introduccion a los polimeros

8/20/2019 Introduccion a los Polimeros.

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TEMA 1 - INTRODUCCION A LA QUIMICA DE POLIMEROS

INDICE.

1.- Introducción. Generalidades.2.- Historia.

3.- Usos e importancia de los materiales plásticos.4.- Mercado actual. Producción y consumo de plásticos.5.- Definición y estructura de los polímeros.

5.1.- Introducción5.2.- Estructura química.5.3.- Fuerzas de enlace interatómicas.5.4.- Forma molecular. Longitud y esbeltez molecular de los polímeros

6.- Estructura molecular de las cadenas.7.- Configuraciones moleculares de las cadenas.8.- Copolímeros. Elastómeros termoplásticos.9.- Peso molecular y grado de polimerización medio.

10.- Métodos para la determinación del peso molecular medio.11.- Cristalización. Polímeros cristalinos.11.1.- Introducción.11 .2 . - Grado de cristalinidad. Métodos para su determinación.

11.2.1.- Introducción.11.2.2.- Métodos de difracción de rayos X11.2.3.- Métodos volumétricos.11.2.4.- Métodos calorimétricos

11.3.- Cristales poliméricos.11.3.1.- Introducción.11.3.2.- Modelo de micela con flecos.

11.3.3.- Modelo de cadenas plegadas.11.4.- Factores que favorecen el estado cristalino.11.5.- Nucleación y crecimiento de los cristales.11.6.- Cristalización por estirado.11.7.- Celda unidad de los polímeros cristalinos.11.8.- Comportamiento mecánico de los polímeros cristalinos.

12.- Clasificación de los polímeros industriales.13.- Relaciones entre la estructura y las propiedades de los polímeros. Propiedades generales de los

Polímeros


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1.- Introducción. Generalidades.

A lo largo de cientos de años se han utilizado polímeros naturales procedentes de plantas y animales. Estosmateriales incluyen madera, caucho, lana, cuero y seda. Otros polímeros naturales tales como las proteínas,los enzimas, los almidones y la celulosa tienen importancia en los procesos bioquímicos y fisiológicos de

plantas y animales. Desde principios del siglo XX, la moderna investigación científica ha determinado laestructura molecular de este grupo de materiales y ha desarrollado numerosos polímeros, sintetizados a

partir de pequeñas moléculas orgánicas. Muchos plásticos, cauchos y materiales fibrosos son polímerossintéticos.

Desde el fin de la Segunda Guerra Mundial, el campo de los materiales se ha visto revolucionado por lallegada de polímeros sintéticos. Las síntesis suelen ser baratas y las propiedades conseguidas comparables, y aveces superiores, a las de los análogos naturales. En algunas aplicaciones, los metales y la madera sesustituyen por polímeros, que tienen propiedades idóneas y se pueden fabricar a bajo coste.

Los materiales plásticos actualmente en nuestra sociedad son, sin lugar a dudas, uno de los materiales másutilizados en casi todos los sectores industriales como consecuencia de las buenas propiedades que poseen.Si se comparan polímeros como el polietileno y el nylon con materiales que son utilizados más comúnmente

por los ingenieros, de inmediato se encontrarán algunas diferencias importantes. Unas pruebas simplesmuestran que los polímeros:

1.- Tienen resistencia mecánica y rigidez (Módulo elástico) bajas, 7-100 MPa y 1-4 GPa respectivamente. Sinembargo, tienen una buena relación resistencia peso.

2.- Su uso, frecuentemente, está limitado por condiciones de temperatura (< 150 °C).3.- Los ensayos mecánicos, por ejemplo, los de tracción, muestran que se deforman cuando se someten por un

tiempo a una carga, o sea, sus propiedades dependen del tiempo, y esta es su característica mecánica mássignificativa. Las propiedades mecánicas también dependen marcadamente de la temperatura.

4.- Expansión térmica elevada (30 - 200xl0-6 K -1)5.- Problemas de disposición y reciclado.

Las características anteriores representan desventajas en comparación con los metales, la madera, losmateriales cerámicos, etc. Obviamente, los polímeros también deben de poseer ventajas, ya que son muyutilizados e, incluso, substituyen a los materiales comunes en muchas áreas importantes. ¿Cuáles son lasventajas que tienen estos materiales que provocaron una expansión tan rápida en su uso?. La mayoría de éstases:

1.- Versatilidad.2.- Los materiales poliméricos, tanto los plásticos como los cauchos, son fácilmente conformados a bajas

temperaturas y bajas presiones, lo que hace que los procesos industriales de fabricación de objetos pormoldeo con plásticos se abaraten sensiblemente respecto a aquéllos en los que se emplean otrosmateriales. Permite la obtención de formas complejas (Posibilidad de diseño de geometrías intrincadas)con un mínimo de operaciones de fabricación y acabado (facilidad de fabricación, baja energía paramoldearlos y conformarlos, es decir menor energía de procesamiento).

3.- Fácil maquinabilidad, es decir, se trabaja fácilmente con herramientas que produzcan arranque de materialcomo fresadoras, tornos y limas.

4.- Su baja densidad da como resultado productos ligeros (800 – 1500 kg/m3), lo que los hace idóneos para piezas y componentes para la industria del transporte como en aviones, barcos, automóviles o trenes.

5.- Alto grado de inalterabilidad ante agentes químicos y elevado grado de resistencia a la corrosión, lo quelos hace muy adecuados para revestimientos en industrias químicas, conducciones de fluidos, objetos a laintemperie o en ambientes corrosivos.

6.- Su conductividad térmica y eléctrica es muy baja por lo que se emplean como aislantes en la mayoría delos componentes o materiales eléctricos y como aislantes térmicos en cámaras frigoríficas o termostáticas,en los muros de las casas, etc. En algunos casos, pueden ser conductores eléctricos


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7.- Durables y tenaces8.- La flexibilidad natural de los polímeros los hace útiles. Esto es especialmente cierto para los cauchos.9.- Aunque los valores de la resistencia mecánica absoluta y del módulo de elasticidad de los polímeros son

bajos, los valores específicos por unidad de peso o volumen, son con frecuencia favorables. De aquí el usode materiales poliméricos que se utilizan especialmente en proyectos aeroespaciales.

10.- Los cauchos, los cuales se usan en resortes y montajes absorbentes de impacto por sus cualidades deelasticidad y amortiguamiento.

11.- Posibilidad de transparencia u opacidad. Acabado superficial óptimo y buena posibilidad de coloración(metalizado), lo que origina, para cualquier aplicación, un acabado muy estético.12.- Bajo coste y bajo precio.

Los polímeros conductores eléctricos surgieron a raíz de una afortunada equivocación en el año 1977 de unestudiante dirigido por el doctor Hideki Shirakawa (Instituto Tecnológico de Tokio). Debido a tal error, seobtuvo por primera vez un polímero, el poliacetileno, con una conductividad eléctrica mil millones deveces mayor que la esperada. El motivo para tan extraordinario resultado fue que dicho estudiante agregó milveces más catalizador (yodo) que el requerido en las instrucciones, lo cual generó cambios sorprendentes en laestructura del polímero. Por este descubrimiento, Shirakawa, MacDiarmid y Heeger ganaron el Premio Nobelde química en el año 2000.

Desde entonces se ha podido emplear el dopaje en diversos polímeros, como las polianilinas, polipirroles y politiofenos, logrando nuevamente un aumento considerable de la conductividad eléctrica (Tabla 1.1).

Tabla 1.1.- Conductividades eléctricas de algunos polímeros conductores dopados con diferentes moléculas.

Polímero Material dopante Conductividad aproximada(S/cm) (Siemens/cm) (*)

Poliacetileno I2, Br 2, Li, Na, AsF5 10000Polipirrol BF – 4 , ClO – 4 , tosilato 500-7500

Politiofeno BF

–

4 , ClO

–

4 , tosilato, FeCl

–

4 1000Poli(3-alquiltiofeno) BF – 4 , ClO – 4 , FeCl – 4 1000-10000Polifenilen sulfuro AsF5 500Polifenilenvinileno AsF5 10000Politienilenvinileno AsF5 2700

Polifenilen AsF5, Li, K 1000Poliisotianafteno BF – 4 , ClO – 4 50

Polifurano BF – 4 , ClO – 4 100Polianilina HCl 200PolietilenoAluminio 377000

Cobre 596000Acero inoxidable 20000(*)1 Siemens/cm = 1 (µΩ.cm)-1

Una de las aplicaciones más prometedoras de los PC son las baterías recargables totalmente poliméricas. Enellas los electrodos serán de PC, siendo más ligeras, flexibles y con una gran capacidad de aceptar y donarcarga eléctrica reversiblemente. Además, tendrán una larga vida, utilizarán potenciales de alrededor de los 3Vy producirán una densidad de energía varias veces mayor que las baterías actualmente disponibles, deníquel/cadmio y plomo/ácido.

En la tabla 1.2 pueden verse comparadas algunas propiedades de los plásticos y del acero.


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TABLA 1.2.- Comparación de algunas propiedades de los plásticos y del acero.

PROPIEDAD PLASTICOS ACERO VENTAJA DESVENTAJA

DENSIDAD 800/1000 kg/m3 7 90 0 k g/ m

MODULO ELASTICO 1 - 4 GPa 210 GPa

RESISTENCIA 7 - 100 MPa 400 - 1000 MPa

TEMPERATURA DE DISTORSION 50-150°C

TEMPERATURA FUSION


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En las figuras 1.1 a 1.5 puede verse una comparación de los valores de diferentes propiedades para los cuatrotipos de materiales, entres los cuales están los poliméricos.

Figura 1.1.- Densidad de los distintos tipos de materiales.

Figura 1.2.- Módulo elástico de los distintos tipos de materiales


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Figura 1.3.- Tensión de fluencia de los distintos tipos de materiales

Figura 1.4.- Tenacidad de los distintos tipos de materiales


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Figura 1.5.- Temperatura de fusión de los distintos tipos de materiales

En la tabla 1.3 puede verse la energía requerida para la fabricación de diversos materiales.

Tabla 1.3.- Energía requerida para la fabricación de diversos materiales (kWh/m3).

y en la figura 1.6 la energía requerida para la fabricación de diversos productos con distintos materiales, entoneladas de petróleo.


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Figura 1.6.- Energía requerida para la fabricación de diversos productos con distintos materiales.

En la figura 1.7 puede verse el precio del material base y del producto acabado para diversos tipos demateriales.

Figura 1.7.- Precio del material base y del producto acabado para diversos tipos de materiales.

En la figura 1.8 se da la conductividad térmica de una serie de materiales y en la figura 1.9 el coeficiente dedilatación térmica de metales y plásticos


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Figura 1.8.- Conductividad térmica de una serie de materiales.

Figura 1.9.- Coeficiente de dilatación térmica de metales y plástico.

Al principio las propiedades especiales de los plásticos y los cauchos eran mal interpretadas y muchos de losfallos existentes eran porque los ingenieros de diseño no conocían la importancia (y muchas veces, nisiquiera sabían de la existencia) de la variación de estas propiedades con el tiempo.

En la actualidad, dichas propiedades están bien determinadas y se aplican en el diseño de componentes paratener un buen comportamiento y una larga vida de servicio. Además, en los años recientes se han obtenidomuchos polímeros nuevos de alta eficiencia, los cuales superan a las deficiencias de los primeros. Estos sonlos polímeros de ingeniería, los cuales tienen propiedades físicas superiores y mejor tolerancia a latemperatura. Así, la fácil moldeabilidad y sus cualidades aislantes y de resistencia a la corrosión hacen a los

polímeros sumamente utilizables.

Sin embargo poco se sabe acerca de ellos: de su naturaleza, de sus métodos de fabricación, de sus propiedades, de sus infinitas aplicaciones, muchas de ellas todavía por encontrar, así como de su incidenciamedioambiental.


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De esta última tan sólo se conoce «la gran cantidad de plásticos que hay como residuos», y se presenta la problemática de QUÉ HACER CON ELLOS. Al ser los plásticos productos de síntesis de laboratorio, la Naturaleza en la mayoría de los casos es incapaz de hacerlos desaparecer, por lo que comparativamente conotros materiales su presencia en los vertederos es mayor, es decir permanecen durante más tiempo.

Así, los plásticos son unos materiales que ocupan un lugar indiscutible en la sociedad actual. Su presencia pasa casi desapercibida entre nosotros al ser unos materiales de uso diario en los que apenas recapacitamos

acerca de su naturaleza. Basta hacer una revisión de todos los artículos que utilizamos en nuestra vidacotidiana para darnos cuenta de las múltiples aplicaciones que tienen estos materiales.

La implantación creciente de los plásticos en distintos sectores industriales, llegando incluso a sustituir aotros materiales tradicionales, se debe fundamentalmente a las interesantes propiedades que presentan.Destacan entre otras la baja densidad, la gran resistencia a la corrosión, la gran capacidad aislante, el bajo

precio y sobre todo la característica que les hace ser más apreciados es la capacidad que presentan de ser«fabricados a medida» tanto con propiedades determinadas como en formas geométricas definidas por muycomplicadas que éstas sean, con un bajo coste económico, mínimo esfuerzo de fabricación y la posibilidad defabricar grandes series.

La palabra plástico tiene dos acepciones diferentes según sea utilizada como adjetivo o como nombre.Cuando se utiliza como adjetivo se refiere a la propiedad que presentan algunos materiales de serdeformados cuando una fuerza externa actúa sobre ellos, manteniendo dicha deformación aun después decesar la fuerza. El ejemplo más representativo de este fenómeno se encuentra en un bloque de plastilina ouna plancha de metal.

Cuando plástico se utiliza como nombre, el plástico o los plásticos, se refiere a un material con unadeterminada naturaleza química que le confiere unas propiedades y características específicas.

El nombre científico correcto de estos compuestos es el de polímeros o macromoléculas y cuando se lesadicionan ciertas sustancias (aditivos, cargas, etc.) que modifican sus propiedades y pueden ser co-mercializados, se denominan plásticos.

La palabra polímero se deriva del griego poli y meros, que significan mucho y partes respectivamente.Algunos científicos prefieren usar el término macromolécula, o molécula grande, en lugar de polímero.Otros sostienen que los polímeros naturales, o biopolímeros, y los polímeros sintéticos deberían estudiarseen cursos distintos. Sin embargo, los mismos principios son de aplicación a todos los polímeros. Si sedescartan los usos finales, las diferencias entre los polímeros, incluyendo los plásticos, las fibras, y loselastómeros o cauchos, vienen determinadas principalmente por las fuerzas intermoleculares (entremoléculas) e intramoleculares (dentro de cada molécula individual) y por los grupos funcionales presentes.

El plástico es un producto no natural que se obtiene en la industria a través de reacciones químicas. Es portanto un producto de síntesis de laboratorio o un producto sintético. Las propiedades finales del material sonmuy diferentes según sea la naturaleza del producto de partida y el procedimiento seguido en su obtención.Por ello debe hablarse de «plásticos» y no del plástico, precisamente por la diversidad existente de losmismos.

En la Naturaleza existen compuestos de naturaleza «polímero» utilizadas desde hace siglos por el hombre.Provienen tanto del reino vegetal como del animal: madera, caucho, algodón, lana, cuero y seda son buenosejemplos de ellos. Otros polímeros naturales como las proteínas, enzimas, almidón y celulosa desempeñan

procesos biológicos y fisiológicos importantes en los procesos vitales. Los polímeros desarrollados por elhombre en el laboratorio se denominan sintéticos, mientras que los que se encuentran en la Naturaleza son

polímeros naturales o biopolímeros.En la figura 1.10 puede verse la estructura de la industria de los plásticos y en la figura 1.11 como se obtienenlos polímeros.


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Figura 1.10.- Estructura de la industria de los plásticos

Figura 1.11. Proceso de obtención de los polímeros.


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2.- Historia.

Durante los últimos cincuenta años la industria de las materias plásticas ha tenido un desarrollo de proporciones gigantes, superando al de la industria del acero. Después del 1945 poliestireno, polietileno,cloruro de polivinilo, poliamidas, polimetilmetacrilato y sucesivamente polipropileno han entrado en lascasas de todos nosotros, independientemente de la condición social, en las ciudades más remotas como en lasgrandes ciudades, en los países industrializados como en las economías agrícolas.

Ha sido un fenómeno - que no se había verificado nunca en la historia del ser humano en proporciones tangrandes y con una dinámica tan rápida - de sustitución progresiva de los materiales tradicionales con lasnuevas substancias sintéticas y de reproyección formal de las estructuras y de las formas ergonómicas de lasherramientas y de los objetos de los cuales el ser humano se circunda e utiliza. La misma bandeja, fabricadacon el mismo material, en los mismos colores y con las mismas formas la podemos encontrar tanto enManila como en Boston, en Moscú como en París o en Lagos.

Los primeros plásticos comerciales —«de síntesis»—, se obtuvieron por modificación de productosnaturales mediante reacciones químicas. Así desde la aparición del celuloide —obtenido por reacción delácido nítrico sobre la celulosa—, o la galatita obtenida por tratamiento de la caseína de la leche con

formaldehído, hasta los plásticos utilizados actualmente en ingeniería con propiedades muy especiales, se harecorrido un gran camino en un tiempo relativamente corto, pues los plásticos como tales empezaron adesarrollarse a partir del año 1930.

Al modificar químicamente los productos naturales se observó que mejoraban en muchos aspectos sus propiedades. Esto facilitó su introducción en diversos sectores industriales en los que hasta entonces nohabían tenido aplicación. Este hecho originó una demanda creciente de este tipo de materiales que condujo arealizar diferentes procesos sintéticos para obtener materiales de características similares a estos productosnaturales modificados.

Además de ser la base de la vida en sí, las proteínas se usan como fuente de aminoácidos y de energía.Antiguamente se degradaban o despolimerizaban las proteínas de las carnes duras envejeciéndolas ococinándoles, y también la albúmina de huevo se desnaturalizaba calentando o añadiendo vinagre. Los

primeros seres humanos aprendieron a procesar, teñir y tejer fibras proteínicas naturales, como la lana y laseda, y fibras de hidratos de carbono, como el lino y el algodón. Las primeras civilizaciones sudamericanascomo la Azteca utilizaban caucho (Hevea brasiliensis) para fabricar artículos elásticos o impermeabilizartejidos.

Siempre hubo abundancia de fibras naturales y elastómeros pero no de materiales plásticos. Los hombres primitivos emplearon técnicas rudimentarias de plásticos para curtir las proteínas de las pieles animales parahacer cuero y para modelar caparazones de tortuga mediante calor. También se utilizaron alquitranes deorigen natural como materiales de calafateado así como lacas extraídas a partir de excrementos de un

pequeño insecto denominado cochinilla (Coccus lacca).

Hasta que Wóhler sintetizó urea partiendo de compuestos inorgánicos en 1828, progresó poco la químicaorgánica desde que los alquimistas se concentrasen en la transmutación de metales básicos en oro y creyeranen la teoría de la fuerza vital. A pesar de tan importante descubrimiento, se hicieron pocos avances en elcampo de la química orgánica hasta la década de 1850, cuando Kekulé desarrolló las técnicas derepresentación de fórmulas estructurales aceptadas hoy en día.

Sin embargo, los científicos dedicados a los polímeros manifestaron un talento especial para realizardescubrimientos empíricos antes de que esta ciencia se desarrollase. Así, mucho antes de que Kekulé

desarrollara su técnica para escribir las fórmulas, Charles y Nelson Goodyear transformaron el caucho de lahevea, un material termoplástico pegajoso, en un elastómero de utilidad (caucho vulcanizado) o un plásticotermoestable (ebonita) calentándolo con cantidades pequeñas o grandes de azufre, respectivamente.


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De la misma manera, Schónbein combinaba celulosa con ácido nítrico y Menard, en 1846, fabricabacolodión disolviendo nitrato de celulosa producto de la reacción anterior en una mezcla de etanol y éteretílico. El colodión, que se utilizó como líquido para engomar el tafetán, y también fue utilizado en ladécada de l860 como reactivo por Parks y Hyatt para obtener celuloide, fue el primer termoplástico artificial yel reactivo usado por Chardonnet para fabricar la seda artificial.

El desarrollo de estas sustancias se inició en 1860, cuando el fabricante estadounidense de bolas de billar

Phelan and Collander ofreció una recompensa de 10000 dólares a quien consiguiera un sustituto aceptabledel marfil natural (en esa época se utilizaban tanto marfil, que se sacrificaba 12000 elefantes anualmente para cubrir la demanda).

Una de las personas que optaron al premio fue el inventor estadounidense Wesley Hyatt, quien desarrolló unmétodo de procesamiento a presión de la piroxilina, un nitrato de celulosa de baja nitración tratado

previamente con alcanfor y una cantidad mínima de disolvente de alcohol. Si bien Hyatt no ganó el premio, su producto, patentado con el nombre de celuloide, se utilizó para fabricar diferentes objetos, desde placasdentales a cuellos de camisa. El celuloide tuvo un notable éxito comercial a pesar de ser inflamable y de sudeterioro al exponerlo a la luz.

Aunque la mayoría de estos descubrimientos iniciales fueran empíricos, pueden ser utilizados para explicar parte de la teoría y de la terminología de la ciencia de los polímeros moderna. Es importante tener en cuentaque todos estos inventores, como los hombres primitivos, utilizaron un producto que se encontraba en lanaturaleza para obtener un producto de mayor utilidad. Así, Charles Goodyear transformó el caucho de lahevea, un material termoplástico y reblandecible al calor en un producto menos sensible al calor utilizandoazufre para formar un número relativamente pequeño de uniones de conexión o enlaces cruzados entre lasmoléculas de cadena larga del poliisopreno.

Nelson Goodyear usó azufre para generar muchos enlaces cruzados entre las cadenas de poliisopreno demanera que el material no fuera ya termoplástico sino termoestable. Los termoplásticos son moléculas

bidimensionales que pueden ablandarse con el calor y volver a su estado inicial al enfriarse, mientras quelos plásticos termoestables son polímeros de red tridimensional que no pueden moldearse por calentamiento.

Tanto la celulosa como el nitrato de celulosa son polímeros lineales, o bidimensionales, pero el primero no puede reblandecerse a causa de los numerosos puentes de hidrógeno que hay entre las cadenas moleculares.Cuando se usa como explosivo, el nitrato de celulosa está completamente nitrado y es básicamente trinitrato decelulosa.

Por otro lado, Parks y Hyatt utilizaron dinitrato de celulosa, o nitrato de celulosa secundario, el cual conteníanumerosos puentes de hidrógeno, además de ser altamente inflamable. Parks añadió aceite de ricino para

plastificar -o atenuar el efecto delos enlaces de hidrógeno. Hyatt utilizó alcanfor con la misma finalidad. Elconde Hilaire de Chardonnet hizo pasar el colodión de Menard a través de orificios muy pequeños llamadoshileras y obtuvo filamentos al evaporar la mezcla de disolventes. La inflamabilidad de estos filamentos seredujo mediante la desnitrificación con bisulfito sódico.

Es interesante recalcar que los hermanos Goodyear convirtieron un elastómero termoplástico en unelastómero termoestable y en un plástico duro termoestable generando cantidades pequeñas o grandes deenlaces cruzados de azufre. Schónbein redujo el número de enlaces de hidrógeno intermoleculares

presentes en la celulosa haciéndola reaccionar con ácido nítrico, y mientras que ni la celulosa ni el dinitrato decelulosa son solubles en etanol o en éter etílico, Menard pudo disolver el último de aquellos dos en unasolución equimolar de esos dos disolventes.


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Hyatt ablandó el inflamable dinitrato de celulosa añadiendo alcanfor, que reduce la efectividad de losenlaces de hidrógeno intermoleculares. Chardonnet transformó la celulosa en filamentos continuos.Después de una desnitrificación y un estirado, dichos filamentos poseían todas las propiedades físicas yquímicas de la celulosa original.

Sin embargo, puesto que nadie sabía en aquel entonces lo que era un polímero, nadie tenía una idea clara de loscomplicados cambios que se habían producido en las primeras obtenciones de caucho, plásticos y fibras

utilizables. Aún hoy, algunos químicos orgánicos tienen dificultades para visualizar estas grandesmacromoléculas. Hace más de un siglo, Graham acuñó el término "coloide" para los agregados dedimensiones entre 10-9 a 10-7 m. Desafortunadamente, el tamaño de muchos polímeros se sitúa en esteintervalo, pero es importante señalar que al contrario que los coloides, los polímeros son moléculasindividuales cuyo tamaño no puede reducirse sin romper los enlaces covalentes que mantienen los átomosunidos en estas moléculas de cadena.

En 1860 se preparó un oligómero, polímero de peso molecular muy bajo del etilenglicol al que se le asignóla estructura correcta [HO(OCH2CH2).8OH] . Sin embargo, Fittig y Engelhorn asignaron una estructuracíclica incorrecta al ácido polimetacrilico [CH2C(CH3)COOH] que obtuvieron en 1880. Utilizando lasleyes de Raoult y Van't Hoff, varios químicos obtuvieron pesos moleculares elevados para estos y otros

polímeros lineales, pero como no podían imaginarse la existencia de las macromoléculas, concluyeron que latécnica de Raoult no era aplicable a la determinación del peso molecular de estas moléculas.

En el siglo XIX estaba generalmente aceptado por los químicos orgánicos punteros que el fenol podíacondensarse con formaldehído. Puesto que no conocían el concepto de funcionalidad, Baeyer, Michael yKleeber produjeron inútiles mezcolanzas y amasijos de sustancias con enlaces cruzados volviendo a susinvestigaciones sobre reacciones con reactivos monofuncionales. Sin embargo, usando gran exceso defenol, Smith, Luft y Blumer fueron capaces de obtener productos de condensación termoplásticos.

Aunque no existen pruebas de que Baekeland conociera la existencia de macromoléculas, él entendía el

concepto de funcionalidad, y así en 1907 utilizando cantidades controladas de fenol y formaldehído, produjoresinas termoplásticas que podían ser convertidas en plásticos termoestables. El acuñó el término resol enfase A para describir la baquelita termoplástica producida por condensación de exceso de formaldehído yfenol en condiciones alcalinas. Este resol en fase A se transformaba en baquelita fase C con enlacescruzados termoestable (infusible) por calentamiento o avance de la resina. Baekeland también preparóresinas termoplásticas llamadas novolacas por condensación de fenol con una pequeña cantidad deformaldehído en solución ácida.

Las novolacas se transformaban en termoestables añadiendo formaldehído a la hexametilentetramina.Aunque antes de 1910 se habían sintetizado otros polímeros en el laboratorio, la baquelita fue el primer

plástico verdaderamente sintético. El hecho de que los métodos que se usan hoy en día sean prácticamente

los mismos que se describen en las patentes originales prueba la ingeniosidad y el conocimiento deBaekeland de la química de condensación del fenol trifuncional con el formaldehído bifuncional.

Antes de la Primera Guerra Mundial, se encontraban ya a disposición del público plásticos como elceluloide, la laca, el Galalith (caseína), la baquelita, acetato de celulosa y el caucho de la hevea; fibras comoel algodón, la lana, la seda y el rayón; y resinas como los recubrimientos de poliéster denominados gliptales, elasfalto o bitumen, las resinas de cumarona-indeno y las resinas de petróleo. No obstante, comodemuestra la evidencia cronológica de la tabla 2.1, se produjeron pocos desarrollos adicionales en latecnología de los polímeros antes de la Segunda Guerra Mundial debido a la falta de conocimientos deciencia de los polímeros.


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El premio Nobel Hermann Staudinger estableció las bases de la moderna ciencia de polímeros en los añosveinte cuando demostró que los polímeros naturales y sintéticos no eran agregados como los coloides ocompuestos cíclicos como el ciclohexano, sino moléculas de cadena larga con grupos terminalescaracterísticos. A el se le debe en 1930 la descripción de la estructura de estos materiales introduciendo elconcepto de macromolécula. Sus colegas le aconsejaron: "Querido colega, deje tranquilo el concepto demacromoléculas.... esas cosas no pueden existir. " Desafortunadamente, algunos científicos actuales (que nose dedican a los polímeros), que ya no creen en el concepto de la fuerza vital, todavía dudan de la

existencia o de la importancia de las macromoléculas, al igual que los colegas de Staudinger.

A partir de este momento se desarrolló la investigación dirigida a la síntesis de macromoléculas o polímeroscon aplicaciones industriales, al saber relacionar ya la estructura con las propiedades finales del material. Deesta manera se obtuvieron «productos a medida» según la naturaleza del producto de partida, de los aditivosincorporados, y de la manera en que se había sintetizado el producto y del método seguido en la transfor-mación.

En 1928, Meyer y Mark utilizaron técnicas de rayos X para determinar las dimensiones de las cristalitas en lacelulosa y el caucho natural. Al año siguiente, Carothers sintetizó y caracterizó los poliésteres alifáticoslineales. Puesto que no eran materiales apropiados para ser usados como fibras, sintetizó las poliamidas que se

conocen con el nombre genérico de nilones. Es interesante recalcar que las fibras proteínicas de 'la seda y lalana naturales también son poliamidas.

Otro hito revolucionario en la historia de los plásticos se debe a los trabajos realizados sobre el etileno por elquímico alemán K. Ziegler en 1952, quien junto con el químico italiano G. Nana, que continuó sus trabajos,recibieron en 1964 el premio Nobel de Química. La aportación al mundo de los polímeros por estos dosinvestigadores fue la obtención de unas macromoléculas con una ordenación espacial muy regular, de grancristalinidad, que presentaban unas prestaciones muy interesantes.

Los expertos más avanzados en polímeros en los años treinta estaban de acuerdo en que los polímeros eranmoléculas de cadena y que la viscosidad de las disoluciones de estas macromoléculas dependía del tamaño y dela forma de las moléculas en las disoluciones. Si bien es cierto que la producción de muchos polímeros engran escala se aceleró con la Segunda Guerra Mundial, debe admitirse que la elaboración de estos

productos esenciales se debió en gran parte a los conceptos desarrollados por Staudinger, Carothers, Mark yotros científicos punteros en el campo de los polímeros.

El desarrollo de la tecnología de los polímeros a partir de la década de 1940 ha sido extremadamente rápido.En algunos casos, tales como el de la polimerización en sistemas de emulsión acuosa, la técnica se haadelantado a la teoría; no obstante, se ha desarrollado abundante teoría, de forma que la ciencia de los

polímeros actualmente es ya una ciencia aplicada y no una tecnología meramente empírica.

El conocimiento de la existencia de compuestos polímeros se debe a Simon, quien en 1866 observó que elestireno, líquido incoloro y poco viscoso, se transformaba en una resma cuando se exponía a la acción de laluz o el calor durante algún tiempo. Berthelot denominó a este fenómeno polimerización, pues comprobóque los compuestos estireno (químicamente vinilbenceno) y la resma que se obtenía, tenían la mismafórmula empírica aunque distinto peso molecular.


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Tabla 2.1.- Desarrollo cronológico de los polímeros comerciales hasta 1970 (Continuación).


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Comportamientos similares se observaron en varias sustancias que poseían insaturaciones o dobles enlacesen la molécula, como el cloruro de vinilo, acetato de vinilo y otros derivados acrílicos. La investigacióncontinuó al detectarse que este comportamiento también lo presentaban las moléculas que contenían gruposfuncionales, como alcoholes, aminas, ácidos carboxílicos, etc.

La tendencia en la síntesis de nuevos productos de naturaleza polímero continúa por modificación de los yaconocidos mediante aplicación de los diferentes tipos de reacciones habituales utilizados en los laboratorios

de química: modificación de la estructura, formación de copolímeros, mezclas o aleaciones poliméricas o bien por adición de todo tipo de elementos de refuerzo o relleno.

Desde las materias plásticas de masa a los tecnopolímeros

Después del descubrimiento del PVC, del polietileno, de las poliamidas (Nylon), del poliestireno, el mejorconocimiento de los mecanismos de la polimerización ha contribuido, en los últimos veinticinco años, a lacreación de otros materiales plásticos con características físicas y mecánicas y de resistencia al calor tanelevadas que sustituyen a los metales en aquellas utilizaciones que una vez se consideraban insustituibles.Estos materiales son denominados tecnopolímeros o polímeros para ingeniería. Para algunos de ellos se hacreado el término de superpolímeros.

De los tecnopolímeros es posible recordar el policarbonato, el polimetilpentano, las resinas acetalicás, elóxido de polifenileno, los ionómeros, los polisofon, las poliinmidas, el sulfuro de polifenileno y el

polibutilentereltalato. El policarbonato, aún teniendo una historia de laboratorio que nace en el siglo pasado(1898), se produce en cantidades comerciales solamente desde 1959 en Alemania y, aproximadamente enlos mismos meses, en los Estados Unidos. Hoy en día el policarbonato es considerado un tecnopolímero con

prestaciones superiores a la media y es utilizado, entre otras cosas para la producción de los cascosespaciales de los astronautas, las lentes cornéales, que substituyen los anteojos, los escudos antiproyectiles.

El polimetilpenteno o TPX es un compuesto individualizado y polimerizado por Julio Natta perodesarrollado sucesivamente por ICL. Hoy en día la sociedad japonés Mitsui lo ha valorizado, sobretodo para la

producción de artículos para laboratorios clínicos, por cuanto resiste en modo fantástico a la esterilización ytiene una perfecta transparencia.

También las poliinmidas se mantienen estables si se someten por períodos muy largos, que pueden llegarhasta las cinco mil horas, a temperaturas del orden de 300° C. Estas resinas termofraguantes pueden dar unaidea del nivel de prestaciones alcanzadas hoy por las materias plásticas en lo concerniente la resistenciamecánica, térmica y a la fatiga. Efectivamente las poliinmidas han substituido a los metales especiales en la

producción de palas para turbinas de aviones y otras partes de los motores de los aviones a reacción y en la producción de pistones y juntas para automóviles. Estamos ya cerca al motor compuesto por materiales poliméricos

En la tabla 2.2 se da desarrollo cronológico de los polímeros comerciales hasta 1995, señalando sudescubridor y en la figura 2.1 varios de los hitos más destacables de la historia de los plásticos hasta 1985.


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Tabla 2.2.- Historia de los polímeros.


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Figura 2.1. - Hitos más destacables de la historia de los plásticos hasta 1985.

En la figura 2.2 puede verse la evolución de la importancia de los materiales a lo largo del tiempo


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Figura 2.2.- Evolución de la importancia de los materiales a lo largo del tiempo.

3.- Importancia y usos de los materiales plásticos.

En la época actual resultaría difícil imaginar que alguno de los sectores de nuestra vida diaria, de la economíao de la técnica, pudiera prescindir de los plásticos. Sólo basta con observar a nuestro alrededor y analizar

cuántos objetos son de plástico para visualizar la importancia económica que tienen estos materiales.

Dicha importancia se refleja en los índices de crecimiento que, mantenidos a lo largo de algunos años desde principios de siglo, superan a casi todas las demás actividades industriales y grupos de materiales. En 1990 la producción mundial de plásticos alcanzó los 100 millones de tonelada y para el año 2000 llegará a 160millones de toneladas.

Los avances conseguidos por ésta en los últimos 30 años no habrían sido posibles sin estos materiales que sonfundamentales en sectores como la agricultura, la industria, la alimentación, la medicina, lastelecomunicaciones o el transporte.

Las actividades cotidianas giran en torno a artículos de plástico como jarras de leche, gafas, teléfonos, mediasde nylon, automóviles, cintas de vídeo, etc. Sin embargo, hace cien años escasos, el plástico que hoy en díanos parece algo tan normal no era un material habitual o cotidiano. Mucho antes del desarrollo de los plásticoscomerciales algunos materiales existentes presentaban características singulares. Los había resistentes,translúcidos, ligeros y moldeables, pero muy pocos combinaban a un tiempo estas propiedades. En laactualidad, estos materiales se denominan plásticos naturales y constituyen el punto de partida en la historiade los materiales plásticos.

Los polímeros sintéticos, comúnmente denominados plásticos, han sustituido en numerosas aplicaciones al papel, algodón, lana, cuero, acero, vidrio, etc. siendo los más usados los termoplásticos que representan el 80% del volumen total en peso de la producción, con extensivas aplicaciones en los embalajes y en las fibrassintéticas, entre las más importantes. Esta última aplicación de los polímeros sintéticos es, por sí sola, de unaimportancia industrial tan considerable, que constituye un sector industrial claramente diferenciado en laestructura económica y de la producción de todos los países desarrollados,


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El total de las primeras materias plásticas consumidas en España, en 2001, se distribuye entre los siguientessectores: el de envases que representa el 36 %, el de la construcción un 14 %, el de mobiliario un 9 %, laindustria del automóvil un 8 %, la agricultura un 5 %, el sector eléctrico un 4%, el textil y el calzado un 4 %,y las colas y adhesivos también un 4 %.

Envases y embalajes.

Los envases y embalajes plásticos constituyen un factor de desarrollo y progreso ya que son ligeros,suponiendo un ahorro de materia prima y combustible en el transporte de los productos envasados y, portanto, una disminución de la contaminación atmosférica. Además, son reciclables y representan una fuente deenergía alternativa que equivale a la de otros combustibles.

En Europa, principalmente en los países de la Unión, el 50 % de los alimentos se envasa en plásticos, si bienestá cantidad tan sólo supone entre el 10 y el 15 % en peso del total de los residuos de envases domésticos.Muchos de estos envases pueden reutilizarse, ya que tienen una vida útil prolongada, como es el caso de lascajas de botellas, bolsas, etc.

Cada español consumió en 2001 un total de 37.4 kilos de envases plásticos. Igualmente estos envases sonduraderos y prácticamente irrompibles, reduciendo así los posibles accidentes domésticos. Por otro lado, sonmuy versátiles en sus formas, pudiendo conformarse en envases rígidos o flexibles, de paredes gruesas odelgadas, adoptando las formas más variadas que aseguran la máxima protección con la mínima cantidad dematerial, siendo higiénicos y seguros, ayudando a evitar la contaminación por gérmenes en los alimentosenvasados.

En 2001 se produjeron un total de 1502519 toneladas de envases de los cuales se exportaron 311602toneladas. Las primeras materias plásticas más consumidas el año pasado en España en el mercado del envasey embalaje han sido el Polietileno de Alta Densidad, el Polietileno de Baja Densidad, el Polietileno Lineal, elPET, el Polipropileno, el Poliestireno, y el PVC. El destino final de las primeras materias plásticas

consumidas en España en este mercado ha sido para la elaboración de bolsas y sacos con un 27 %, botellascon un 24 %, Filme 22 %, Bidones 4 %, Tapones 3 % y Cajas un 4 %.

Sector médico.

La esperanza de vida y la mejor calidad de esta se debe en gran parte a la utilización de los plásticos. EnEspaña, 125000 personas disfrutan de un mejor nivel de vida gracias a un marcapasos fabricado sobre

plástico, según datos facilitados por la Asociación Nacional de Cardiología. Además, otros productos del áreasanitaria tienen al plástico como principal componente.

Las jeringuillas, lentillas, prótesis, cápsulas, envases de productos farmacéuticos, bolsas de sangre y suero,

guantes, filtros para hemodiálisis, válvulas, tiritas, gafas, e incluso, el acondicionamiento de cada una de lassalas de un hospital se construye con materiales plásticos. Concretamente, el sector hospitalario en Españaconsumió en 2001, 83.000 toneladas de plásticos.

Sector agrícola.

La producción en el campo se ha triplicado gracias a la Plasticultura, o cobertura de los cultivos agrícolas con plásticos para protegerlos de los agentes externos. Esta practica supone en nuestro país el 4.7 % del consumode primeras materias plásticas. Un ejemplo de la puesta en marcha de este método, es la provincia de Almeríadonde, en los últimos 26 años, la aplicación de los plásticos en la agricultura ha favorecido su crecimientoeconómico pasando de tener la renta per cápita más baja del país a ocupar ahora el quinto lugar con renta per

cápita más elevada de España según datos facilitados por el Comité Español de Plásticos en Agricultura, CEPLA.


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En el caso de Almería esta provincia es la quinta en el mundo en cultivo bajo plásticos. Andalucía es la regiónespañola donde más extendido está el concepto de la Plasticultura, y dentro de ella, Sevilla, Almería y Huelva,destacan, cada una de ellas, en una especialidad de cultivo forzado: la primera en acolchado, la segunda eninvernaderos, y la tercera en túneles.

En 2001 se destinaron 196255 toneladas de Primeras Materias Plásticas para la fabricación de productos condestino al sector agrícola. Las aplicaciones más extendidas de la Plasticultura son: acolchamiento de suelos,

túneles de cultivo, invernaderos, tuberías para conducción de agua y drenaje, filmes para ensilar, cortavientos,láminas para embalses y cordelería. El Polietileno es el plástico más consumido con 115.380 toneladas,seguido del PVC con 56065 t. La resistencia al impacto y al rasgado, la transparencia a la radiación solar, ladispersión de la luz y la reducción del riesgo de heladas, son entre otros, los beneficios que ofrecen los

plásticos en la agricultura.

Sector del transporte y comunicaciones.

La fabricación de aviones, barcos, cohetes, trenes, motocicletas, globos, coches, bicicletas, teléfonos, antenas parabólicas, cámaras e incluso las nuevas redes de cable, se hace con plásticos. Al ahorro de combustible y ala disminución de la contaminación atmosférica contribuyen de forma decisiva los plásticos. De las 5000

piezas que lleva un automóvil fabricado en España, 1700 son de plásticos. Cada automóvil lleva incorporados,en media, unos 123 kilos de plásticos, que han sustituido a 300 de otros materiales, permitiendo, con ladisminución de peso, un ahorro de combustible que alcanza los 750 litros durante la vida útil del vehículo.

El tipo de plásticos más utilizado en el sector del automóvil es el Polipropileno, le siguen el Poliuretano, elABS, Poliamidas y PVC. De esta forma los coches son cada vez más ligeros, lo cual se transforma endisminución del gasto y protección del medio ambiente. Además, permiten un ahorro de energía, que enEuropa supone 3.5 millones de toneladas de combustible. Los plásticos contribuyen a que el transporte seacada vez más seguro con innovaciones tecnológicas tales como el "airbag".

Sector de la construcción.

La mayoría de los edificios públicos, nuestras viviendas, nuestros lugares de trabajo, ya sean fábricas uoficinas, los edificios destinados al ocio y servicios, hospitales, etc., tienen a los plásticos como elementocomún. La razón es que estos permiten un abaratamiento de los costes en la producción de grandes series de

piezas para la construcción, a la vez que facilitan el ahorro de energía por su bajo peso, sus grandes prestaciones y su alto poder aislante. En España el sector de la construcción consumió en 2001 un total de602042 toneladas de plásticos.

Alrededor de 300 empresas fabrican en España materiales plásticos destinados al sector de la construcción. Eltipo de plástico más utilizado en el sector de la construcción es el Policloruro de Vinilo o PVC con un

consumo de 317735 t en 2001, lo que representa el 53 % de todos los plásticos empleados en este sector. Amás distancia está el Polietileno con un 17 %, y el Poliestireno con un 10 %. En la actualidad, la industriaeuropea de la construcción utiliza más de 5 millones de toneladas anuales de plásticos, ya que prácticamentetodos los edificios construidos a partir de 1950 contienen plásticos en tuberías, ventanas, tejados, suelos,revestimiento de cables, conducciones y aislamientos.

Sector de la electricidad y la electrónica.

El empleo de los plásticos ha permitido mejorar sensiblemente las comunicaciones, ya que por un ladocontribuye al ahorro de los combustibles y por otro, su capacidad como aislante, protege de los agentesexternos. Los plásticos han contribuido notablemente a la evolución de la denominada "Era de la

Información". Internet, comunicaciones por satélite, cables, ordenadores personales, telefonía fija y móvil,etc.Todos contienen plásticos en su diseño.


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En 2001 el sector de la Electricidad y la Electrónica consumió en España, 80450 toneladas de plásticos. Elárea más importante de consumo en este sector es la de equipamientos electrónicos. El PVC, utilizado para elrecubrimiento de cables eléctricos, ha sido el más utilizado, ocupando el 44 % del conjunto de plásticos másusados

Otros sectores de aplicación de los plásticos.

- Mobiliario, que representa el 8.8 % del total del sector, con la fabricación de tableros a la cabeza, yutilizando las Colas de Urea como plástico más empleado, con un 61% del total.

- Textil y Calzado, con una cuota de mercado del 3.7 % del total del sector, siendo el Polipropileno el plásticomás consumido en este mercado, con un 54 %.

- Electrodomésticos, destino del 2.8 % de los plásticos. Frigoríficos y televisiones marcan la pauta, siendoPoliestireno y Poliuretano los plásticos más utilizados.

- Menaje, con el Polipropileno como plástico más empleado, con un 86 % del total.- Juguetes, Ocio y Deporte.Poliestireno, Polipropileno y PVC son los plásticos más utilizados por este sector.

Plásticos más utilizados

Entre los más utilizados en España, destacan el Polietileno de Alta Densidad (PEAD) con 14.85 kilos porhabitante, el Polipropileno (PP) con 14.12 kilos, el Policloruro de Vinilo (PVC) con 14.04 kilos, el Polietilenode Baja Densidad (PEBD) con 11.48 kilos, el PET con 6.94 kilos y el Poliestireno (PS) con 6.32 kilos.

PEBD (Polietileno de Baja Densidad)

Es uno de los más empleados y se utiliza sobre todo en filmes, bolsas, tanto comerciales como de saco, bolsas

para basura, bidones, etc. Es también un importante componente de juguetes, menaje, agricultura, piezas parala industria y para la construcción.

PEAD (Polietileno de Alta Densidad)

Es el más consumido. Se utiliza en la fabricación de bolsas, cables, cajas, bidones y depósitos, cascos deseguridad para la construcción, depósitos de gasolina para automóviles y botellas.

PE lineal

Se emplea básicamente en la fabricación de filme estirable y filme para uso agrícola. También se utiliza como

mezclas con los otros polietilenos para fabricar sacos y bolsas.PP (Polipropileno)

Es el segundo plástico más utilizado en España. Es el plástico de los automóviles. Aunque también se utilizaen el menaje, hilos, cordelería, tarrinas de margarina, envoltorios para galletas, bolsas para patatas fritas, etc.

PS (Poliestireno)

Los electrodomésticos, especialmente los frigoríficos, tienen a este plástico como protagonista. También seemplea en teléfonos, juguetes, menaje, etc.


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PVC (Policloruro de Vinilo)

Es, junto con el Polipropileno, el segundo plástico más consumido. Se utiliza en tuberías, cables, envases,carpintería, calzado, usos hospitalarios, tarjetas de crédito, etc.

EPS (Poliestireno Expandido)

Se utiliza en la construcción como aislamiento y aligerante de encofrados y en el envase y embalaje.

PET (Polietilentereftalato)

Se emplea para botellas para productos alimenticios (agua, bebidas carbónicas, aceites) y productos dedroguería y cosmética; también se utiliza para tarrinas para productos alimenticios.

Además de todos estos, hay otras 23 clases de plásticos, que se emplean para todo tipo de productosindustriales, sanitarios, alimentarios y sociales.

Las resinas duroplásticas encuentran aplicaciones en la industria de bienes de consumo y en la de bienes deequipo, aunque su producción es del orden del 16% de la de los plásticos. En combinación con otrosmateriales, tales como la fibra de vidrio, proporcionan materiales compuestos o «composites» que presentancaracterísticas extraordinarias, en competencia con los materiales metálicos.

En las figuras 3.1, 3.2 y 3.3 se puede ver el consumo de plásticos por usos en Estados Unidos, en Europa delEste y en España, respectivamente.

Figura 3.1.- Consumo de plásticos por usos en Estados Unidos.


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2000

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2004

Figura 3.2.- consumo de plásticos por usos en la Europa del Este.


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2003

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2005

Figura 3.3.- Consumo de plásticos por usos en España (2002-2005).


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En la figura 3.4 puede verse la evolución del consumo de los mercados analizados durante el período que vadesde 1990 al 2005.

Figura 3.4.- evolución del consumo de los mercados analizados (Periodo 1990-2005)

En la tabla 3.1 se da consumo anual estimado, porcentaje de participación y variación respecto al ejercicioanterior

Tabla 3.1.- consumo anual estimado, porcentaje de participación y variación respecto al ejercicio anterior.

CONSUMO ANUAL ESTIMADO, PORCENTAJE DE PARTICIPACION Y VARIACION RESPECTO AL EJERCICIO ANTERIOR.Toneladas

MERCADOS 2004 2005 % total 05/04% var.

ENVASE Y EMBALAJE(a) 1.778.175 1.881.200 46,8 5,8

CONSTRUCCION 549.990 604.907 15,1 1,7

AUTOMOCION 397.455 378.134 9,4 -4,9

MOBILIARIO 235.495 237.790 5,9 1,0

AGRICULTURA 235.483 236.802 5,9 0,6

ELECTRONICA 155.850 151.620 3,8 -2,7

PINTURAS (b) 108.445 108.830 2,7 0,4

ELECTRODOMESTICOS 96.520 94.160 2,3 -2,4

PIEZA INDUSTRIAL 82.820 82.470 2,1 -0,4

JUGUETES Y OCIO 76.454 68.304 1,7 -10,7

MENAJE 64.710 65.930 1,6 1,9

ARTICUL. PAPELERIA 25.360 23.660 0,6 -6,7

CALZADO 19.000 14.900 0,4 -21,6

APLICAC. MEDICAS(c) 16.800 16.900 0,4 0,6

Sin clasificar (d) 56.571 53.443 1,3 5,5

TOTAL (e) 3.934.627 4.019.050 100,0 1,9

(a) Los datos recogen todos los materiales destinados a envase y embalaje aunque se utilicen en otros mercadosanalizados. (b) Se incluyen todos los materiales, prescindiendo de su utilización en mercados determinados.(c) Incluidos todos los tipos de monturas de gafas.

(d) Aquellos materiales que no se puede determinar o se desconoce con exactitud el mercado de destino.(e) En las cifras que se señalan en el cuadro, no quedan recogidas las importaciones, exportaciones, materialesreciclados, cargas y refuerzos ni plastificantes. Teniendo en cuenta estas magnitudes, el mercado de plásticos o ventasinteriores se estima en 4.889.360 toneladas.


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4.- Mercado actual. Producción y consumo de plásticos.

El interés y la aceptación de los materiales plásticos se reflejan en los datos de la figura 4.1, en la que semuestra el crecimiento en la producción de los mismos hasta el año 2000. La demanda mundial de plásticosfue de 235 millones de toneladas en 2005, pero se prevé un aumento cercano al 30 por ciento en los próximoscinco años para superar los 300 millones. Europa consume el 25 por ciento del total y España ocupa el cuartolugar entre los países europeos en demanda de estos materiales. La demanda en nuestro país crecerá a un

ritmo del 5.8 %, aunque todavía estamos algo por debajo del incremento europeo que en media superará el 5.3% anual durante el próximo quinquenio. El plástico superó en producción al acero en 1989.

Figura 4.1.- Evolución de la producción mundial de plásticos en millones de toneladas.

En la tabla 4.1 se muestra la producción mundial por países (%) en el año 2000 y la previsión para el 2010,

por zonas mundiales. De las aproximadamente 110 millones de toneladas que se fabricaron en el año 1995 enel mundo (Tabla 4.2), los principales países productores y consumidores fueron Estados Unidos, Japón yAlemania, situados a una gran distancia de los demás, haciéndose patente la gran diferencia existente con los

países poco desarrollados, como Colombia, Hungría y Turquía.


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Por su parte, en la figura 4.2 se da el índice de crecimiento de la producción de plásticos, con respecto alacero y al aluminio, tomando como base el año 1970. La producción de plásticos se ha multiplicado por 5, lade aluminio por 2.4 y la del acero por 1.4. En la figura 4.3 se da la producción de plásticos en los países de laEuropa del Oeste (Año 2003). En las figuras 4.4 y 4.5 se muestran lo datos de consumo de termoplásticos ytermoestables, respectivamente, por tipo en Europa del Oeste (Año 2003).

Tabla 4.1.- Producción mundial de plásticos por países (%) en el año 2000. Previsión para el 2010.

Tabla 4.2.- Producción y consumo mundial de plásticos en 1995 en miles de t (Datos ANAIP).


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Figura 4.2.- Índice de crecimiento de la producción de plásticos, con respecto al acero y al aluminio.


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Figura 4.3.- Producción de plásticos en los países de la Europa del Oeste (Año 2000).


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Figura 4.4.- Datos de consumo de termoplásticos por tipo en Europa del Oeste


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Figura 4.5.- Datos de consumo de termoestables por tipo en Europa del Oeste


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En España la situación ha seguido el mismo hábito creciente. Desde las 6500 t que se produjeron en el año1955, hasta alcanzar las 3934627 toneladas en el año 2004 y de 3958162 en el año 2005, el crecimiento fuemuy rápido al principio, manteniéndose después un crecimiento más constante.

El consumo aparente se ha incrementado un 4.9 % respecto al año anterior, hasta las 4386808 toneladas. Elgrupo con mayor porcentaje de participación sigue correspondiendo a los termoplásticos de gran consumo,cuyo consumo se ha situado en las 3063.19 toneladas y ha explicado por si solo el 78,6 % del consumo de

materiales plásticos. El consumo per cápita de este grupo de materiales se ha situado en los 70,9 Kg.

Los materiales termoestables han presentado un consumo de 633309 toneladas, creciendo un 5,6 % conrelación al año anterior. El consumo medio por habitante ha sido de 14.7 Kg. Los plásticos técnicos hanexperimentado un ligero retroceso del 1.1 %, hasta las 500608 toneladas, lo que ha generado un consumo de11.6 Kg por habitante en el año 2004. El grupo de las materias plásticas varias ha supuesto el consumoaparente de 189772 toneladas, un 22.7 % superior al ejercicio precedente y un consumo de 4.4 Kg porhabitante.

El consumo siempre ha ido por encima de la producción (Figura 4.6), cifrándose que por habitante y año cadaespañol ha consumido 101.6 kg de materiales plásticos en 2004. España ocupa el séptimo lugar mundial en el

consumo de plásticos por habitante y año.

En la tabla 4.3 se refleja la evolución de la producción, comercio exterior y consumo aparente de las primerasmaterias plásticas.

Figura 4.6.- Evolución general de las primeras materias plásticas (Miles t).


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TABLA 4.3.- EVOLUCION DE LA PRODUCCION, COMERCIO EXTERIOR Y CONSUMO APARENTEDE LAS PRIMERAS MATERIAS PLASTICAS. Miles de toneladas.

AÑOS PRODUCCION% IMPORTACION EXPORTACIONCONSUMO APARENTE% (kg/habitante)

1955 6,5 - , - - , - 2,5 0,0 9,0 -,- 0,3

1960 28,0 34,0 11,0 0,0 39,0 34,0 1,31965 100,7 29,0 94,0 2,0 192,0 38,0 6,01970 404,3 32,0 149,6 20,0 533,9 23,0 15,91975 723,1 -13,1 153,6 39,5 837,3 -12,6 23,61980 1197,0 -7,7 176,3 219,3 1154,0 -7,0 30,91985 1502,0 7,1 315,6 608,1 1210,0 -0,9 31,31990 2053,9 4,6 825,7 730,9 2148,7 5,6 54,51991 2006,6 -2,3 904,9 816,6 2094,3 -2,5 53,2

1992 2039,0 1,6 899,2 839,1 2099,1 0,2 53,31993 2044,3 0,3 875,7 938,9 1981,0 -5,6 50,71994 2387,6 16,8 1029,7 1141,5 2275,8 14,9 58,11995 2461,8 3,1 1158,7 1199,4 2421,2 6,4 61,61996 2475,6 0,6 1306,2 1136,9 2644,9 9,2 67,31997 2736,1 10,5 1474,9 1314,3 2896,8 9,5 73,01998 3040,6 11,1 1623,2 1440,8 3223,1 11,3 81,01999 3235,8 6,4 1952,9 1676,9 3511,8 9,0 88,2

2000 3450,6 6,6 1795,9 1758,7 3487,8 -0,7 87,02001 3441,9 -0,3 1961,4 1699,3 3703,9 6,2 91,942002 3604,9 4,7 2341,8 1817,0 4129,8 11,5 98,7

2003 3715,1 3,1 2523,9 2057,7 4181,3 1,2 97,9(1)

2004 3894,7 4,8 2615,6 2123,6 4386,8 4,9 101,5 (1)

2005 3958,1 1,6 2667,7 2114,3 4511,5 2,8 102,3 (1)(1) Población española según revisión del padrón 2005 elaborado por el INE = 44.108.530 habitantes

Producción.

La producción de las empresas fabricantes de primeras materias plásticas instaladas en España en el año 2005ha sido de 3958162 toneladas, dato que supone un tímido incremento del 1.6 % respecto a la del año anterior.

De la evolución de los cuatro grandes grupos de materiales en el año analizado se ha observado el siguientecomportamiento:

- La producción de termoplásticos de gran consumo ha sido de 2370170 toneladas. Este volumen es superioren un 0.1 % a los resultados del año anterior. El porcentaje de participación de este grupo de materialesrespecto a la producción total de materias plásticas es del 59.9 %.

- Se han producido 729721 toneladas de materias plásticas termoestables, lo que representa un descenso anualde la producción del 0.2 %. El porcentaje de participación de este tipo de materiales respecto a la produccióntotal de primeras materias plásticas en el año 2005 asciende al 18.4 %.


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- La producción total de plásticos técnicos en este ejercicio ha ascendido a las 673200 toneladas, con unincremento del 10.6 % respecto al año anterior. Su participación respecto al total de materiales plásticos

producidos en España ha supuesto el 17.0 %.

- Finalmente, la producción de los materiales recogidos en el grupo de las materias plásticas varias se cifra en185071 toneladas, un 4.7 % sobre la producción total y es un 0.1 % superior a los resultados del año anterior.

En la tabla 4.4 se muestra la producción por tipo principales de plásticos en España.

Tabla 4.4.- Producción de plásticos en España.

AÑOTIPO DE PLASTICO

2000 2001 2002 2003 2004 2005

TERMOPLÁSTICOS 2244926 2369726 2370170TERMOESTABLES 691973 731540 729721PLÁSTICOS TÉCNICOS 612755 608559 673200PLÁSTICOS VARIOS 165450 184954 185071TOTAL 3441915 3604998 3715104 3894779 3958162

En la tabla 4.5 se muestra la producción de primeras materias plásticas por varios tipos de plásticos en Españadurante los años 2000 y 2001

Tabla 4.5.- Producción de primeras materias plásticas en España.


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Comercio exterior.

En el año 2005 el valor de las exportaciones ha presentado un incremento del 3.8 %. El valor de lasimportaciones también se ha incrementado y lo ha hecho en un 4.6 %. En efecto, expresado en euros, frente aunas ventas al exterior de 2328.53 millones de euros, las importaciones han alcanzado los 3034.83 millones deeuros, resultando una tasa de cobertura del comercio exterior del 76.7 %. Este ratio se viene deteriorando año

tras año y cabe recordar que este indicador en el año 2000 se situaba en el 90.3 %.En cuanto a los diferentes grupos de materiales y por lo que respecta a las exportaciones, todos presentanresultado modesto aunque de índole positiva. Las exportaciones de termoplásticos de gran consumo hancrecido un 3.5 %, alcanzando los 993.81 millones de euros y las de termoestables han ascendido un 2.6 %,siendo las exportaciones de 425.47 millones de euros. Las exportaciones de materiales plásticos técnicos hanalcanzado un valor de 665.80 millones de euros, un 3.2 % más que en el año 2004 y el grupo de materias

plásticas varias ha alcanzado los 243.45 millones de euros, un 9.1 % superior al ejercicio precedente.

Respecto a las importaciones, todos los grupos de materiales han presentado también valores superiores a losdel ejercicio anterior. El grupo de los termoestables ha presentado unas compras por valor de 423.92 millones

de euros, un 4.1 % por encima del año 2004. El grupo de los termoplásticos de gran consumo es el que sigue presentando un mayor volumen de importaciones, con un valor de 1719.58 millones de euros, con unincremento del 5.0 %. Respecto a los plásticos técnicos, las compras procedentes del exterior han alcanzadoun valor de 561.80 millones de euros, un 2.2 % por encima del año anterior.

En la tabla 4.6 se dan las exportaciones españolas de Primeras Materias Plásticas durante los años 2000 y2001.

Tabla 4.6.- Exportaciones españolas de Primeras Materias Plásticas.


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Consumo aparente.

En el año 2005 ha ascendido un 7.7 %, hasta los 4696.56 millones de euros. El grupo de los termoplásticos degran consumo se ha incrementado un 5.9 %, hasta los 2855.51 millones de euros. Los termoestables se hanincrementado un 5.1 %, hasta los 629.31 millones de euros, con un valor unitario de 0.98 €/Kg.

El grupo de los plásticos técnicos ha ascendido un 18.4 %, alcanzando los 832.97 millones de euros y un valor

unitario de 1.51 €/Kg, significando una mejora del 7.5 % respecto al ejercicio precedente.

El valor unitario del consumo aparente se ha situado en los 1.04 €/Kg, suponiendo una recuperación en elvalor del 4.8 % respecto al del ejercicio anterior.

Resultados globales expresados en euros.

Los precios unitarios de las materias primas en el año 2005 se han caracterizado por las fuertes oscilacionesque han experimentado como consecuencia de las variaciones de los precios de las materias primas y de lasfluctuaciones de los tipos de cambio. En el primer trimestre los precios han experimentado una clara tendenciaalcista, retrocediendo en el segundo trimestre, para experimentar en el tercer trimestre del año un intenso

repunte que ha quedado ligeramente atenuado por el descenso del cuarto trimestre. En términos interanuales,el precio medio unitario del consumo aparente se ha incrementado un 7.7 %.

Producción.

La producción total de materias plásticas se cifra en el año 2005 en los 3990.26 millones de euros suponiendoun incremento del 7.8 % respecto al ejercicio precedente, manteniendo la tendencia al alza de la producciónexpresada en valor que se inició en el ejercicio anterior, en el cual se habían recuperado los retrocesosexperimentados en los años anteriores.

La producción de los plásticos de gran consumo se ha situado en 2129.74 millones de euros, creciendo un 5.4%. El precio medio unitario de producción ha alcanzado los 0.90 €/Kg registrándose un incremento del 5.4 %.

El grupo de los plásticos termoestables, cuya producción ha sido de 630.86 millones de euros, ha presentadoun incremento del 4.1 % respecto a la del año anterior. El precio unitario de producción se ha situado en los0,86 €/Kg, un 4.3 % superior al año anterior.

La producción total de plásticos técnicos expresada en millones de euros ha alcanzado los 936.97, lo que hasignificado un incremento del 17.3 % respecto al ejercicio anterior. El precio unitario de producción ha sidode 1.39 €/Kg, representado un incremento del 6.0 % respecto al ejercicio anterior.

Finalmente, el valor de producción de los materiales que se recogen en las materias plásticas varias haalcanzado los 292.69 millones de euros, creciendo un 6.1 %, con un incremento del valor unitario de producción del 6.1 %, hasta 1.58 €/Kg.

En la figura 4.7 se da la evolución de los resultados globales en euros (Miles de millones de € constante) de laindustria transformadora (Año base = 1994) y en la figura 4.8 la evolución de los resultados globales en euros(Miles de millones de € constantes) de los termoplásticos de gran consumo. (Año base = 1994).


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Figura 4.7.- Evolución de los resultados globales en euros (Miles de millones de € constantes) de la industriatransformadora. (Año base = 1994).

Figura 4.8.- Evolución de los resultados globales en euros (Miles de millones de € constantes) de lostermoplásticos de gran consumo. (Año base = 1994).

En la tabla 4.7 se dan los datos sectoriales de la industria productora y transformadora de los plásticos.


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Tabla 4.7.- Datos sectoriales de la industria productora y transformadora de los plásticos.

PRODUCTORA

TRANSFORMADORA

Más de 95000 personas trabajan en nuestro país en el sector de los plásticos, que está integrado por 4215empresas que producen y transforman este material. En la tabla 4.8 se da el numero de personas ocupadas en

la industria transformadora de los plásticos en España (Año 2000) por comunidades autónomas. Cataluña,Valencia, Madrid, País Vasco, este es el orden de las Comunidades Autónomas en cuanto a implantación de laindustria transformadora de plásticos en España. En estas cuatro comunidades se factura el 71.4 % de la cifrade negocio y se da trabajo a 60315 personas.


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En 2001 esta industria produjo 4083559 toneladas, lo que ha supuesto una facturación de más de 13800millones de euros. Sin embargo, la industria quiere aumentar esta cifra en los próximos años y superar elséptimo puesto mundial en consumo y el octavo en producción de plásticos.

Actualmente está por encima, en producción, USA., Japón, Alemania, Francia, Países Bajos, Italia y Canadá,situándose por delante de países como Australia, México y Polonia. La facturación de las empresas supone el2.1 % del Producto Interior Bruto, ya que cada ciudadano español utiliza una media de 101.6 kilos de

plásticos al año, algo menos de lo consumido por los alemanes.

Todas las empresas españolas del sector están plenamente preparadas para crecer y para elaborar cualquier producto o artículo, por complejo que parezca, con los medios actuales, ya que cuentan con una capacidadtecnológica ilimitada para la producción y posterior transformación de los plásticos. En el pasado ejercicio,

para atender las necesidades del mercado interno y de las exportaciones, la industria de los plásticos utilizó un90 % del total de su capacidad de producción.

Tabla 4.8.- Número de personas ocupadas en la industria transformadora de los plásticos en España (Año2000) por comunidades autónomas.

COMUNIDAD AUTÓNOMA PERSONASANDALUCÍA 4.654ARAGÓN 3.387ASTURIAS 557BALEARES 467CANARIAS 737CANTABRIA 1.320CASTILLA-LEÓN 2.901CASTILLA-LA MANCHA 2.044

CATALUÑA 29.690EXTREMADURA 195GALICIA 3.916LA RIOJA 439MADRID 8.978MURCIA 2.679

NAVARRA 1.409PAÍS VASCO 7.306VALENCIA 14.341

TOTAL 85.020El industrial español de plásticos atiende, prioritariamente, a las necesidades del mercado interior. Pero noolvida que también puede actuar en el exterior. Los plásticos nacionales se venden en 101 países diferentes,especialmente en Francia, Italia, Alemania, Portugal, Reino Unido, Países Bajos, Estados Unidos, Marruecos,Turquía y México, siendo el país galo el primer destinatario de nuestros plásticos.


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Productores y transformadores de plásticos.

En la actualidad existen 30 tipos de plásticos con las correspondientes fórmulas, todas ellas diferentes. Lasindustrias de plásticos que en España producen más del 90 % del producto nacional son las siguientes:

• AISCONDEL, S.A.• BASF ESPAÑOLA, S.A.

• BAYER POLÍMEROS, S.L.• CIBA• DOW CHEMICAL IBÉRICA, S.A.• ATOFINA ESPAÑA, S.A.• HISPAVIC INDUSTRIAL, S.A.• REPSOL YPF• BASELL POLIOLEFINAS IBÉRICA, S.A.

En los próximos años, la industria española de los plásticos continuará creciendo, aunque se prevé que sea aun ritmo inferior al 10 % conseguido en la anterior década para el consumo. Parte de este crecimiento futurose apoyará en el desarrollo de las exportaciones, las cuales, de seguir al ritmo actual de crecimiento, dentro dedos años, pueden superar ampliamente los 3 millones de toneladas.

La industria de los plásticos dedicará en los próximos años sus esfuerzos en investigación a las siguientesáreas:

● Atención al medioambiente, a través de la investigación y la búsqueda de nuevas técnicas y materias que protejan y ayuden a preservar aún más el entorno ambiental.

● Formación constante de los trabajadores.● Mejora de la seguridad en las fábricas.● Incremento de la calidad de los productos.

● Modernización y actualización de las plantas.● Renovación de la infraestructura tecnológica.● Búsqueda de nuevas aplicaciones para los plásticos reciclados.

Como resumen en la tabla 4.9 se dan las cifras de la industria de los plásticos en España.

Tabla 4.9.- Cifras de la industria de los plásticos en España.

2000 2001Facturación: Millones de euros 13809 13837

Número de empleados 95000 95000 (*)

Inversión total realizada:Miles de euros 600253 570240 Número de empresas 4215 4215 (*)Exportación total (Toneladas) 2598629 2675034Exportación: Productos terminados y Semielaborados (t.) 615496 743346Consumo habitante (kg/año) 100.6 101.6Consumo Aparente (Toneladas) 3947536 4083559(*) Estimación ANAIP

En la figura 4.9 puede verse la distribución geográfica de la industria transformadora de los plásticos enEspaña (Año 2000) por comunidades autónomas.


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Figura 4.9.- Distribución geográfica de la industria transformadora de los plásticos en España (Año 2000) porcomunidades autónomas.

Finalmente, en la tabla 4.10 se da una lista de los fabricantes más importantes de productos químicos, loscuales están relacionados directa o indirectamente con el mundo de los polímeros


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Tabla 4.10.- Principales fabricantes de productos químicos según el volumen de ventas (x106 $).


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Tabla 4.10.- Principales fabricantes de productos químicos según el volumen de ventas (x106 $)(Cont.).


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5.- Definición y estructura molecular de los polímeros.

5.1.- Introducción.

El conjunto de materiales conocido como plásticos posee unas características estructurales comunes que leconfieren propiedades definidas, y que ha originado la denominación genérica anterior.

La característica común a todo ellos es que poseen naturaleza de polímero. Un polímero, como indica sudenominación, es una sustancia formada por muchas (del griego poli) unidades iguales (del griego meros).Así, esencialmente, un polímero está formado por la unión repetitiva, mediante enlaces covalente, deunidades pequeñas de agrupaciones atómicas denominadas unidades monoméricas o unidades de monómero,formando largas y flexibles cadenas cuyo esqueleto es una hilera de átomos de C, por lo común de variosmillares de átomos de longitud.

La transformación monómero/polímero se lleva a cabo mediante las reacciones de POLIMERIZACIÓN. Esasmoléculas de gran tamaño se denominan macromoléculas.

El término "unidad monomérica" se refiere a la unidad que se repite en una cadena de un polímero, mientras

que "monómero" se usa en el contexto de una molécula que consiste en una sola unidad monomérica. Dentrode cada molécula, los átomos están unidos mediante fuertes enlaces interatómicos covalentes.

MONOMERO ⇒ MONOMERO-MONOMERO-MONOMERO-MONOMERO (POLIMERO)

La característica necesaria para que un monómero polimerice es que exista en el monómero un doble enlace,generalmente un enlace doble C = C (Monómeros vinílicos, representados de forma general como CH2 =CHX, donde X representa a un sustituyente) o que el monómero sea multifuncional en el que existan al

menos dos grupos funcionales (bifuncional) distintos capaces de reaccionar entre sí mediante clásicas reacciones decondensación como las que se dan entre grupos ácido y alcohol o grupos ácido y amina.. Esto significa que la moléculaque constituye el monómero debe contener dos o más grupos reactivos que le permitan realizar la unión y formarla macromolécula.

Los polímeros tienen ciertas características y difieren unos de otros, según sea la naturaleza química y físicade sus unidades repetitivas en las cadenas.

Cuando a un material polímero se le incorporan ciertas sustancias—denominadas aditivos— para modificarsus propiedades, facilitar su transformación y mejorar su resistencia, el producto obtenido se denomina

plástico. Por tanto podemos decir que un plástico es un polímero aditivado.

POLIMERO + ADITIVO = PLASTICO


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El tamaño y la forma de los monómeros y el modo en que se empaquetan y se disponen en el material sólidofinal determinan, de forma significativa, las propiedades mecánicas y las características del procesado de los

plásticos.

Conviene aclarar que no todas las moléculas grandes, de alto peso molecular se consideran macromoléculas.Por ejemplo, las moléculas de clorofila y de hemoglobina tienen un peso molecular elevado y no sonmacromoléculas, ya que su estructura no está formada por unidades más pequeñas repetidas un gran númerode veces.

Para que una molécula de gran tamaño sea considerada polímero o macromolécula, además de cumplir lacondición de estar formada por una serie de unidades pequeñas unidas secuencialmente, debe tener un pesomolecular por encima de 10.000. Las moléculas formadas por la unión de monómeros pero que no alcanzan

pesos moleculares elevados, es decir son de pequeño tamaño, se denominan oligómeros.

Gráficamente podría representarse un polímero como un collar en el que cada eslabón o cuenta representa unaunidad monómerica (Figura 5.1.1).

(a).- POLITETRAFLUORETILENO (PTFE), (b).- CLORURO DE POLIVINILO (PVC), (c).- PROPILENO (PP)

Figura 5.1.1.- Esquema de la estructura de la unidad monómerica y de la macromolécula.

Estas macromoléculas, se comportan de modo diferente a las moléculas pequeñas y existen tres aspectos porlos cuales los polímeros actúan de modo distinto a las moléculas pequeñas. Y las razones son un poco máscomplicadas que decir simplemente "porque son más grandes". Los tres aspectos son:

1.- Enredo de cadena2.- Adición de fuerzas intermoleculares3.- Escala de tiempo del movimiento


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Enredo de Cadena.

La mayoría de los polímeros son polímeros lineales, es decir, son moléculas cuyos átomos se encuentranunidos en una larga línea, formando una inmensa cadena. Generalmente, aunque no siempre, esta cadena noes ni recta ni rígida, sino flexible. Se tuerce y se dobla formando una enredada maraña. Las cadenas tienden atorcerse y envolverse entre sí, de modo que las moléculas del polímero formarán colectivamente una enormemaraña enredada (Figura 5.1.2).

Figura 5.1.2.- Maraña de macromoléculas

Cuando un polímero se funde, las cadenas se comportan como espaguetis enredados en un plato. Si se trata deretirar uno del plato, éste se deslizará sin mayores problemas. Pero cuando los polímeros se enfrían o

permanecen en estado sólido, actúan como si fueran un ovillo de hilo. Pero no un ovillo nuevo, prolijamenteenrollado, sino de un ovillo enmarañado y viejo, constituido por hilos que se han ido juntando durante años.Intentar sacar una hebra de este ovillo, es un poco más complicado y se terminaría haciendo un gran nudo.Los polímeros en el estado sólido son así. Las cadenas se encuentran tan enrolladas entre sí, que es difícildesenrollarlas. Esto es lo que hace tan fuertes a muchos polímeros en materiales como plásticos, pinturas,elastómeros y materiales compuestos.

Adición de fuerzas intermoleculares.

Todas las moléculas, tanto las pequeñas como las poliméricas, interactúan entre sí promoviendo la atracciónelectrostática. Algunas moléculas se atraen más que otras y las polares lo hacen más que las no polares. Porejemplo, el agua y el metano poseen pesos moleculares similares, el del metano es 16 y el del agua 18. Atemperatura ambiente, el metano es un gas y el agua un líquido. Esto es porque el agua es muy polar, losuficiente como para que sus moléculas se mantengan unidas como líquido, mientras que el metano es no

polar y por lo tanto, sus moléculas no permanecen unidas en absoluto.

Las fuerzas intermoleculares afectan tanto a los polímeros como a las moléculas pequeñas. Pero en los polímeros, estas fuerzas son más intensas y cuanto más grande sea la molécula mayor será la fuerzaintermolecular. Aún cuando sólo las débiles fuerzas de Van de Waals estén en juego, pueden resultar muyfuertes en la unión de las distintas cadenas poliméricas. Esta es otra razón por la cual los polímeros pueden sermuy resistentes como materiales. El polietileno, por ejemplo, es muy apolar. Sólo intervienen fuerzas de Vander Waals, pero es tan resistente que es utilizado para la confección de chalecos a prueba de balas.

Escala de tiempo del movimiento.

Los polímeros se mueven más lentamente que las moléculas pequeñas. Imaginemos un maestro cuya tarea esllevar a sus alumnos del aula a comer, sin perder ninguno de ellos y produciendo el menor daño posible en el

trayecto. Mantenerlos en fila va a ser difícil. A los chicos pequeños les encanta correr por todos lados, brincando y gritando aquí y allá. Una manera de frenar este movimiento caótico es hacer que todos los chicosse tomen de sus manos cuando se les conduce a comer.


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Una vez que se consigue que todos se tomen de sus manos, su habilidad para correr se verá severamenterestringida. Por supuesto, su movimiento aún será caótico. La cadena de niños se curvará y serpenteará aquí yallá a lo largo de su trayecto. Pero el movimiento será mucho más lento. Si uno de los chicos pretendieraadelantarse en una dirección, no lo podrá hacer porque será arrastrado por el peso de todos los demás chicos alos cuales está unido. Seguramente, el chico puede desviarse de su camino y hacer que otros chicos hagan lomismo, pero esa desviación será mucho menor que si los chicos no estuvieran unidos.

Lo mismo ocurre con las moléculas. Un grupo de moléculas pequeñas puede moverse mucho más rápido ymás caóticamente cuando éstas no se encuentran unidas entre sí. Si se las une a lo largo de una extensacadena, se desplazarán más lentamente, al igual que los niños cuando forman una cadena.

Entonces ¿cómo influye esto para que un material polimérico sea diferente de un material compuesto pormoléculas pequeñas? Esta lenta velocidad de movimiento hace que los polímeros hagan cosas inusuales. Paraempezar, si usted disuelve un polímero en un solvente, la solución resultará mucho más viscosa que elsolvente puro. De hecho, la medición de este cambio de viscosidad se emplea para estimar el peso moleculardel polímero.

5.2.- Estructura química.

La mayoría de los polímeros son compuestos orgánicos macromoleculares, es decir están formados por largascadenas lineales, que consisten en una cadena principal o “esqueleto” a la cual se unen grupos laterales.

La cadena principal suele estar compuesta por átomos de carbono unidos entre sí un gran número de veces.Forman largas cadenas, como consecuencia de la capacidad que tiene el átomo de carbono para enlazarseconsigo mismo y con otros elementos (Macromoléculas formadas por secuencias de átomos de carbono yotros elementos).

También se encuentran presentes o se pueden intercalar, entre otros, los siguientes elementos:

Valencia 1: H, F, Cl, Br, I

Valencia 2: O, SValencia 3: NValencia 4: SiValencia 5: P

unidos por enlaces interatómicos covalentes, constituyendo lo que se denomina una cadena molecular.

La existencia de tantos compuestos orgánicos de diferentes tamaños se debe principalmente a:

1.- La capacidad del átomo de carbono para formar enlaces con otros átomos de carbono.2.- La facilidad con que el átomo de carbono puede formar cadenas lineales, ramificadas, cíclicas, con enlaces

sencillos, dobles o triples.

3.- El átomo de carbono, puede formar enlaces en las tres dimensiones del espacio.

En la tabla 5.2.1 se da una clasificación simple de los distintos tipos de cadenas principales que pueden presentarse y en la tabla 5.2.2 los grupos laterales más frecuentes.


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Tabla 5.2.1.- Distintos tipos de cadenas principales que pueden presentarse.

CADENAPRINCIPAL

EJEMPLOS

Saturada POLIETILENO

PP, PS, PVC, PB, PMMA, PTFE, etc No saturada POLIBUTADIENO

IR, CR, etc.

Solamenteátomos decarbono

Más insaturada POLIACETILENO

POLIOXIMETILENO (POM)

Átomos decarbono yde oxígeno

POLIETILENOXIDO (PEO)

Átomos decarbono yde nitrógeno

VARIOS TIPOS DE PA (Nylon)

Átomos deCarbono,oxígeno ynitrógeno

VARIOS TIPOS DE POLIURETANOS

POLICARBONATO (PC)

POLIETILENO TEREFTALATO (PETP)

POLIBUTILENO TEREFTALATO (PBTP)

(PEEK)

Anillos decarbono

POLIFENILENO ETER (PPE)


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Tabla 5.2.1.- Distintos tipos de cadenas principales que pueden presentarse (Continuación).

CADENAPRINCIPAL

EJEMPLOS

POLIFENILENO SULFURO (PPS)

POLISULFONA (PSU)Combinacióncon átomosse azufre

POLIETER SULFONA (PES)

Átomos desilicio yde oxígenosolamente

POLIDIMETILSILOXANO (GOMA DE SILICONA)

Anillosmúltiples

POLIIMIDA (PI)


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Tabla 5.2.2.- Distintos tipos de grupos laterales que pueden presentarse.

GRUPOLATERAL

EJEMPLOS

POLIETILENO

POLIBUTADIENO

POLIACETILENO

Átomo dehidrogenosolamente

POLIOXIMETILENO (POM)

Polímerosvinílicos

Polímerosvinildienos

R = F

Polidienos


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El átomo de carbono tiene una configuración electrónica 1s22s22p2, es decir tiene 4 electrones en su órbitamas externa, 2 en 2s y 2 en 2p, lo que le confiere valencia 4 y le permite establecer hasta cuatro enlacescon otros tantos átomos adyacentes.

Generalmente, el número de enlaces que forma un átomo depende de la cantidad de electrones desapareados.El carbono muestra en su estado fundamental dos electrones de esta clase y en consecuencia su capacidad deenlace es de dos. Así se comporta cuando forma compuestos como el monóxido de carbono, CO.

Sin embargo, en los compuestos orgánicos, el carbono no forma dos sino cuatro enlaces, lo cual significa

introduccion a los polimeros

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