Definición y clasificación
Un polímero es una gran molécula construida por la repetición de pequeñas unidades químicas simples. En algunos casos esta repetición es lineal, de forma semejante a como una cadena la forman sus eslabones. En otros casos las cadenas son ramificadas o interconectadas formando retículos tridimensionales. La unidad repetitiva del polímero se llama monómero.
Clasificación de polímeros
Las moléculas que se combinan para formar los polímeros se denominan monómeros y las reacciones a través de las cuales se obtienen se denominan reacciones de polimerización. Cuando se parte de un solo tipo de molécula se habla de homopolimerización y de homopolímero. Cuando son dos o más moléculas diferentes, las que se repiten en la cadena se habla de copolimerización, comonómeros y copolímero. Las reacciones de polimerización se suelen dividir en dos grandes grupos: reacciones de adición y de condensación, y los polímeros obtenidos por cada una de estas vías se conocen como polímeros de adición y polímeros de condensación. En los polímeros de adición la unidad estructural de repetición tiene la misma composición que la del monómero de partida. El grupo más importante de polímeros de adición corresponde a los formados a partir de monómeros que contienen un doble enlace carbono-carbono, como es el caso, por ejemplo, de la polimerización del policloruro de vinilo (PVC).
Dentro de los polímeros de adición también cabe destacar aquellos que se obtienen a partir de monómeros cíclicos, como es el caso del poli( óxido de etileno) (POE).
En cambio, los polímeros de condensación se forman a partir de monómeros polifuncionales a través de diversas reacciones con la posible eliminación de alguna pequeña molécula, tal como el agua. Un ejemplo típico es la formación de las poliamidas a partir de la reacción de diaminas y ácidos dicarboxílicos:
En las tablas 1.1 y 1.2 se muestran algunos polímeros de adición y condensación de uso muy común, sus abreviaturas y sus unidades estructurales de repetición. En el caso de los polímeros de adición se muestran las estructuras de polietileno, polipropileno, poliestireno, poli(cloruro de vinilo), poliacrilonitrilo, poli(metil metacrilato), y pulibutadieno, mientras que para los polímeros de condensación se muestran ejemplos de poliéster, poliamida, policarbonato, polietilenterftalato, poliuretano y una resina de fenol-formaldehído.
Estructura y respuesta termodinámica
Desde 1920, se han reconocido las propiedades singulares de los polímeros; su elasticidad y su resistencia a la abrasión de los cauchos, la resistencia y tenacidad de las fibras y la flexibilidad y transparencia de las películas se deben a su estructura que posee cadenas largas. Sus propiedades se las describe por deformaciones grandes o pequeñas. La primera clase incluye propiedades como los fenómenos observados en la fusión y en la resistencia en la tracción. Mientras que por el otro lado las deformaciones pequeñas incluyen el comportamiento óptico y eléctrico, propiedades mecánicas como la rigidez y el límite de deformación y las transiciones vítreas y de fusión cristalina.
En las deformaciones grandes sus propiedades dependen de la naturaleza de cadena larga del polímero y de la configuración global de sus cadenas. La masa molar y su distribución, las ramificaciones de las cadenas, y la categoría con ella relacionada de sustitución en las cadenas laterales, y la reticulación son factores importantes para este grupo de propiedades.
Las propiedades físicas asociadas a deformaciones pequeñas están influidas por factores que determinan la manera como los átomos de la cadena interaccionan a pequeñas distancias. La capacidad de los polímeros para cristalizar, establecida por simetría y efectos estéricos, tiene una gran importancia aquí, al igual que la flexibilidad de los enlaces de la cadena y el número, naturaleza y separación de los grupos polares. Las propiedades configuracionales globales, además de influir en la consecución del orden local también son muy importantes.
En los polímeros cristalinos, la naturaleza del estado cristalino introduce otro conjunto de variables que influyen sobre las propiedades mecánicas. Estas incluyen la naturaleza de la estructura cristalina, el grado de cristalinidad, el número de esferulitas, el tamaño y la orientación. Algunos fenómenos de estos son influenciados por las condiciones de fabricación del polímero.
Por último, las propiedades de los polímeros pueden variarse de una forma notoria por la adición de otros materiales, tales como plastificantes o rellenos reforzantes. Así, puede influirse sobre las propiedades que implican tanto deformaciones grandes como pequeñas.
Otra forma de clasificar los polímeros es según su respuesta mecánica frente a temperaturas elevadas. En esta clasificación existen dos subdivisiones: los polímeros termoplásticos y los termoestables. Los primeros, se ablandan al calentarse hasta llegan a fundirse en algunas ocasiones; y se endurecen al enfriarse. A medida que aumenta la temperatura la fuerza de los enlaces secundarios se debilita y facilita el movimiento relativo de las cadenas adyacentes al aplicar un esfuerzo. La mayoría de los polímeros termoplásticos son lineales y tienen estructuras ramificadas con cadenas flexibles.
Los polímeros termoestables se endurecen al calentarse y no se ablandan al seguir calentándolos. Se realiza un entrecruzamiento covalente entre las cadenas moleculares, estos enlaces dificultan los movimientos de vibración y de rotación de las cadenas a elevadas temperaturas. Solo el calentamiento a temperaturas excesivamente altas causa rotura de estos enlaces entrecruzados y degradación del polímero. Estos polímeros por lo general son más duros, más resistentes y más frágiles que los termoplásticos y tienen una mejor estabilidad dimensional. Algunos polímeros termoestables son el caucho vulcanizado, las epoxi y las resinas fenólicas y de poliéster.
Fuente: