Tema: los polímeros, estructura,
clasificación, usos en la industria, propiedades y problemática ambiental.
Estructura.
Para
abordar el estudio de la estructura de los polímeros se suelen considerar dos
niveles, estructura química y estructura física. La estructura física. La
estructura química se refiere a la construcción de la molécula individual y la
estructura física al ordenamiento de unas moléculas respecto a otras.
Comenzaremos abordando la estructura química de los polímeros, y por tanto,
estudiaremos el efecto de la naturaleza de los átomos que constituyen la cadena
principal y los sustituyentes de la misma, las uniones entre monómeros, el peso
molecular y su distribución y el efecto de las ramificaciones o
entrecruzamientos en la cadena principal. Igualmente las diferentes
configuraciones que pueden adoptar los sustituyentes de la cadena principal
condicionan notablemente las propiedades de los polímeros y son parte de su
estructura química.
Cuando
se hace referencia a su estructura física de los polímeros se trata básicamente
de la orientación y cristalinidad que, como veremos, dependen en gran medida de
la estructura química y a su vez condicionan el comportamiento del material
durante el procesado y durante su vida de servicio.
Clasificación.
Según su forma:
Si
tomamos en cuenta la forma del polímero, estos se pueden clasificar
en polímeros lineales y polímeros ramificados.
a)
Los polímeros lineales se origina cuando el monómero que lo forma
tiene dos puntos de ataque, de modo que el polímero se forma
unidireccionalmente, formando cadenas lineales
b)
Los polímeros ramificados se forman porque el monómero posee tres o
más puntos de ataque, de modo que la polimerización ocurre tridimensionalmente,
es decir, en las tres direcciones del espacio. En base a esto es que podemos
encontrar variadas formas:
La
variedad de disposiciones estructurales en los polímeros permiten que estos
cuenten con características diversas; de esta manera podemos encontrar que los
polímeros lineales son materiales blandos y moldeables, mientras que los
polímeros ramificados serán frágiles y rígidos.
Según
el tipo de sus monómeros
Por
otro lado, si tomamos en consideración, los tipos de monómeros que constituyen
la cadena; tenemos los homopolímeros y los copolímeros.
Los homopolímeros son
aquellos donde hay presente una sola clase de monómeros Por ejemplo: el
polipropileno., mientras que los copolímeros son aquellos en donde
hay presente dos o más clases de monómeros, dispuestos al azar, alternadamente,
en bloques o siendo injertados en una cadena principal Ej el poliuretano.
Según su origen:
Finalmente,
si tomamos en consideración el origen de los polímeros, encontramos
los naturales o biopolímeros, que son aquellos que se encuentran en la
naturaleza, formando parte de los seres vivos como la celulosa, el almidón, el
caucho, el colágeno, la seda, etc.; y los sintéticos que son aquellos
fabricados en laboratorios o en procesos de producción en industrias como
el nylon, la baquelita, el PVC y el teflón.
Es
importante señalar, que tanto polímeros naturales como sintéticos están
formados por los mismos componentes, sin embargo, lo que cambia en ellos es el
método de obtención.
Según sus propiedades físicas:
Por
sus propiedades físicas, pueden ser fibras, elastómeros y plásticos.
- Fibras Son
polímeros naturales y sintéticos compuestos por moléculas alargadas y
estiradas, que forman hilos largos, delgados y muy resistentes. Por ejemplo: el
algodón, la lana, la seda, el nailon, el poliéster y el dacrón.
- Elastómeros:
Son polímeros naturales y sintéticos con una gran elasticidad. Por ejemplo: el
caucho y el neopreno.
- Plásticos:
Son polímeros sintéticos que se pueden moldear con ayuda del calor o la
presión. Por ejemplo: el poliestireno, el PVC y el plexiglás o acrílico. Los
plásticos, a su vez, se clasifican en función de sus propiedades térmica
en termoplásticos y termoestables
Termoplásticos: Son
plásticos que se reblandecen a altas temperaturas y se vuelven rígidos por
enfriamiento. Pueden fundirse fácilmente una vez formados, y pueden ser
remoldeados varias veces, debido a que las fuerzas de cohesión entre las
cadenas moleculares son débiles. Por eso, se pueden separar con mucha facilidad
por acción del calor. Son solubles en solventes orgánicos. Por ejemplo: el
polietileno, el poliestireno, policloruro de vinilo o PVC, el polimetacrilato
de metilo o plexiglás, etc.
Generalmente,
estos polímeros son aquellos que se pueden reciclar, dado que sometido a altas
temperaturas se funden, pudiendo cambiar su forma sin modificar su
estructura.
Termoestables:
Son aquellos plásticos que se moldean solo durante su formación. Al
enfriarse, se entrelazan sus cadenas. Esta disposición no permite nuevos
cambios de forma mediante calor o presión. Son materiales insolubles, rígidos y
duros. Los más importantes son la baquelita y el poliuretano.
Por
lo general, este tipo de plástico no puede ser reciclado, dado que al
someterlos a altas temperaturas la estructura del polímero se modifica
totalmente.
Usos en la industria.
En
la industria los polímeros son utilizados en gran cantidad que sus propiedades,
permitiendo fabricar partes para máquinas y
herramientas según las características que se necesiten.
Los plásticos según sea su composición, pueden
ser rígidos para transmitir fuerzas o resistir cargas,
aun así tienden a ser quebradizos, o bien polímeros elásticos para
adaptarse a espacios, ante una carga aceptable se deforma, pero vuelven a su
forma original al retirar la carga.
Ejemplos de
Partes plásticas rígidas
Envases
Cobertores
Estructuras
Transmisiones
Ejemplos de
Partes plásticas elásticas
Bandas
de goma
Empaques
o aislantes
Bandas
de transmisión
Llantas
Los polímeros en
general son muy utilizados gracias a su gran cantidad de ventajas, son
livianos, maleables, resistentes a
la compresión y tensión, torsión e
impacto, elásticos, etc. Son referentes importantes a tomar en cuenta
al diseñar algún elemento tanto para una maquina como para un
artículo de uso cotidiano.
Propiedades.
Propiedades eléctricas.
Los polímeros industriales en general suelen
ser malos conductores eléctricos, por lo que se emplean masivamente en la
industria eléctrica y electrónica como materiales aislantes. Las baquelitas (resinas
fenólicas) sustituyeron con ventaja a las porcelanas y el vidrio en el
aparellaje de baja
tensión hace ya muchos años; termoplásticos como
el PVC y los PE, entre
otros, se utilizan en la fabricación de cableseléctricos, llegando en la actualidad a
tensiones de aplicación superiores a los 20 KV, y casi todas las
carcasas de los equipos electrónicos se construyen en termoplásticos de
magníficas propiedades mecánicas, además de eléctricas y de gran duración y
resistencia al medio
ambiente, como son, por ejemplo, las resinas ABS.
Para evitar cargas
estáticas en aplicaciones que lo requieran, se ha generalizado
el uso de antiestáticos que permite en la superficie del polímero una
conducción parcial de cargas
eléctricas.
Evidentemente la principal desventaja de los
materiales plásticos en estas aplicaciones está en relación a la pérdida de
características mecánicas y geométricas con la temperatura. Sin embargo, ya se
dispone de materiales que resisten sin problemas temperaturas relativamente
elevadas (superiores a los 200 °C).
Las propiedades eléctricas de los polímeros
industriales están determinadas principalmente, por la naturaleza química del
material (enlaces
covalentes de mayor o menor polaridad) y son poco sensibles a
la microestructura cristalina o amorfa del material, que afecta mucho más a las
propiedades mecánicas. Su estudio se acomete mediante ensayos de comportamiento
en campos eléctricos de distinta intensidad y frecuencia. Seguidamente se
analizan las características eléctricas de estos materiales.
Propiedades físicas de los polímeros.
Estudios de difracción
de rayos X sobre muestras de polietileno comercial,
muestran que este material, constituido por moléculas que pueden
contener desde 1000 hasta 150 000 grupos CH2 – CH2 presentan
regiones con un cierto ordenamiento cristalino, y otras donde se evidencia un
carácter amorfo: a éstas últimas se les considera defectos del cristal. En este
caso las fuerzas responsables del ordenamiento cuasicristalino, son las
llamadas fuerzas
de van der Waals. En otros casos (nylon 66) la responsabilidad del
ordenamiento recae en los enlaces
de H.
La temperatura tiene mucha
importancia en relación al comportamiento de los polímeros. A temperaturas más
bajas los polímeros se vuelven más duros y con ciertas características vítreas,
debido a la pérdida de movimiento relativo entre las cadenas que forman el
material. La temperatura a la que funden las zonas cristalinas se llama
temperatura de fusión (Tf). Otra temperatura importante es la de descomposición
y es conveniente que sea bastante superior a Tf.
Propiedades mecánicas.
Son
una consecuencia directa de su composición, así como de la estructura molecular, tanto a nivel molecular como
supermolecular. Actualmente las propiedades mecánicas de interés son las de los
materiales polímeros y éstas han de ser mejoradas mediante la modificación de
la composición o morfología: por ejemplo, cambiar la temperatura a la que los
polímeros se ablandan y recuperan el estado de sólido elástico o también el
grado global del orden tridimensional. Durante mucho tiempo los ensayos han
sido realizados para comprender el comportamiento mecánico de los materiales
plásticos a través de la deformación de la red de polímeros reticulados y
cadenas moleculares enredadas, pero los esfuerzos para describir la deformación
de otros polímeros sólidos en términos de procesos operando a escala molecular
son más recientes. Por lo tanto, se considerarán los diferentes tipos de
respuesta mostrados por los polímeros sólidos a diferentes niveles de tensión
aplicados; elasticidad, viscoelasticidad, flujo plástico y fractura.
Problemática
ambiental.
Los
residuos constituyen uno de los grandes problemas ambientales con diferentes
impactos a nivel global y local. La gestión de los residuos, va más allá de su
disposición; por tanto es necesario analizar las diferentes variables de manera
que se pueda comprender la complejidad que implican los nuevos retos
ambientales. Mientras las concentraciones humanas eran reducidas y los residuos
eran en su gran mayoría de origen orgánico, los residuos no constituían un
problema relevante (Melosi, 2005). Con el aumento de las concentraciones
humanas, se fueron acumulando grandes volúmenes, tanto de residuos orgánicos,
como de inorgánicos, cuya difícil descomposición dificulta su reintroducción en
los ciclos naturales lo que resulta en una fuerte incidencia en la estabilidad
de los ecosistemas. La sociedad contemporánea genera una variedad de residuos
que son clasificados en diferentes grupos: los residuos ordinarios orgánicos e
inorgánicos (plástico, vidrio, metal, entre otros), hospitalarios, peligrosos
(Respel), de aparatos electrónicos y eléctricos (RAEE) y escombros. La presente
investigación hace énfasis en el manejo de los residuos plásticos (RP) en la
ciudad de Bogotá. Pese a no ser considerados residuos peligrosos, los RP tienen
implicaciones ambientales significativas que suelen pasar desapercibidas, y
hacen parte de una problemática de gran impacto y escala. El plástico es un
material de innegable utilidad presente en infinidad de productos de uso
cotidiano, pero sumado al consumismo y la cultura del uso y desecho, hacen que
la generación de residuos ocurra de manera masiva y continua. Además, los
plásticos tienen un extenso tiempo de degradación (entre 100 y 1000 años), lo
que genera que no se reincorporen fácilmente a los ciclos naturales,
permaneciendo por largos periodos y afectando de diferentes maneras los lugares
donde quedan dispuestos.
