Propiedades y Síntesis de Polímeros Avanzados

Poliésteres

Podrían fabricarse a partir del ácido tereftálico y el etilenglicol, pero en la práctica se realiza por una reacción de transesterificación entre el éster dimetílico del ácido tereftálico con etilenglicol. Los grupos éster se alinean y se empaquetan, dando lugar a fibras resistentes.

Policarbonatos

Propiedades:

• Resistencia mecánica, al impacto y al rayado.
• Transparencia.
• Temperatura de transición vítrea (Tg) < 140ºC.
• Material termoplástico.

Usos:

• Parabrisas de motos.
• Cascos y viseras.
• Ventanas.
• Caretas para deportes.
• Lentes.
• Biberones.

Polisulfonas

Se obtienen por condensación de Friedel-Crafts de cloruros de sulfonilo.

Propiedades:

• Alta resistencia mecánica, a la fluencia y rigidez, incluso a altas temperaturas.
• Muy alta estabilidad dimensional.
• Excelente resistencia al impacto, incluso a bajas temperaturas.
• Fisiológicamente inertes (aprobado para estar en contacto con alimentos).
• Apropiado para ser esterilizado.
• Elevada resistencia a sustancias químicas.

Usos:

• Componentes de la industria alimentaria.
• Piezas del sector médico y aislantes en la industria electromecánica.
• Piezas de microondas, secapelos y humectadores de aire.

Policetonas

Comparadas con el polietileno, los grupos carbonilo polares aumentan la atracción intermolecular hasta subir la Tg hasta 255ºC (frente a 140ºC del PE). Es un material insoluble en casi todo (sol. hexafluoroisopropanol), por lo que puede utilizarse para fabricar piezas para automóvil. Como las cadenas están muy empaquetadas y ordenadas, el polímero es cristalino y muy quebradizo. Se ha mejorado añadiendo a las sustancias reaccionantes una pequeña fracción de propileno que rebaja la cristalinidad y la Tg hasta 225ºC.

Resinas: Estructura y Tipos Especializados

Definición y Características Generales de las Resinas

Son polímeros sintéticos con estructura molecular reticulada mediante polimerización cruzada de enlaces covalentes. En su estado final, no son moldeables.

Procesos de Obtención:

1. Algunas se obtienen primero como oligómeros y su polimerización termina en un molde con presión y calor.
2. En otras, se obtiene un polímero lineal que se endurece en frío mediante enlaces cruzados.
3. Finalmente, otras se endurecen a la luz y al aire.

Características:

• Gran estabilidad térmica.
• Buenos aislantes térmicos y eléctricos.
• Rigidez.
• Poco peso.

Aplicaciones Históricas y Actuales:

Hoy en día, la baquelita ha caído prácticamente en desuso, pero en su momento su uso la hizo aplicable en las nuevas tecnologías, como carcasas de teléfonos y radios, hasta estructuras de carburadores. Actualmente, tiene aplicación, por ejemplo, en la fabricación de asas de cacerolas.

Resinas de Intercambio Iónico

Son polímeros sólidos, insolubles en agua, que tienen grupos ionizables, ácidos o básicos, unidos covalentemente. Las primeras resinas se fabricaron de fenol-formaldehído; actualmente, son copolímeros de estireno-divinilbenceno.

Efecto de la Proporción de Divinilbenceno:

• Retículo más estrecho.
• Geles más resistentes.
• Menor permeabilidad.
• Intercambio más lento.
• Más grupos ionizables.

Tipos de Resinas Iónicas:

• La sulfonación sobre el copolímero de estireno-divinilbenceno origina resinas ácidas.
• La clorometilación seguida de reacción con amina terciaria produce la respectiva sal de amonio, resina aniónica.

Proceso de Desionización del Agua:

Al pasar una disolución salina por la resina ácida se produce un intercambio de protones por sodio. Los iones de mayor tamaño y carga quedan retenidos. Para desionizar el agua se utilizan dos columnas, una ácida y otra básica. Ambas columnas se regeneran pasando una disolución diluida de ácido y base fuerte.

Usos de las Resinas de Intercambio Iónico:

• Eliminar metales pesados.
• Recuperar metales valiosos.
• Ablandar aguas.

Métodos Industriales de Polimerización

Polimerización en Masa

Inicialmente solo están presentes monómeros y catalizadores.

Ventajas:

• El producto no está contaminado por disolventes.
• Se obtienen altos pesos moleculares.

Inconvenientes:

• En el producto queda monómero residual sin reaccionar.
• Alta viscosidad de la mezcla reaccionante.
• Difícil control térmico.
• Puntos calientes (degradaciones, decoloraciones y más reacciones de transferencia de cadena que aumentan la dispersión de pesos moleculares).

Polimerización en Disolución

Se realiza en presencia de un disolvente.

Ventajas:

• Control térmico fácil (no peligro de explosiones).
• Homogeneidad de la mezcla.
• Control de pesos moleculares.

Inconvenientes:

• Reacciones de transferencia de cadena con el disolvente que aumentan la dispersión de pesos moleculares.
• Proceso más caro.
• Medioambientalmente desaconsejable.
• Eliminación del disolvente.

Polimerización en Suspensión

El monómero, insoluble en agua, se dispersa mecánicamente por agitación. Las partículas de monómero con el iniciador disuelto quedan en suspensión. Si el proceso se controla, el polímero se obtiene en forma de gránulos aislables por filtración. La polimerización es en masa dentro de cada partícula.

Ventajas:

• Polimerización homogénea.
• El agua actúa como disipador del calor.

Inconvenientes:

• No es recomendable para polímeros pegajosos.
• Es necesario una buena agitación, de lo contrario el polímero se deposita en el fondo.

Polimerización en Emulsión

Se realiza en presencia de un surfactante; el monómero y el iniciador quedan en el interior de las micelas.

Procedimiento:

1. El surfactante se disuelve en el agua hasta alcanzar la concentración micelar crítica.
2. Se agita con el monómero hasta formar la emulsión.
3. Se añade el catalizador.
4. A veces se añaden reactivos de transferencia de cadena para disminuir el peso molecular.

Ventajas:

• Se obtienen pesos moleculares muy elevados.
• Buena transferencia de calor.
• Útil para polímeros pegajosos.

Inconvenientes:

• El agente emulsionante puede contaminar al polímero.