

Es comúnmente conocido como PTFE es un fluoropolímero sintético de tetrafluoroetileno. La marca más conocida de las fórmulas a base de PTFE es el teflón, que se utiliza ampliamente en utensilios de cocina como las sartenes antiadherentes.

baquelita

La baquelita es uno de los polímeros más antiguos que fue sintetizado por el hombre. Es un polímero termoendurecible de alta resistencia que conserva su forma después del moldeado.

Es uno de los primeros polímeros/plásticos creados en un laboratorio. El polímero se forma por condensación de formaldehído con fenol. Su fórmula química es (C6H6O-CH2O)n.

Cloruro de polivinilo (PVC)

Cuando hablamos de polímeros de importancia comercial, debemos hablar del PVC. Es uno de los polímeros más utilizados en el mundo.

El PVC se utiliza ampliamente en una amplia gama de aplicaciones (en la construcción, el transporte, el embalaje, los productos eléctricos, etc.), y esto puede atribuirse a su naturaleza altamente versátil.

Polietileno Tereftalato

Comúnmente llamado PET es un polímero termoplástico que se utiliza ampliamente en contenedores de todo tipo.

El PET consiste en unidades polimerizadas del monómero tereftalato de etileno, con su unidad de repetición como (C10H8O4). Las botellas de PET son comúnmente recicladas, lo que las hace muy rentables. Por eso es uno de los polímeros más importantes de importancia comercial.

Neopreno

El neopreno, también llamado policloropreno o caucho de cloropreno, es un homopolímero de adición, con estructura y propiedades similares a las del caucho. Es un caucho sintético producido por la polimerización del cloropreno.

Polímero Biodegradable

Son aquellos polímeros que pueden descomponerse en condiciones aeróbicas o anaeróbicas, como resultado de la acción de microorganismos/enzimas. Los materiales lo desarrollan como almidón, celulosa y poliésteres. Los poliésteres alifáticos son los polímeros más utilizados de este tipo. A continuación se dan algunos ejemplos:-

Poly β-hydroxybutyrate - co-β-hydroxy valerate (PHBV):- Se obtiene combinando ácido 3-hidroxi butanoico y ácido 3-hidroxi pentanoico, en el que los monómeros están entrecruzados por un enlace de éster.

Se descompone para formar dióxido de carbono y agua. Es frágil en su naturaleza, y puede ser utilizado en la producción de drogas y en la fabricación de botellas.

Nylon 2-nylon 6:- Es una copolimerización de poliamida de glicina (H2N-CH2-COOH) y ácido aminocaproico (H2N-(CH2)5-COOH).

Polihidroxi butirato (PHB):- Está formado por la condensación de moléculas de ácido hidroxibutírico (ácido 3-hidroxi butanoico).

Polímero no biodegradable

Estos polímeros son resistentes a la degradación ambiental y terminan acumulándose en forma de residuos. Son polímeros que tienen largas cadenas formadas por átomos de carbono e hidrógeno. La unión interatómica de estos polímeros es muy fuerte y firme, haciéndolos resistentes a los microbios que intentan romper sus enlaces y digerirlos.

Todos los plásticos y fibras sintéticas son de naturaleza no biodegradable. Algunos ejemplos comunes de polímeros no biodegradables son:

polietileno (PE), que se utiliza principalmente en el embalaje
poliestireno (PS), que es un plástico rígido y económico, utilizado principalmente para producir cubiertos y vajillas de plástico desechables.
Policarbonato (PC) cuya transparencia, excelente tenacidad y estabilidad térmica lo hacen adecuado para discos compactos, pantallas antidisturbios, cristales antivandálicos, biberones, componentes eléctricos y cascos de seguridad.

Usos de los polímeros biodegradables

Se estima que el 86% de todos los envases de plástico se utilizan una sola vez antes de ser desechados, lo que produce un flujo de residuos que persiste en las vías fluviales y los vertederos, libera contaminantes y daña la vida silvestre.

Los polímeros convencionales como el polietileno y el polipropileno son duraderos por naturaleza y pueden persistir durante muchos años después de su eliminación.

Son apropiados cuando se utilizan para productos que requieren una larga vida útil (por ejemplo, mesas y sillas de plástico), pero parecen inapropiados para aplicaciones en las que los plásticos se utilizan durante períodos cortos de tiempo y luego se eliminan (por ejemplo, artículos de embalaje).

Además, los plásticos suelen estar sucios por los alimentos y otras sustancias biológicas, lo que hace que el reciclado físico de estos materiales sea poco práctico y generalmente indeseable. Por el contrario, los polímeros biodegradables (BPs) pueden ser eliminados en ambientes bioactivos preparados para ser degradados por la acción enzimática de los microorganismos (bacterias, algas y hongos).

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