Usos y clasificación de los polímeros de ingeniería

Los polímeros tienen varios y muy diversos usos en la vida cotidiana. Es considerado uno de los materiales más abundantes en la industria del plástico, por lo que es importante conocer la clasificación de los polímeros. 

Si está interesado en el tema, en esta nota le presentamos qué es este material, la clasificación de los polímeros, incluyendo la descripción, características y empleos de cada uno.

¿Qué son los polímeros?

Son macromoléculas compuestas de monómeros, que son el resultado de la unión en cadena de unidades químicas. Estás moléculas que son pequeñas y menos pesadas, brindan estabilidad y calidad.

Al proceso de formar polímeros se le conoce como polimerización, y su grado se refiere al número de monómeros disponibles en la cadena. Gracias a este proceso la clasificación de los polímeros tienen distintos tipos y compuestos. 

Los polímeros se pueden identificar en dos tipos. Los naturales, como el caucho y algodón, necesitan procesos químicos, vulcanización o recauchutado, con el que se entrecruzan las cadenas de poliisopreno. Los polímeros artificiales se sintetizan en un laboratorio, creados para cumplir una función específica y son usados por un gran número de aplicaciones. 

¿Cómo se forman los polímeros?

Ahora que sabemos qué son, te explicamos más acerca de la forma en la que los polímeros se integran. En este caso, los polímeros se forman a través de un proceso conocido como polimerización, el cual es fundamental para la clasificación de los polímeros, donde unidades moleculares más pequeñas, llamadas monómeros, se unen entre sí para formar cadenas largas y repetitivas. Este proceso puede ocurrir de dos maneras principales:

1. Polimerización por adición. En este tipo de polimerización, los monómeros insaturados (que contienen dobles enlaces carbono-carbono) se unen entre sí para formar una cadena polimérica. Durante este proceso, los enlaces dobles de los monómeros se abren y se unen entre sí para formar una cadena larga y lineal. Ejemplos comunes de polímeros formados por polimerización por adición son el polietileno y el polipropileno.
2. Condensación. En este tipo de polimerización, los monómeros reaccionan entre sí para formar polímeros junto con la eliminación de una molécula pequeña, como agua o alcohol. Esta reacción de condensación puede ocurrir entre monómeros que contienen grupos funcionales reactivos, como hidroxilo (-OH) y carboxilo (-COOH), que se combinan para formar enlaces covalentes. Ejemplos comunes de polímeros formados por polimerización por condensación son el nylon, el poliéster y el poliuretano.

 

En ambos casos, el proceso de polimerización puede ser iniciado por diversos métodos, como el calor, la radiación o la presencia de catalizadores. Una vez iniciada, la reacción de polimerización continúa hasta que se agoten los monómeros disponibles o se detenga por alguna otra razón, formando así cadenas poliméricas de diferentes longitudes y estructuras, lo que es esencial para la clasificación de los polímeros.

Clasificación de los polímeros

A continuación, enlistaremos las formas más conocidas de clasificación de los polímeros para que puedas comprender cómo se identifica cada uno. 

Forma

 La clasificación de los polímeros según su forma proporciona una comprensión fundamental de su estructura y comportamiento. 

• Polímeros lineales. Consisten en cadenas largas y rectas de monómeros unidos entre sí de manera lineal.
• Polímeros ramificados. Contienen cadenas principales con ramificaciones laterales que se extienden desde la cadena principal.
• Polímeros en red tridimensional. Las cadenas están interconectadas en una estructura reticular, formando una red tridimensional.

Monómeros

Además de la forma molecular, otro aspecto crucial en la clasificación de los polímeros es el tipo de monómeros que los componen. Este factor no solo determina la estructura y propiedades del polímero resultante, sino que también influye en sus aplicaciones y comportamiento en diversas industrias.

• Polímeros de condensación. Se forman a partir de monómeros que contienen grupos funcionales reactivos, como hidroxilo y carboxilo. En este caso, los grupos reactivos se combinan mediante reacciones de condensación, formando enlaces covalentes. Entre los ejemplos más comunes de este tipo se incluyen el nylon, el poliéster y el poliuretano.
• Polímeros de adición. Se forman mediante la polimerización de monómeros insaturados, como los alquenos. Así que, los enlaces dobles presentes en los monómeros se abren para permitir la unión de múltiples unidades monoméricas. Aquí, los ejemplos destacados son el polietileno, el polipropileno y el PVC

Origen

La clasificación de los polímeros no solo se basa en su forma y tipo de monómeros, sino también en su origen. Esta distinción entre polímeros naturales y sintéticos arroja explica su procedencia y cómo se producen, lo que a su vez influye en sus propiedades y aplicaciones en diversas industrias.

• Polímeros naturales. Se encuentran en la naturaleza y se obtienen de fuentes biológicas, como plantas y animales. Por ejemplo, incluyen la celulosa, el almidón y las proteínas. Además, estos polímeros ofrecen biodegradabilidad y una huella ambiental reducida.
• Polímeros sintéticos. Fabricados por el ser humano a través de procesos de síntesis química. Al mismo tiempo, son producidos a partir de materias primas petroquímicas, como el petróleo y el gas natural. En este caso, hablamos del polietileno, el polipropileno y el PVC. Estos polímeros ofrecen una amplia gama de propiedades y aplicaciones, desde envases y productos médicos hasta materiales de construcción y automotrices.

Propiedades físicas

Ahora, podemos explicar la diferente clasificación de los polímeros dependiendo de las propiedades físicas de los polímeros y cómo son críticas para su desempeño en diversas aplicaciones industriales y comerciales.

• Resistencia mecánica. Es parte de la clasificación de los polímeros por sus propiedades por forma y se refiere a su capacidad para soportar cargas y deformaciones sin romperse o ceder. Este aspecto es crucial en aplicaciones donde se requiere que el material resista fuerzas externas, como tracción, compresión o flexión. Por ejemplo, en la fabricación de componentes estructurales, envases de alta resistencia o partes de maquinaria, la resistencia mecánica del polímero determina su durabilidad y seguridad en el uso.
• Flexibilidad. Permite a los polímeros doblarse o deformarse sin romperse. Este aspecto es esencial en aplicaciones donde se necesitan materiales adaptables y maleables, como en tuberías, sellos o empaques flexibles. La flexibilidad garantiza que el polímero pueda ajustarse a diferentes formas o movimientos sin sufrir daños, lo que lo hace ideal para aplicaciones que requieren resistencia a tensiones repetidas o cambios de forma.
• Transparencia. Implica su grado de claridad o capacidad para permitir el paso de la luz. En la clasificación de los polímeros por sus propiedades físicas, este atributo es importante en aplicaciones donde se necesita visibilidad o transmisión de luz, como en envases de alimentos, ventanas o lentes. Es decir, la transparencia garantiza que el polímero no interfiera con la visualización de su contenido o con la entrada de luz, lo que lo hace adecuado para aplicaciones estéticas o funcionales donde la visibilidad es esencial.
• Resistencia al calor. Indica su capacidad para mantener sus propiedades físicas y químicas en condiciones de alta temperatura. Este aspecto es crítico en aplicaciones donde el polímero está expuesto a temperaturas elevadas, como en componentes de automóviles, dispositivos electrónicos o procesos industriales. Como parte de la clasificación de los polímeros por sus propiedades físicas, la resistencia al calor asegura que el polímero no se degrade, derrita o pierda su integridad estructural cuando se enfrenta a condiciones térmicas extremas.
• Resistencia química. Se refiere a su capacidad para resistir la acción de productos químicos sin sufrir degradación o corrosión. Este aspecto es necesario en aplicaciones donde el polímero está en contacto con sustancias corrosivas o agresivas, como en tuberías industriales, tanques de almacenamiento o equipos de laboratorio. La resistencia química asegura que el polímero mantenga sus propiedades y funcionalidad incluso en entornos químicos hostiles.
• Biodegradabilidad. Hablamos de la capacidad que tiene para descomponerse de manera natural en el medio ambiente mediante procesos biológicos. En la clasificación de los polímeros, este aspecto es importante en aplicaciones donde se busca reducir el impacto ambiental y promover la sostenibilidad, como en envases biodegradables, productos desechables o materiales para aplicaciones agrícolas. La biodegradabilidad asegura que el polímero se degrade sin dejar residuos dañinos, contribuyendo así a la preservación del medio ambiente y la salud del ecosistema.

Otras clasificaciones de los polímeros

Por el origen de su composición pueden ser naturales, semisintéticos o sintéticos. Debido a la gran versatilidad hay distintos tipos, por ejemplo de acuerdo a su función la clasificación de los polímeros es:

Según su composición química están formados por homopolímeros, que son monómeros idénticos, o copolímeros, que se componen de dos o tres unidades químicas diferentes.

Otra clasificación de los polímeros es por los materiales que lo conforman, se encuentran los termoplásticos que se ablandan con la aplicación de calor. Los elastómeros que son elásticas o los termoestables que resisten a cualquier deformación.

Según su mecanismo de polimerización, pueden ser de adicción cuando los monómeros cuentan con varias conexiones. Por otra parte, los de condensación son moléculas de baja masa molecular. A continuación, te contamos más sobre la clasificación de los polímeros. 

También, es posible la clasificación de los polímeros basados en su estructura se encuentran lineales que forman largas cadenas rectas, también pueden ser hechos de cadenas ramificadas. Los entrecruzados o de red se forman con monómeros con dos o tres grupos funcionales con un fuerte enlace covalente entre las diversas cadenas poliméricas lineales.

En la clasificación de los polímeros también se encuentran los biodegradables. Amigables con el medio ambiente pueden ser derivados de origen animal, de origen vegetal como celulosa, maíz, y de fuentes fósiles como el petróleo. Pueden encontrarse en bolsas, envases de alimentos, productos de consumo y en la agricultura, gracias a la biodegradación previenen la acumulación de residuos.

Características de los polímeros 

Ya que explicamos la clasificación de los polímeros, podemos hablar acerca su amplia gama de características únicas. Desde su capacidad de ser moldeados hasta su resistencia mecánica sobresaliente, los polímeros destacan por las siguientes características que impulsan la adaptabilidad a diversas aplicaciones industriales y comerciales.

1. Los polímeros pueden ser conformados mediante calor o presión.
2. El componente principal de los polímeros es el carbono, lo que les confiere una gran diversidad de propiedades.
3. Exhiben una resistencia mecánica notable, lo que les permite soportar cargas y deformaciones sin perder su estructura.
4. Las fuerzas de atracción intermoleculares en los polímeros son determinadas por su composición química y pueden variar en diferentes clases. Lo que influye en su resistencia, flexibilidad y punto de fusión.

Usos de los polímeros de ingeniería 

Con base en la clasificación de los polímeros, ya sean naturales o sintéticos los polímeros son termoplásticos. Son ideales para la formación de estructuras rígidas y duraderas, como las autopartes; como material fácilmente moldeable, que se utiliza para producir fibras, films y embalajes, además de ser reciclables. 

Se encuentran presentes en tubos de PVC, acrílico, poliestireno, algodón, seda, poliéster, neopreno y el caucho. El nylon (PA), politereftalato de etileno (PET), polipropileno (PP), polietileno (PE)

Ejemplos del uso de los polímeros

Una vez que determinamos la clasificación de los polímeros, te compartimos algunos ejemplos de uso. Ya que, los polímeros se encuentran en una amplia variedad de productos y aplicaciones. Algunos ejemplos de polímeros populares incluyen:

• Polietileno (PE). Ampliamente utilizado en la fabricación de envases industriales, bolsas de embalaje, contenedores de almacenamiento, tuberías para sistemas de agua y productos de construcción como aislantes térmicos.
• Poliuretano (PU). Presente en la fabricación de espumas y recubrimientos para muebles, colchones, cojines de asientos de automóviles, aislamientos térmicos y acústicos, así como en la industria de la construcción para selladores y adhesivos.
• Policloruro de vinilo (PVC). Utilizado en una amplia gama de aplicaciones industriales, incluyendo tuberías para sistemas de alcantarillado y distribución de agua, perfiles para ventanas y puertas, revestimientos para suelos y paredes, así como en la fabricación de envases y botellas.
• Poliestireno (PS). Presente en la fabricación de envases desechables, bandejas para alimentos, piezas de embalaje y productos de consumo como juguetes y artículos de papelería.
• Polipropileno (PP). Utilizado en la fabricación de envases para alimentos y productos químicos, tapas de botellas, partes de automóviles, textiles técnicos y equipos médicos.
• Nailon (poliamida). Ampliamente utilizado en la industria textil para la fabricación de prendas de vestir, medias y tejidos técnicos, así como en aplicaciones industriales como cuerdas, piezas de automóviles y materiales de embalaje.
• Poliéster. Presente en la fabricación de textiles industriales como la ropa deportiva, las telas para automóviles y muebles, botellas de bebidas, películas de embalaje y fibras para alfombras y tapicería.

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