POLIMERIZACION
Los polímeros son
de origen sintético o natural. Los naturales son los que se encuentran en los
seres vivos, tales como, el ADN, la celulosa, el caucho, las proteínas, entre
otros y son indispensables en la vida del hombre. A su vez, están los polímeros
sintéticos que son sintetizados por el hombre por medio de reacciones
complejas, entre los cuales podemos mencionar entre los más usados a él
Polietileno, Policloruro de vinilo (PVC), Poliestireno, Polimetilmetacrilato y
Polipropileno. Luego de ser sintetizados los polímeros se emplean técnicas
de moldeo ya sea por inyección, extrusión o soplado para llegar a los
plásticos.
Actualmente los
plásticos son útiles en diversas tareas que el hombre realiza en su
cotidianidad, que van desde los artículos domésticos hasta los industriales. Lo
plásticos son empleados para ciertas labores por propiedades en específico,
entre las cuales podemos mencionar la rigidez, dureza, transparencia, entre
otras. Estas últimas son características del polímero a partir del
cual están elaboradas las piezas plásticas, las cuales se adquieren durante la
síntesis. Cuando hablamos de síntesis de polímeros nos referimos a las
reacciones que se llevan a cabo para su obtención. Para iniciar estas
reacciones químicas se parte de partículas más pequeñas denominadas monómeros
que se van uniendo hasta formar partículas más grandes conocidos como polímeros,
esta síntesis es la que se conoce como polimerización.
Existen diversos
tipos de polimerización, entre los cuales podemos mencionar la polimerización
por adición (o en cadenas), y la de condensación (o por etapas), para cada una
de estas existen características que han sido reveladas gracias a estudios que
se han realizado con el fin obtener información para establecer los criterios
de control del peso molecular promedio, estereoquímica, composición, frecuencia
de las unidades y evitar reacciones descontroladas que destruyan equipos y
generen perdidas costosas. A continuación se comentaran estas características
para afianzar en el conocimiento de esta síntesis química.
La polimerización
por adición (en cadena) consiste en como su nombre lo indica la adición de
monómeros a la cadena, en donde un iniciador reacciona con una molécula del
monómero para dar un intermediario que vuelve a reaccionar sucesivamente con
moléculas del monómero para dar nuevos intermediarios, de esta forma las
cadenas crecen. Un ejemplo de polimerización por adición es el Estireno para
sintetizar Poliestireno. La masa molecular del polímero por adición es
exactamente un múltiplo de la masa molecular del monómero, esto como
consecuencia de que durante la reacción no hay pérdidas de átomos del monómero.
Algunas de sus características podrían ser: su elevado grado de polimerización
y su velocidad aumenta conforme se generan los iniciadores y disminuye con el
tiempo.
Las etapas
características de polimerización por adición son: en primer lugar la
iniciación en la cual participa una molécula a la cual se conoce como
iniciador, la segunda etapa es la propagación, la cual consiste en el
alargamiento de la cadena por la unión de varios monómeros o cadenas existentes
en el medio y finalmente la etapa de terminación en la que se da fin a la
propagación, es decir, la cadena deja de crecer.
El iniciador al cual se hace referencia puede ser un radical libre, anión o
catión.
La polimerización por radicales libres se caracteriza por que en su etapa
de iniciación se pueden presentar dos etapas, la una consiste en la formación
del radical libre y la segunda es la adición del radical libre a un monómero
para formar una cadena radical, para luego de esto continuar la propagación y
el crecimiento de la cadena mediante reacciones radicalarias, la velocidad de
la etapa de propagación es muy importante, pues influencia directamente la
velocidad general de la polimerización en cadena. Así pues, los radicales
libres son la base para el inicio del proceso de activación de los monómeros.
La propagación concluye cuando la cadena en crecimiento reacciona con un
radical libre presente en el medio de reacción, dejando la macromolécula
perfectamente terminada o cuando se encuentran dos cadenas en crecimiento, otro
caso podría ser la desproporción de dos radicales al igual que la transferencia
de cadena al polímero.
En la polimerización catiónica los iniciadores son ácidos (H2SO4,
KHSO4) o complejos de ácidos de Lewis y agua o alcohol como
catalizador. Un sistema muy usado es el BF3/ROH, en donde el catión
iniciador es el protón del ácido conjugado. En el primer paso de la reacción de
propagación se forma el carbocatión más estable, al cual se van uniendo los
monómeros. La terminación se da cuando se adicionan compuestos polares como
agua o alcoholes. Este mecanismo de polimerización es rápido a bajas
temperaturas.
La polimerización aniónica inicia cuando se agrega un catión al doble
enlace del monómero, como aniones iniciadores son empleados el HO-,
NH2- y carbocationes de compuestos organometálicos como
butillitio. La propagación se da gracias a la adición del anión a la cadena
polimérica y la terminación de la propagación de la cadena se da por las
impurezas que aportan protones (agua o ácidos). Los monómeros que pueden
polimerizarse por este mecanismo son los que presentan sustituyentes atractores
de electrones, tales como, fenilo, carbonilo.
Los catalizadores más usados en polimerización son los de Ziegler-Natta y
los metalocenos. Los catalizadores Ziegler-Natta son complejos organometálicos
de metales de transición preparados por el tratamiento de un alquilaluminio con
un compuesto de titanio, este tipo de catalizador es utilizado en la
polimerización vinílica, permitiendo obtener polímeros con tacticidad
específica. Los catalizadores metalocenos producen polímeros extremadamente
uniformes, pueden polimerizar cualquier monómero, permite obtener polímeros con
tacticidades muy específicas. Estos tipos de catalizadores se les denominan
complejos de coordinación debido a que orientan las moléculas que sustituyen a
las del monómero de manera ordenada.
La polimerización
por condensación (o por etapas) se da entre dos monómeros con grupos
funcionales diferentes, en este tipo de polimerización si se presenta la
pérdida de átomos de los monómeros con la producción de una molécula más
pequeña, entre las cuales podría ser H2O, CO2, entre
otras. Entre las reacciones por condensación podríamos citar la del acido
carboxílico con diamina para la síntesis de poliamida con liberación de
moléculas de H2O. El crecimiento se da a saltos, el monómero es
consumido rápidamente, el peso molecular aumenta moderadamente y no requiere de
iniciador.
La polimerización a
nivel industrial se lleva a cabo en masa, en solución, en emulsión y en
suspensión. La polimerización en masa consiste en someter el monómero
a las condiciones apropiadas de temperatura, en teoría no es necesario el
empleo de aditivos, pero en la práctica se usan, la principal desventaja de
este mecanismo es la alta probabilidad de calentamiento y pérdida de control de
la reacción, aunque es ventajoso el hecho de obtener productos de alta pureza
sin necesidad de separaciones futuras.
En la
polimerización en suspensión el monómero es dispersado en agua formando unos
pequeños glóbulos, añadiéndose un iniciador soluble en agua o en el polímero,
el hecho de que los monómeros se encuentre en forma de glóbulos y no en masa
facilita el control eficaz del calor generado durante la polimerización ya que
es disipado por el agente dispersarte o el agua. La separación de las
partículas del polímero es sencilla debido a su baja afinidad con el solvente
que en su mayoría es agua.
Otro mecanismo consiste
en la polimerización en emulsión, en donde se adicionan agentes emulsionantes
(jabón). Esto hace que los monómeros dispersos sean más pequeños. Uno de los
aspectos a considerar en este mecanismo es las bajas propiedades eléctricas y
ópticas del polímero, por acción de los agentes emulsionantes.
La polimerización
en disolución consiste en disolver el monómero, iniciador y el polímero. Las
ventajas consisten en una buena absorción del calor por parte del disolvente,
es utilizada en el mayor de los casos cuando el polímero puede ser vendido en
solución. Y como desventajas se pueden considerar la disminución de la
velocidad de la reacción como consecuencia de la baja concentración del
monómero en la solución.
A manera de
conclusión se puede resaltar que son muchos los aspectos a tener en cuenta
durante la síntesis de polímeros, esto se debe a que son reacciones químicas
muy complejas que requieren de mucha atención para obtener el polímero con las
propiedades deseadas para una aplicación en específico. El estudio de estas
reacciones se ha desarrollado como consecuencia de la creciente demanda de
plásticos a nivel mundial debido a que han sustituido los metales, vidrios,
maderas, etc. Los iniciadores juegan un papel muy importante durante la
polimerización ya que son estos los que propagan el crecimiento de la cadena
cuando hablamos de polimerización por adición, a diferencia de la
polimerización por condensación en donde no se requiere de iniciadores y se da
entre los grupos funcionales de los monómeros.
