¿Qué son los polímeros?

Puede definirse como un material constituido por moléculas formadas por unidades constitucionales que se repiten de una manera más o menos ordenada. Dado el gran tamaño de estás moléculas, reciben el nombre de macro-moléculas. Es decir que los polímeros son compuestos químicos cuyas moléculas están formadas por la unión de otras moléculas  más pequeñas llamadas monómeros, las cuales se enlazan entre sí como si  fueran los eslabones de una cadena.

Procesos de Polimerización

El proceso de construir una molécula polimérica, y por ende obtener un material plástico, se denomina polimerización. Se diferencian dos tipos de procesos de polimerización, de adición y de condensación.

Polimerización de Adición.

En esta clase de polimerización los polímeros son sintetizados por la adición de monómeros insaturados a la cadena creciente. Un monómero insaturado es aquel que tiene un enlace covalente, o doble, entre sus átomos, estos enlaces covalentes son bastante reactivos y al ser eliminados permiten que el monómero se pueda acoplar con otros monómeros insaturados.Por ejemplo, al monómero de etileno se le rompe el enlace covalente entre sus dos átomos de carbono dejando dos electrones desapareados. Esto atrae otro monómero de etileno, rompiéndole el enlace covalente y acoplándolo. Así puede continuar indefinidamente la reacción formando la cadena polimérica.

Obviamente, cuando se va a iniciar la reacción, el primer monómero no es capaz por sí solo de romper el enlace covalente, por lo que se utilizan iniciadores. Los iniciadores son moléculas que tienen la particularidad de romper por sí mismas uno de sus enlaces. Luego de haberse dividido tenemos dos fragmentos, denominados fragmentos iniciadores, cada uno con un electrón no apareado. Moléculas como estas son el peróxido benzoico y el 2,2'-azo-bis-isobutirilnitrilo (AIBN).

Peróxido benzoico                 
 

Este electrón lo obtienen al romper el enlace covalente de un monómero, dejando a su vez a este monómero con un electrón desapareado que reacciona, de igual manera que el iniciador, con otro monómero propagándose la reacción de polimerización por adición.

Desafortunadamente, la reacción tiene que acabar. Hay dos maneras de terminar la reacción. La primera es llamada acoplamiento. Sucede cuando dos electrones no apareados de dos cadenas diferentes que están creciendo se encuentran, permitiendo que sus respectivas cadenas se acoplen.

La segunda forma de terminación de la reacción es llamada desproporcionalización. Es un poco más particular que la anterior. En la desproporcionalización, cuando se encuentran las dos cadenas crecientes, uno de los electrones desapareados en lugar de acoplarse sencillamente con el de la otra cadena, lo que hace es arrebatarle un átomo de hidrógeno, terminando su crecimiento y dejando a la última cadena con dos electrones desapareados entre los cuales se forma un enlace doble que también cierra esta cadena.

En general, un polímero de adición como el polietileno puede representarse así:

F₁–[CH₂ – CH₂] –F₂,

en donde F₁ y F₂ son los grupos terminales de inicio y fin de la reacción, que se encuentran en muy pequeñas concentraciones comparados con la cantidad de monómeros de la cadena principal. Estos grupos terminales no tienen efecto en las propiedades mecánicas del polímero, pero sí pueden influenciar la estabilidad química del mismo: en algunos polímeros, cuando son calentados o irradiados con luz, los grupos terminales inestables pueden iniciar la degradación de la molécula.En algunas ocasiones, el electrón desapareado al final de la cadena arrebata un electrón de un enlace carbono hidrógeno a su propia cadena principal, cerrando la cadena al final y dejando una posibilidad de enlace en una zona intermedia de la cadena en donde se acoplará otro monómero y dará inicio a una ramificación. Este fenómeno es conocido como mecanismo de back-biting (“retromordida”). Es así como se producen los polímeros ramificados.

En el proceso por catalizador Ziegler-Natta, la molécula crece como un cabello a partir de la superficie del catalizador. Los monómeros se difunden a través del solvente hasta la superficie del catalizador y de allí al punto de crecimiento; en donde se produce la ruptura del enlace covalente y se genera la adición del monómero. Ya que el monómero es insertado en un punto específico de la cadena, no existe posibilidad para el mecanismo de back-biting. Esto explica por qué los polietilenos sintetizados de esta manera presentan un nivel de ramificación despreciable, del orden de una ramificación cada cien átomos de carbono.

Los polímeros de condensación.

Se forman por un mecanismo de reacción en etapas, es decir, a diferencia de la polimerización anterior, ésta no depende de la reacción por la que es precedida: el polímero se forma dado que los monómeros que actúan aquí tienen más de un grupo funcional capaz de reaccionar con el grupo de otro monómero. Los grupos ácido carboxílico, amino y alcohol son los mas utilizados en estos fines. Aquí, por cada nuevo enlace que se forma entre los monómeros, se libera una molecacula pequeña.Esta polimerización es muy característica de los biopolímeros, por ejemplo, de los enlaces peptídico y glucosidicos.

La polimerización por etapas:

 La cadena de polímero crece paulatinamente siempre y cuando haya monómeros disponibles, añadiéndose un monómero cada vez. Se incluyen todos los polímeros de condensación de Carothers y algunos otros que no liberan moléculas pequeñas pero sí se forman gradualmente, como por ejemplo, los poliuretanos.
Finalmente, los polímeros formados por reacción en cadena son aquellos en que cada cadena individual de polímero se crea a gran velocidad pero luego queda inactiva, aun cuando esta rodeada por monómeros.