Policarbonatos Definición, clases, y procesos de síntesis

Mahiceth Quintero Valero
Doctora en Química Aplicada

Los policarbonatos son polímeros de ingeniería y termoplásticos, que contienen excelentes propiedades mecánicas, ópticas y térmicas lo que le permite ser de utilidad en un amplio campo de la industria.

Estos materiales poseen alta resistencia frente algún golpe, y toleran temperaturas altas, dichas características hace de este material un atractivo como materia prima, sus usos abarca el amplio ámbito de la industria de construcción, medicina y automotriz. Para obtener materiales partiendo de los policarbonatos, estos compuestos químicos deben estar sometidos a distintos métodos de fabricación tales como: soplado, inyección y extrusión.

Clases de policarbonatos

Existen distintos tipos de policarbonatos tales como: aromáticos, los cuales se caracterizan porque poseen, alta rigidez, resistencia al impacto y estabilidad química y térmica; otro tipo de estos polímeros son los policarbonatos alifáticos los cuales poseen propiedades mecánicas menores a los aromáticos, pero poseen otras propiedades tales como, la biocompatibilidad, sus características químicas y la resistencia al agua, lo que permite que los policarbonatos alifáticos sean tomados como un material con el que se pueden obtener productos biodegradables con el fin de ser empleados en la industria médica, los policarbonatos alifáticos pueden además mezclarse o unirse con otro tipo de polímeros. Debido a que estos policarbonatos son de suma importancia, ya que pueden ser biodegradables y biocompatibles, entonces se hablará de ello detalladamente a lo largo de este contenido. A continuación, se muestran algunos policarbonatos aromáticos y alifáticos (figura 1).

Figura 1: Ejemplos de policarbonatos aromáticos y alifáticos.

Procesos de síntesis de los policarbonatos alifáticos

Los policarbonatos alifáticos son generalmente preparados por medio de la polimerización por apertura de anillo de carbonatos cíclicos tales como el etilencarbonato, trimetilencarbonato y 2,2-dimetiltrimetilencarbonato. A continuación, se muestran las estructuras de los principales monómeros empleados para obtener policarbonatos alifáticos (figura 2).

Figura 2: Estructura de monómeros para policarbonatos alifáticos.

El PTMC o politrimetilencarbonato, es un polialquilcarbonatos, que posee propiedades químicas y físicas que permiten su uso en la industria médica y farmacológica. Una común y popular vía para la síntesis del PTMC es la polimerización por apertura de anillo 1,3-dioxan-2-ona o Trimetilencarbonato (TMC) en masa o en solución, usando generalmente compuestos metálicos como catalizadores, que dan lugar a reacciones ya sean catiónicas o aniónicas. A continuación, se muestra la síntesis del politrimetilencarbonato (figura 3).

Figura 3: Síntesis del politrimetilencarbonato (PTMC).

Tal como se mencionó anteriormente esta ruta de síntesis, se realiza en presencia de un catalizador, que generalmente es un compuesto que tiene en su estructura algún metal como el estaño, aluminio o zinc. Sin embargo, es conocido que los materiales con aplicaciones biomédicas no pueden tener en su estructura, ni ocluidos en ellos residuos tóxicos, y esto es lo que ha hecho, que en los últimos años se traten de desarrollar polimerizaciones en los que los sistemas de catalizador/iniciador sean de muy baja toxicidad o no tóxicos, siendo un ejemplo de ellos el empleo de aquellos que contienen alcoholes, ácidos, o enzimas. Incluso como consecuencia de esto se ha producido un gran interés por realizar polimerizaciones en la ausencia de catalizadores y que la misma sea solo iniciada por sustancias como alcoholes, ya que el uso de este tipo de grupo funcional para iniciar polimerizaciones da lugar a la mejora de la hidrofilicidad (afinidad del material con el agua) y degradación del polímero, además permite que los polímeros hidroxiterminados puedan ser empleados como macromonómeros para la síntesis de multibloques, entre otras ventajas.

Actualmente, existe una serie de estudios en los que se ha realizado la polimerización de carbonatos en ausencia de catalizadores, pero los procedimientos de polimerización duran mucho tiempo además que los pesos moleculares y rendimientos son muy bajos. Por este hecho, algunos investigadores plantean desarrollar la polimerización por apertura de anillo del TMC empleando radiación de microondas, en ausencia de catalizadores y en presencia de un diol (etilenglicol) que logre inducir la polimerización del trimetilencarbonato y mejore los rendimientos de la reacción. La obtención de productos a partir del TMC va a depender de la aplicación que se le quiera dar a este y, por lo tanto, sus propiedades (velocidades de degradación, mecánicas entre otras) pueden variar.

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Referencias bibliográficas

- Morrison R.T. Química Orgánica, 5tª Edición. Editorial Pearson, (1990).

- ACD/Labs programa simulador de moléculas Chemsketch.

Autora

Escrito por Mahiceth Quintero Valero para la Edición #108 de Definición MX , en 01/2022. Mahiceth es Doctora en Química Aplicada

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