Reacciones de polimerización.
Las Reacciones de polimerización las podemos clasificar en dos tipos:
1-Reacciones de adición, ó de polimerización con crecimiento de cadena.
2.-Reacciones de Condensación, ó Polimerización por crecimiento en etapas.
En las reacciones de polimerización, los monómeros pueden ser iguales (homopolímeros) o de diferente tipo (copolímeros) , se adicionan entre sí, a gran escala para formar un polímero. Los monómeros que lo integran provienen de compuestos insaturados, como: alcanos, alcadienos o sus derivados.
Polimerización por Adición.
Este tipo de polimerización se da entre monómeros de la misma especie homopolímeros, dando un crecimiento de las cadenas polimericas, se producen a través de reacciones por radicales libres o especies iónicas.
Las reacciones de polimerización por adición, se clasifican en tres:
1.-Reacciones por radicales libres o radicalaria.
2.- Reacciones catiónicas.
3.-Reacciones aniónicas.
Las reacciones de polimerización por radicalaria , es la forma más común de la polimerización por adición.
1.-Reacciones de polimerización por radicales libres.
Algunos alquenos, alcadienos o sus derivados, se polimerizan en presencia de un catalizador, que es el que inicia la polimerización, generando radicales libres. Algunos de los catalizadores usados en la reacción por radicales libres son: el peróxido de benzoílo, el acetil peróxido, peróxido de terbutilo entre otros.
Las reacciones de adición, sea en cualquiera de sus formas constan de tres etapas que son:
Iniciación, Propagación y Terminación de la reacción.
Ejemplo: En la polimerización del etano usando peróxido de benzoílo como catalizador, la reacción es iniciada por la adición del radical libre de fenil al etano,rompiendo el doble enlace, dejando un un espacio para que se integre otro molécula, a esta etapa se conoce como iniciación.
Propagación de la cadena.
Este radical reacciona con otra molécula de etano formando radicales más grandes, repitiéndose varias veces, haciendo que la reacción avance, este paso es llamado propagación de la cadena.
Terminación de la cadena.
Por último, cuando los reactivos se agotan los radicales reaccionan con otro radical para formar el producto polimérico final, este paso es llamado: terminación de la cadena.
2.- Mecanismo de Polimerización Cationica.
Las reacciones de polimerización catiónica, al igual que la polimerización aniónica, son muy sensitiva a los tipos de solventes usados. Es el proceso en el que el extremo por el que crece la cadena es un Catión (electrófilo).
Si usamos un generador de cationes de iniciación, y un carbocatión es formado como intermediario, a esta reacción se le conoce como: polimerización catiónica.
Para este tipo de reacción los iniciadores son: los ácidos de lewis ( trifloururo de Boro BF3, Tetracloruro de Estaño SnCl4, Tricloruro de Aluminio AlCl3, etcétera.) y ácidos protónicos ( ácido sulfúrico H2SO4 , ácido flourhídrico HF)
En la polimerización catíonica, tenemos los tres pasos de una reacción: iniciación, propagación y terminación de la cadena.
Ejemplos de polimerización catiónica:
Poliestireno.
Polisobuteno.
Éteres de polivinilo.
Polipropileno.
3.- Polimerización Aniónica
Si un anión es usado como iniciador y si un carbanión es formado como intermediario, entonces este tipo de polimerización es llamada polimerización aniónica
Para este tipo de reacción los iniciadores usados son: las amidas de potasio (KNH2), n butil litio (C4H9Li), etcétera. Este mecanísmo también tiene 3 etapas: iniciación, propagación y terminación de la cadena.
La polimerización de la cadena, es terminada por la adición de un protón del ácido de Lewis.
Ejemplos de polimerización aniónica:
Cinamato de polivinilo.
Metacrilato.
Cloruro de polivinilo, etcétera.
Preparación de Los Polímeros de Adición más Importantes:
Polietileno de baja densidad.
Este es obtenido por la polimerización del etano a altas presiones de 1000 a 2000 atmosferas, y una temperatura de 350 a 570 grados Kelvin en presencia de oxigeno molecular, ó un peróxido como iniciador.
El polietileno de baja densidad se obtiene a traves de reacciones de radicáles libres, tiene una estructura altamente ramificada, es quimicamente inerte, resistente, flexible y pobre conductor de la electricidad.
Su uso más común es en la industria del empaque y el embalaje, envases flexibles conocidos como squezze, juguetes y tuberias flexibles.
Polietileno de alta densidad.
Es obtenido de la polimerización del etano en un solvente de hidrocarburos, en presencia de agentes catalíticos como: trietil aluminio y tetracloruro de titánio conocidos como catalizadores de Ziegler-Natta, a una temperatura de 333 a 343 grados kelvin y presiones bajas.
El polietileno de alta densidad. Es un polímero lineal muy compacto en el empaquetamiento de su estructura, es quimicamente inerte, resistente y duro.
Es usado para fabricar cubetas, contenedores de basura, botellas, tuberías , etcétera..
Politretrafloururo de Etileno (Teflón).
Se obtiene por el calentamiento del tetrafloruroetileno, por reaccion de radicales libres,con un catalizador de persulfato y alta presión, es químicamente inerte y no es corrosivo
Sus usos son en sellos para aceite, utensilios de cocina que no se pegan al calentarse, empaques y otros.
Los recubrimientos de teflón se descomponen arriba de los 300 grados centigrados.
Poliacrilonitrilo.
Se obtiene por la polimerización del acrilonitrilo en presencia de un catalizador de peróxido.
Es usado como sustituto de la lana en la manufactura de fibras comerciales, como el orlón, el acrilán. Las fibras acrílicas tienen buena resistencia a las manchas, químicos, insectos y hongos.
POLIMERIZACIÓN POR CONDENSACIÓN
La polimerización por condensación, o polimerización por crecimiento en etapas. Es un proceso de polimerización en donde distintas sustancias copolímeros , reaccionan para crear uno o más monómeros, los cuales se unirán entre sí para formar un dímero, que por reacción con otros monómeros o dímeros (o trímeros, o tetrámeros…) dará a lugar el correspondiente polímero
Durante la condensación, moléculas simples como: agua, alcohol, ácido clorhídrico, se obtienen como subproductos.
El proceso inicial de condensación, es muy diferente al de adición las sustancias iniciales son monómeros diferentes en su estructura, conocidos como copolímeros.
En este tipo de polimerización, la condensación se da entre monómeros o copolímeros bifuncionales o tri funcionales.
En la reacción del PET;La esterificación, tiene lugar entre cada grupo carboxílo del ácido, e hidroxilo del alcohol, obteniendo como subproducto agua, formándose así una cadena de polímero poliéster llamado polietilentereftalato.
Para que una poli condensación se lleve a cabo satisfactoriamente, los monómeros formados han de tener un nivel de funcionalidad mínimo de 2, de lo contrario la cadena de monómeros en formación dejaría de crecer y no se formaría el polímero.
Funcionalidad.
La funcionalidad hace referencia a los grupos funcionales que se forman en los monómeros, estos grupos funcionales determinarán la capacidad del monómero para reaccionar con otros monómeros. El nivel de funcionalidad de un monómero es igual al número de grupos funcionales que posea este en su molécula.
Por ejemplo, el Ácido acético tiene una funcionalidad de 1, mientras que la etiléndiamina tiene una funcionalidad de dos y el glicerol tiene una funcionalidad de tres.
En el caso: de las olefinas, el doble enlace se considera con una funcionalidad igual a 2.
Es por ello que la elección de las sustancias que darán origen a los monómeros utilizados en la polimerización es de vital importancia para lograr el nivel de funcionalidad mínimo requerido.
Para realizar una poli condensación exitosa, se considera que el nivel de funcionalidad mínimo debe de ser de 2, es decir, dos grupos funcionales que estructuren parte de la molécula del monómero.
En resumen:
Las Reacciones de polimerización son de dos tipos: Reacciones de Adición y Reacciones de Condensación.
Las reacciones de adición, las podemos clasificar en; Reacciones por radicales libres, catiónicas y aniónicas.
La reacción por adición más común, es la de radicales libres o radicalaria
Por lo regular las reacciones se dan en presencia de un catalizador.
En las reacciones de Condensación o crecimiento por etapas, tenemos:
Durante la condensación,se obtienen subproductos de la reacción, moléculas simples de: agua, alcohol, acido clorhídrico, entre otros.
Para que se de la reacción de condensación entre los monómeros o copolímeros que la forman, se debe tener una funcionalidad mínimo de dos.
Bibliografia:
sciencetuts. (2017). Types of polymerization. 15 de octubre 2017, de 7activestudio.com Sitio web: http://www.sciencetuts.com/subjects/polymers/course.
Wikypedia. (2017). Polimerizacion por Adicion. 20 de Octubre 2017, de Fundación Wikimedia, Inc.
Sitio web: https://es.wikipedia.org/wiki/Polimerizaci%C3%B3n_por_adici%C3%B3n
Wikypedia. (2017) Polimerización por condensación. 22 de Octubre, de Fundación Wikimedia, Inc.
Sitio web: https://es.wikipedia.org/wiki/Policondensaci%C3%B3n
Elaboración y traducción: F.J. Liera R.
pliera@hotmail.com
Seminario de Actualización Profesional en Ciencia y Tecnología para la Industria de los Polímeros. 