Reacción de polimerización – Química

Los polímeros se obtienen mediante una o más reacciones químicas denominadas Reacciones de polimerización. La palabra «polimerización» significa escuela politécnica: varios y mero: partes, es decir, es la unión de varios “meros” que al final de la reacción forman una cadena larga llamada polímero. También se puede definir como un conjunto de reacciones a través de las cuales los monómeros reaccionan entre sí, formando polímeros. macromoléculas.

Estas reacciones tienen lugar a través de moléculas simples que reaccionan entre sí, formando lo que llamamos macromoléculas. La principal característica de las macromoléculas es la alta masa molar y después de la reacción de polimerización, la masa molar debe ser superior a 10.000 g / mol para que el producto formado se considere un polímero.

Las reacciones de polimerización utilizan parámetros primarios y secundarios para que puedan ocurrir, son:

• Parámetros primarios: presión, temperatura de reacción, tiempo y presencia de iniciador de reacción;
• Parámetros secundarios: Son elementos específicos del polímero a producir, como inhibidores, catalizadores, retardadores de reacción, controladores de masa molar, reactivos específicos, etc.

La polimerización puede tener lugar en etapas, en cadena, por apertura de anillo o por copolimerización. A continuación, detallaremos cada tipo de polimerización.

Polimerización por etapas

Ocurre por la condensación secuencial de los grupos funcionales presentes en los monómeros, formando a través de sucesivos enlaces un aumento en el tamaño de las moléculas hasta formar una cadena polimérica (alta masa molar), este aumento ocurre en el transcurso del tiempo de reacción. Los grupos funcionales de los monómeros son reactivos entre sí, no requiriendo iniciadores para que comience la reacción. Hay formación de subproductos resultantes de la reacción, como H_dosO, HCl, NH₃etc. La polimerización por etapas está directamente influenciada por algunos factores importantes:

• Temperatura y tiempo de reacción: cuanto mayor es el tiempo de reacción, se forman polímeros con masas molares más altas;
• Catalizadores: facilitan la reacción, formando polímeros con masas molares más altas;
• Relación equimolar de los grupos funcionales de los monómeros – agregar el mismo número de moléculas de cada grupo funcional de los monómeros facilita el encuentro entre un extremo de la macromolécula de un grupo funcional con otro extremo de otro grupo funcional, facilitando la reacción, aumentando su polímeros rápidos y formadores con mayor masa molar;
• Adición de terminadores: puede ocurrir cuando hay una adición no equimolar de grupos funcionales, lo que facilita el encuentro entre los extremos de las macromoléculas con el mismo grupo funcional, lo que dificulta la polimerización.

La terminación de la reacción puede ocurrir mediante la adición de un reactivo monofuncional que hace que el final de la cadena no reaccione, terminando la polimerización, o incluso, se puede reducir la temperatura de reacción, promoviendo una reducción en la velocidad de reacción y consecuentemente interrumpiéndola. .

Polimerización en cadena

Ocurre por la inestabilidad de los dobles enlaces presentes en los monómeros, activando una reacción en cadena (origen del nombre de la reacción), donde cada monómero se une a otro monómero, donde se rompe el doble enlace, generando un polo positivo llamado sitio activo, atrayendo así otros monómeros y, en consecuencia, continuando con la reacción. La reacción se puede representar mediante la siguiente ecuación genérica:

n Monómero → [-monômero-]_No

Para romper el doble enlace se utilizan reactivos químicos conocidos como iniciadores térmicamente inestables (II •) o también se pueden utilizar radiaciones electromagnéticas, que se definen según el polímero a formar. La reacción en cadena con iniciadores se lleva a cabo en tres pasos: iniciación, propagación y terminación.

En la etapa de Iniciación, los monómeros se agregan junto con el iniciador, formando especies químicas reactivas (después de la ruptura del doble enlace de los monómeros) que pueden ser radicales libres o iones. Ejemplo:

II • + CH_dos= CH2 → R – CH_dos–CH_dos•

En la etapa de propagación, el sitio activo reacciona con otros monómeros disponibles en el medio, formando un nuevo sitio activo, que a su vez reacciona con otro monómero y así sucesivamente. En esta etapa, se forman y crecen macromoléculas. Ejemplo:

R-CH_dos–CH_dos• + CH_dos= CH_dos → R-CH_dos–CH_dos–CH_dos–CH_dos•

En el paso de terminación, se usa un agente de terminación (T – T •) para desactivar el sitio reactivo de la molécula, que puede ser otra cadena en crecimiento, radical libre, solvente o ión, monómero inactivo, polímero inactivo o alguna impureza que esté presente. en el medio. La macromolécula activa en crecimiento une su sitio positivo a un terminador que está inactivo, terminando la formación de radicales libres y terminando la reacción en cadena. Ejemplo:

R-CH_dos–CH_dos–CH_dos–CH_dos• + • T – T → (R – CH_dos–CH_dos–CH_dos–CH_dos–T – T)_No

Polimerización de apertura de anillo

Ocurre por la desestabilización de un monómero en forma de anillo, promoviendo la apertura del anillo, formando sitios activos que inician la reacción. Con la ruptura de este anillo, se forman dos funciones distintas en los extremos de la molécula, que al reaccionar consigo misma, proporciona la formación de una macromolécula. La reacción se puede representar mediante la siguiente ecuación genérica:

Copolimerización

Ocurre por la unión de dos monómeros distintos (m1 y m2), sin interferencia externa, es decir, ocurre de forma natural. Según la reactividad de los monómeros que componen la reacción y su respectiva reactividad, se pueden formar diferentes copolímeros que tienen su disposición estructural alternada, al azar o en bloques. Las posibles reacciones se pueden representar mediante las siguientes ecuaciones genéricas:

Alternativo: nm₁• + m_dos → (-m₁ – m_dos – m₁ – m_dos – m₁ -metro_dos -)_No

Aleatorio: nm₁• + m_dos → (-m₁ – m₁ – m₁ – m_dos – m₁ -metro₁ -)_No

En bloques: nm₁• + m_dos → (-m₁ – m₁ – m_dos– m2 – m₁ -metro₁ -)_No

Técnicas de polimerización relativas a la disposición física.

• Polimerización en masa: esta es la disposición física más simple, donde el iniciador se agrega al monómero, iniciando la reacción de polimerización, que puede caracterizarse por el aumento de temperatura y viscosidad del medio de reacción. Esta disposición proporciona un polímero con un alto grado de pureza, pero existe dificultad para controlar la temperatura, que puede generar puntos calientes en el reactor, desestabilizando el crecimiento de las cadenas.
• Polimerización en solución: en esta disposición física, para mejorar el problema del control de temperatura, se utiliza un líquido (disolvente) en el medio. Este disolvente puede participar o no en la reacción (como monómero) dependiendo del producto deseado.
• Polimerización en emulsión: Esta disposición física se utiliza cuando el monómero es un líquido orgánico disperso en agua, empleando un agente emulsionante (jabón) y agitando vigorosamente para que las moléculas de jabón formen mezclas hidrofóbicas internamente e hidrofílicas en el exterior, formando como producto final el polímero en forma de polvo fino.

Referencias:

Canevarolo Jr., Sebastião V. – La ciencia de los polímeros: un texto básico para tecnólogos e ingenieros. São Paulo, Editora Artiiber, 2002.

Folleto Ciencia y comportamiento de los materiales plásticos I – Núcleo de Tecnología Plástica, SENAI SP, 2012.