12.6: Síntesis de Polímeros

Las macromoléculas son moléculas muy grandes. Sus pesos moleculares pueden oscilar entre los miles y los millones. Por lo general, se construyen a partir de pequeñas unidades repetitivas unidas entre sí de alguna manera.

¿Cuántas unidades repetitivas hay en una cadena? Debido a la forma en que se fabrican los polímeros sintéticos, es posible que podamos predecir la longitud de la cadena por las condiciones que elegimos cuando la fabricamos. Los polímeros se fabrican frecuentemente a través de la acción de un iniciador, lo que hace que las unidades monómeras comiencen a unirse entre sí. Sin el iniciador, los monómeros simplemente se sientan ahí. (Hay excepciones; el nylon 6-6 y otros polímeros de condensación a veces se hacen simplemente mezclando dos tipos diferentes de monómeros juntos, sin un iniciador).

Si cada iniciador en el proceso inicia su propio crecimiento de cadena, entonces la relación de monómeros a iniciadores con los que comenzamos puede decirnos la longitud de cadena con la que terminaremos.

Podemos confirmar ese resultado experimentalmente midiendo la relación de monómero a iniciador en el polímero que se produce. Esa evidencia se obtiene a veces por integración de un espectro de RMN de ^1H. El “grado de polimerización” es el número medido de unidades repetitivas en la cadena. En el caso siguiente, comenzamos con 10 monómeros por iniciador y terminamos con DP = 10.

Las cosas no siempre salen así. Quizás por alguna razón la cadena deja de crecer inesperadamente (un evento que a menudo se llama “muerte en cadena”). A lo mejor paramos la reacción un poco antes, antes de que todos los monómeros tuvieran tiempo de reaccionar. Tal vez hay una reacción inversa, en la que un polímero puede descomponerse nuevamente en monómeros, y terminamos en algún equilibrio entre la formación del polímero y la descomposición del polímero (un “equilibrio”).

En ese caso, el grado de polimerización podría no reflejar la relación de monómero original a iniciador. También podría depender del porcentaje de conversión, es decir, cuánto de los monómeros originales se convirtieron en polímero. Si empezamos con 10 monómeros por iniciador, pero solo 70% de los monómeros están encadenados en la reacción, entonces el grado de polimerización será de 7, no de 10.

Si se trata de un copolímero de bloques, nos puede interesar algo más que el número total de monómeros en la cadena. En cambio, nos puede interesar la relación de un monómero con respecto al otro (por ejemplo, A:B:A = 6:6:6 en el siguiente ejemplo).

Tenga en cuenta que hay un par de formas diferentes de hacer copolímeros de bloques. Simplemente podemos comenzar a hacer crecer la cadena desde un extremo, como se muestra arriba. Alternativamente, podríamos comenzar con un iniciador difuncional. Ese es un iniciador que comienza a gorwing la cadena en dos direcciones a la vez. El resultado se llama un “polímero telequélico”. Este método de crecimiento puede ser más eficiente en algunos casos.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

Explica por qué un polímero telequélico podría crecer más rápido que uno normal.

Contestar

El polímero telequélico tiene dos extremos de crecimiento por cadena, por lo que crece dos veces más rápido que una cadena normal.

Ejercicio\(\PageIndex{2}\)

Si se realiza una polimerización usando una relación 500:1 de iniciadores a monómeros y la reacción alcanza 85% de conversión, ¿cuál es el grado de polimerización?

Contestar

Si esta cadena alcanzara el 100% de conversión, entonces el grado de polimerización sería 500. A 85% de conversión, DP = 425.