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10.3: Polimerización por Adición - Uno + Uno + Uno +... ¡Da Uno!

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    Objetivos de aprendizaje
    • Definir polimerización por adición.
    • Dibujar la estructura de un polímero a partir de su monómero.
    • Conocer los usos/aplicaciones de los polímeros comunes.

    La polimerización por adición y la polimerización por condensación son dos modos de reacciones de polimerización en la formación de polímeros. Además de la polimerización, las moléculas monoméricas se unen entre sí sin la pérdida de ningún otro átomos. Los polímeros de adición de monómeros de alqueno o monómeros de alqueno sustituidos son los grupos más grandes de polímeros en esta clase. La polimerización por apertura de anillo puede ocurrir sin la pérdida de moléculas pequeñas. Mientras que, en la polimerización por condensación (Sección 10.5) dos monómeros diferentes se combinan con la pérdida de una molécula pequeña, generalmente agua. La mayoría de los poliésteres y poliamidas (nylon) están en esta clase de polímeros.

    La polimerización por adición o crecimiento de cadena implica el reordenamiento de los enlaces dentro del monómero de tal manera que los monómeros se enlazan directamente entre sí:

    Reacción de adición y reordenamiento de enlaces: dos monómeros a un dímero

    Para que esto suceda, se necesita una molécula químicamente activa (llamada iniciador) para iniciar lo que se conoce como reacción en cadena. La fabricación de polietileno es un ejemplo muy común de tal proceso. Emplea un iniciador de radicales libres que dona su electrón desapareado al monómero, lo que hace que este último sea altamente reactivo y capaz de formar un enlace con otro monómero en este sitio.

    En teoría, solo se necesita llevar a cabo un proceso de iniciación de una sola cadena, y la etapa de propagación de cadena se repite indefinidamente, pero en la práctica se requieren múltiples etapas de iniciación, y eventualmente dos radicales reaccionan (terminación de cadena) para detener la polimerización.

    De arriba a abajo: iniciación de cadena; propagación de cadena; terminación de cadena

    Al igual que con todas las polimerizaciones, se producen cadenas que tienen un rango de pesos moleculares, y este rango puede alterarse controlando la presión y temperatura del proceso.

    Polipropileno

    El polipropileno (PP), también conocido como polipropeno, es un polímero termoplástico utilizado en una amplia variedad de aplicaciones. Se produce mediante polimerización de crecimiento en cadena a partir del monómero propileno.Los químicos de Phillips Petroleum J. Paul Hogan y Robert Banks primero polimerizaron propileno en 1951. El propileno fue polimerizado por primera vez a un polímero isotáctico cristalino por Giulio Natta así como por el químico alemán Karl Rehn en marzo de 1954. El polipropileno se usa solo o como copolímero, generalmente con etileno. Estos polímeros tienen una gama excepcionalmente amplia de usos: cuerda, cubiertas de aglutinante, botellas de plástico, hilos básicos, telas no tejidas, hervidores eléctricos. Cuando no está coloreado, es translúcido pero no transparente. Su resistencia a la fatiga lo hace útil para envases de alimentos y sus tapas, y tapas abatibles en productos embotellados como el ketchup.

    Después del polietileno, el polipropileno es el plástico más rentable y se espera que los ingresos superen los 145 mil millones de dólares para 2019. Se prevé que las ventas de este material crezcan a una tasa de 5.8% anual hasta 2021. El polipropileno es producido por la polimerización de crecimiento de cadena de propileno:

    Polypropylène.png

    Poliestireno

    El poliestireno fue descubierto en 1839 por Eduard Simon, un boticario de Berlín.En 1941, Dow Chemical inventó un proceso de espuma de poliestireno. El poliestireno es transparente pero más bien quebradizo, y amarillos bajo luz ultravioleta. Ampliamente utilizado para materiales de empaque económicos y “bandejas para llevar”, “maní de empaque” de espuma, estuches para CD, vasos para bebidas con paredes de espuma y otras partes moldeables y de paredes delgadas.

    El poliestireno expandido (EPS) es una espuma rígida y resistente de celdas cerradas con un rango de densidad normal de 11 a 32 kg/m 3. Por lo general es de color blanco y está hecho de perlas de poliestireno pre-expandido. El EPS se utiliza para contenedores de alimentos, láminas moldeadas para aislamiento de edificios y material de empaque, ya sea como bloques sólidos formados para acomodar el artículo que se protege o como “maní” de relleno holgado que amortigua artículos frágiles dentro de las cajas. EPS se llama coloquialmente “espuma de poliestireno” en Estados Unidos y Canadá, una generización aplicada incorrectamente de la marca de poliestireno extruido de Dow Chemical.

    El poliestireno resulta cuando los monómeros de estireno se interconectan. En la polimerización, el enlace carbono-carbono π del grupo vinilo se rompe y se forma un nuevo enlace carbono-carbono σ, uniéndose al carbono de otro monómero de estireno a la cadena.

    Poliestireno formation.PNG

    Cloruro de Polivinilo

    El PVC fue sintetizado accidentalmente en 1872 por el químico alemán Eugen Baumann.. El polímero apareció como un sólido blanco dentro de un matraz de cloruro de vinilo que había quedado expuesto a la luz solar. El cloruro de polivinilo (PVC) es el tercer polímero plástico sintético más producido en el mundo, después del polietileno y el polipropileno. Se producen alrededor de 40 millones de toneladas al año. El cloruro de polivinilo es uno de los polímeros más utilizados en el mundo. Por sí mismo es bastante rígido y se utiliza en materiales de construcción como tuberías, revestimiento de casas, pisos. La adición de plastificantes lo hacen suave y flexible para su uso en tapicería, aislamiento eléctrico, cortinas de ducha y telas impermeables. Se están haciendo algunos esfuerzos para eliminar gradualmente este polímero debido a preocupaciones ambientales.

    Politetrafluorehtylene (PTFE): El Recubrimiento Antiadherente

    El politetrafluoroetileno (PTFE) es un fluoropolímero sintético de tetrafluoroetileno que tiene numerosas aplicaciones. La marca más conocida de las fórmulas basadas en PTFE es Teflon (Figura\(\PageIndex{1}\)) Aldehydby Chemours. Chemours es un spin-off de DuPont, que originalmente descubrió el compuesto en 1938. Este fluorocarbono altamente cristalino es excepcionalmente inerte a los productos químicos y solventes. El agua y los aceites no lo humedecen, lo que explica su uso en utensilios de cocina y otras aplicaciones antiadherentes, incluidos los productos para el cuidado personal.

    Estas propiedades —no adhesión a otros materiales, no humectabilidad y muy bajo coeficiente de fricción (“deslizamiento” )— tienen su origen en la naturaleza altamente electronegativa del flúor cuyos átomos protegen parcialmente la cadena de carbono. Los electrones externos del flúor son tan fuertemente atraídos por su núcleo que están menos disponibles para participar en las interacciones de Londres (fuerza de dispersión).

    Figura\(\PageIndex{1}\) Anuncio de la Happy Pan, una sartén recubierta de teflón de la década de 1960. Fuente: Wikipedia

    Algunos polímeros de adición comunes se enumeran en Tablas\(\PageIndex{1}\) y\(\PageIndex{2}\). Tenga en cuenta que todos los monómeros tienen dobles enlaces carbono-carbono. Muchos polímeros son mundanos (por ejemplo, bolsas de plástico, envoltorios para alimentos, juguetes y vajillas), pero también hay polímeros que conducen electricidad, tienen propiedades adhesivas increíbles o son más fuertes que el acero pero mucho más ligeros en peso.

    Tabla \(\PageIndex{1}\)Algunos Polímeros de Adición.

    Figura\(\PageIndex{2}\)

    Tabla\(\PageIndex{2}\) Otros Polímeros y sus Usos.
    Monómero Nombre del polímero Nombre (s) comercial (s) Usos
    H 2 c=CCl 2 dicloruro de polivinilideno Saran Envoltura alimenticia aferrada
    H 2 C=CH (CN) poliacrilonitrilo Orlon, Acrilan, Creslan Fibras para textiles, alfombras, tapicería
    H 2 C=CH (OCOCH 3) acetato de polivinilo   Pegamento Elmer's - Demostración de Silly Putty
    H 2 C=CH (OH) alcohol polivinílico   Demostración de Cazafantasmas
    H 2 C=C (CH 3) COOCH 3 metacrilato de polimetilo Plexiglás, Lucite Láminas rígidas, transparentes, de plástico, bloques, tubos y otras formas
    H 2 C=CH-C (CH 3) =CH 2 poliisopreno natural o algún caucho sintético aplicaciones similares al caucho natural
    H 2 C=CH-CH=CH 2 polibutadieno caucho sintético de polibutadieno seleccionar aplicaciones de caucho sintético
    H 2 C=CH-CCL=CH 2 policloropreno Neopreno Caucho resistente a productos químicos

    Polímeros de procesamiento

    El moldeo es el proceso de fabricación mediante la conformación de materia prima líquida o flexible utilizando un marco rígido llamado molde o matriz. Esto en sí mismo puede haberse hecho usando un patrón o modelo del objeto final. El moldeo por compresión es un proceso de conformación en el que un material plástico se coloca directamente en un molde metálico calentado luego se ablanda por el calor y por lo tanto se obliga a conformarse a la forma del molde, a medida que el molde se cierra. El moldeo por transferencia (moldeo BrE) es un proceso de fabricación en el que el material de fundición se fuerza en un molde. El moldeo por transferencia es diferente del moldeo por compresión en que el molde está encerrado [Hayward] en lugar de abrirse al émbolo de llenado, lo que resulta en tolerancias dimensionales más altas y menos impacto ambiental.

    El moldeo por inyección es un proceso de fabricación para producir piezas inyectando material fundido en un molde. El moldeo por inyección se puede realizar con una gran cantidad de materiales que incluyen principalmente metales (para los cuales el proceso se llama fundición a presión), vidrios, elastómeros, productos de confección y, más comúnmente, polímeros termoplásticos y termoendurecibles. La extrusión es un proceso utilizado para crear objetos de un perfil de sección transversal fija. Un material es empujado a través de una matriz de la sección transversal deseada. El dibujo es un proceso similar, que utiliza la resistencia a la tracción del material para tirarlo a través de la matriz. Esto limita la cantidad de cambio que se puede realizar en un solo paso, por lo que se limita a formas más simples, y generalmente se necesitan múltiples etapas. El dibujo es la principal forma de producir alambre. Las barras y tubos metálicos también se dibujan a menudo.

    Usos médicos de los polímeros
    Un uso interesante de los polímeros es el reemplazo de partes enfermas, desgastadas o faltantes en el cuerpo. Por ejemplo, alrededor de 250,000 articulaciones de cadera y 500,000 rodillas son reemplazadas en hospitales de Estados Unidos cada año. Las articulaciones artificiales de cadera de bola y hueso están hechas de un acero especial (la bola) y plástico (el zócalo). Las personas lisiadas por artritis o lesiones obtienen libertad de movimiento y alivio del dolor. Los pacientes con problemas cardíacos y circulatorios pueden ser ayudados reemplazando las válvulas cardíacas desgastadas por partes a base de polímeros sintéticos. Estos son solo algunos de los muchos usos biomédicos de los polímeros.
    Figura \(\PageIndex{2}\): Reemplazo de Articulación de Cadera. Los polímeros sintéticos son una parte importante de un reemplazo de articulación de cadera. La cadera es muy parecida a una articulación de bola y cavidad, y los reemplazos totales de cadera imitan esto con una bola de metal que cabe en un vaso de plástico.
    Figura
    Ejemplo\(\PageIndex{1}\)

    Dibujar el polímero que resulta de la polimerización de tetrafluoroetileno.

    Solución

    En el caso de este monómero, el doble enlace se abre y se une a otros monómeros, al igual que con el etileno. El polímero que se hace tiene esta estructura:

    Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

    Dibujar el polímero que resulta de la polimerización de los siguientes monómeros:

    a.

    b.

    RESPUESTAS
    a.
    b.

    Resumen

    • La polimerización por adición es cuando las moléculas monoméricas se unen entre sí sin la pérdida de ningún otro átomos.
    • Ejemplos de polímeros de adición incluyen polietileno, polipropileno, poliestireno, cloruro de polivinilo, politetrafluoroetileno, etc.
    • Muchos objetos de uso diario de empaque, envoltura y materiales de construcción incluyen la mitad de todos los polímeros sintetizados. Otros usos incluyen textiles, muchas carcasas de electrodomésticos electrónicos, CD, piezas de automóviles y muchos otros están hechos de polímeros.

    Colaboradores y Atribuciones

    10.3: Polimerización por Adición - Uno + Uno + Uno +... ¡Da Uno! is shared under a CC BY-NC-SA license and was authored, remixed, and/or curated by LibreTexts.