La vida ahora es difícil de imaginar sin polímeros. A partir de ellos, se crean gadgets, ropa, repuestos e incluso lentes de contacto. Y la molécula de ADN en sí también es un polímero. RBC Trends descubrió qué son los polímeros y cómo se obtienen
Qué son los polímeros
La palabra "polímero" es de origen griego: pollá (muchos) y méros (parte). Los polímeros son sustancias que consisten en muchos monómeros (unidades estructurales). En estructura, los polímeros son lineales, ramificados o en red. El número de unidades de monómero y el peso molecular de cada una de ellas afectan a las propiedades del material futuro.
Nombre de los polímeros sintéticos utilizados en el artículo:
El polietileno es un polímero termoplástico de etileno.
Poliuretano: la materia prima de este polímero es un poliol. Se deriva del petróleo crudo.
La poliamida se obtiene como resultado del procesamiento químico de carbón, gas y petróleo.
El cloruro de polivinilo (PVC) es un termoplástico sintético que consiste en cloro y etileno.
La baquelita es un producto de la reacción de fenol y formaldehído bajo presión a altas temperaturas.
El poliestireno es un material que se obtiene como resultado de la polimerización del estireno.
El polimetacrilato de metilo (plexiglás) es un polímero que transmite luz y se parece al vidrio.
Fibra de poliéster: se utiliza como relleno en juguetes, mantas, almohadas, muebles.
El polipropileno es una sustancia sólida que se obtiene como resultado de la polimerización del propileno (gas incoloro).
Poliamidas: este grupo de plásticos incluye nylon, capron, anide.
El teflón es un polímero que contiene carbono y flúor (politetrafluoroetileno).
Los compuestos de polímeros están hechos de dos o más componentes. El polímero actúa como el principal (matriz).
La poliacrilamida (PAA) es un polímero blanco inodoro. Se disuelve en agua, en ácidos acético y láctico helado y glicerol, pero no se disuelve en etanol, metanol y acetona.
Aplicación de polímeros
Polímeros en la industria del petróleo y el gas
El petróleo y el gas no son solo una fuente de combustible para la mayoría de los modos de transporte, sino también materias primas para la producción química. Es a partir de los productos derivados del petróleo que se crean la mayoría de los tipos de polímeros.
Además, los polímeros resultantes se utilizan en el propio proceso de minería. Por lo tanto, la poliacrilamida (PAA) y sus derivados se utilizan para aumentar la productividad y limpiar las tuberías. Este polímero técnico soluble en agua ayuda a aumentar la capacidad máxima de la tubería de petróleo y mejora la calidad del aceite bombeado. También se utiliza en trabajos de reparación en pozos.
En medicina
La esfera médica ha estado utilizando activamente durante mucho tiempo productos hechos de polímeros. Entre ellos: alfileres, jeringas desechables, instrumental para cirugía, envases de plasma y sangre, lentes de contacto, utensilios de laboratorio, hilos quirúrgicos, fundas para zapatos, prótesis, órganos artificiales e incluso nanogeles de polímero para administración de fármacos.
El estudio de las posibilidades de los polímeros no se detiene ahí. Entonces, estudiantes y profesores de la Universidad Nacional de Investigación Tecnológica "MISIS" en 2017 decidieron mejorar el polietileno para usarlo como reemplazo de huesos, articulaciones y músculos. Según los científicos, si refina la idea, la vida útil de un implante hecho de este material será de al menos 15 años.
En la industria automotriz
Las empresas de la industria automotriz utilizan al menos 100 tipos de materiales poliméricos en la producción de vehículos. Por lo tanto, los tapacubos de las ruedas, los tableros y algunas partes del motor están hechos de polipropileno. Los asientos están hechos de poliuretano, las alfombrillas están hechas de polietileno. En las palancas para encender el accionamiento, los engranajes, el tanque de gasolina, la batería, las carcasas de los fusibles hay poliamida. El cableado está hecho de cloruro de polivinilo (PVC). Este polímero termoplástico de cloruro de vinilo es familiar para personas de todo el mundo. El linóleo y los techos elásticos generalmente están hechos de él.
En la construcción
El sector de la construcción no se queda atrás de otros. A partir de polímeros se crean estructuras eléctricas, cables, alambres, tuberías, esmaltes aislantes, barnices, películas, redes, cercas y revestimientos protectores. Además, los polímeros se agregan a la composición de hormigón armado y hormigón. Esto le permite mejorar la calidad de los materiales de construcción.
En la industria alimentaria
Los polímeros en la industria alimentaria deben cumplir con ciertos requisitos sanitarios e higiénicos. No deben afectar las propiedades organolépticas de los productos (sabor, color, olor), y también contienen componentes tóxicos. Los polímeros se utilizan no solo en la producción de equipos para la industria alimentaria, sino también en materiales de embalaje.
Equipo. Por ejemplo, en la industria conservera y láctea, los enlaces de las cintas transportadoras están hechos de poliamidas o polietileno de alta densidad. Y para que las materias primas y los productos semiacabados no se adhieran a la superficie del equipo, se aplican recubrimientos de polímeros especiales a las estructuras metálicas.
Embalaje de polímero. Le permite ahorrar millones de toneladas de productos agrícolas y alimentos en las tiendas. Por lo tanto, las películas multicapa desechables almacenan los productos un 20% más de tiempo sin la adición de conservantes.
Propiedades de los polímeros
Resistencia al impacto. En términos de capacidad para soportar tensiones mecánicas, los polímeros no son de ninguna manera inferiores a algunos metales. Por lo tanto, los polímeros se utilizan en la creación de parachoques de automóviles, cubiertas protectoras y no solo.
Plasticidad y elasticidad. Esta propiedad es poseída, por ejemplo, por cauchos naturales y sintéticos. Es por eso que se utilizan en la creación de neumáticos de automóviles, mangueras, fundas de alambres y cables, suelas para zapatos, globos y no solo.
Reflectividad. Debido a esta propiedad, se crean películas reflectantes especiales a partir de polímeros. Por lo general, se utilizan para indicar objetos en la oscuridad. Por ejemplo, los materiales reflectantes se utilizan en la organización del tráfico, la creación de vallas publicitarias y pancartas.
Aislamiento eléctrico. Los polímeros son dieléctricos (no pasan una corriente eléctrica a través de sí mismos). Se pueden utilizar no solo como materiales aislantes en equipos eléctricos, sino también en la fabricación de mangos de herramientas para trabajar con piezas conductoras.
Polímeros naturales y sintéticos
Natural
Los polímeros naturales se encuentran en todas partes. Son macromoléculas creadas por la propia naturaleza sin intervención humana. Estos son algunos ejemplos.
Polisacáridos. Este gran grupo de polímeros naturales incluye almidón y celulosa. Se diferencian entre sí en sus propiedades. Por lo tanto, el almidón es fácilmente soluble en agua y se puede comer. La celulosa no se disuelve en agua. Se utiliza comúnmente en la producción de papel y fibras para tela.
Las proteínas (proteínas) son un polímero natural que consiste en aminoácidos. Es la proteína que es responsable del crecimiento, estructura y desarrollo de un organismo vivo.
Ácidos nucleicos. Los ácidos nucleicos (ADN) y ribonucleicos (ARN) contienen toda la información sobre una persona, desde enfermedades hasta talentos.
Caucho natural. Este es un polímero plástico y viscoso que está contenido en el jugo de las plantas que contienen caucho.
Sintético
Hasta el siglo XIX, la industria tenía suficientes polímeros naturales. Pero con el tiempo, debido a la falta de recursos, hubo una necesidad de otros materiales. Entonces, en 1909, el químico estadounidense Leo Baekeland trató de encontrar un reemplazo para la goma laca natural (resina). Pero al final, los experimentos lo ayudaron a crear un material llamado baquelita. Se obtuvo como resultado de la reacción de fenol y formaldehído bajo presión a altas temperaturas. Fue con este descubrimiento que comenzó la era de los materiales sintéticos. En los laboratorios químicos, comenzó el desarrollo de nuevos tipos de polímeros.
Antes de la Segunda Guerra Mundial, la producción de caucho sintético comenzó en varios países (Inglaterra, Alemania y los Estados Unidos). Al mismo tiempo, comenzó el desarrollo de poliestireno, cloruro de polivinilo, metacrilato de polimetilo.
En la década de 1950, los científicos crearon una fibra de poliéster y comenzaron la producción de telas basadas en ella. Al mismo tiempo, aparecieron el polipropileno y el polietileno de baja presión. Luego, los poliuretanos se lanzaron a la producción en masa.
En las décadas de 1960 y 1970, se sintetizaron poliamidas.
Cómo se obtienen los polímeros
Los polímeros se producen de dos maneras: polimerización y policondensación. Cada uno tiene sus propias características. La polimerización es el proceso por el cual los monómeros se encadenan y se mantienen unidos por enlaces químicos. Los cauchos de poliestireno, cloropreno y butadieno, teflón, polipropileno, polietileno se obtienen por polimerización.
"Los polímeros se obtienen por la reacción de compuestos monómeros. En términos simples, estas son cuentas, donde las cuentas son monómeros. Cuando se obtienen polímeros, la composición no cambia. Es decir, lo que los átomos estaban en la sustancia, permanecen. Solo cambia su número. Y dependiendo del número de monómeros, sus propiedades cambian", explicó a RBC To Trends Alina Musina, jefa del laboratorio de la estación de servicio Nagornaya de Transneft Upper Volga JSC.
Durante la policondensación, además del polímero, también se forma una sustancia de bajo peso molecular (agua, alcohol, cloruro de hidrógeno). En el proceso de policondensación, se forman resinas de lavsan, polipéptidos, fenol-formaldehído. Pero el capron, por ejemplo, se puede obtener de dos maneras a la vez.
Polímeros y plásticos: cuál es la diferencia
A menudo, la palabra "polímero" se utiliza como sinónimo del concepto de "plástico". Pero no lo es. El plástico es solo un tipo de polímero. Muchos tipos de plásticos se sintetizan a partir de petróleo o aceite de hidrocarburos. Más de 380 millones de toneladas de plástico se producen anualmente en el mundo. Y alrededor de 8 millones de toneladas de artículos hechos de este material ingresan al Océano Mundial cada año: botellas, bolsas, redes de pesca.
Según los ambientalistas, fue el proceso de producción de plásticos lo que creó la crisis mundial de residuos. Los ambientalistas están preocupados no solo por el volumen de emisiones, sino también por el proceso de creación de dichos materiales.
Según Greenpeace, durante la extracción de petróleo y gas, una gran cantidad de sustancias tóxicas ingresan al aire y al agua. Más de 170 productos químicos que se utilizan en la extracción de materias primas para plásticos causan una variedad de enfermedades: desde oncología hasta un sistema inmunológico debilitado.
El futuro de los polímeros
En el futuro, el mundo no podrá alejarse de los polímeros, los expertos están seguros. Cada año adquirirán nuevas formas. Los polímeros "verdes" ya están empezando a salir a la palestra. Estamos hablando de compuestos que combinan las fortalezas de los polímeros naturales y sintéticos.
"Hay que entender que los polímeros no son solo algo sólido. Pueden ser líquidos, transparentes, coloreados, más flexibles, menos flexibles, plásticos. Esto explica su amplia aplicación en todas las esferas de nuestra vida", agregó Alina Musina.
Mientras tanto, los científicos y los fabricantes continúan buscando formas de reducir la huella ambiental de algunos tipos de polímeros. Algunas empresas están reduciendo la cantidad de plástico virgen y apostando por el reciclaje, mientras que otras están desarrollando opciones alternativas.
Entonces, la compañía inglesa Polythene UK introdujo varios tipos de paquetes a base de plantas. Ahora la compañía produce polietileno compostable a base de almidón. El embalaje hecho de dicho material no necesita ser reciclado: el proceso de descomposición no tomará más de tres años. Con el tiempo, se descomponen en elementos naturales: biomasa, agua, dióxido de carbono, metano. Otra alternativa es el polietileno a partir de residuos de caña de azúcar. Se puede utilizar para cubiertas de palets.
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