12.4: Arquitectura de Polímeros

La estructura básica de un polímero es una cadena. La cadena está formada por la cadena principal del polímero. Puede estar decorado con grupos colgantes, como metilos en polipropileno, cloros en cloruro de polivinilo o fenilos en poliestireno, pero la estructura básica es como una cuerda larga.

En ocasiones, la arquitectura de un polímero puede ser más compleja que eso. Por ejemplo, el polietileno de baja densidad tiene ramas que salen de la cadena principal. En consecuencia, se describe como un polímero ramificado.

En algunos casos, la ramificación es tan extensa que el polímero no se parece en absoluto a una cadena. Algunos de estos polímeros altamente ramificados se denominan dendrímeros. Los dendrímeros son estructuras arbóreas que se ramifican en todas direcciones desde un punto central. Visto desde la distancia, un dendrímero tendría una forma general que se parece más a una bola borrosa que a una cadena enrollada.

Si las ramas de una cadena ramificada se conectan directamente a otras cadenas, entonces se dice que el polímero está reticulado. Los polímeros reticulados pueden tener resistencia y rigidez extra porque son menos flexibles que los polímeros en los que las cadenas son capaces de moverse independientemente. Sin embargo, la cantidad justa de reticulación puede hacer que un polímero sea más elástico, haciéndolo rebotar a su forma original después de que se flexione.

La reticulación en realidad puede ser de dos tipos diferentes: “química” o “física”. Las reticulaciones químicas son enlaces covalentes permanentes entre las cadenas. Las reticulaciones físicas son más temporales; están formadas por fuertes atractivos intermoleculares, como los enlaces de hidrógeno, entre cadenas.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

Elija una arquitectura que funcione bien para cada una de las siguientes aplicaciones, y explique su elección.

1. un hilo para tejer en tela
2. una banda de goma
3. un “dispositivo de administración de fármacos” que liberaría lentamente productos farmacéuticos atrapados en el cuerpo
4. una película de plástico para proteger una superficie

Respuesta a:

Una estructura de cadena regular podría enrollarse en un hilo fácilmente. Habría suficiente enredo para mantener unidos a los tres.

Respuesta b:

Una estructura reticulada ayudaría a que una banda de goma se recuperara de nuevo a su forma original. Sin embargo, demasiada reticulación haría que fuera demasiado difícil estirar la banda de goma.

Respuesta c:

Un dendrímero tiene muchos rincones y grietas que podrían usarse para esponjar los productos farmacéuticos y liberarlos lentamente más tarde.

Respuesta d:

Una estructura ramificada o reticulada podría formar una buena red bidimensional para proporcionar un recubrimiento protector.

Copolímeros

La estructura de los polímeros puede variar en la forma en que se disponen sus cadenas. La complejidad estructural adicional surge si el polímero es un copolímero. Los polímeros regulares están hechos de un tipo de monómero. Los copolímeros se forman a partir de dos monómeros diferentes.

Si hay dos monómeros diferentes, pueden disponerse de diferentes maneras a lo largo de la cadena. A lo mejor los dos monómeros simplemente se alternan, uno tras otro: eso se llama copolímero alterno. A lo mejor se distribuyen al azar: eso es un copolímero aleatorio o estadístico. A lo mejor se agrupan en dos grupos separados: eso se llama copolímero de bloques.

Estos copolímeros son diferentes de las mezclas de polímeros. Las mezclas de polímeros son solo mezclas de dos tipos diferentes de polímeros. Tanto las mezclas de polímeros como los copolímeros son importantes. Cualquiera de los dos podría permitir que diferentes propiedades de cada polímero, tales como resistencia y flexibilidad, se junten en un solo material.

Existen diferentes tipos de copolímeros de bloques, dependiendo de cómo se dispongan los bloques de cada monómero en la cadena. El tipo de cadena más simple contendría un bloque largo del primer monómero seguido de un bloque largo del otro. Eso se llama copolímero dibloque (o dibloque AB). Si se encuentran dos bloques del mismo polímero en los extremos, con uno diferente en el medio, eso se llamaría copolímero tribloque ABA. Si hubiera tres bloques diferentes de tres monómeros diferentes, tendríamos en su lugar un copolímero tribloque ABC. Hay muchas variaciones posibles.

En ocasiones, los bloques en un copolímero de bloques no se encuentran a lo largo de la cadena. Por ejemplo, en algunos casos, toda la cadena principal puede estar compuesta por un monómero, con cadenas colgantes unidas a la cadena principal. Un material con este tipo de arquitectura se llama copolímero de injerto, o a veces copolímero de peine o cepillo.