Definición de Polímeros

Mahiceth Quintero Valero
Doctora en Química Aplicada

Un polímero es una sustancia que está compuesta por muchas unidades denominadas monómeros, cuya combinación da como resultado macromoléculas, es decir, moléculas que contienen una cantidad muy grande de átomos que tienen alto peso molecular. Las características de los polímeros suelen estar relacionado con la naturaleza de las unidades de monómero, así como la interacción intra e intermolecular que ocurren en el seno de las macromoléculas.

Ejemplos e importancia de los polímeros

Las primeras aplicaciones de los polímeros comprendían la modificación química cuyo objetivo principal era mejorar las propiedades físicas de este, uno de los primeros hallazgos obtenidos partiendo de estas modificaciones químicas lo presento Charles Goodyear quien transformó una goma natural (caucho natural), que al estar a temperaturas bajas tiene una característica física muy frágil en una sustancia que mantiene su elasticidad al calentarla con azufre (vulcanización).

Para la época, los químicos definían la estructura polimérica como agregados coloidales de muchas y pequeñas moléculas, no obstante, este conocimiento sobre la estructura de los polímeros fue cambiada gracias al trabajo pionero de Staudinger, quien demostró que los polímeros eran compuestos de alto peso molecular unidos por enlaces covalentes normales; al sentarse las bases para la comprensión moderna de los polímeros comenzaron sus estudios y aplicaciones a nivel industrial.

Existen polímeros naturales como la celulosa, el almidón, la ceda, y el ADN; y los polímeros sintéticos como nailon, polietireno, baquelita entre otros. Mucho de estos polímeros sintéticos son materiales conocidos como plásticos que hoy día tienen múltiples usos tales como: materiales estructurales, fibras, películas protectoras, entre otras; la cantidad de material polimérico comercializada por la industria química sobrepasa de manera sobresaliente a todos los demás productos orgánicos sintéticos, por lo tanto, el impacto económico de estos materiales a nivel industrial es de suma importancia.

¿Como se clasifican y obtienen los polímeros?

Los polímeros pueden clasificarse según su estructura, síntesis, producción y aplicaciones, por lo que su clasificación abarca distintas disciplinas que se muestran a continuación:

Al transcurrir los años el estudio y la síntesis de los polímeros ha adquirido un gran auge e importancia para la creación de nuevos materiales que encuentran una amplia variedad de aplicaciones, ayudando a mejorar la calidad de vida y a cubrir necesidades en el desarrollo cotidiano del ser humano. Una de las técnicas más empleadas es la polimerización por apertura de anillo (como se conoce por sus siglas en inglés, ring-opening polymerization, ROP), esta puede ser definida como la polimerización en la cual, un monómero cíclico se abre y es convertido en un polímero que no contiene anillos, es decir, los anillos del monómero se abren y se extienden a lo largo de la cadena polimérica, tal como se muestra en la figura 1.

Figura 1. Paso de un monómero cíclico a un polímero lineal

El mecanismo de este tipo de polimerización, puede ser considerado como un intermedio entre el mecanismo de polimerización por etapas y el mecanismo por cadena; es similar al mecanismo de la polimerización por cadena ya que durante el proceso no interviene ningún otro reactivo que no sea el monómero y no se obtiene otro producto que no sea el polímero, además que este último es de elevado peso molecular; y parecido al mecanismo por etapas porque el peso molecular del polímero aumenta lentamente a medida que transcurre la reacción y es posible obtenerlos con heteroátomos en la cadena principal. Alguno de los tipos de monómeros que se pueden polimerizar por este método son los éteres cíclicos, acetales, amidas (lactamas), esteres (lactonas) entre muchos otros.

En el caso de los monómeros heterocíclicos la presencia de heteroátomos provee un sitio en el que se pueda producir un ataque nucleofílico o electrofílico por una especie iniciadora, destacando que la polimerización de ellos está favorecida tanto cinética como termodinámicamente; se resalta esto último porque efectivamente la reactividad de un determinado monómero cíclico hacía la polimerización por apertura de anillo depende de factores tanto cinéticos como termodinámicos. Los factores cinéticos principalmente se basan en la facilidad con que se puedan encontrar los puntos reactivos de la molécula para reaccionar entre sí; y los termodinámicos, en la tensión de los ángulos de enlace. Pero éste último es en realidad el que rige la polimerización, ya que es el que determina que tanta estabilidad puede ganar un monómero cíclico pasando a estado lineal, esta polimerización

se ve favorecida termodinámicamente para casi todo tipo de anillos, excepto para aquellos que están conformados por seis miembros, cuya polimerización generalmente no se observa debido a la gran estabilidad que estos poseen; para los anillos de tres y cuatro miembros influyen principalmente las tensiones angulares y para aquellos con más de cinco miembros son los efectos estéricos entre los átomos de hidrógeno y/o los sustituyentes que los mismos tengan.

El proceso de polimerización de un monómero cíclico comienza a ocurrir cuando se produce la apertura de un anillo formando una especie iniciadora (M*) que puede ser neutra o iónica de acuerdo al iniciador empleado, como se muestra a continuación:

Donde X es el grupo funcional en el monómero y C es el iniciador, la especie M* se adiciona a las moléculas de monómero produciendo una apertura de anillo y la polimerización continúa. Este paso es conocido como propagación y en él solo se adiciona el monómero; finalmente el proceso de polimerización termina cuando se acaba el monómero en el medio o se neutraliza la especie iniciadora.

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Referencias bibliográficas

1. Carey F.A. Química Orgánica, 6tª Edición. Editorial McGraw-Hill, (2006).

Autora

Escrito por Mahiceth Quintero Valero para la Edición #105 de Definición MX , en 10/2021. Mahiceth es Doctora en Química Aplicada

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