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.