HISTORIA DE LOS POLIMEROS

Historia de los polímeros

Desde el principio de los tiempos el hombre ha sido dependiente de los materiales tanto animales como vegetales para suplir sus necesidades de sostenimiento, refugio, alimentación y otros requerimientos. Con este fin se utilizaron durante miles de años resinas naturales y gomas. Por ejemplo la cultura antigua griega utilizaba el ámbar: los romanos, la goma de mascar, y los indígenas sudamericanos utilizaron el caucho natural extraído de los árboles para diversas aplicaciones, y se tiene conocimiento del uso del asfalto en tiempos prebíblicos1. Aunque las primeras investigaciones que se realizaron sobre el caucho se llevaron a cabo desde 1761, la estructura molecular de los polímeros sólo se entendió hasta el siglo XX2

Alrededor de 1830 Charles Codear desarrolló el proceso de vulcanización, que consistía en mezclar caucho natural con azufre a cierta temperatura. El caucho vulcanizado presentaba mejores características que el caucho finales del siglo XIX se vio la necesidad de reemplazar las bolas de billar hechas de marfil animal, para lo cual John Wesley Hyatt desarrolló el así llamado ceíllo producto considerado como el primer termoplástico. Fue a principios del siglo X cuando se desarrolló el primer polímero completamente sintético llamado Bakelita, inventado por Leo, considerado como el primer polímero termoestable. Es de gran importancia debido a sus características como aislante eléctrico.

En 1920 Herman   se opuso a las apreciaciones de los investigadores de la época y propuso que el comportamiento viscoso particular de las soluciones poliméricas no se debía a la formación de micelas sino a la longitud de las moléculas que constituían la solución. Postuló así, por primera vez, la existencia de En 1927 se desarrollaron el acetato de celulosa y el cloruro de polivinilo, lo que permitió producir el PVC (Cloruro de polivinilo), uno de los materiales actualmente mas utilizados. A partir del año 1930 se inventaron la gran mayoría de los polímeros de más común aplicación como lo son: Nylon (Poliamidas), PVA (Acetato de polivinilo), polímeros acrílicos.

otros materiales, usados comúnmente en esa época tales como los metales y la madera 

Aunque hoy en día la tecnología del los poliuretanos es bastante extensa, vale la pena hacer un breve repaso histórico de su desarrollo desde sus inicios. En 1937 un grupo de investigadores con el Dr. Otto Bayer a la cabeza, desarrollaron un elastómero haciendo reaccionar toluen-diisocianto con vario polio les, lo que les permitió obtener las primeras espumas de poliuretanos. Este nuevo producto permitió obtener enormes ventajas frente a

Sin embargo este producto se desarrollo plenamente en la parte comercial, hasta después de la I Guerra Mundial. Las primeras formulaciones que se dieron a conocer fueron el Agamí U y el Perlón U. Pero fue hasta 1952 que los poliisocianatos, en especial el TDI (Toluen-Diisocianato) empezaron a comercializare con producciones relativamente bajas si las comparamos con las de hoy en día. Los primeros desarrollos de las espumas flexibles de Poliuretanos se llevaron a cabo el Alemania entre 1952 y 1954, cuando por la misma época Estados Unidos desarrollo un especial interés por este producto

Inicialmente, todas las aplicaciones comerciales de las los Poliuretanos se basaban en los tipo poliéster, sin embargo no mucho tiempo después se introdujo en polio tipo poliéster, convirtiéndose en un producto predilecto frente a su antecesor debido a sus ventajas tanto técnicas como comerciales. La inmensa variedad de formulaciones que se obtuvieron a partir del polio, y su bajo costo de producción, causo que para 1960 ya se estuvieran produciendo

En algunos casos se usa el término macromolécula para referirse a ciertos polímeros, aunque es más común para denotar moléculas más complejas que no necesariamente tienen unidades repetitivas como las proteínas, ácidos nucleicos, enzimas, etc.

7 Pesos moleculares superiores o iguales a 10000

Tamaño de la molécula Material Ejemplo de uso 

C1-C4 Gas  natural y para generar 

6 calor

C5-C12 Gasolina Motores de combustión

C15-C20 

Combustible, Diesel, calentamiento

Queroseno

C20+ Aceites lubricantes Motores 

C100 Ceras parafinitas Velas 

C1000+ Polietileno Bolsas plásticas 

Tabla 1-1. Concepto macromolecular de los polímeros8

Se puede hacer una primera clasificación de los polímeros en dos grandes grupos: biopolímeros y polímeros sintéticos. Los biopolímeros son macromoléculas que se encuentran fácilmente en la naturaleza y pueden o no tener unidades repetitivas. La celulosa, el caucho natural, son ejemplos de macromoléculas naturales constituidas por miles de unidades repetitivas, y tenemos ejemplos como las proteínas, los ácidos nucleicos y las enzimas que tienen estructuras complejas con variadas moléculas simples. Los polímeros sintéticos no se encuentran en la naturaleza, son producto de reacciones químicas de polimerización (polimerización en cadena o polimerización por etapas) en donde las unidades repetitivas forman enlaces covalentes haciendo crecer las cadenas poliméricas. Se producen a partir de los monómeros puros. Por ejemplo, el Polietileno, en el que su unidad constitutiva es el monómero de etileno, es uno de los polímeros más usados en todo tipo de industria. Este tipo de polímeros se conocen como "comodita polímeros". También se desarrollan " para aplicaciones más específicas

Cada cadena de polietileno se encuentra en una conformación zigzag plana extendida, donde la arista

C siempre va en dirección a la

Si analizamos esta longitud, sabemos que son moléculas alargadas, pero este valor no nos puede explicar claramente la "forma" de la cadena. Para aclarar este concepto se utiliza la relación de aspecto, es decir, la relación entre la longitud y el diámetro.

Para una molécula de polietileno con un grado de polimerización (número de unidades repetitivas) de 100000 comparada con un espagueti tenemos:

9 Imagen tomada de Referencia 45

Polietileno.

Estos valores nos pueden dar una idea de la relación entre la longitud de las cadenas moleculares de los polímeros y su diámetro (Relación de Aspecto). La naturaleza de las cadenas poliméricas y el tipo de interacciones que tienen entre cadenas determina las propiedades macroscópicas del polímero.

Según el tipo de cadena, y la "forma" de esta, es decir, que tan ramificada es, y como son las ramificaciones, las propiedades de procesamiento de los polímeros varían, pues no todas las moléculas se "mueven" de la misma forma y no todas interactúan de la misma manera. Las moléculas con un mayor impedimento estérico (grupo radicales más voluminosos) tienen una menor capacidad de reptar 10 , lo que disminuye su capacidad de fluir. Un ejemplo de este fenómeno se observa en los vidrios de las catedrales europeas en donde se evidencia un flujo lento del vidrio a través de los siglos11 . Para explicar el fundamento físico del flujo viscoso y la deformación lenta al someterse a una carga constante, se debe entender que si se mantiene un esfuerzo durante un largo período de tiempo, se presentan reacomodaciones estables de las moléculas. Para cuantificar este fenómeno se utiliza el número de Débora

M. Reinar 12 encontró una técnica para explicar este tipo de fenómeno que consiste en encontrar el número de Débora, como sigue. Los intervalos de tiempo característicos para los cuales tiene memoria un material fundido se relacionan con su tiempo de relajación. En textos más especializados 13 , se pueden encontrar descripciones completas del comportamiento visco elástico y los tiempos de relajación que tienen los polímeros fundidos 14 . En general, el tiempo de relajación se encuentra a partir de la viscosidad y del módulo elástico; éstas son las cantidades que reflejan sus comportamientos viscosos y elásticos ante un esfuerzo que se les aplique, y su relación da el tiempo natural o de relajación para el material, es decir, el tiempo en que el material responde. El numerador de la siguiente ecuación hace referencia al tiempo en que se observa el proceso, es una ventana de tiempo experimental15.

Historia

 En 1958 un equipo de científicos inventó la fibra LYCRA® que, en un principio, fue ideada para sustituir el caucho utilizado en la producción de lencería. Antes de que apareciera la fibra LYCRA® la ropa se deformaba, estiraba, formando antiestéticos pliegues y bolsas; todo cambió cuando el científico de DuPont Joel Shiva perfeccionó una fibra revolucionaria denominada K.

 Los sesenta – En la década de los 1960, la fibra LYCRA® revolucionó el modo en que se podían usar los tejidos. En la ropa de playa, esta fibra hizo posible que los trajes de baño grueso y pesado se reemplazaran por prendas ligeras y de secado rápido como el biquini. En 1968, los miembros del equipo de esquí francés ganador de la medalla olímpica fueron los primeros deportistas de alto nivel en llevar trajes de esquí elaborados con fibra LYCRA®. Esta tendencia no tardó en extenderse a los demás deportes. En 1972, los nadadores olímpicos ya lucían trajes elegantes y ligeros hechos con fibra LYCRA®.

Los setenta – En los 1970, la marca hizo su entrada en el mundo de la moda: la fiebre de las discotecas y el interés por estar en forma hicieron que las mallas y los leotardos se convirtieran en la estética del momento. Las mallas y los vaqueros ajustados hechos con fibra LYCRA® son algunas de las prendas que marcaron este período.

 Los ochenta – A mediados de los 1980, más de la mitad de medias y prendas de ropa interior femenina contaban con la fibra LYCRA® para quedar bien, ajustadas y cómodas.

 Los noventa – Durante los 1990, la marca LYCRA® fue ganando posiciones en el sector textil deportivo gracias al desarrollo de fibras de alta tecnología como el tejido LYCRA® Powell utilizado en los shorts de compresión, que ayudan a los atletas a reducir el cansancio de los músculos. Además, esta década vio crecer la popularidad de la fibra no solo en la moda de mujer sino también en la de hombre.

 Siglo veintiuno – La fibra LYCRA® está evolucionando continuamente para generar valor y crear nuevas experiencias para el consumidor. En 2004, de la mano de su socio de licencia Cotí, Inc., la marca LYCRA® traspasó los límites de la indumentaria introduciendo el LYCRA® un esmalte de uñas resistente a los golpes fabricado con LYCRA® en forma líquida. Otras innovaciones recientes incluyen: la fibra LYCRA®, que promete una adaptación inigualable en los trajes de baño y los suéteres; el tejido XFIT LYCRA®, que establece los nuevos estándares para las prendas de Denia en lo que a adaptación multidimensional y comodidad se refiere; el tejido LYCRA® FREEF!T®, que permite rediseñar las telas para camisas y blusas mejorando la elasticidad y manteniendo la forma; y el tejido LYCRA, para que la ropa esté siempre fresca Producto

 LYCRA® es una fibra sintética que pertenece a la clasificación genérica de “elastina”.  Nunca se usa sola, sino que se mezcla con otras fibras para obtener tejidos con una elasticidad única y que no se deforman. La fibra LYCRA® hace que las prendas resulten cómodas, que sienten bien, conserven su forma, duren mucho y permitan moverse con toda libertad a quien las lleva. Todo esto se consigue gracias a las propiedades excepcionales de esta fibra, que se puede estirar hasta siete veces su longitud y luego recupera su tamaño inicial al dejar de tensarla.

 Cualquier fibra natural o sintética se puede combinar con la fibra LYCRA®. Para transformar el comportamiento de un tejido basta con una cantidad muy pequeña de esta fibra: un 2% puede ser suficiente. Hay varias maneras de incorporar LYCRA® a otras fibras para producir tejidos para todas las necesidades.

Poliisopreno

Poliisopreno (IR); El poliisopreno sintético moderno se diseña para ser similar al caucho natural en estructura y características, el polímero crudo típico de las características del polímero y las características vulcanizadas del poliisopreno son similares a los valores obtenidos para el caucho natural. El caucho natural y el poliisopreno sintético ambos tienen una histéresis extensible y buenas características extensibles frente al calor. La naturaleza muy específica del poliisopreno sintético proporciona un número de factores que lo distinguen del caucho natural. El poliisopreno sintético tiene más compatibilidad que el caucho natural en mezclas con SSBR y EPDM. La uniformidad del poliisopreno sintético garantiza una calidad constante, sus principales aplicaciones son en adhesivos, fabricacion de botas, chupones, llantas, guantes, etc contacta al especialista tecnico de Quimio para que te apoye en obtener la formulación que estas buscando.

Formula de polisopreno 

EL CAUCHO CONQUISTA AL MUNDO CIVILIZADO: En 1770, gracias al inglés Naire, el caucho entró en el campo industrial. Naire tuvo la idea de mezclar al látex ciertas sustancias granulosas que se empleaban para limpiar metales: la piedra pómez y el esmeril. Con el producto obtenido de esa mezcla modelé un pequeño prisma que frotó sobre un papel manchado: las manchas desaparecieron inmediatamente. Las primeras gomas de borrar se vendieron al precio fabuloso de cinco chelines.

En la misma época otro sabio inglés Presley, experimentó con el látex buscando aplicaciones industriales más importantes. En 1785, el físico Alejandro Charles diluyó goma en trementina y con esa solución untó el tafetán que sería la envoltura de su aeróstato.

En 1793, el inglés Samuel Peal patentó un procedimiento para la impermeabilización de tejidos tratados con una solución de goma en trementina. El norteamericano Codear descubrió mucho más tarde el secreto de la vulcanización. Sus trabajos fueron lentos y tenaces. A pesar de las dificultades, que parecían invencibles, conservaba su inquebrantable confianza. Se proponía perfeccionar la pasta de látex volviéndola menos pegajosa y más elástica y resistente. La casualidad desempeñó un papel decisivo.

Estaba Codear completamente arruinado y se creía en un callejón sin salida. Un día dejó caer sobre un hornillo —uno de los pocos instrumentos de su laboratorio— un pedazo de caucho mezclado con azufre. Según la leyenda, parece que se trataba de una bolsa de caucho destinada al transporte de correspondencia, que la administración del Correo le había encargado y luego devuelto por inservible (ya que por efectos del calor se tomaba pegajosa). Esa bolsa se incendió y Codear la tiró por la ventana. Al día siguiente la encontró metamorfoseada en el caucho que hoy usamos.

La verdad es otra. La mezcla de látex y azufre se transformó durante la noche por la acción del calor del hornillo. Al día siguiente Codear pudo comprobar que la goma, por efecto del azufre, había adquirido una resistencia inesperada y perdido su rigidez. Se sabe que la vulcanización (tratamiento del látex por el azufre) confiere al caucho una elasticidad uniforme, sea cual fuere la temperatura ambiente. En efecto, el caucho virgen se vuelve fácilmente pastoso con el calor; es además pegajoso, y muy sensible a diversos agentes químicos.

El caucho vulcanizado no adolece de estos defectos. La técnica de la vulcanización ha progresado mucho, y hoy se obtienen en pocos minutos y a bajas temperaturas los más variados tipos de caucho. Pero en lo esencial consiste aún —como hace cien años— en asociar íntimamente el azufre a la goma virgen. El producto obtenido es tanto más duro cuanto más azufre contiene, hasta llegar a la ebonita, hermoso material negro brillante. En la actualidad, mucha gente se ocupa en recoger la preciosa savia de la Hevea. Solamente en Asia se dedican a ello más de dos millones y medio de obreros. También en América hay grandes plantaciones.

Formula de Caucho

HISTORIA POLYESTER

Origen del poliéster

En la década de los años treinta, se produjo en Inglaterra la primera fibra de poliéster, filamento contínuo, obtenido a partir de ácidos dicarboxílicos llamado Terylene ; en Francia esta fibra se llamó Tergal y en España Terlenka.

Después de la segunda guerra mundial, la firma alemana Hoechst, empezó a producir un poliéster con el nombre de Trevira.Los químicos británicos John Rex Whinfield y James Tennant Dickson, empleados de la Calico Printer`s Association de Manchester patentaron el "poli(etilen tereftalato)" (también llamado PET o PETE) en 1941 al continuar las primeras investigaciones de Wallace Carothers. El PET tiene sus orígenes en escritos de 1929 de Wallace Carothers. Sin embargo, DuPont eligió concentrarse en la investigación dJohn Rex Whinfield y James Tennant Dickson observaron que Carothers no había investigado el poliéster formado a partir de etilenglicol y ácido tereftalico. Winfield y Dickson junto con los inventores W.K. Birtwhistle y C.G.Ritchie crearon la primera fibra de poliéster llamada Terylene en 1941, fabricada por primera vez por Imperial Chemical Industries o ICI. La segunda fibra de poliéster fue el Dacron de DuPont. El poli(etilen tereftalato), por tanto, es la base de fibras sintéticas como poliéster Dacron y Terylene.el Nylon, que era más prometedora. Durante estos años, Du Pont, buscaba multiplicar las propiedades técnicas del poliéster, texturando filamentos y creando napas sintéticas ( fiberfil para rellenos )que superponiéndolas, se utilizaban para sacos de dormir y anoraks, ya que tienen mejor resultado que la pluma natural.

En los poliésteres de última generación, encontramos Setila ( antes Rhone-poulenc ).

Las investigaciones del poliéster de DuPont condujeron a una gran variedad de productos registrados, un ejemplo es Mylar (1952), una película de PET extraordinariamente fuerte, que surgió del desarrollo del Dacron a principios de los 50 (1952). Sin embargo la aplicación que le significó su principal mercado fue en envases rígidos, a partir de 1976; puedo abrirse camino gracias a su particular aptitud para el embotellado de bebidas carbonatadas.

Formula de Poliéster

Polímeros sintéticos y naturales

Los polímeros son una estructura compleja formada por la repetición de una unidad molecular llamada monómero. Existen polímeros naturales y polímeros sintéticos. En muchos casos una molécula de un polímero está compuesta de miles de moléculas de monómeros.

Los monómeros son los pequeños eslabones que se repiten para formar un polímero mediante un proceso llamado polimerización.

Figura 1. Esquema de polímero

Los polímeros se dividen en dos grandes grupos: aquellos naturales, como celulosa, almidones, ADN y proteínas. Por otro lado, existen aquellos sintéticos que fueron fabricados por el hombre y que incluyen todos los derivados de los plásticos.

Polímeros naturales

Los polímeros naturales reúnen, entre otros, al almidón cuyo monómero es la glucosa y al algodón, hecho de celulosa, cuyo monómero también es la glucosa. La diferencia entre ambos es la forma en que los monómeros se encuentran dispuestos dentro del polímero.

Otros polímeros naturales de destacada importancia son las proteínas, cuyo monómero son los aminoácidos.

Por otro lado, la lana y la seda son dos de las miles de proteínas que existen en la naturaleza, éstas utilizadas comos fibras y telas.

Todo lo que nos rodea son polímeros. Los tejidos de nuestro cuerpo, la información genética se transmite mediante un polímero llamado ADN, cuyas unidades estructurales son los ácidos nucleicos.

Caucho natural

El caucho natural es un polímero elástico y semisólido, que posee la siguiente estructura:

 

Los aminoácidos forman una proteína a través de un enlace peptídico, enlace entre un carbono del grupo carboxilo y un grupo amino.

Figura 4. Enlace peptídico

Las proteínas son poliamidas. El enlace amida (-CONH-) entre un aminoácido y otro aminoácido se denomina enlace peptídico. Se puede observar que sigue existiendo un grupo amino reactivo a la izquierda y un grupo carboxilo a la derecha.

Cuando se unen dos aminoácidos, el producto