polímeros

CAPÍTULO 1. Introducción

Los polímeros son conocidos desde tiempos muy remotos y la utilización de ellos fue ampliamente difundida, no obstante se desconocía su constitución y por tanto sus aplicaciones eran limitadas.
Durante el siglo XIX descubrimos que los polímeros naturales están constituidos por macromoléculas y éstas, a su vez, por cientos de miles de unidades que se repiten, conocidas como monómeros.
Posteriormente, aprendimos a modificar los polímeros naturales generando otros productos útiles como hule vulcanizado, celuloide y rayón.
Ya con un mejor entendimiento al respecto, en el siglo XX, se sintetizaron polímeros de muchas clases, la mayor parte de ellos derivados del petróleo.
El impacto sobre nuestra forma de vida ha sido grande, al grado de familiarizarnos con ellos tan cotidianamente que ya no los percibimos.
Actualmente se utilizan materiales poliméricos naturales, modificados y sintéticos por lo que hay una amplia gama de productos.
En las últimas décadas se ha realizado un proceso de sustitución de materiales tradicionales como vidrio, papel, cartón y metal, por plásticos. Así, la mayoría de los envases y empaques que tradicionalmente se manufacturaban con vidrio, papel, cartón o metal, ahora se hacen con algún plástico sintético como polietileno, polietilentereftalato o poliestireno.
A causa del proceso de sustitución, los polímeros sintéticos son cada vez más importantes y se fabrican en mayor cantidad. De aquí que también tengan importancia económica.
En el campo de las fibras y hules sintéticos sucede también un proceso de sustitución similar al anterior.
De esta forma, las tradicionales fibras naturales, por ejemplo el algodón y lana, de muchas prendas de vestir, son sustituidas por sintéticas como poliéster. El hule látex que se encontraba en la goma de mascar, ahora es sustituido por caucho sintético.
Los polímeros sintéticos son importantes en la medida que contribuyen a satisface nuestras necesidades básicas, pero también son importantes desde otros enfoques, como el industrial.

Definición: “los polímeros son sustancias constituidas por miles de moléculas sencillas para formar macromoléculas, cuyo peso molecular puede ser de varios miles de uma´s”, A su vez cada macromolécula está constituida por unidades estructurales que se repiten llamadas monómeros ó meros.
Los polímeros se obtienen químicamente al unirse desde cientos y hasta miles de moléculas sencillas a través de procesos de polimerización.
H H H H H H
│ │ │ │ │ │
― C―C ―[C―C―C―C]n―
│ │ │ │ │ │
H Cl H ClH Cl
Monómero Polímero


En el proceso de fabricación de polímeros puede utilizarse un solo tipo de monómero, con lo que resultan moléculas poliméricas constituidas por un único tipo de mero, siendo el producto un homopolímero, o utilizando dos o más monómeros, lo que genera copolímeros o heteropolímeros.
Cuando son copolímeros pueden resultar diferentes clases de polímeros:
a) Aleatorios. La posición de los diferentes meros es al azar
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b) Alternos. La posición de los meros se alternan periódicamente
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c) De bloque. Las posiciones de los meros se alternan por bloques
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d) De injerto. Las posiciones de los meros son en bloque pero insertadas en una cadena principal de diferentes monómeros
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CLASIFICACIÓN

Los polímeros pueden clasificarse de varias maneras: de acuerdo a su origen, usos tecnológicos, propiedades físicas, estructuras y tipos de reacción quimica mediante la cual se preparan.
Estas clasificaciones no se excluyen mutuamente.
1. Por su origen
a) Naturales. Pueden provenir de animales como la lana, seda y cuero, o de vegetales como el algodón, corcho y caucho (hule)
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b) Sintéticos. Provienen de los derivados del petróleo, ejemplos: polietileno, polipropileno, poliestireno, poliéster, poliuretano, nylon, etc.

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2. Por el uso al que se destinan

a) Fibras. Son materiales constituidos por hilos muy delgados que se entrelazan. Tienen la propiedad de ser muy flexibles y de resistir la tensión, es decir, de ser estirados sin que se rompan. Al tejerse constituyen telas y textiles diversos que pueden utilizarse en la manufactura de ropa.

b) Hules. Los hules o cauchos son materiales que tienen la propiedad de elasticidad, es decir, pueden ser alargados o estirados por acción de una fuerza, a veces hasta varias veces su tamaño original. Por supuesto, como en el caso de las ligas, si el alargamiento es excesivo, no vuelve a su estado original y se rompe. Los hules o cauchos son también muy flexibles, ejemplos: guantes para manos, suelas para zapatos, cámaras para soportar el aire de las llantas de automóviles.

c) Plásticos. Se trata de materiales sólidos que tienen la característica de adquirir formas muy diversas ya que poseen la propiedad de ser moldeables. Pueden tener forma de placas o planchas para recubrir mesas o paredes; los tubos que se emplean en cañerías, de pijas y tornillos, que unen partes que no se someten a grandes esfuerzos, manijas para puertas, juguetes, etc.


3. Por su estructura
I. Lineales. Estos poseen macromoléculas independientes unas de otras, es decir, no se encuentran unidas entre sí por medio de fuertes enlaces químicos, sino por simples fuerzas de Van Der Waals o por puentes de hidrógeno. Sus macromoléculas pueden ser ramificadas o no.

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II De red. En este tipo de polímero las macromoléculas que los constituyen se encuentran entrecruzadas o unidas por medio de enlaces químicos, por lo que forman una estructura tridimensional muy estable.

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4.- Por sus propiedades a propiedades físicas
1. Termoplásticos. Tienen la característica de que se ablanda o reblandecen al calentarlos, haciéndose más o menos fluidos y pueden por tanto, moldearse en formas útiles como en el caso de los envases. Al calentarse pueden reblandecerse y conformarse en varias ocasiones por lo que pueden reciclarse. También se clasifican como polímeros lineales pues se constituyen de macromoléculas unidas débilmente entres sí, ya que no existen enlaces químicos entre ellas. Por acción del calor, las fuerzas intermoleculares que unen a las macromoléculas se debilitan y a esto se debe el reblandecimiento de los materiales.

2. Termofijos. Estos polímeros no poseen la propiedad de reblandecerse por acción del calor, lo que implica que no sean reciclables, pues resisten temperaturas de varios cientos de grados y cuando alcanza temperaturas muy elevadas se descomponen de forma irreversible. Se trata de materiales rígidos y quebradizos, como las clavijas, los mangos de planchas y ollas exprés. Estos polímeros son de red, ya que las cadenas que los forman están fuertemente unidas por enlaces químicos, por lo que son muy estables y resisten altas temperaturas, y por lo cual se rompen irreversiblemente los enlaces químicos a MUY ALTAS temperaturas.

6. De acuerdo al tipo de reacción de la cual se obtienen

a. Polímeros de adición. Se obtienen por polimerización de monómeros insaturados, generalmente los derivados del etileno.

b. Polímeros de condensación. Se obtienen empleando sustancias como diaminas, dialcoholes, o diácidos carboxílicos.

Elabora un mapa conceptual de los polímeros


CAPÍTULO 2. Fabricación de polímeros

Los polímeros se constituyen por miles de unidades (meros) que se unieron por un proceso químico denominado polimerización.

nA → -[A-A-A-A-A-A-A-A-A-]n -

monómero polímero

Se conocen dos métodos para sintetizar polímeros
1. Por adición o poli adición. Consisten en atacar un doble enlace carbono-carbono con la finalidad de unir a cada átomo de carbono con otro átomo o grupo de átomos. En este proceso se aprovecha la reactividad del doble enlace, el cual se realiza en tres etapas:
a) Iniciación. Para comenzar el proceso de polimerización se añade al monómero un iniciador adecuado, el cual atacara las moléculas del monómero por la parte del doble enlace, rompiéndolo y formando una agrupación capaz de generar el crecimiento de las cadenas poliméricas.

Dibujar la etapa de iniciación


b) Propagación. Una vez iniciada la cadena, la reacción procede espontáneamente, es decir, con el ataque a otras moléculas monoméricas crecerá la cadena en la medida que se unan a la cadena en formación las unidades reactivas. Inicialmente el proceso es lento, pero después se acelera con la liberación de energía que provoca el incremento de la temperatura y por lo tanto la velocidad de reacción. Cuando las cadenas han crecido mucho, el número de moléculas de monómero es relativamente pequeño y deben difundirse hasta alcanzar el extremo activo de una cadena para poderse adicionar a ella. En consecuencia la velocidad de crecimiento disminuye nuevamente. Para el crecimiento de la cadena implica que para cada monómero se unan dos moléculas, una en cada extremo del doble enlace. Así pues, la ruptura del doble enlace implica la existencia de dos lugares a los cuales pueden fijarse las moléculas.

Dibujar la etapa de propagación


c) Terminación. Las cadenas pueden concluirse mediante dos mecanismos: primero, los extremos de dos cadenas en crecimiento pueden unirse para producir una sola cadena larga; segundo, el extremo activo de la cadena puede atraer a un grupo iniciador (―OH) el cual termina la cadena. Durante el crecimiento, las cadenas de polímeros se tuercen y voltean debido a la naturaleza del enlace covalente sencillo, que permite que giren los grupos unidos a través de él. Las cadenas se tuercen y voltean debido a factores externos, como la temperatura y la disponibilidad o ubicación del siguiente monómero que se une a la cadena. Finalmente las cadenas quedan entremezcladas debido a que crecieron simultáneamente. La apariencia de las cadenas poliméricas es similar a un montón de lombrices de tierra o a un plato de espagueti.

Dibujar la etapa de terminación

2. Por condensación o policondensación. Consiste en unir moléculas por zonas bien definidas, generalmente donde se localizan grupos amina, alcohol o ácidos carboxílicos, con lo que se forman moléculas más complejas, como amidas, éteres o ésteres, a la vez que se eliminan otras simples, como las del agua. Estas reacciones se inducen por medio de un calentamiento y a veces también con presión y catalizadores. Las longitudes de las cadenas resultantes dependen de la facilidad con que los monómeros pueden difundirse hacia los extremos e intervenir en la reacción de condensación; y la terminación ocurre cuando ningún monómero más alcanza el extremo de la cadena para continuar la reacción.

Dibuja un ejemplo de condensación con amina, alcohol y ácido carboxílico

Grado de polimerización

La longitud de las cadenas poliméricas se pueden regular mediante el control de la cantidad de iniciador. Si se añaden pequeñas cantidades de iniciador, las cadenas resultantes serán largas, y si se añaden cantidades grandes de iniciador, existen muchas cadenas en crecimiento, lo que implica que se unan menos monómeros a la cadena.
Lo larga o corta que sea una cadena polimérica se determina mediante el grado de polimerización (GP), el cual describe la longitud promedio de la cadena, es decir, nos indica el número de monómeros que en promedio se encuentran en las cadenas, por ejemplo, si este número fuera 750, nos diría que, en promedio, las cadenas del polímero están constituidas por 750 unidades de monómeros.

Este concepto es importante dado que relaciona algunas propiedades de los polímeros tales como su punto de fusión, resistencia, moldeabilidad, etc., por ejemplo si se desea un polímero de fácil moldeo, lo que conviene es que se reblandezca fácilmente, lo que se consigue si el GP es pequeño; en cambio, si lo que se desea es un polímero de alta resistencia, el polímero debe tener un GP grande.
El GP se define como

M polímero
GP= -------------------
M monómero

donde
M polímero es la masa molecular del polímero, que se obtiene por medición directa
M monómero es la masa molecular del monómero, que se calcula a partir de su fórmula
y las masas atómicas.


Ejemplo (CH2―CH2) n
M polímero = 100 000 g/mol

M monómero
Masa atómica del C = 12 g/mol → 12(2)=24 g/mol
Masa atómica de H = 1 g/mol → 1(4)= 4
28 g/mol
así su GP será:

100 000 g/mol
GP = ------------------ = 3571.4
28 g/mol


Este resultado se considera una cantidad grande porque regularmente los polímeros tienen valores de GP entre 750 y 1 500, lo que implica que este polímero tiene una alta resistencia y no es moldeable.

Funcionalidad

Asimismo se considera el número de sitios en los cuales pueden unirse nuevas moléculas de monómero al polímero y se conoce como funcionalidad; en el caso de moléculas con doble enlace como en el etileno, hay dos lugares a los cuales pueden fijarse las moléculas de modo que son di-funcionales y sólo formarán cadenas lineales

Ejemplos: la flecha indica los sitios funcionales

Etileno etilenglicol dimetiltereftalato
CH2=CH2 O O CH2 ― CH2
║ ║ │ │
H3O―C ― ―C ―OCH3 OH OH
Monofuncionales difuncional


CH2 ― CH ― CH2
│ │ │
Glicerol OH OH OH
Polifuncional

Normalmente los monómeros trifuncionales producen polímeros más resistentes que los monómeros difuncionales.

Escribe un polímero a partir del etileno, señalando el tipo de polimerización que se lleva a cabo, las etapas que presenta y los sitios funcionales

Además de los sitios funcionales que pueda tener el monómero, también contienen aditivos, que proporcionan características especiales al material polimérico; por lo tanto, muchos materiales poliméricos contienen pequeñas cantidades de pigmentos, que confieren colores a los plásticos y pinturas; los estabilizadores, que impiden el deterioro de los materiales - provocado por el medio ambiente como la oxidación por la acción del oxígeno del aire y la radiación ultravioleta de la luz solar- ; los retardadores de flama, que reducen la posibilidad de que ocurra o se extienda la combustión; los agentes espumantes, que provocan la formación de huecos en el interior del polímero; lubricantes y plastificantes, que mejoran las características de procesabilidad del material, etc. El número y tipo de aditivos depende del uso al que se destine el material.

Conformado de polímeros

Para la obtención de un polímero útil no sólo se necesita sintetizarlo por alguno de los procesos de polimerización ya descritos, y añadirle los aditivos necesarios, sino también es importante proporcionarle la forma adecuada al uso a que se destinará; por lo que habrá que conformarlo.

Las técnicas usadas para conformar los polímeros, dependen en gran medida de la naturaleza del polímero -en particular de si es termoplástico o termoestable-, y son las siguientes:

a. Extrusión. Mediante un mecanismo de tornillo se obliga al polímero caliente a pasar a través de un dado abierto o boquilla para producir formas sólidas, películas, hojas o bolsas plásticas y recubrimiento de cables y alambres.

b. Moldeo por inyección. El material fundido es forzado a entrar dentro de un molde determinado para producir la forma del molde.

c. Conformado por vacío. Sirve para dar formas especiales a láminas termoplásticas. Las láminas calientes se colocan sobre el molde y por acción del vacío, adquieren la forma deseada.

d. Calandrada. Se vierte el plástico fundido a un grupo de rodillos con una abertura pequeña, con lo que se conforman delgadas películas poliméricas.

e. Hilado. El polímero fundido es forzado a pasar a través de una boquilla o dado que contiene muchos agujeros pequeños (el dado es el hilador, el cual gira y produce cordones).

En el conformado para los polímeros termofijos se utilizan pocas técnicas debido a que una vez que ha ocurrido la polimerización y se ha estabilizado la estructura reticular, dichos polímeros no pueden conformarse más. Comúnmente la polimerización se efectúa en dos etapas: en la primera, se lleva a cabo una polimerización parcial de los monómeros, suspendiéndola cuando la mezcla en reacción se encuentra aún fluida. La segunda, se efectúa calentando la mezcla dentro de los moldes donde se completa la polimerización.

a) Moldeo por compresión. El material sólido se coloca en un molde caliente y se le somete a presión, lo que causa que el polímero se licue, llene el molde y se polimerice endureciéndolo.
b) Moldeo por transferencia. Es una combinación de los moldeos por compresión e inyección, que permite la fabricación de piezas de formas complejas.

Los polímeros termoplásticos son compuestos lineales constituidos por macromoléculas que se encuentran unidas por fuerzas de atracción débiles ( ya que no se trata de enlaces químicos), mismas que deben vencerse para que las cadenas poliméricas se reacomoden nuevamente, es decir, al aplicar calor se vencen las fuerzas que mantienen la posición de las cadenas, lo que las volverá móviles y el material puede adquirir nueva forma, lo que los convierte en materiales reciclables.

Los polímeros termofijos tienen estructura reticular, es decir, de red, ya que las cadenas están conectadas entre sí. Esta estructura es diferente a la de los termoplásticos, porque ahora las cadenas están unidas por fuerzas grandes o enlaces químicos. Si se calientan estos materiales a temperaturas similares a las de los termoplásticos, ellos mantienen su forma ya que la energía no es suficiente como para romper los enlaces, manteniéndose en su lugar las cadenas. Para liberar las cadenas tendría que elevarse mucho más la temperatura, hasta que empiece la ruptura de los enlaces. Esto sucede a varios cientos de grados y bajo estas condiciones se lleva a cabo la destrucción del material, y cuando se enfría no se restituyen los enlaces, de tal manera que resulta otra sustancia. Así los polímeros de red no se reblandecen al calentarlos, soportan altas temperaturas y si se les calienta demasiado se destruyen.

Los polímeros de alta y baja densidad

Estos dos tipos de polímeros se diferencian entre sí en sus propiedades físicas, lo cual se debe a su estructura, tipo y forma de los monómeros constituyentes; por ejemplo, el polietileno de baja densidad se constituye por moléculas ramificadas y el de alta densidad por moléculas lineales.

Cuando hay muchas ramificaciones impiden que las cadenas se encuentren juntas, por lo que habrá huecos entre ellas, y consecuentemente la densidad será menor
Por el contrario, si no existen ramificaciones, las moléculas estarán juntas, sin huecos, lo que implica que la densidad sea mayor, debido a que las fuerzas de Van Der Waals son mayores, por lo cual se tendrá que aplicar mayor energía para vencerlas. Por esta razón, hay que aumentar más la temperatura para fundirlo.
Por lo tanto, las características diferentes que presentan los polímeros de baja y alta densidad se deben a su estructura: unos son ramificados y otros lineales.

Actualmente se pueden fabricar polímeros de alta o baja densidad dependiendo del iniciador utilizado, es decir, si la polimerización se realiza con un iniciador tradicional como los peróxidos, existe poco control sobre el proceso y aparecen ramificaciones y con ellas los polímeros de baja densidad; en cambio si se emplean catalizadores especiales como los Ziegle-Natta, se obtienen polímeros bien definidos de alta densidad.
Los catalizadores de Ziegler-Natta son compuestos de coordinación que en su centro contienen un ión metálico como el tetracloruro de titanio o el trietilo de aluminio que tienen las características de adicionar los monómeros de tipo vinílico de formas precisas.
Cuando se emplean estos iniciadores se obtienen materiales que poseen cristalinidad, entendiendo este término como cierta organización molecular sin que el material llegue a ser completamente ordenado como un “cristal”. Este concepto está relacionado con otras características físicas de materiales poliméricos como los elastómeros.

Los elastómeros son materiales que tienen la característica de estirarse cuando se les tensiona y de volver a su tamaño original cuando la fuerza cesa, como la liga.

Existen elastómeros que presentan estructura desorganizada o enrollada por lo que cuando se aplica una tensión se desenrollan las moléculas de las zonas de baja cristalinidad; al cesar la tensión éstas se enrollan regresando a su estado original.
Si la fuerza de tensión es grande algunas cadenas de las zonas de alta cristalinidad se pasan a la zona de baja cristalinidad, al liberarse éstas, el material ya no regresa a su forma original cuando desaparece la fuerza.
Si la fuerza aplicada es mayor, el elastómero se estira mucho y se rompe, ya que las cadenas poliméricas se desenrollan y luego se liberan todas de las zonas de alta cristalinidad.

El proceso por medio del cual los elastómeros pueden volverse muy resistentes a la tensión es la Vulcanización, que consiste en calentar el material con azufre en una cámara apropiada.
Como las cadenas de elastómeros poseen dobles enlaces, el azufre se adiciona a ellos formando enlaces covalentes entre las cadenas de la zona de alta cristalinidad. Estas zonas se refuerzan y se torna muy difícil liberar las cadenas, por tanto, el material puede resistir mayores fuerzas de tensión sin romperse. Los hules vulcanizados son muy utilizados gracias a la alta resistencia que tienen.

CAPÍTULO 3. Polímeros naturales

Polímeros orgánicos naturales
Los polímeros naturales orgánicos pueden ser de origen vegetal o animal
Vegetales
Algodón
Henequén
Hule látex
Lino
Cáñamo

Animales
Seda
Caseína
Lana
Cuero

La mayor parte de ellos se constituyen por macromoléculas orgánicas como polisacáridos en algodón y lino; y por proteínas en la lana y seda.
Las fibras vegetales como algodón y lino se componen de celulosa que es un polímero lineal formado por miles de unidades de glucosa, acomodadas de tal forma que generan una unión por puentes de hidrógeno.
Las fibras de origen animal, como seda y lana, se constituyen por proteínas, que son polímeros lineales compuestos de aminoácidos. Las macromoléculas se alinean de tal forma que se unen entre sí por puentes de hidrógeno y son éstas uniones las responsables de que las fibras posean excelente resistencia a la tensión.

Algodón
El algodón es una fibra de resistencia media y es más fuerte cuando está húmeda. La fibra larga de algodón da lugar a hilos más fuertes porque hay más puntos de contacto entre las fibras cuando se tuercen unas con otras. Tiene una baja elasticidad ya que es una fibra rígida. El algodón produce telas muy agradables al contacto con la piel debido a su absorción y a que es un buen conductor del calor y la electricidad. Las fibras de algodón son estables, que muestran poco encogimiento cuando se mojan debido al acabado de la tela.
El algodón es un polímero termoestable, esto es: puede plancharse con seguridad a altas temperaturas sin que haya deformación debido a que los enlaces de hidrógeno que mantienen a las cadenas moleculares inmóviles entre sí son débiles y cuando las telas se doblan o arrugan, en especial en presencia de humedad, las cadenas se mueven libremente hasta nuevas posiciones; al retirar la presión no hay fuerzas entre las fibras que restauren a las cadenas a sus posiciones originales, de manera que las telas permanecen arrugadas.
El algodón se deteriora con ácidos, pero las bases no lo dañan tanto por lo que puede lavarse con detergentes fuertes y, bajo condiciones apropiadas soporta los agentes con cloro. Es resistente a los disolventes orgánicos de manera que puede lavarse en seco con toda seguridad. Es atacado por hongos, especialmente en telas almidonadas. Se oxida con la luz solar, lo que hace que los colores blancos y pastel se tornen amarillentos y que la fibra se degrade.
Lino
El lino también es una fibra celulósica denominada fibra del líber o liberianas y son obtenidas de los tallos de varias plantas dicotiledóneas conocidas como fibras blandas, para distinguirlas de las fibras de las hojas o fibras duras.
Las fibras de este tipo se extraen previa eliminación de todas las materias extrañas del tallo y se debe a la humedad y las bacterias que se encuentran en la paja (lino cortado).
La parte leñosa de los tallos se convierte en una sustancia poco flexible y quebradiza y para separar la hilaza se desmenuza previamente esta parte leñosa por medio del agramado. La paja se pasa a través de varios pares de rodillos acanalados cuyos dientes van disminuyendo de tamaño.
Las variaciones en el contenido de celulosa proceden de las diferencias climáticas y del tipo de suelo. La planta de lino es anual y tiene tallos delgados y rectos que alcanzan una altura de 1 a 1.30 m, y contiene 25% en peso de fibra. Hay alrededor de casi 1 000 fibras de lino en cada tallo. La fibra contiene el 1% de ceras que imparten el brillo que tiene.
Las fibras primarias están constituidas por células puntiagudas, son cilíndricas y con una superficie lisa excepto las numerosas marcas transversales como si fueran nudos o juntas. La lamina media de las fibras de este tipo se forma principalmente por lignina, pectina y hemicelulosa y su contenido relativo difiere según las fibras.

Lana
Algunas fibras textiles proceden de los pelos que cubren a algunos animales siendo la lana de la oveja la más importante; otras fibras de pelo proceden de cabras, camellos y llamas. Hay varios tipos principales de lana y de ellas sobresale la oveja merina por su finura.
Las fibras animales crecen en los llamados folículos de la epidermis; la primera etapa en la formación del folículo es un crecimiento debajo de la epidermis y después el desarrollo de las glándulas sebácea y sudorípara. El extremo interior del folículo adquiere la forma de un bulbo y con el tiempo la fibra empieza a crecer por multiplicación de las células epidérmicas. El crecimiento de las fibras se alimenta por vasos sanguíneos.
La fibra endurece a medida que se forma la queratina, un proceso que no es uniforme en ambos lados de la fibra y que permite explicar el rizado y la estructura bilateral de las fibras de lana. La fibra completa tiene una raíz situada en el folículo y un tronco principal que va disminuyendo hacia el extremo o punta de la fibra. A medida que crece se recubre de una secreción grasienta de la glándula sebácea y una secreción acuosa de la glándula sudorípara.
La fibra está cubierta con células anchas como escamas de forma irregular que forman la cutícula. Estas células se solapan unas encima de otras tanto alrededor de la fibra como longitudinalmente (como las tejas en un tejado).
La lana en su estado natural contiene muchas impurezas en cantidades que dependen de las diferencias biológicas inherentes entre las ovejas y de las condiciones ambientales y alimenticias del animal. Las impurezas pueden agruparse en: las propias del animal como cera y suintina, las adquiridas de la naturaleza y las que se introducen artificialmente (insecticidas).
A la cera de la lana se le llama incorrectamente grasa, ya que no contiene glicerina. En el proceso de limpieza se separa con la espuma formada, y precipita por adición de ácido mineral. La forma purificada se llama lanolina y tiene el aspecto y textura de una grasa; su valor comercial se debe a que contiene materias similares a las exudadas por la piel humana.
La suintina es la impureza soluble en agua procedente de la transpiración de la oveja. Químicamente está formada por sales potásicas de varios ácidos grasos además de pequeñas cantidades de iones fosfato, sulfato y materias nitrogenadas. Como la cera, la cantidad depende de la limpieza de la fibra y de las condiciones de vida del animal. Además la materia mineral presente en la suintina soluble la fibra contiene una pequeña cantidad de cenizas que son un constituyente esencial de la fibra. Alcanzan valores del 0.5% y están formadas por sulfatos alcalinos y alcalino-térreos.

Seda
La seda es un líquido viscoso segregado por ciertos artrópodos, como las orugas y las arañas, que se solidifica con el aire, formando hilos finísimos y flexibles.
La seda se produce en forma de filamento continuo cuando el gusano forma el capullo, el gusano pertenece al orden de los lepidópteros, así que en realidad es una oruga.
La fibra tal como la produce el insecto está compuesta por dos filamentos de la proteína llamada fibroína, recubiertos y unidos entre sí por otra proteína, la sericina llamada “goma” de seda; ambos filamentos son extruídos de dos glándulas grandes a través de dos canales y por un conducto común de salida situado en la boca del insecto. Estas glándulas están situadas una a cada lado de la oruga. El gusano extruye su filamento doble y trabajando desde el interior aplica capa tras capa hasta completar el capullo en 24-72 horas, después la oruga se transforma en crisálida y al cabo de un mes en polilla.
De 30 gramos de huevos se obtienen 40-50 kg de capullos y cada capullo tiene una longitud de filamento que varía de 600 a 1.200 metros. Cuando se ha completado el capullo se matan la mayor parte de las crisálidas dejando solo las necesarias para que cuando se transformen en polillas pongan los huevos de la generación siguiente.
En la hilatura de la seda pueden distinguirse cuatro operaciones: bañado, batido, purga e hilado. Los capullos se hierven para que la goma reblandezca y se cepillan para encontrar los extremos del filamento y después se devana. Los hilos de seda usados en la industria textil constan de cinco a ocho o diez pares de filamentos, que se convierten en hilos de seda de molinaje por medio de retorcido y doblado.
La seda cruda muestra un aspecto superficial irregular debido a marcas, arrugas, pliegues. Cuando se desgoma -sin sericina-, los filamentos son lisos, uniformes y su estructura interna invisible; sus secciones transversales son aproximadamente triángulos equiláteros, con vértices redondeados. Bajo una acción enérgica de frotamiento o flexión, los filamentos tienden a mostrar estrías, debido a que se rompen en fibrillas mucho más finas.

Caucho

Otro polímero natural de amplio uso es el hule o caucho que se compone de unidades de isopreno y es obtenido del jugo del tronco de ciertos árboles, el cual se coagula por acción del calor y el sólido formado se purifica para obtener el hule. La sustancia obtenida es suave, elástica y se ablanda por acción de agua caliente; es poco resistente y por ende, difícil de utilizar.
Es a través del proceso de vulcanización que se hace lo suficientemente resistente para aplicarlo.

Polímeros inorgánicos naturales

Los polímeros inorgánicos naturales son principalmente silicatos que son compuestos en donde el radical tetraédrico silicato (SiO4) se une a otros grupos similares compartiendo dos, tres y hasta los cuatro oxígenos de los vértices del tetraedro. Así, al unirse unos radicales a otros, se constituyen largas cadenas (ionosilicatos), enormes láminas (filosilicatos) y hasta redes tridimensionales (tectosilicatos).

Los asbestos que son materiales fibrosos inorgánicos que se pueden hilar y tejer para formar guantes y petos para protección solar, pertenecen a esta categoría de los ionosilicatos. El talco, las arcillas y las micas son materiales laminares, es decir, filosilicatos, que tienen características únicas, como las de ser lubricantes y moldeables, debido a su estructura. El cuarzo, los feldespatos y las zeolitas son ejemplos de tectosilicatos.
El silicio y el oxígeno constituyen otros tipos de polímeros, las siliconas, que son polímeros sintéticos muy resistentes y estables.
Si consideramos que toda la superficie del planeta son rocas formadas por silicatos, entonces su importancia radica en su abundancia y aplicación.

CAPÍTULO 4. Polímeros naturales modificados

Estos compuestos parten de la naturaleza de los polímeros naturales en un intento de obtenerlos sintéticamente a la par que modificando su estructura para mejorar su calidad.
Los productos modificados de la celulosa –celuloide, viscosa y rayón-, son macromoléculas de celulosa que poseen un gran número de grupos ―OH, y su comportamiento químico son como un alcohol por lo que formaran ésteres con los ácidos, por ejemplo, cuando se trata con ácido nítrico genera celuloide y otros derivados, y con el ácido acético se obtiene celulosa.
El primer plástico fue el celuloide que es una mezcla inflamable de celulosa, ácido nítrico y alcanfor, que sirve como materia prima para obtener peinetas, mangos de cuchillos, aros de anteojos, fichas de dominó, películas fotográficas, etc.
La viscosa es una sustancia pegajosa y amarillenta que se prepara disolviendo celulosa (pulpa de madera o algodón), en hidróxido de sodio y disulfuro de carbono. Se utiliza principalmente para la fabricación de seda artificial (rayón) y celofán. El rayón es excelente para hacer todo tipo de ropa, cortinas, tapices y filtros de cigarrillos.
La caseína es una proteína muy abundante en la leche que se emplea para producir materias plásticas. Esta proteína se separa por coagulación empleando cuajo, renina o ácidos como el clorhídrico, sulfúrico, láctico, etc.
Cuando ya se encuentra lavada, seca y molida se emplea para preparar materiales plásticos (con caolín, celulosa en polvo, incluso ceras y colorantes), de tipo termoplástico.
La caseína lavada, seca y molida también se usa para preparar pegamentos mezclándola cuando aún está húmeda con bórax, álcalis, cal, silicato de sodio, etc. En disolución alcalina se usa para impregnar papel y materias textiles, los cuales quedan impermeabilizados después de tratarlos con formol. En el acabado de cueros y como componente de pinturas.