¿Qué es un copolímero? - Conoce todo sobre interacciones químicas

Hoy en día, los plásticos son imprescindibles en diversas áreas como el transporte, la salud, la construcción, la agricultura y el deporte. Los polímeros forman macromoléculas mediante la unión de monómeros a través de enlaces covalentes. Son compuestos orgánicos en general, cuyo componente principal son los átomos de carbono unidos. Estos pueden dar lugar a cadenas lineales o con ramificaciones. Los copolímeros son un tipo de polímero formado por dos o más monómeros enlazados repetidamente en sucesión irregular.

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Este es el caso del caucho utilizado en la fabricación de suelas para zapatos, sellantes y neumáticos. El estudio de estos compuestos comenzó en la década de 1920. Cuando se investigaba el comportamiento de ciertos materiales como la madera, la gelatina, el hule y el algodón. Fue Hermann Staudinger quien demostró la existencia de moléculas gigantes que hoy conocemos como macromoléculas. Estas son la base principal de los copolímeros. Por esta razón, a continuación, se expondrán aspectos relevantes sobre ellos, su clasificación y usos.

Definición de copolímero

Un copolímero es una macromolécula formada por la unión de dos o más monómeros.  O la unión de segmentos de polímeros de distinta naturaleza mediante enlaces covalentes. Debido a su compleja estructura química, los copolímeros presentan características finales únicas que dependen de la composición y la extensión de la cadena carbonada.

Estos copolímeros se distinguen por tener monómeros con estructuras diferentes que se repiten. Su propiedad principal es la resistencia al calor, lo que les permite ser termoplásticos y moldearse en diferentes formas. Sin embargo, a altas temperaturas, se transforman en otros materiales.

Además, son termoestables, lo que significa que no pueden derretirse. Debido a que se transforman en gas antes de derretirse, son muy resistentes a la fluencia. Esta es una deformación que se produce cuando se les somete a trabajo y esfuerzo constante. Por lo tanto, estos copolímeros son infusibles y también son insolubles en agua. Existen dos tipos de copolímeros según su estructura:

• Los copolímeros en bloque: que presentan una alternancia en la secuencia de los monómeros dentro de una misma cadena.
• Los copolímeros ramificados: en los que la alternancia ocurre en las ramificaciones.

El proceso de formación de un copolímero se denomina copolimerización y consta de tres etapas: iniciación, propagación y terminación. La propagación es la etapa más importante, ya que establece la composición del copolímero en función de la reactividad de los monómeros y del entorno de la reacción. Para determinar la composición del material, se utiliza la ecuación propuesta por Frank R. Mayo y Frederick M. Lewis en 1967. Por la cual recibieron el Premio de Química de Polímeros.

La aplicación de esta ecuación permite estudiar las reacciones de copolimerización. También a comprender la reactividad del monómero que conforma a un copolímeros. De esta forma, se puede mejorar el conocimiento técnico y científico de estos materiales.

¿Para qué sirve un copolímero?

Los polímeros son compuestos con innumerables funciones, debido a sus características estructurales y propiedades físicas y químicas. De igual manera, los copolímeros, según su método de obtención, tienen una variedad de aplicaciones en diferentes áreas. En la industria, se usan para la fabricación de mangueras, aislantes, neumáticos, caucho y suelas de zapatos. También se emplean en la preparación de pinturas, palancas de cambio, volantes, aislantes y recubrimientos.

Además, se emplean en la fabricación de empaques y recipientes donde se almacenan alimentos. Debido a la capacidad que tienen para evitar la humedad y como barrera de los aromas. También se usan en la fabricación de cafeteras, licuadoras, termos y vajillas.

Algunos de ellos se aprovechan en la elaboración de monitores, lentes, recipientes o frascos de cristal. Esto por sus propiedades de transparencia semejante al vidrio y algunos dispositivos usados en el campo de la medicina. En el área de la salud se utilizan en la preparación de productos destinados al cuidado personal. Asimismo, se emplean como aditivos en las gomas de mascar.

Para la construcción, los copolímeros en emulsión permiten al cemento una mayor resistencia química y mecánica, contribuyendo en la dureza, el endurecimiento y el fraguado del concreto. Además, al usarse como adhesivo permiten la mezcla de cemento nuevo y viejo, así como la unión de materiales como ladrillos y madera. Estos copolímeros también son ideales para la fabricación de juguetes, colchonetas y cualquier tipo de manualidades.

Clasificaciones de los copolímeros

Se pueden clasificar de acuerdo a su origen en naturales y sintéticos o artificiales. Los primeros son aquellos que se encuentran en el ambiente constituyendo los seres vivos. Entre los cuales podemos mencionar el caucho, la seda y la celulosa. Los artificiales o sintéticos se fabrican en un laboratorio o mediante procesos de obtención industriales. Tales como el nylon, el teflón, el PVC, la baquelita, etc.

Sin embargo, también se pueden clasificar de acuerdo a la estructura química. También a la posición de los monómeros en sus cadenas. Asimismo, se pueden organizar considerando sus propiedades físicas y químicas.

• Al azar o aleatorio.
• De bloque.
• Alternado.

¿Qué es un copolímero acrilico?

La copolímero acrílico es un termoplástico transparente con alta flexibilidad a bajas temperaturas y gran resistencia al impacto. Este tipo de copolímero se obtiene mediante una polimerización por radicales libres a altas presiones. En la que dos o más moléculas pequeñas se combinan para formar un subproducto que es agua. Aunque este proceso es antiguo, permitió la síntesis del polietileno. Esta es la base para diversos productos plásticos, así como del polipropileno y el PVC.

Los copolímeros heterogéneos tienen una estructura que les facilita la adhesión tanto a compuestos polares como no polares. Debido a sus características, son compatibles con distintos polímeros. Siempre se unen con otros para optimizar sus beneficios, como el PVC. Además, permiten la dispersión de cargas minerales y pigmentos, por lo que se utilizan frecuentemente en productos de espuma, películas, selladores, recipientes flexibles, etc.

Para obtenerlos, se utiliza la polimerización por condensación. En caso de que estén formados por tres monómeros distintos, se les llama terpolímeros.

¿Qué es un copolímero aleatorio?

La estructura aleatoria, también conocida como azarosa, se define como la unión de monómeros sin seguir un orden específico. Un ejemplo de esto es la combinación de polipropileno con polietileno, lo que da lugar a un plástico con propiedades diferentes. Este tipo de polímeros puede presentar una estructura cristalina o transparente, lo que los hace ideales para el envasado de alimentos.

Los copolímeros aleatorios tienen una buena resistencia química e inhiben la corrosión. También actúan como solventes orgánicos y desengrasantes, previenen manchas y son resistentes a la humedad. Estos se pueden utilizar en la fabricación de tuberías.

¿Qué es un copolímero alternado?

El copolímero alternado se conforma de dos o más monómeros dispuestos de manera intercalada en la cadena. Un ejemplo de este tipo de plástico es el politereftalato de etileno (PET). El cual se obtiene mediante la polimerización por condensación del ácido tereftálico y el etilenglicol.

¿Qué es un copolímero heterofásico?

Una característica principal del copolímero heterofásico es su capacidad de fusión. Además de su alta resistencia y excelente comportamiento ante el impacto. Su cristalinidad les permite obtener rigidez y aumentar la opacidad.

Ejemplos de un copolímero en uso

Estos compuestos tienen múltiples aplicaciones en la vida cotidiana, ya que los seres humanos les han dado diversos usos. Se utilizan en la industria, la óptica, la contactología, la alimentación y las materias primas que consumimos. También se emplean en la producción textil, la electricidad, los plásticos y los productos de limpieza. A continuación, se presentan algunos ejemplos.

Un ejemplo de esto es el caucho estireno-butadieno. Este se emplea para fabricar suelas de zapatos, goma Eva y etileno-acetato de vinilo. Del mismo modo, el copolímero de olefina cíclica, que tiene un aspecto vítreo. Se usa frecuentemente para fabricar recipientes de vidrio para alimentos.

En la industria farmacéutica, estos compuestos se usan para producir los blísteres. Son útiles en instrumentos médicos como tubos de ensayo, cubetas, frascos de monitoreo, jeringas y otros. Presentan excelentes propiedades eléctricas que permiten su uso en dispositivos eléctricos.

Por otro lado, el popular material conocido como 'foami', 'goma EVA' o 'fomi'. Este es un termoplástico constituido por monómeros repetitivos de etileno y acetato de vinilo. Es un material elástico o elastomérico que, gracias a su estructura con grupos polares, presenta una adherencia máxima a una variedad de superficies. Cuanto mayor sea la cantidad de acetato de vinilo en su estructura, mayor será la adherencia.

El material conocido como 'fomi' se presenta en láminas de diferentes tamaños y espesores. Cuenta con características destacadas como la baja absorción de agua, la lavabilidad y su ligereza. También resaltan la posibilidad de pintarlo, cortarlo y pegarlo, además de ser no tóxico.

Es maleable mediante calor, reciclable y excelente para la aplicación de técnicas de pirograbado. Presentando un comportamiento similar al cuero. Dadas sus propiedades, se puede utilizar como aislante entre paredes en la construcción. También en la industria textil para hacer plantillas de zapatos.

Otro polímero relevante es el Policloruro de Vinilo, también conocido como PVC. El plástico más empleado en todo el mundo en distintas áreas de la vida diaria. Como botellas para agua, tuberías, muebles y en la industria automotriz. Es un termoplástico, lo que permite moldearlo y soldarlo de diversas formas al exponerlo a diferentes temperaturas.

Después de enfriarse, el PVC vuelve a ser sólido y resistente, adaptándose a su nueva forma. Este material tiene una durabilidad extensa de hasta 50 años y se clasifica como de larga vida útil. El cloro en su estructura química previene la combustión. Por lo que es resistente al fuego y se utiliza con frecuencia en la producción de tuberías para agua potable.

En conclusión, este tipo de material permite la fabricación ilimitada de macromoléculas constituidas por monómeros. Esto es posible variando los métodos y se pueden obtener resultados con una amplia gama de usos en la aplicación industrial y en otras áreas. En nuestra vida cotidiana, solemos entrar en contacto frecuente con estos materiales. Gracias a sus diversas propiedades, pueden contribuir a la reducción del consumo de energía para su fabricación y transporte debido a su ligereza.