La arquitectura de polímeros en la ciencia de los polímeros se relaciona con la forma en que la ramificación conduce a una desviación de una cadena de polímero estrictamente lineal. [1] La ramificación puede ocurrir aleatoriamente o las reacciones pueden diseñarse para que se orienten arquitecturas específicas. [1] Es una característica microestructural importante. La arquitectura de un polímero afecta muchas de sus propiedades físicas, incluida la viscosidad de la solución, la viscosidad de la masa fundida, la solubilidad en varios disolventes, la temperatura de transición vítrea y el tamaño de las bobinas de polímero individuales en solución.
Diferentes arquitecturas de polímeros
Ramificación aleatoria
Las ramas se pueden formar cuando el extremo en crecimiento de una molécula de polímero alcanza (a) sobre sí mismo o (b) sobre otra cadena de polímero, los cuales, mediante la abstracción de un hidrógeno, pueden crear un sitio de crecimiento en la mitad de la cadena.
La ramificación se puede cuantificar mediante el índice de ramificación .
Polímero reticulado
Un efecto relacionado con la ramificación es la reticulación química : la formación de enlaces covalentes entre cadenas. La reticulación tiende a aumentar la T g y aumenta la resistencia y la tenacidad. Entre otras aplicaciones, este proceso se utiliza para reforzar cauchos en un proceso conocido como vulcanización, que se basa en la reticulación por azufre. Los neumáticos de automóvil, por ejemplo, están altamente reticulados para reducir la fuga de aire del neumático y endurecer su durabilidad. La goma de borrar, por otro lado, no está reticulada para permitir la descamación de la goma y evitar daños en el papel. La polimerización de azufre puro a temperaturas más altas también explica por qué el azufre se vuelve más viscoso con temperaturas elevadas en su estado fundido. [2]
Una molécula de polímero con un alto grado de reticulación se denomina red de polímero. [3] Una relación de reticulación a cadena suficientemente alta puede conducir a la formación de una red o gel infinito, en el que cada cadena está conectada al menos con otra. [4]
Arquitecturas complejas
Con el desarrollo continuo de la polimerización viva , la síntesis de polímeros con arquitecturas específicas se vuelve cada vez más fácil. Son posibles arquitecturas tales como polímeros en estrella , polímeros en peine, polímeros en cepillo , polímeros dendronizados , dendrímeros y polímeros Ring . Los polímeros de arquitectura compleja se pueden sintetizar con el uso de compuestos de partida especialmente diseñados o sintetizando primero cadenas lineales que experimentan reacciones adicionales para conectarse entre sí. Los polímeros anudados consisten en múltiples unidades de ciclación intramolecular dentro de una sola cadena de polímero. Los polímeros lineales también pueden plegarse en circuitos topológicos , clasificados formalmente por su topología de contacto. [5]
Efecto de la arquitectura sobre las propiedades físicas
En general, cuanto mayor es el grado de ramificación, más compacta es una cadena de polímero. La ramificación también afecta el entrelazamiento de cadenas, la capacidad de las cadenas para deslizarse unas sobre otras, lo que a su vez afecta las propiedades físicas del volumen. Las ramas de cadena larga pueden aumentar la resistencia del polímero, la tenacidad y la temperatura de transición vítrea (T g ) debido a un aumento en el número de enredos por cadena. Una longitud de cadena corta y aleatoria entre las ramas, por otro lado, puede reducir la resistencia del polímero debido a la interrupción de la capacidad de las cadenas para interactuar entre sí o cristalizar.
Un ejemplo del efecto de la ramificación sobre las propiedades físicas se puede encontrar en el polietileno. El polietileno de alta densidad (HDPE) tiene un grado muy bajo de ramificación, es relativamente rígido y se usa en aplicaciones como chalecos antibalas. El polietileno de baja densidad (LDPE), por otro lado, tiene un número significativo de ramas largas y cortas, es relativamente flexible y se utiliza en aplicaciones como películas plásticas.
Los dendrímeros son un caso especial de polímero ramificado donde cada unidad de monómero es también un punto de ramificación. Esto tiende a reducir el entrelazamiento y la cristalización de la cadena intermolecular. Una arquitectura relacionada, el polímero dendrítico, no está perfectamente ramificado pero comparte propiedades similares a los dendrímeros debido a su alto grado de ramificación.
El grado de ramificación que se produce durante la polimerización puede verse influido por la funcionalidad de los monómeros que se utilizan. [6] Por ejemplo, en una polimerización de radicales libres de estireno , la adición de divinilbenceno , que tiene una funcionalidad de 2, dará como resultado la formación de un polímero ramificado.
Ver también
- Topología de circuitos (arquitectura de pliegue de polímeros lineales)
Referencias
- ^ a b Rubinstein, Michael; Colby, Ralph H. (2003). Física de polímeros . Oxford; Nueva York: Oxford University Press. pag. 6. ISBN 0-19-852059-X.
- ^ C.Michael Hogan. 2011. azufre . Enciclopedia de la Tierra, eds. A. Jorgensen y CJ Cleveland, Consejo Nacional para la Ciencia y el Medio Ambiente, Washington DC
- ^ IUPAC; Kratochvíl, P .; Stepto, RFT; Suter, UW (1996). "Glosario de términos básicos en ciencia de polímeros" . Pure Appl. Chem . 68 (12): 2287–2311. doi : 10.1351 / pac199668122287 .
- ^ Pintor, págs. 96-100
- ^ A. Golovnev en el., Topología de circuito generalizada de cadenas lineales plegadas. iScience 23 (9), 101492 (2020)
- ^ Campbell, Neil A .; Brad Williamson; Robin J. Heyden (2006). Biología: Explorando la vida . Boston, Massachusetts: Pearson Prentice Hall. ISBN 0-13-250882-6.