domingo, 16 de julio de 2017

7 SÍNTESIS DE PLÁSTICOS CON ALQUENOS

Muchos desarrollos técnicos están basados en plásticos. No existirían en su forma actual equipos modernos de audio y vídeo, por ejemplo películas, cintas de vídeo y cassettes, cintas de grabación, transparencias, discos compactos, etc., sin la disponibilidad de materiales poliméricos. Dado que los plásticos se pueden fabricar para ajustarse a las especificaciones de casi todas las aplicaciones de sus ventajas son obvias. Hoy en día, los materiales de partida para la síntesis de plástico se derivan casi exclusivamente de petróleo y gas natural, y más específicamente de las posiciones de enlaces dobles de los alquenos. El monómero etileno “eteno”, por ejemplo, se produce por craqueo con vapor de agua de hidrocarburos alifáticos a 800°C. Si se aplica petróleo (nafta) al proceso de craqueo con vapor, se produce una mezcla de diferentes hidrocarburos a partir de la cual se puede separar el eteno.

7.1 Polietileno de baja densidad

El polietileno, que representa casi el veinte por ciento de todo el material polimérico sintético, es el plástico más producido. La polimerización puede llevarse a cabo a alta, media y baja presión. El polietileno preparado a alta presión es altamente ramificado. Por lo tanto, su densidad y grado de cristalinidad son bajos (LDPE = polietileno de baja densidad). Las propiedades del polietileno pueden variar ampliamente aplicando selectivamente diferentes condiciones de reacción. Desde principios de los ochenta, se está produciendo un polietileno especial que exhibe una alta transmitancia óptica y estabilidad mecánica (LLDPE = polietileno lineal de baja densidad). Los polietilenos de media y baja presión contienen predominantemente cadenas no ramificadas que dan como resultado alta densidad, grado de cristalinidad y estabilidad mecánica (HDPE = polietileno de alta densidad).

Se trata de un ejemplo de polimerización por adición. Una reacción de adición es aquella en la que dos o más moléculas se unen para dar un solo producto. Durante la polimerización del eteno, miles de moléculas de eteno se unen para formar poli (alcano) - comúnmente llamado polietileno. A pesar de que el nombre lleva la terminación –eno esto no implica que la secuencia posea enlaces dobles, sino mas bien que un procursor ha sido polimerizado. El eteno es conocido como el monómero. Poli (eteno) es el polímero. El número de moléculas que se unen es muy variable, pero está en la región de 2000 a 20000 moléculas. Las condiciones de reacción principales involucran una temperatura de aproximadamente 200°C y una persión de 2000 atm, con impurezas leves de oxígeno.

El poli (eteno) de baja densidad tiene bastante ramificación a lo largo de las cadenas de hidrocarburos, lo que impide que las cadenas se acerquen cerca unas de otras. Se dice que las regiones del poli (eteno), donde las cadenas están situadas una cerca de la otra y que se empaquetan regularmente, son cristalinas. Donde las cadenas son un revoltijo al azar, se dice que es amorfo. El poli (eteno) de baja densidad tiene una proporción significativa de regiones amorfas. 

Una cadena se sostiene a sus vecinos en la estructura por fuerzas de la dispersión de van der Waals. Esas atracciones serán mayores si las cadenas están cercanas entre sí. Las regiones amorfas donde las cadenas están ineficientemente empaquetadas disminuyen la eficacia de las atracciones de van der Waals y por lo tanto reducen el punto de fusión y la resistencia del polímero. También disminuyen la densidad del polímero (por lo tanto: "poli (eteno) de baja densidad").  El poli (eteno) de baja densidad se utiliza para cosas familiares como bolsas de plástico y otros materiales similares de baja resistencia y flexibles.

7.2 Polietileno de alta densidad

Este se hace en condiciones muy diferentes de poli (eteno) de baja densidad. Las condiciones son menos nextremas, siendo de unas pocas atmósferas de presión y a 60°C empleando catalizadores de Ziegler-Natta u otros compuestos metálicos.  Los catalizadores de Ziegler - Natta son mezclas de compuestos de titanio como cloruro de titanio (III), TiCl3, o cloruro de titanio (IV), TiCl4, y compuestos de aluminio como trietilo de aluminio, Al(C2H5)3. Hay todo tipo de otros catalizadores que se desarrollan constantemente. Estos catalizadores funcionan por mecanismos totalmente diferentes del proceso de alta presión utilizado para fabricar poli(eteno) de baja densidad. Las cadenas crecen de una manera mucho más controlada - mucho menos aleatoria.

El poli (eteno) de alta densidad tiene muy poca ramificación a lo largo de las cadenas hidrocarbonadas - la cristalinidad es 95% o más. Este mejor embalaje significa que las fuerzas de van der Waals atractoras entre las cadenas son mayores y por lo que el plástico es más fuerte y tiene un punto de fusión más alto. Su densidad también es mayor debido al mejor empaque y menor cantidad de espacio desperdiciado en la estructura por lo que es más duro. El poli(eteno) de alta densidad se utiliza para hacer cosas como botellas de leche de plástico y recipientes similares, tazas de plástico, tubos de plástico y así sucesivamente. 

7.3 Polipropeno

El poli(propeno) se fabrica utilizando el catalizador Ziegler-Natta y otros catalizadores modernos. Hay tres variantes en la estructura del poli(propeno) que puede que necesite saber, pero comenzaremos desde el principio con una estructura general que se ajuste a todos ellos.

Tienes que recordar que los diagramas anteriores son bidimensionales. Las cadenas reales de poli (propeno) son tridimensionales. Hay tres tipos diferentes de poli (propeno) dependiendo de cómo los grupos CH3 están dispuestos en el espacio. Estos se llaman poli (propeno) isotáctico, atáctico y sindiotáctico. La versión de uso común es poli (propeno) isotáctico.

El isotáctico es cuando los grupos metilo en su mayoría se encuentran orientados hacia un solo lado con respecto al plano de la cadena.  Esta disposición muy regular de los grupos CH3 hace posible que las cadenas se acoplen juntas y maximicen así la cantidad de unión de van der Waals entre ellas. Esto significa que el poli (propeno) isotáctico es bastante fuerte como un objeto sólido o cuando es atraído hacia las fibras. Esta es la forma común de poli (propeno) que se utiliza para hacer cajas de plástico y cuerdas entre muchas otras cosas. Busque las letras PP cerca del símbolo de reciclaje. El atáctico se caracteriza por una distribución aleatoria de los grupos metilo, esta falta de regularidad hace que sea imposible para las cadenas de estar muy cerca y por lo que las atracciones van der Waals entre ellos son más débiles. El poli (propeno) atáctico es mucho más blando con un punto de fusión más bajo. Se forma como un producto de desecho durante la fabricación de poli (propeno) isotáctico y sus usos son limitados. Se utiliza, por ejemplo, en la pintura de carreteras, en la fabricación de materiales para techos como "fieltro para techos",  en algunos sellantes y adhesivos. El sindiotáctico se caracteriza por una regularidad alternante, donde un metilo se proyecta hacia el frente, el siguiente se proyecta hacia el fondo. Esta regularidad significa que las cadenas pueden empacar de cerca, y las atracciones de van der Waals serán bastante fuertes. Sin embargo, las atracciones no son tan fuertes como en el poli(propeno) isotáctico. Esto hace que el poli (propeno) sindiotáctico sea más blando y le da un punto de fusión más bajo. Tiene usos en el empaquetado - por ejemplo, en la película plástica para la envoltura de alimentos. También hay usos médicos - por ejemplo, en tubos médicos y para bolsas médicas. Hay una amplia gama de otros usos potenciales - ya sea por sí solo, o en mezclas con poli (propeno) isotáctico.

7.4 PVC

O policloroeteno, se hace polimerizando cloroeteno, CH2 = CHCl. Elaboración de su estructura no es diferente de elaborar la estructura de poli (propeno) (véase más arriba). Mientras dibuje la molécula de cloroeteno de la manera correcta, la estructura es bastante obvia.

El proceso de polimerización produce principalmente moléculas de polímero atáctico - con los cloros orientados aleatoriamente a lo largo de la cadena.  Debido a la forma en que los átomos de cloro salen de la cadena al azar, y debido a su gran tamaño, es difícil para las cadenas de mantenerse juntas. El poli(cloroeteno) es principalmente amorfo con sólo pequeñas áreas de cristalinidad.

Normalmente se espera que los polímeros amorfos sean más flexibles que los cristalinos porque las fuerzas de atracción entre las cadenas tienden a ser más débiles. Sin embargo, el poli(cloroeteno) puro tiende a ser más duro y rígido. Esto se debe a la presencia de interacciones dipolo-dipolo adicionales debido a la polaridad de los enlaces carbono-cloro. El cloro es más electronegativo que el carbono, y atrae a los electrones en el enlace hacia sí mismo. Esto hace que los átomos de cloro sean ligeramente negativos y los carbonos ligeramente positivos. Estos dipolos permanentes se suman a las atracciones debido a los dipolos temporales que producen las fuerzas de dispersión van der Waals.

Los plastificantes se añaden al poli(cloroeteno) para reducir la eficacia de estas atracciones y hacer que el plástico sea más flexible. Cuanto más plastificante agregue, más flexible se vuelve. El poli (cloroeteno) se utiliza para hacer una amplia gama de cosas incluyendo,  ventanas plásticas, el aislamiento eléctrico del cable, los materiales de la hoja para el suelo y otros usos, calzado, ropa, entre otros.

7.5 Teflon

O politetrafluoroeteno, es como poli(eteno) excepto que cada hidrógeno en la estructura es reemplazado por un átomo de flúor.

El teflón tiene un punto de fusión relativamente alto de 327°C y es muy resistente al ataque químico. La cadena de carbono está tan envuelta en átomos de flúor que nada puede llegar a reaccionar con ella, lo cual es bueno porque hacemos de comer frituras en esas superficies. Esto hace que sea útil en las industrias química y de alimentos para cubrir los vasos y hacerlos resistentes a casi todo lo que de otro modo podría corroerlos. Igualmente importante es que el teflón tiene propiedades antiadherentes notables - que es la base para sus usos más familiares en herramientas antiadherentes de cocina y jardín. También tiene un coeficiente de fricción muy bajo y se utiliza en cosas como rodamientos de baja fricción.

7.6 Poliestireno/Icopor

Es un polímero aromático sintético hecho a partir del monómero estireno. El poliestireno puede ser sólido o espumado. El poliestireno de uso general es claro, duro y bastante frágil. Es una resina barata por unidad de peso. Es una barrera bastante pobre al oxígeno y al vapor de agua y tiene un punto de fusión relativamente bajo. El poliestireno es uno de los plásticos más utilizados, cuya producción es de varios millones de toneladas por año. El poliestireno puede ser naturalmente transparente, pero puede ser coloreado con colorantes. Los usos incluyen envases protectores (tales como embalaje de cacahuetes y cajas de CD y DVD), contenedores, tapas, botellas, bandejas, vasos y cubiertos desechables.

Como polímero termoplástico, el poliestireno está en estado sólido (vítreo) a temperatura ambiente pero fluye si se calienta por encima de aproximadamente 100ºC, su temperatura de transición vítrea. Se vuelve rígido de nuevo cuando se enfría. Este comportamiento de la temperatura se explota para la extrusión (como en espuma de poliestireno) y también para el moldeado y la formación de vacío, puesto que puede ser moldeado en moldes con finos detalles. El poliestireno es muy lento para biodegradarse y por lo tanto es un foco de controversia entre los ambientalistas. Es cada vez más abundante como una forma de basura en el ambiente al aire libre, particularmente a lo largo de las orillas y canales, especialmente en su forma de espuma, y también en cantidades cada vez mayores en el Océano Pacífico.

7.7 Orlon

Conocido como fibra acrílica, aunque no es exactamente lo mismo, la fibra acrílica es una mezcla de varios polímeros con 85% o más de orlon.

El acrílico es ligero, suave y cálido, con una sensación de lana. También se puede hacer para imitar otras fibras, como el algodón cuando se hace girar en equipos cortos. Algunos acrílicos se extruyen en forma coloreada o pigmentada; Otro se extruye en "ecru", también conocido como "natural", "blanco crudo", o "sin teñir". La fibra pigmentada tiene la mayor resistencia a la luz. Sus fibras son muy resistentes en comparación con los otros sintéticos y fibras naturales. Algún acrílico se utiliza en la ropa como una alternativa menos costosa a la cachemira, debido a la sensación similar de los materiales. Algunas telas de acrílico pueden fuzz o píldora fácilmente, aunque hay variantes de bajo-pilling. El acrílico toma el color bien, es lavable, y es generalmente hipoalergénico. Los usos finales incluyen los calcetines, los sombreros, los guantes, las bufandas, los suéteres, las telas del mobiliario casero, y los toldos. El acrílico se puede también utilizar para hacer la piel falsa y para hacer muchas diversas ropas hechas punto.

Como el acrílico es una fibra sintética, las larvas de las polillas de ropa son incapaces de digerirlo. Sin embargo, las fibras acrílicas que se mezclan con lana o suciedad se pueden comer como consecuencia de tener fibras mezcladas.

El acrílico es la fibra de mano-elaboración del "caballo de batalla" para los crafters que hacen punto o crochet; El hilo acrílico puede ser percibido como "barato", ya que suele tener un precio más bajo que sus homólogos de fibra natural, y porque carece de algunas de sus propiedades, incluyendo suavidad y propensión al fieltro. La fibra requiere calor para "relajarse" o establecer la forma de la prenda final, y no es tan caliente cuando está mojado como alternativas como la lana. Algunos tejedores de mano también se quejan de que la fibra "chirridos" cuando se hace punto, o que es doloroso de tejer debido a una falta de "dar" o estiramiento en el hilo. Por otra parte, es lavable a máquina y extremadamente color-rápido. Esto hace que sea útil en ciertos artículos, como prendas para bebés, que requieren lavado constante. Sin embargo, es mucho más inflamable que sus homólogos de fibra natural, por lo que se debe tener precaución al hacer artículos para bebés y niños.

Existen otros polímeros, pero la tendecia general que permite su unión es la presencia de un doble enlace que se desdobla para formar un esqueleto lineal de enlaces simples, lo que cambia son los sustituyentes ramificados de cada pareja de carbonos en la unidad del polímero.


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