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Definimos como “polímeros” a cualquier variedad de compuestos orgánicos
de estructura macromolecular, tanto naturales, como sintéticamente
producidos a partir de sus monómeros, los cuales pueden ser moldeados y
endurecidos en formas diversas, bien sea para su comercialización
directa, o para ser ensamblados en otro tipo de estructuras o sistemas.
Existen dos tipos de polímeros: homopolímeros y copolímeros.
Los “homopolímeros” están compuestos repitiendo monómeros idénticos
químicamente unidos juntos en las cadenas de polímero de varias
longitudes.
Los “copolímeros” están hechos a partir de combinaciones de al menos dos
monómeros diferentes que son polimerizados para formar cadenas de
monómeros diversos.
Ejemplos de polímeros naturales son las proteínas, polisacáridos, el
ácido desoxirribonucleico (ADN) y el caucho, en el que las subunidades
de monómero individual son, respectivamente, aminoácidos, azúcares,
ácidos nucleicos e isopreno.
Entre los polímeros sintéticos más comunes se incluyen los plásticos y
las siliconas, y se producen a partir de monómeros químicamente
reactivos a base de estirenos, acrilatos, silanoles etc.
Los polímeros sintéticos forman parte imprescindible de la ciencia y de
la vida diaria, cuestión por la cual los investigadores no cesan en su
empeño por el desarrollo de formulaciones y combinaciones, dotadas de
propiedades físicas y químicas cada vez más exigentes.
Estas propiedades dependen de las interacciones de la cadena del
polímero dentro de los propios polímeros, las cuales, a su vez, dependen
de los tamaños de las subunidades monoméricas individuales, pesos,
cargas y estructuras químicas.
Los tipos más importantes de interacciones entre las cadenas del
polímero son aquellas interacciones químicas que causan lo que se conoce
en la técnica como “entrecruzamiento”.
El entrecruzamiento puede ser definido como un procedimiento químico que
une cadenas de polímero individuales juntas formando puentes químicos
entre sí y entre las cadenas del polímero. Estos “entrecruzamientos”
cierran las cadenas del polímero en macromoléculas individuales en las
que las cadenas de polímero individuales pueden deslizarse más entre sí
o con relación a otras.
Son dos los mecanismos por los cuales los polímeros pueden ser
entrecruzados: El primero utiliza una fuente de energía externa, tal
como una alta radiación de energía o calor, para inducir interacciones
entre grupos funcionales químicamente reactivos dentro de los monómeros
individuales de cada cadena de polímero, formándose nuevos enlaces
químicos entre las cadenas del polímero, y el segundo, usando monómeros
que sean susceptibles de reaccionar químicamente por influencia con
elevadas temperaturas.
Típicamente, tales monómeros poseen grupos químicos funcionales
colgantes expuestos (partes del monómero que son químicamente reactivas
y que se extienden desde la cadena del polímero, también llamados
“restos”) que son capaces de interaccionar con grupos colgantes
químicamente compatibles en las cadenas adyacentes del polímero.
Un ejemplo de los cambios drásticos que tales agentes de
entrecruzamiento exógenos pueden producir en un polímero es la
“vulcanización” del caucho. La vulcanización es el procedimiento de
conectar o unir químicamente las cadenas del polímero de caucho natural
(poliisopreno) usando azufre elemental como agente de entrecruzamiento
exógeno.
El calor y compuestos tales como peróxidos, óxidos metálicos, y quinonas
cloradas también son usados para catalizar las reacciones químicas entre
las cadenas del poliisopreno y el azufre. Sin la vulcanización, el
caucho crudo natural es una masa extremadamente pegajosa y amorfa que no
mantiene una forma y que es fácilmente solubilizada o disuelta por
compuestos orgánicos tales como gasolina, aceite y acetona.
Después del entrecruzamiento, el caucho crudo se endurece y se hace
menos pegajoso, más resistente al endurecimiento inducido por el frío o
el ablandamiento inducido por el calor, y resistente a disolventes
orgánicos. Este caucho entrecruzado puede ser conformado en artículos
comerciales y productos siempre que esté caliente y sea fluido, y
conservará la forma conformada en el enfriamiento.
Sin entrecruzamiento, el caucho natural no poseería estas propiedades
beneficiosas requeridas para su amplio rango de aplicaciones
industriales incluyendo neumáticos, zapatos, aislamientos eléctricos y
artículos impermeables.
Estas técnicas de entrecruzamiento son empleadas comúnmente tanto con
polímeros naturales como con sintéticos para crear compuestos
poliméricos que tengan propiedades optimizadas para aplicaciones
particulares. Sin embargo, entrecruzar polímeros es un procedimiento
técnicamente difícil que debe ser controlado con precisión para obtener
buenos resultados.
Los agentes de entrecruzamiento pueden ser simples compuestos
inorgánicos tales como el azufre usado para la vulcanización mencionada
anteriormente, o pueden ser compuestos orgánicos más complejos tales
como el divinil-benceno usado en una amplia variedad de plásticos más
raros. La cantidad de agente entrecruzador añadido, la velocidad a la
que se realiza la reacción de entrecruzamiento y la densidad de los
grupos químicos funcionales entrecruzables presentes en las cadenas del
polímero, contribuyen a las propiedades físicas y químicas del polímero
resultante final, en función de la aplicación buscada.
Para evaluar la resistencia de los polímeros frente a las condiciones
ambientales a las que habrán de ser sometidos en sus condiciones de
servicio, se emplean las cámaras climáticas de ensayos acelerados,
capaces de simular, tanto climas naturales, como artificiales con
diversos grados de agresividad y composiciones atmosféricas controladas,
tales como contaminación, clima marino, ozono, heladas, choques
térmicos, lluvia, humedades elevadas, secado, etc.
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