Los polímeros de ingeniería incluyen materiales naturales como caucho y materiales sintéticos como plásticos y elastómeros. Los polímeros son materiales muy útiles porque sus estructuras se pueden alterar y adaptar para producir materiales 1) con una gama de propiedades mecánicas 2) en un amplio espectro de colores y 3) con diferentes propiedades transparentes.

Mers

Un polímero está compuesto de muchas moléculas simples que son unidades estructurales repetitivas llamadas monómeros. Una sola molécula de polímero puede consistir de cientos a un millón de monómeros y puede tener una estructura lineal, ramificada o de red. Los enlaces covalentes mantienen unidos los átomos de las moléculas poliméricas y los enlaces secundarios mantienen juntos grupos de cadenas poliméricas para formar el material polimérico. Los copolímeros son polímeros compuestos de dos o más tipos diferentes de monómeros.

Cadenas de polímeros (Termoplásticos y Termoestables)

Un polímero es un material orgánico y la columna vertebral de todo material orgánico es una cadena de átomos de carbono. El átomo de carbono tiene cuatro electrones en la capa exterior. Cada uno de estos electrones de valencia puede formar un enlace covalente a otro átomo de carbono o a un átomo extraño. La clave para la estructura del polímero es que dos átomos de carbono pueden tener hasta tres lazos comunes y todavía vínculo con otros átomos. Los elementos que se encuentran con mayor frecuencia en los polímeros y sus números de valencia son: H, F, Cl, Bf e I con 1 electrón de valencia; O y S con 2 electrones de valencia; n con 3 electrones de valencia y C y Si con 4 electrones de valencia.

La capacidad de las moléculas para formar cadenas largas es vital para producir polímeros. Considere el material polietileno, que está hecho de gas etano, C2H6. El gas etano tiene dos átomos de carbono en la cadena y cada uno de los dos átomos de carbono comparte dos electrones de valencia con el otro. Si se unen dos moléculas de etano, uno de los enlaces de carbono en cada molécula se puede romper y las dos moléculas se pueden unir con un enlace de carbono a carbono. Después de unir los dos mers, todavía hay dos electrones de valencia libres en cada extremo de la cadena para unir otros mers o cadenas de polímeros. El proceso puede continuar gustando más mers y polímeros juntos hasta que se detenga por la adición de anther chemical (un terminador), que llena el enlace disponible en cada extremo de la molécula. Esto se llama polímero lineal y es un bloque de construcción para polímeros termoplásticos.

La cadena de polímero a menudo se muestra en dos dimensiones, pero debe tenerse en cuenta que tienen una estructura tridimensional. Cada enlace está a 109° del siguiente y, por lo tanto, la columna vertebral de carbono se extiende a través del espacio como una cadena retorcida de TinkerToys. Cuando se aplica tensión, estas cadenas se estiran y la elongación de los polímeros puede ser miles de veces mayor que en las estructuras cristalinas.

La longitud de la cadena de polímero es muy importante. A medida que el número de átomos de carbono en la cadena aumenta a más de varios cientos, el material pasará a través del estado líquido y se convertirá en un sólido ceroso. Cuando el número de átomos de carbono en la cadena supera los 1.000, se obtiene el polietileno de material sólido, con sus características de resistencia, flexibilidad y tenacidad. El cambio de estado se produce porque a medida que aumenta la longitud de las moléculas, también aumentan las fuerzas de unión totales entre las moléculas.

También debe tenerse en cuenta que las moléculas no son generalmente rectas, sino que son una masa enredada. Los materiales termoplásticos, como el polietileno, se pueden representar como una masa de gusanos entrelazados lanzados al azar en un cubo. Las fuerzas de unión son el resultado de las fuerzas de van der Waals entre moléculas y el enredo mecánico entre las cadenas. Cuando los termoplásticos se calientan, hay más movimiento molecular y los enlaces entre moléculas se pueden romper fácilmente. Esta es la razón por la que los materiales termoplásticos se pueden refundir.

Hay otro grupo de polímeros en el que se forma una sola red grande, en lugar de muchas moléculas durante la polimerización. Dado que la polimerización se logra inicialmente calentando las materias primas y uniéndolas en salmuera, este grupo se denomina polímeros termoendurecibles o plásticos. Para que se forme este tipo de estructura de red, el mers debe tener más de dos lugares para que ocurra el deshuesado; de lo contrario, solo es posible una estructura lineal. Estas cadenas forman estructuras articuladas y anillos, y pueden plegarse hacia adelante y hacia atrás para formar una estructura parcialmente cristalina.

Dado que estos materiales se componen esencialmente de una molécula gigante, no hay movimiento entre moléculas una vez que la masa se ha establecido. Los polímeros termoendurecibles son más rígidos y generalmente tienen una resistencia más alta que los polímeros termoplásticos. Además, dado que no hay oportunidad de movimiento entre moléculas en un polímero termoendurecible, no se convertirán en plástico cuando se calienten.