estructura y caracteristicas clasificacion de polimeros

1. POLÍMEROS
1. DEFINICIÓN.
Los polímeros son compuestos químicos cuyas moléculas están formadas por la unión
de otras moléculas más pequeñas llamadas monómeros, las cuales se enlazan entre sí
como si fueran los eslabones de una cadena. Estas cadenas, que en ocasiones
presentan también ramificaciones o entrecruzamientos, pueden llegar a alcanzar un
gran tamaño, razón por la cual son también conocidas con el nombre de
macromoléculas. Habitualmente los polímeros reciben, de forma incorrecta, el nombre
de plásticos, que en realidad corresponde tan sólo a un tipo específico de polímeros,
concretamente los que presentan propiedades plásticas (blandos, deformables y
maleables con el calor).
Dependiendo de su origen, los polímeros pueden clasificarse en naturales y artificiales.
Entre los naturales se hallan sustancias muy comunes de las que suele ignorarse su
naturaleza polimérica: Los hidratos de carbono o polisacáridos, como el almidón o la
celulosa; la lana, la seda y otras proteínas, constituidas por aminoácidos; los ácidos
nucleicos (el ADN y el ARN), responsables de la información genética, cuyos
monómeros constituyentes son un azúcar (ribosa o desoxirribosa), ácido fosfórico y las
bases nitrogenadas que constituyen las letras del código genético, y otras sustancias
tales como el caucho, derivadas de pequeñas moléculas de hidrocarburos.
Con el desarrollo de la tecnología y la industria química el hombre ha aprendido a imitar
a la naturaleza, e incluso a mejorarla, sintetizando nuevos polímeros artificiales
inexistentes en ella, normalmente a partir de derivados del petróleo. El primero en ser
creado de forma totalmente artificial fue, en 1909, la baquelita, aunque con anterioridad
se habían obtenido algunos, como el celuloide, mediante la modificación de polímeros
naturales, celulosa en este caso. En la actualidad la síntesis y el procesado de
materiales poliméricos es una de las más importantes ramas de la industria química, y
los polímeros están presentes de forma habitual en nuestra vida cotidiana. Sin pretender
ser, ni mucho menos, exhaustivos podemos recordar algunos polímeros tan usuales y
frecuentes como el polietileno y el polipropileno, utilizados para la elaboración de bolsas
de plástico; el poliestireno, o corcho blanco, para embalajes; el PVC, o policloruro de
vinilo, para envases y tuberías; el PET (polietilentereftalato), también para envases; el
teflón, como aislante; las poliamidas (nailon) y los poliésteres (tergal), como fibras
sintéticas; el metacrilato, como sustitutivo del vidrio; el caucho sintético, para
neumáticos... También existen polímeros artificiales de naturaleza inorgánica, como las
siliconas, donde el carbono ha sido sustituido por átomos de silicio encadenados con
átomos de oxígeno.
Como es fácil apreciar, la vida actual no sería imaginable sin los materiales poliméricos,
tal es su implantación en nuestra sociedad. A las aplicaciones beneficiosas de los
polímeros sintéticos hay que añadir el grave problema que crea su resistencia a la
degradación una vez usados, lo que dificulta su eliminación e incluso su reciclado.
Aunque actualmente se está intentando sustituir los polímeros más perniciosos, como el

2. PVC y en general los que contienen flúor y cloro, por otros más inocuos, y se ha
comenzado a implantar polímeros biodegradables, todavía hoy un porcentaje muy
importante de nuestras basuras está constituido por polímeros de difícil eliminación.
2. HISTORIA.
La noción de molécula es intuitiva, es una consecuencia de la concepción discontinua
de la materia y corresponde a la idea de una especie química definida que no puede
fragmentarse más allá de cierto límite sin perder sus características propias.
Este concepto se ha caracterizado por diversos métodos analíticos, ya sea por vía
húmeda o a través de técnicas instrumentales como, por ejemplo los rayos X, para
definir estructuras cristalinas.
Hasta mediados del siglo pasado, existía un buen número de moléculas conocidas de
dimensiones finitas y de un número de átomos limitado, en I mayoría de los casos, como
el H2O, NH3, CH4, también se encontraban en los estudios de química orgánica,
compuestos más elaborados como la sacarosa C12H22O11, el caroteno C40H56 o la
triestearina C57H110O6. Sin embargo, el número de átomos de estas substancias no
pasaba de una o dos centenas. Por otra parte, se sabia que algunas substancias de
origen natural, como la celulosa, el almidón y el hule, que a pesar de corresponder a
composiciones moleculares muy simples, sus propiedades físico-químicas eran
diferentes de aquellas que tenían fórmulas similares p idénticas, como por ejemplo el
hule y la celulosa, cuyas fórmulas obtenidas por análisis elemental son respectivamente
C5H8 y C6H10O5, Para explicar estas anomalías se les atribuirla, a la celulosa y al
hule, una estructura micelar, es decir, las pequeñas moléculas de C5H8 o C6H10O5 se
encontraban, según esta teoría, agrupadas en partículas mucho más voluminosas e
indisociables por medio de fuerzas de asociación intensas, pero indeterminadas, lo que
era difícil de explicar, ya que éstas debían de ser de la misma magnitud que la de
uniones ordinarias entre átomos para que aún en solución mantuvieran sus propiedades
de cohesión.
Se sabe que, por ejemplo, las moléculas de jabón al variar la dilución, se cambian las
características de éstas, fenómeno que no sucede en el caso de la celulosa.
Ya en 1900, Weber suponía que el hule natural era una verdadera macromolécula, sin
embargo, no contó con el apoyo de los investigadores de la época; fue solamente hasta
1922 con lo trabajos de Herman Staudinger que se empezó a debatir seriamente sobre
la estructura de estos compuestos. Se requirieron alrededor de 10 años más para lograr
convencer total mente sobre la nueva teoría, y a partir de 1933, aproximadamente, se
empezó a desarrollar la teoría macromolecular de tal forma que aunque en 1891 se
produjo por primera vez el rayón en Francia, y en 1919 se inició la producción de
baquelita a partir de resinas fenólicas, fue a partir de los años 30 cuando se produjo un
desarrollo explosivo de la industria de los polímeros precedida de una intensa
investigación, y así, en 1931 se produce el hule sintético (neopreno), en 1933 se
descubre el polietileno (lCl) Inglaterra. En 1935 Carothers descubre el nylon, en 1936

3. Rohm and Haas comercializa el polimetilmetacrilato, en 1937 sale al mercado el
poliestireno, etc. Posteriormente, se desarrollan los catalizadores Ziegler Natta, se
estudia la estructura del ácido desoxirribonucleico, en fin, seria difícil enumerar todos los
adelantos logrados a la fecha en el estudio de los polímeros, solo se mencionará que su
campo de acción es muy amplio ya que abarca los polímeros naturales (los cuales
existen en todo ser vivo), como lo son la celulosa el hule, el algodón de origen vegetal y
proteínas, seda, ana, ácidos nucleicos provenientes de los seres animales.
En lo referente a polímeros sintéticos se tiene una gran variedad, se obtienen por medio
de síntesis de pequeñas moléculas las cuales, la mayoría de ellas, son derivados del
petróleo.
Así pues, una vez que se establecieron las bases de la química macro molecular con
Staudinger, al comprobarse que estos productos se podrían obtener por síntesis y que
había la posibilidad de fabricarlos a diferentes grados de polimerización y, por tanto,
pesos moleculares variables, se trató de fijar un criterio para definir el umbral inferior a
partir del cual un polímero se puede considerar como tal. Se observó que la temperatura
de fusión de las olefinas aumentaba a medida que la longitud de la cadena del
hidrocarburo lo hacia.
3. CLASIFICACIÓN.
3. 1. Obtención.
Se pueden clasificar por el medio en el que se obtuvo el polímero y su naturaleza.
 Naturales: son los que la naturaleza ha creado. Ej. algodón, seda, nosotros, seres vivos.
También se conocen como biopolímeros.
 Artificiales: son los que el hombre produce por medio de reacciones químicas.
3. 2. Tipo de enlace.
Otro tipo de clasificación (aunque no tan utilizada) es la que se realiza con el tipo
de enlace con que esta formado.

4. 4. POLIMERIZACIÓN.
El objeto de la polimerización es obtener una sustancia macromolecular con
propiedades diferentes a las del monómero, o moléculas aisladas de peso molecular
conocido.
Durante la polimerización la cual tiene lugar bajo condiciones variadas como
temperatura o presión elevada, acción de la luz, o presencia de aceleradores, las
moléculas aisladas o monómeros se ensamblan bajo reacción exotérmica, dando
macromoléculas. La capacidad de los compuestos orgánicos de polimerizarse depende
de ciertas condiciones de enlazamiento de los átomos de la molécula monómera.
Particularmente hacen posible la polimerización los enlaces múltiples, bien dobles
enlaces de carbono (átomos de carbono unidos a través de dos valencias) o bien
enlaces triples, así como el tipo y posición de átomos o grupos atómicos eficaces.
Fundamentalmente todos los polímeros se forman mediante la creación de enlaces
químicos entre moléculas relativa mente pequeñas, o monómeros, para formar
moléculas muy grandes (macromoléculas), o polímeros. Los enlaces se forman por
medio de un o de una combinación de dos tipos de reacciones: de adición o de
condensación.
4. 1. Polimerización por adición.
El proceso de polimerización por adición se caracteriza por la simple combinación de
moléculas sin que se generen productos secundarios como resultado de la combinación.
Las moléculas originales no se descomponen para producir residuos de reacción que es
necesario eliminar del producto. Cuando se enganchan unidades de un solo monómero,
el producto resultante es un homopolímero, como el etileno, por ejemplo, que se prepara
a partir del monómero etileno. Cuando se utilizan dos o más monómeros en el proceso,
como etileno y propileno, por ejemplo, el producto es un copolímero.
La formación de un homopolímero es análoga al enlazamiento de vagones idénticos de
un tren. Cada uno de los vagones es análogo a una pequeña molécula llamada mero,
que se enlaza a otros meros idénticos para formar una cadena de muchos meros
llamada polímero. Al igual que los vagones, el mero debe contar con un medio para
engancharse o enlazarse con otros meros por ambos extremos (es decir, debe ser al
menos bifuncional).
El proceso mismo de polimerización implica la formación, no de un solo tren (una
macromolécula), sino muchos; cada una de las macromoléculas compite por los meros
(vagones de la estación de ferrocarril).
Por tanto al término del proceso de polimerización, el producto consiste en muchas
macromoléculas de diferente longitud, compuestas de la misma clase de mero.
El proceso de polimerización por adición se lleva a cabo por uno de tres caminos. La
primera reacción de adición implica la activación química externa de las moléculas, que

5. las induce a combinarse por una reacción en cadena, como se ilustra con la
polimerización del etileno. La reacción inicial de este proceso comprende la ruptura del
doble enlace del etileno, seguida de la reacción de propagación y de la reacción de
terminación. Los átomos se enlazan directamente dentro de la molécula que reacciona.
La segunda forma como se produce una polimerización por adición es mediante una
transposición de los átomos dentro de ambas moléculas reaccionantes, como se
muestra para el caso de la formación de poliuretano. Un tercer camino para que ocurra
una polimerización por adición es por apertura de anillo, en la que una molécula,
compuesta de un anillo de átomos, se abre y se enlaza a otras moléculas anulares que
también se abren por influjo de activadores catalíticos. En los tres métodos de
polimerización por adición se conserva la característica propia de una reacción de
polimerización por adición: que no hay productos secundarios ni pérdida de átomos de
las moléculas reaccionantes.
En la polimerización de adición se distinguen tres etapas: iniciación, propagación y
terminación. Durante la etapa de terminación se forma por reacción de catalizador con
una unidad monomérica, un centro activo capaz de propagarse.
Ejemplo. Este proceso se demostró para el polietileno es la repetición de la siguiente
reacción:
donde R• representa un iniciador activo y es un electrón desapareado.
La propagación representa el crecimiento lineal de la molécula al unirse entre sí las
unidades monoméricas para producir la cadena molecular de polietileno:
El crecimiento de la cadena es relativamente rápido. El tiempo necesario para el
crecimiento de una molécula de, por ejemplo, 1000 unidades monoméricas es del orden
de 10^-2 a 10^-3s.
La propagación puede terminar por varios caminos. En primer lugar, los extremos
activos de dos cadenas que se propagan pueden reaccionar formando una molécula no
reactiva:

6. De este modo termina el crecimiento de las dos cadenas. En segundo lugar, el extremo
activo de una cadena puede reaccionar con un iniciador u otra especie química que
tiene un enlace activo simple:
y como resultado cesa el crecimiento de la cadena.
Las velocidades relativas de iniciación, propagación y terminación determinan el peso
molecular, por lo que normalmente se controlan para obtener un polímero con grado de
polimerización predeterminado. Como la polimerización termina al azar, se genera una
gran cantidad de variedad de longitudes de cadena, que origina una distribución de
pesos moleculares.
4. 2. Polimerización por condensación.
En este proceso, la unión química de dos moléculas sólo se consigue mediante la
formación de una molécula secundaria (usualmente pequeña) con átomos de las dos
moléculas para crear la unión (de las moléculas), con lo cual la polimerización puede
continuar. En estas reacciones el producto secundario residual se extrae
inmediatamente del polímero porque puede inhibir la polimerización subsiguiente o
permanecer como impureza indeseable en los productos terminados.
Un proceso de este tipo es por ejemplo el que tiene lugar en la fabricación de resinas
sintéticas de fenol - formaldehído o baquelitas. En él dos clases diferentes de moléculas
con los grupos activos cresol y formaldehído, forman, bajo presión y calentamiento (y si
es preciso, en presencia de aceleradores de la reacción) macromoléculas
entrecruzadas, separándose agua.
La polimerización por condensación (o reacción por etapas) es la formación de
polímeros por mediación de reacciones químicas intermoleculares que normalmente
implican más de una especie monomérica y generalmente se origina un subproducto de
bajo peso molecular, como el agua, que se elimina. Las substancias reactivas tienen

7. fórmulas químicas diferentes de la unidad que se repite, y la reacción intermolecular
ocurre cada vez que se forma una unidad repetitiva. Por ejemplo, al considerar la
formación de un poliéster a partir de la reacción entre el etilenglicol y el ácido adípico, la
reacción intermolecular es la siguiente:
Este proceso por etapas se repite sucesivamente y se produce, en este caso, una
molécula lineal. La química de la reacción específica no es importante, sino el
mecanismo de la polimerización por adición.
Los tiempos de reacción para la polimerización por condensación son generalmente
mayores que los de la polimerización por adición. Para generar materiales con elevados
pesos moleculares se necesitan tiempos de reacción suficientemente largos para
completar la conversión de los monómeros reactivos. También se producen varias
longitudes de cadena y se genera una distribución de pesos moleculares.
Las reacciones de condensación forman a menudo monómeros trifuncionales capaces
de generar polímeros entrecruzados y reticulados.
5. ESTRUCTURA MOLECULAR.
Las técnicas modernas de síntesis de polímeros permiten un gran control sobre varias
posibilidades estructurales. Este es un factor del cual depende la característica de un
polímero.
5. 1. Polímeros Lineales.
En un polímero lineal las unidades monoméricas se unen unas a otras formando
cadenas sencillas. Estas largas cadenas son flexibles y se comportan como una masa
de fideos, esquematizada en la figura, donde cada círculo representa una unidad
monomérica. Las cadenas de los polímeros lineales pueden unirse entre sí por fuerzas
de van der Waals. Polietileno, cloruro de polivinilo, poliestireno, poli (metacrilato de
metilo), nilón y fluorocarbonos son algunos polímeros de estructura lineal.

8. 5. 2. Polímeros ramificados.
Se sintetizan polímeros cuya cadena principal está conectada lateralmente con otras
cadenas secundarias, como está esquematizado en la figura. Son los llamados
polímeros ramificados. Las ramas, que forman parte de la cadena molecular principal,
son el resultado de las reacciones locales que ocurren durante la síntesis del polímero.
La eficacia del empaquetamiento de la cadena se reduce con las ramificaciones y, por
tanto, también disminuye la densidad del polímero.
5. 3. Polímeros entrecruzados.
En los polímeros entrecruzados, cadenas lineales adyacentes se unen transversalmente
en varias posiciones mediante enlaces covalentes, como está re presentado en la figura.
El entrecruzamiento se realiza durante la síntesis o por reacciones químicas
irreversibles que normalmente ocurren a elevada temperatura. A menudo el
entrecruzamiento va acompañado por la adición mediante enlace covalente de átomos o
moléculas a las cadenas. Muchos de los materiales elásticos de caucho están
entrecruzados.

9. 5. 4. Polímeros reticulados.
Las unidades monoméricas trifuncionales, que tienen tres enlaces covalentes activos,
forman redes tridimensionales (figura) en lugar de las cadenas lineales generadas por
las unidades monoméricas bifuncionales. Los polímeros compuestos por unidades
trifuncionales se denominan polímeros reticulados. Un polímero entrecruzado,
prácticamente, se puede clasificar como polímero reticulado. Estos materiales tienen
propiedades mecánicas y térmicas específicas. Los polímeros epoxy y los fenol-
formaldehído pertenecen a este grupo.
Conviene recordar que algunos polímeros no pertenecen a un solo grupo. Por ejemplo,
un polímero predominantemente lineal puede tener algún número limitado de ramas y
de entrecruzamiento o de reticulación bidimensional.
6. MÉTODOS INDUSTRIALES DE POLIMERIZACIÓN.
Hay muchos procesos diferentes donde se producen los materiales plásticos
industrialmente. Se utilizan como materiales de partida gas natural, petróleo y carbono
para producir los productos químicos básicos para los procesos de polimerización. Estos
productos químicos son entonces polimerizados mediante muchos procesos diferentes
obteniéndose materiales plásticos en forma de gránulos, bolitas, polvos, o líquidos que
son posteriormente procesados en productos acabados.
Técnicamente las reacciones de polimerización pueden efectuarse de diferentes
maneras según la naturaleza del monómero y la utilización que se vaya a hacer del
polímero.
6. 1. Polimerización en masa.
El monómero líquido se polimeriza por la reacción del calor en presencia de un iniciador
conveniente, pero en ausencia de disolvente. El medio reaccionante se hace cada vez
más viscoso y puede solidificarse. Si partir de cierto grado de polimerización el polímero
es insoluble en el monómero, se precipita.
Este procedimiento proporciona polímeros muy puros, pero bastante polidispersos, ya
que la masa al hacerse más viscosa dificulta la agitación y el calentamiento uniforme.

10. Además, las reacciones de polimerización, al ser exotérmicas, producen aceleraciones
que a veces toman carácter explosivo.
Sin embargo, el método se emplea para obtener directamente el polímero con la forma
de un molde. Con los monómeros de bajo punto de ebullición, la polimerización en masa
se realiza en algunos casos, bajo presión, cómo en el caso del etileno que se lleva por
encima de su temperatura crítica y es de hecho una polimerización en masa.
6. 2. Polimerización en solución.
Permite realizar una reacción más regular. El polímero puede ser soluble en el
disolvente o precipitar a partir de cierto grado de polimerización. En este último caso, la
polimerización de la solución da polímeros con buena homogeneidad desde el punto de
vista de los grados de polimerización. Este método exige sin embargo, una cantidad de
disolvente bastante importan te, para limitar la viscosidad del medio. El disolvente debe
ser eliminado enseguida del polímero y recuperado cuidadosamente para evitar un alto
costo de fabricación. Este método tiene la ventaja de que se limita la temperatura de
reacción con el punto de ebullición bajo, se obtienen polímeros de pesos moleculares
muy elevados en el caso de polimerizaciones muy exotérmicas. Este tipo de
polimerización se emplea sobre todo cuando el polímero final va a aplicarse en forma
disuelta, como en el caso de adhesivos o barnices.
6. 3. Polimerización en emulsión.
Presenta la gran ventaja de sustituir por agua los disolventes costosos utilizados como
medio de dispersión. Los monómeros al ser generalmente insolubles en agua o muy
poco solubles, se emulsionan con agentes emulsificantes, y eventualmente en presencia
de coloides protectores, reguladores de pHy de un iniciador soluble en el medio acuoso.
La iniciación de la polimerización está localizada en el medio acuoso y no en el interior o
en la superficie de las gotitas del monómero. El crecimiento de las cadenas tiene lugar,
muy probablemente, en el interior de las gotitas monómero-polímero. Incluso las
reacciones de terminación se efectúan en ellas. Este será cedido al medio acuoso o a
las gotas polímero-monómero a medida que el monómero se polimeriza. Efectivamente
existe una disminución regular del volumen de las gotas del monómero, mientras que
aumenta el volumen de las del polímero.
El resultado de la polimerización es un látex, emulsión acuosa del polímero, que se
puede emplear directamente para ciertas aplicaciones. Es posible, igualmente, evaporar
este látex y obtener el polímero sólido, eventualmente en forma pulverulenta. La
polimerización en emulsión ha tenido un gran desarrollo técnico, sobre todo para la
preparación de ciertos elastómeros (copolimeros butadieno - estireno). Sin embargo,
tiene el in conveniente de dar polímeros difíciles de separar de las impurezas,
correspondientes a los productos que facilitan la emulsión, que se añaden inicialmente
en cantidades bastante importantes en el medio reaccionante, y que forman capas
absorbidas de los granos de gran superficie especifica.

11. 6. 4. Polimerización en suspensión.
El monómero se dispersa en un medio acuoso, en gotitas relativamente gruesas (orden
del milímetro), utilizándose como únicos agentes accesorios, un estabilizador, que
impide la coalescencia de las gotitas y un agente tenso activo que regula su tamaño Al
contrario de la polimerización en emulsión, el iniciador debe ser soluble en las gotas del
monómero. Se utilizan principalmente peróxidos orgánicos y la polimerización no facilita
la eliminación del calor desprendido. En el curso de la polimerización, la dimensión de
las gotitas iniciales del monómero no cambia. La viscosidad de las gotas crece hasta
que se hacen sólidas, más o menos elásticas, El polímero se presenta finalmente en
forma de perlas fáciles de lavar y que retiene pocas impurezas debido a su pequeña
superficie específica, es necesario sin embargo eliminar perfectamente el agente
tensoactivo por medio de un electrolito fuerte.
7. COPOLIMEROS.
Por copolimerización se entiende la polimerización conjunta de dos o varios
monómeros, por lo que la macromolécula del copolímero obtenido con tiene como
unidades estructurales los monómeros participantes.
La copolimerización entre dos monómeros ha sido objeto de muchos estudios, mientras
que las mezclas de tres o más compuestos polimerizables, provocan grandes
dificultades debido al número de variables, sin embargo, se producen técnicamente
también terpolimeros (a partir de tres monómeros). El caso más general es el de dos
monómeros.
Aunque los monómeros de la mayoría de los copolímeros están aleatoriamente
dispuestos se han identificado cuatro tipos distintos de copolímeros: aleatorios,
alternados, por bloques y por injerto.
7. 1. Copolímeros aleatorios.
Los diferentes monómeros están aleatoriamente dispuestos dentro de las cadenas
poliméricas. Si Ay B son diferentes monómeros.
7. 2.Copolímeros alternados.
Los diferentes monómeros muestran una alternancia ordenada definida.

12. 7. 3. Copolímeros en bloques.
Los diferentes en la cadena están dispuestos en bloques relativamente largos de cada
monómero.
7. 4. Copolímeros injertados.
Se injertan apéndices de un tipo de monómero a la cadena larga de otro monómero.
7. 5. Clasificación de los diferentes tipos de copolímeros.
Las macromoléculas formadas al principio de la copolimerización son más ricas en uno
de los componentes, por lo que en la mezcla de los monómeros disminuye éste. Las
macromoléculas formadas al final de la reacción contienen menos del monómero
reactivo. Según los valores de r1 y r2, las curvas que representan la variación, de la
composición del copolímero en función de la composición de la mezcla de los
monómeros tienen formas variadas.
Los valores de r1 y r2 dependen del modo de iniciación; pueden modificarse cuando se
para de una copolimerización radical a una iónica, e incluso en este último caso, son
diferentes cuando se trata de una iniciación catiónica o aniónica.
Tipos:

13. I. Copolimerización radial a 60 °C
II. Copolimerización catiónica a 25 °C
III. Copolimerización aniónica a -50 °C
7. 6. Aplicación de los copolímeros.
En los primero años del desarrolló de los polímeros se intento mezclar dos copolímeros
con objeto de mejorar algunas propiedades, pero se encontró con la dificultad de la poca
miscibilidad entre los copolímeros de ahí la necesidad de partir de dos o más
monómeros que al polimerizar juntos las propiedades cambian sin que haya separación
de éstos.
La importancia industrial de los copolímeros es muy grande ya que un copolímero puede
modificarse en sus características para conseguir mayor flexibilidad, pegajosidad,
adherencia, aumentar su temperatura de transición vítrea, disminuir su costo, etc.,
siempre y cuando se logre una buena selección del comonómero.
No se puede en todos los casos copolimerizar dos o mas monómeros ya que sus
reactividades pueden ser muy diferentes, para su selección deberá tenerse en cuenta
los valores los radios, que en la mayoría de los casos se encuentran ya publicados.
Algunos ejemplos de copolímeros industriales se mencionan a continuación:
Etilen-vinil acetato (EVA), Estireno-Butadieno (SBR), Estireno-Acrilonitrílo (SAN),
Acrilonitrilo-Butadieno-Estireno (ABS), Acetato de vinilo con diferentes esteres acrílicos.
8. CARACTERIZACIÓN QUÍMICA DE POLÍMEROS.
Normalmente resulta complejo llegar a la identificación total de un material plástico, de
manera que existe un buen número de interrogantes que es necesario aclarar.
¿Se trata de un material termoplástico o de un material entrecruzado?, ¿cuál es la
naturaleza de este material?, ¿está plastificado, estabilizado al calor, a los rayos UV? Si
es el caso ¿cuáles son los estabilizantes?, ¿hay cargas inertes?, eventualmente es
posible determinar el tipo de polimerización que permitió obtener este producto.
Son algunas de las preguntas que el profesional de la química deber ser capaz de
responder por tener amplios conocimientos teóricos y prácticos en los análisis
realizados a productos de la competencia, o contratipos, en cinéticas de reacción de los
diferentes procesos de fabricación, en la definición de parámetros de reacción, etc.
Por otro lado, existen diversos métodos de identificación y caracterización de los
polímeros como: análisis físicos, fisicoquímicos y el análisis estructural. Entre los
ensayos más comunes se encuentran las pruebas de grupos funcionales, térmicas,
mecánicas y estructurales.
8. 1. Pruebas preliminares.

14. Para iniciar se necesita tomar en cuenta que en la mayoría de los casos e1 material por
analizar es un material complejo, debido a que pueden intervenir en su formulación de
aditivos, estabilizantes, plastificantes, etc. Por esto resulta necesario primeramente
separarlo por disolución y precipitación en un disolvente adecuado.
En este sentido es importante realizar diversas pruebas para caracterizar al polímero
problema.
a) Ensayos iniciales
Las observaciones iniciales son sumamente importantes, debido a que pueden orientar
la investigación posterior, algunas pruebas que se practican son:
— Producto transparente: polímero acrílico o estirénico
— Sonoridad metálica al impacto: polímero de estireno
— Se raya fácilmente con al uña: polietileno, etc.
El valor que puedan representar todas las observaciones depende esencialmente del
ingenio, conocimiento y práctica del investigador para interpretar los resultados.
b) Prueba de combustión
Se coloca una pequeña porción de la muestra sobre una espátula y se calienta a la
flama en un mechero de Bunsen, las observaciones que se deben hacer son las
siguientes:
- El producto no arde y se quema sin deformación: En general se trata de un polímero
entrecruzado producto de poli condensación del tipo fenolformaldehido,
ureaformaldehido, melaminaformaldehido, etc.
- El producto arde en la flama y se apaga fuera de ella: En general son productos
dorados o fluorados. o bien pueden ser materiales auto extinguibles como PVC o PVDC.
- Arde en la flama y fuera de ella: En ese caso se observa el color de la flama, si es azul,
pueden ser poliamidas o poliacrilatos. Si la flama es amarilla se trata de celulosa, pero si
la flama es intensa y muy luminosa es polestireno.
Por otro lado, la presencia de un depósito blanco en las cenizas, puede deberse a un
polímero de silicón (hollín blanco, 513).
La presencia de olor a aceite quemado se debe a polietileno.
c) Prueba de calentamiento
Una pequeña muestra (0.5 g) del producto se coloca en un tubo de ensaye y se calienta
lentamente, el olor desprendido puede definir al producto:
Olor a fenol y formaldehido: polifenolformaldeflido.

15. Olor a formaldehido y pescado: poliureaformaldehido
OIor acre. Al adicionar AgN se observa precipitado de AgCI.: PVC y derivados
Olor a ácido acético: acetado de polivinilo.
Olor característico de cada monómero: poliestireno y polimetacrilato de metilo, etc.
8. 2. Pruebas en productos puros.
Al purificar el polímero por sucesivas disoluciones y precipitaciones se puede esperar
obtener un producto puro, después de eliminar los diferentes aditivos. En este caso se
realizan análisis mucho más precisos.
a) Puntos de fusión y reblandecimiento.
Tanto el valor de la temperatura de fusión y de reblandecimiento como la manera en que
el fenómeno ocurre puede ser una indicación interesante.
Así los productos muy cristalinos como las poliamidas tiene una fusión muy franca.
Se puede encontrar en la literatura tablas que clasifican a los polímeros por orden de
puntos dé fusión o de reblandecimiento crecientes.
b) Medida de densidad.
Los métodos de determinación de densidad son muy variados en el caso particular de
los polímeros se debe cuidar que la superficie de la muestra no contenga pequeñas
burbujas de aire y tomar encuenta que numerosos polímeros pueden contener
oclusiones gaseosas. modificando la medición e incurriendo en errores.
c) Índice de refracción
La medida del índice, de refracción de la muestra puede dar una indicación
complementaria útil, comúnmente como medida de especificación. Es importante hacer
notar que la temperatura de la muestra ene1 refractómetro debe ser constante. En la
literatura sobre polímeros se pueden encontrar valores del índice de refracción de
productos puros.
d) Análisis cualitativo
Se realiza la detección de azufre, nitrógeno y halógenos el método de Lassaigne En un
tuvo de ensayo se calienta al rojo una pequeña porción de polímero con sodio metálico,
después se enfría y se agrega lentamente exceso de etanol. En seguida el tubo se
vuelve a calentar y se sumerge en agua destilada. El tubo se rompe y la solución se
hierve y filtra, estas operaciones provocan la degradación total del polímero en medio
alcalino fuerte, por otro lado el exceso de Sodio se neutraliza formando el alcóxido
correspondiente en presencia de alcohol.

16. El filtrado se divide en porciones para cada una de las pruebas, la detección de azufre
es positiva si hay formación de precipitado negro cuan do se adiciona ácido acético y
una sal de plomo.
9. FISICOQUÍMICADE LOS POLÍMEROS
El éxito en la aplicación en la disolución de los polímeros se debe en gran medida a la
selección correcta del disolvente. En este sentido existen varias formas cualitativas y
cuantitativas para elegir el disolvente adecuado.
Se deberán considerar dos puntos importantes.
a) El disolvente es absorbido por el polímero produciendo hinchamiento y generando un
gel.
b) El gel formado gradualmente se desintegra formando una solución verdadera.
9.1 Reglas empíricas.
Existen tres criterios generales para establecer el comportamiento de la solubilidad.
a) El tamaño del polímero en estudio.
b) La viscosidad de las soluciones generadas.
e) La presencia de alguna fase cristalina
En primer término la solubilidad es favorecida cuando existe similitud estructural y
química. Es decir la solución se forma cuando existen fuerzas atractivas entre las
moléculas del disolvente y del soluto. En este sentido se puede concluir que las
atracciones soluto solvente son mayores cuando las dos moléculas tienen polaridad
equivalente.
9. 2. Energía libre de mezclado.
En un intento por resolver el problema de solubilidad de un polímero en solución y
mezclas, desde el punto de vista cuantitativo se usa la ecuación de la primera ley de la
termodinámica, es decir, la energía libre de mezclado que gobierna la solubilidad de un
componente en otro.
a) Polímeros en solución y su comportamiento
Una amplia variedad de aplicaciones de los polímeros en diversas áreas de la ingeniería
se debe a los polímeros en solución, en el caso por ejemplo de la producción de
pinturas barnices y adhesivos se requiere un buen control de la viscosidad de las
soluciones.
En solución las atracciones intermoleculares entre el disolvente y el soluto son efectivas
cuando el soluto se disuelve, en primer término cuan do un polímero se disuelve existe
un proceso lento de hinchamiento, conocido como solvatación en donde el polímero
hinchado se relaciona al parámetro de solubilidad y a la densidad de energía cohesiva.

17. Por otra parte entre más alto sea el peso molecular resulta más difícil seleccionar al
mejor disolvente,
Los polímeros lineales y ramificados se disuelven posteriormente en una segunda
etapa, mientras los polímeros entrecruzados permanecen en condiciones de
hinchamiento. En este sentido es importante conocer que es lo que se está disolviendo
empleando la segunda ley de la termodinámica y los parámetros de solubilidad.
b) Separación fraccionada.
En el sentido más general, fraccionar un polímetro consiste en separarlo en sus
diferentes especies moleculares de manera a obtener fracciones cuyas moléculas sean
idénticas: así una muestra puede presentar tres tipos de heterogeneidad
— Pesos moleculares diferentes.
— Configuraciones diferentes (moléculas lineales o ramificadas).
— Composición química diferente (para los copolímeros).
En la mayoría de los casos, la configuración y la composición química son iguales para
todas las moléculas, el fraccionamiento se limitará a la separación de las especies
según su tamaño.
10. DEGRADACIÓN DE POLÍMEROS.
La degradación o envejecimiento de los polímeros se refiere a los cambios que sufren
estos materiales en sus propiedades al interaccionar con el medio y el ambiente en que
se encuentren.
Existen diferentes maneras de considerar la degradación: natural, acelerada, artificial,
física y química.
La natural considera al polímero sometido a la influencia de elementos naturales o bien
toma en cuenta las consecuencias de su uso.
La acelerada consiste en someter al material polimérico a condiciones climatológicas
diferentes para las que fue diseñado, lo cual va a repercutir en su tiempo de vida útil.
La artificial es un caso muy particular de envejecimiento y consiste en aplicar al
material condiciones de exposición controlada y se realiza en equipos o cámaras que
simulan un clima natural.
La física engloba a todos los fenómenos que interaccionan con los polímeros sin
modificar la estructura química de los mismos; en este tipo de envejecimiento se
consideran dos fenómenos: uno que implica transferencia de masa y otro en el que no la
hay.

18. La química implica la modificación estructural del material polimérico expuesto a
determinadas condiciones como puede ser la luz. Temperatura en presencia o ausencia
de oxigeno, disolventes, diferentes tipos de radiaciones y diversos microorganismos.
10. 1. Reacciones de degradación
La degradación de los polímeros es un proceso que ocurre por la ruptura de la cadena
principal o la de los enlaces de los grupos laterales.
Los tipos de degradación más importantes son:
a) Degradación al azar, que es un proceso caracterizado por la ruptura del enlace de la
cadena principal en la forma aleatoria.
b) Degradación de los enlaces débiles. El caso clásico es cuando las cadenas
poliméricas contienen un carbón cuaternario, es decir, el polimetacrilato de metilo en
donde por calentamiento se logra casi el 100% de recuperación del monómero (en
atmósfera inerte) al no existir hidrógenos laterales en la cadena se evita la formación de
agua.
c) Proceso de depolimerización. Es un proceso inverso al de la polimerización.
Consiste en las siguientes etapas:
a) Inicio en el final de la cadena
b) Degradación
c) Terminación de segundo orden, ya sea por desproporción y/o combinación.
En este tipo de degradación, la depolimerización ocurre principalmente en
macromoléculas
Es importante aclarar que en la depolimerización la reacción se produce en cadena, en
tanto que en la degradación al azar y en la de enlaces débiles es una reacción en
etapas.
Los procesos tanto de depolimerización como de degradación al azar, pueden ocurrir al
someter a la acción del calor, luz o radiaciones ultrasónicas. Una muestra polimérica, en
cuyo caso recibe el nombre de degradación térmica, fotodegradación y degradación
radioactiva, respectivamente.
También existe la degradación mecánica que se produce por la acción de fuerzas
cortantes, vibraciones ultrasónicas, por congelación rápida y repetida del disolvente de
una solución de polímeros, agitación a una alta velocidad.
La degradación química, que se origina por la acción de agentes químicos y, por último,
la biodegradación que se produce por acción de enzimas, bacterias, hongos.
Características de la degradación de los polímeros.

19. Tipos de reacción Puntos de Inicio
Estructura típica de los
polímeros Productos
Depolimerización Final de cadena Polímeros, vinílicos Monómeros
Degradación al azar Puntos al azar
Polímeros de
condensación o en
polímeros vinílicos no
sustituidos o
monosustituidos
Productos de mezclas
diversas
Degradación en los
enlaces débiles Enlaces débiles Polímeros naturales
Productos de mezclas
diversas
11. ADITIVOS DE LOS POLÍMEROS.
La mayoría de las propiedades de los polímeros son intrínsecas, es decir, son
caracteríscas esenciales del polímero específico. Algunas de estas propiedades se
relacionan y se controlan con la estructura molecular, sin embargo, muchas veces es
necesario modificar las propiedades mecánicas, químicas y físicas en un grado mucho
mayor que el permitido por la simple alteración de la estructura molecular fundamental.
Por ello, substancias alógenas, denominadas aditivos, se introducen intencionadamente
para modificar muchas de estas propiedades y para aumentar la utilidad del polímero.
Son aditivos típicos los rellenos, los plastificantes, los estabilizantes, los colorantes y los
ignífugos.
11. 1. Rellenos.
Los materiales de relleno se adicionan a los polímeros para incrementar las resistencias
a la tracción, a la compresión y a la abrasión, la tenacidad, la estabilidad dimensional y
térmica y otras propiedades. Como relleno se utiliza serrín, sílice, arena, vidrio, arcilla,
talco, caliza e incluso polímeros sintéticos, todos ellos finamente pulverizados. Los
tamaños de las partículas van de 10 nm a dimensiones macroscópicas. El coste del
producto final disminuye por que estos materiales baratos substituyen una parte del
volumen de los polímeros más caros.
11. 2. Plastificantes.
La flexibilidad, la ductilidad y la tenacidad de los polímeros pueden mejorarse con la
ayuda de los aditivos denominados plastificantes. Su presencia también reduce la
dureza y la fragilidad. Los plastificantes suelen tener baja presión de vapor y bajo peso
molecular. Las diminutas moléculas de los plastificantes ocupan posiciones entre las
grandes cadenas poliméricas, incrementando la distancia entre cadenas y reduciendo
los enlaces secundarios intermoleculares. Generalmente se utilizan plastificantes en la
elaboración de polímeros frágiles a temperatura ambiente, tales como cloruro de

20. polivinilo y algún copolímero del acetato. Los plastificantes disminuyen la temperatura
de transición vítrea y de este modo los polímeros se pueden utilizar a temperatura
ambiente en aplicaciones que requieren algún grado de flexibilidad y de ductilidad. Estas
aplicaciones incluyen láminas delgadas o películas, tubos, impermeables y cortinas.
11. 3. Estabitizantes.
Algunos materiales poliméricos, en condiciones ambientales normales, se deterioran
rápidamente, generalmente en términos de integridad mecánica. Este deterioro suele
ser el resultado de la exposición a la luz, en particular a la radiación ultravioleta, y
también a la oxidación. La radiación ultravioleta interacciona con los enlaces covalentes
y puede romper algunos de ellos a lo largo de la cadena molecular; esto puede generar
también un entrecruzamiento de cadenas. El deterioro por oxidación es consecuencia
de la interacción química entre átomos de oxígeno y moléculas poliméricas. Los aditivos
que contrarrestan este proceso de deterioro se denominan estabilizantes.
11. 4. Colorantes.
Los colorantes dan un color específico al polímero. Se pueden adicionar como tintes o
pigmentos. Los tintes actúan como disolventes y se incorporan a la estructura molecular
del polímero.
Los pigmentos son como material de relleno que no se disuelven, sino que permanecen
como fases separadas; generalmente son partículas de pequeño tamaño, transparentes
y con índice de refracción próximo al polímero base. Otros aditivos dan opacidad y color
al polímero.
11. 5. Ignífugos
La inflamabilidad de los polímeros es una característica del máximo interés, sobre todo
en la fabricación de textiles y de juguetes para niños. La mayoría de los polímeros, en
estado puro son inflamables, a excepción de los que contienen elevada proporción de
cloruros y/o fluoruros, tales como los cloruros de polivinilo y politetrafluoretileno. La
resistencia a la inflamabilidad de los polímeros combustibles aumenta adicionando
aditivos denominados ignífugos (o retardadores de llama).
Estos aditivos funcionan interfiriendo el proceso de combustión mediante una fase
gaseosa o iniciando una reacción química que enfría la región de combustión y cesa el
fuego.
12. USOS Y APLICACIONES.
¿Imaginas la cantidad de posibilidades que tienes de desarrollarte en la industria al
fabricar productos de Polímeros?
12. 1. Automotriz.
La industria automotriz ha recibido con gran aceptación la infinidad de artículos que
pueden ser fabricados de resina con refuerzo de fibra de vidrio.

21. Partes automotrices pequeñas, asientos, porta equipajes o la elaboración de carrocerías
completas son sólo un ejemplo de los alcances que tiene este tipo de aplicación.
El avance tecnológico que se genera en la industria, día con día hace indispensable la
creación de materiales más innovadores, altamente resistentes, ligeros y
considerablemente económicos.
La resina poliéster ha cumplido con los requisitos y al conjugarse con un material como
la fibra de vidrio ha dado como resultado un producto de gran demanda en el mercado
automotriz.
12. 2. Concreto.
La fabricación de concreto polimérico para fachadas, domos, estructuras, pisos e incluso
para casas prefabricadas son sólo un ejemplo de la infinidad de posibilidades que
existen en esta industria.
Su magnífico desempeño ha generado una enorme demanda en esta industria, pues ha
demostrado ser un producto con excelentes propiedades y características que pueden
modificarse de acuerdo a las necesidades de aplicación.
12. 3. Mueblera.
Una industria de resiente incursión es la mueblera. Las propiedades de flexibilidad,
resistencia a la corrosión, a la intemperie y a altas temperaturas han hecho del plástico
reforzado el material idóneo para la fabricación de puertas y molduras de imitación
madera.
12. 4. Muebles de baño.
Es sólo una de las innumerables aplicaciones que se ha encontrado en la industria
sanitaria a la Resina poliéster reforzada con fibra de vidrio.
Su insuperable versatilidad te permite hacer con este producto infinidad de artículos con
alta resistencia a la corrosión, a temperaturas altas, al impacto y con acabados y
texturas de gran belleza. La conjunción de resina, fibra de vidrio y complementos han
dado como resultado productos
12. 5. Artesanal.
Actualmente esta industria ha alcanzado un enorme auge comercial por la infinidad de
artículos que pueden elaborarse con las Resinas poliéster.
Además de ser una actividad recreativa, la fabricación de figuras artesanales se ha
vuelto un negocio altamente rentable. Su facilidad de fabricación y el bajo costo de
inversión que representa ha generado una enorme demanda de los productos
destinados para estos fines.
Resinas especiales para vaciados, encapsulados o moldes; el caucho de silicón,
indispensable para la fabricación de moldes de larga vida útil, moldes de poliuretano

22. para vaciados de figuras; son sólo una muestra de las posibilidades que se pueden
elegir en el mundo de las resinas poliéster.
13. LUGARES DE INVESTIGACIÓN.
La investigación científica en el ICTP abarca una amplia serie de áreas innovadoras y
de gran actualidad. Los trabajos realizados en los departamentos y grupos de
investigación que componen el Instituto se resumen brevemente. Además, varios grupos
de investigación del Instituto mantienen colaboraciones institucionales con Grupos de
Investigación de otros centros a través de las Unidades Asociadas.
13. 1. Departamento de Física e Ingeniería de Polímeros.
El Departamento consta de dos grupos cuyas principales áreas de investigación están
relacionadas con el diseño de nuevos materiales poliméricos tales como mezclas y
materiales Compuestos, agentes de interfase y de vehiculización, con énfasis en la
correlación entre la estructura, morfología y propiedades en estado sólido de los
distintos sistemas
13. 2. Departamento de Fotoquímica de Polímeros.
La investigación del Departamento se centra en polímeros fotosensibles. Consta de las
siguientes líneas: 1) Recubrimientos y sistemas multicomponentes fotocurables,
orgánicos e híbridos. 2) Censores fluorescentes de interés aplicado (estructura-
fluorescencia-propiedades). 3) Aplicaciones agrícolas y fotodegradación-estabilización
de polímeros. 4) Láseres poliméricos y ablación láser de polímeros
13. 3. Departamento Química Física de Polímeros.
Las líneas de trabajo desarrolladas en el Departamento son: Estudios cinéticos por RPE
de la polimerización radical, síntesis y propiedades de cristales líquidos y sustratos
biodegradables, propiedades conformacionales, simulación y medida de transporte en
membranas, propiedades térmicas y mecánicas de poliolefinas metalocénicas,
relajaciones mecánicas y dieléctricas, y espectroscopía e imagen de RMN.
13. 4. Departamento de Química Macromolecular.
El Departamento lo forman tres grupos de trabajo dedicados a la síntesis,
caracterización y evaluación de polímeros especiales y con aplicaciones específicas.
Las líneas fundamentales son: 1) Modificación química de polímeros y redes
poliméricas, 2) Polímeros bioactivos y biomateriales, y 3) Polímeros de condensación y
membranas poliméricas.
13. 5. Departamento de Química y Propiedades de Materiales Poliméricos.
En la actualidad el Departamento trabaja en las siguientes líneas: Homo- y
copolimerización radical, procesos convencionales y nuevos procesos de polimerización
viva/controlada, copolímeros de bloque y de injerto, modificación química de
copolímeros anfifílicos y polímeros biocompatibles, aplicaciones bioactivas y

23. medioambientales, síntesis de poliolefinas, correlaciones microestructura química-
táctica con estabilidad termooxidativa, microestructura-propiedades eléctricas,
dieléctricas y termooxidación de polímeros de interés industrial.
13. 6. Departamento de Química y Tecnología de Elastómeros.
En la actualidad abarca las siguientes áreas: Preparación, estudio y propiedades de
Compuestos de caucho vulcanizable, elastómeros termoplásticos, reforzamiento en
elastómeros vulcanizables y termoplásticos, vulcanización de elastómeros, y síntesis de
elastómeros de poliuretano. Además proporciona asistencia científico-tecnica a la
industria del sector caucho.