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• Osiel Torres

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“CONFIGURACION DE LOS POLIMEROS”

Es característica de aquellas sustancias que presentan un doble enlace carbonocarbono, y es debida a que no es posible la libre rotación alrededor del eje del doble enlace. Asimismo, es preciso que los sustituyentes unidos a cada uno de los átomos de carbono implicados en el doble enlace sean distintos.

Las distribuciones espaciales posibles son dos, la forma cis y la trans. En la primera, los sustituyentes iguales de los dos átomos de carbono afectados por el doble enlace se encuentran situados en una misma región del espacio con respecto al plano que contiene el doble enlace , es decir, se denomina cis, al isómero que tiene los grupos iguales en el mismo lado del doble enlace. En la segunda, los sustituyentes afectados se encuentran en distinta región del espacio, es decir, trans es el isómero que tiene los grupos iguales en posiciones opuestas, a cada lado del doble enlace.

De la configuración de los polímeros se puede obtener información sobre la distribución y organización espacial de las moléculas: durante los procesos de polimerización, es posible ubicar a los distintos grupos radicales R en la cadena principal en distintas direcciones. Entonces, si descansamos el esqueleto de un polímero vinílico extendido sobre un plano imaginario, tal como lo muestran las figuras siguientes, podremos observar cómo la estereoisomería de los monómeros afecta la forma en la que los grupos laterales o sustituyentes se ordenan; la tacticidad es entonces la organización de los grupos laterales de los monómeros con respecto al plano que soporta la cadena. La tacticidad en los polímeros determina el grado de cristalinidad que el polímero puede alcanzar.

Un polipropileno con alta isotacticidad puede llegar a tener un alto grado de cristalinidad y como resultado de esto será rígido, fuerte y duro Es importante tener en cuenta que las definiciones de tacticidad únicamente son válidas si el polímero se encuentra en la forma zigzag plana extendida . En la figura se ve claramente que la cadena polimérica principal se encuentra sobre un mismo plano, además los átomos de carbono están distribuidos sobre el plano en zigzag.

Isómeros geométricos o cis-trans: Son isómeros que se diferencian en la posición relativa de grupos sustituyentes respecto a un plano. Un grupo importante de isómeros geométricos lo constituyen los compuestos con doble enlace (=) entre dos carbonos. El doble enlace impide el giro de un carbono respecto al otro sin que se rompa dicho doble enlace. Pero no es esta la única condición para que haya isomería geométrica, además ninguno de los carbonos implicados en el doble enlace debe tener los dos sustituyentes iguales.

Las distribuciones espaciales posibles para una sustancia que con un doble enlace que cumpla esta condición son:  Forma cis; en ella los sustituyentes más voluminosos de los dos átomos de carbono afectados por el doble enlace se encuentran situados en una misma región del espacio con respecto al plano que contiene al doble enlace carbono-carbono.  Forma trans; en ella los sustituyentes más voluminosos de los dos átomos de carbono afectados por el doble enlace se encuentran situados en distinta región del espacio con respecto al plano que contiene al doble enlace carbono-carbono.

La primera se llama configuración CIS y así es el hule de la hevea y el de Guayule que se caracterizan por su flexibilidad y su elasticidad, la cual deben en parte a su estructura CIS, que es irregular y les impide cristalizar.

En cambio, la configuración TRANS, con gran regularidad estructural, está presente en el hule de gutapercha, que es cristalino, mucho menos elástico, con alta dureza, por lo que se lo emplea como cubierta de pelotas de golf.

La isomería geométrica más importante en los polímeros es la formación de los isómeros CIS y TRANS que se encuentran en moléculas con dobles enlaces. En esta clase de estructuras la transformación de un isómero en otro es imposible ya que el doble enlace impide la rotación de la molécula y, por tanto, se tendría que romper para que se lleve a cabo la conversión. En el isómero cis los sustituyentes principales se hallan al mismo lado del plano perpendicular al papel que pasa por el doble enlace C=C, mientras que en el isómero trans los sustituyentes principales se hayan en lados opuestos.

Tanto la estructura cis como la trans son cristalizables cuando se encuentran en estado puro, aunque sus puntos de fusión son distintos. Si hay una mezcla de ambas estructuras, el polímero resultante presentará un bajo grado de cristalinidad y será fundamentalmente amorfo. Unas de las propiedades más importantes y características que definen a un polímero (y por ende a un adhesivo) es su temperatura de transición vítrea, el valor de la temperatura de transición vítrea está directamente relacionado con las propiedades mecánicas (resistencia, dureza, fragilidad, elongación…) que el polímero (adhesivo) presenta a la temperatura que se encuentra expuesta, ¿nunca has observado porque ciertos plásticos en invierno se vuelven duros y quebradizos?, la explicación se encuentra en su temperatura de transición vítrea. La temperatura de transición vítrea (Tg) se define como la temperatura a la cual las propiedades mecánicas de un plástico / adhesivo cambian radicalmente debido a los movimientos internos de las cadenas poliméricas que componen al plástico / adhesivo. En la primera parte de la definición, identificamos a la Tg como la temperatura a la cual las propiedades mecánicas del adhesivo cambian radicalmente, por lo que la temperatura de transición vítrea nos define indirectamente el rango de temperaturas en el cual puede trabajar o estar expuesto el adhesivo/plástico, por ello la Tg también es conocida como la temperatura de trabajo y el conocimiento de su valor es de vital importancia en la fase de diseño.

En la segunda parte de la definición, identificamos la causa de la Tg por la facilidad o restricción de los movimientos de las cadenas poliméricas que ocurren dentro del plástico/adhesivo. Cuando el adhesivo o plástico se encuentra expuesto a unas temperaturas inferiores a su Tg, el movimiento de las cadenas poliméricas disminuye haciendo que el material adquiera un comportamiento rígido y quebradizo, a temperaturas superiores a su Tg el movimiento de las cadenas poliméricas aumenta haciendo que el material adquiera un comportamiento elástico. En función de los requerimientos a cumplir podemos utilizar un adhesivo u otro haciéndolo trabajar a una Tg superior o inferior, por ejemplo los adhesivos de poliuretano de 1 componente de curado por humedad disponen de una Tg de 45ºC, por ello en condiciones ambientales normales se comportan como un elastómero, es decir adquieren un comportamiento elástico y por ello este tipo de adhesivo se utiliza para la realización de uniones elásticas, si este mismo adhesivo se ubica en la Antártida a una temperatura de -60 ºC automáticamente pasaría a su estado vítreo donde el adhesivo se volvería rígido y quebradizo como el cristal, aumentado su resistencia a esfuerzos pero disminuyendo su elasticidad de manera brusca. Por otro lado nos encontramos con los adhesivos rígidos como los Epoxi, donde su Tg es aproximadamente de 100ºC, por ello en condiciones normales siempre trabajan en su estado vítreo dando lugar a sus propiedades de poca elongación y alta resistencia frente a esfuerzos. Durante la formulación y diseño del adhesivo existen compuestos químicos capaces de disminuir la temperatura de transición vítrea, estos compuesto son conocidos como plastificantes y tienen por objetivo separar las cadenas poliméricas que conforma el adhesivo con objeto de aumentar el volumen y por ende facilitar el movimiento entre ellas, de tal forma que a mayor movimiento menor temperatura de transición vítrea y mayor comportamiento elástico tendrá el adhesivo resultante.

BIBLIOGRAFÍA

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INTRODUCCIO N A LA CIENCIA DE LOS POLIMEROS Primera Edición, 2015 Autores: Francisco López Serrano Ramos / Eduardo Mendizábal Mijares CIENCIA DE LOS POLÍMEROS MTRO. Francisco A. Herrera Castañeda BILLMEYER - Ciencia de los polímeros