Solubilidad polímeros
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Solubilidad de los polímeros
La movilidad del polímero es un aspecto importante para ayudar a determinar el comportamiento físico, químico y biológico de un polímero. La falta de movilidad, ya sea debido a interacciones que son demasiado rápidas para permitir que los segmentos dentro de la cadena de polímero se muevan o porque no hay suficiente energía (como una temperatura lo suficientemente alta) disponible para crear movilidad, da como resultado un material quebradizo. Muchas técnicas de procesamiento requieren que el polímero tenga algo de movilidad. Esta movilidad se puede lograr mediante la aplicación de calor y / o presión y mediante la disolución del polímero. Debido a su tamaño, la fuerza impulsora habitual para mezclar y disolver materiales (entropía) es menor para los polímeros en comparación con las moléculas pequeñas. Las determinaciones tradicionales de peso molecular requieren que el polímero se disuelva. Aquí, nos centraremos en el tema general de la solubilidad del polímero y los factores que influyen en la solubilidad del polímero.
Los primeros intentos de predecir la solubilidad fueron en gran medida empíricos. Los tecnólogos de la pintura emplearon varios enfoques. En un enfoque, los valores de kauri-butanol eran iguales al volumen mínimo de disolvente de prueba que producía turbidez cuando se agregaba a una solución estándar de resina de kauri-copal en 1-butanol. El punto de anilina es la temperatura más baja donde volúmenes iguales de anilina y el solvente de prueba son completamente miscibles. Ambas pruebas son medidas de la aromaticidad relativa del solvente de prueba.
El estudio de la solubilidad de los polímeros en diferentes disolventes es importante a la hora de especificar su resistencia a determinados ambientes, por su utilización en la aplicaciones finales. Debido al gran tamaño de las moléculas, la solubilidad de los polímeros es más compleja que la de los compuestos de bajo peso molecular. La forma de proceder la disolución es ya diferente, en este caso son las pequeñas moléculas de disolvente las que en una fase inicial penetran la muestra del material hinchándole y formando un gel, únicamente en el caso de polímeros no reticulados (termoplásticos), el proceso continúa hasta formar una verdadera disolución en la que se encuentran separadas las macromoléculas. Cada una de las cadenas forma un ovillo más o menos solvatado por el disolvente según la calidad del mismo. Si el polímero es reticulado (entrecruzado covalentemente) el proceso se detiene en la fase de hinchamiento, la acción del disolvente no llega a separar las cadenas y en lugar de una disolución tenemos un gel. El grado de hinchamiento depende de la interacción con el disolvente (cuanto mayor sea la interacción más hinchado estará el gel) y del grado de reticulación del material polimérico (a mayor reticulación menor hinchamiento). Los elastómeros (cauchos) que están ligeramente reticulados se hinchan ampliamente en disolventes en los que el material sin reticular se disolvería, mientras que las resinas termoestables (altamente reticuladas) sólo llegan a absorber pequeñísimas cantidades de disolventes. cantidades de disolventes. La caracterización macromolecular (determinación de masas moleculares promedio, distribución de pesos moleculares, polidispersidad y dimensiones) se realiza fundamentalmente a través de medidas de propiedades físicas de disoluciones de polímeros.
La razón por la que un polímero es soluble en determinados disolventes está en primer lugar en la entropía combinatoria! (el desorden que se crea en el proceso de disolución) y especialmente en los efectos energéticos o interacciones intermoleculares. Si la interacción entre las moléculas de los dos componentes es igual o superior a la interacción entre las moléculas en cada componente se producirá mezcla o disolución, si no es así, las moléculas iguales tenderán a unirse o aglomerarse formando dos fases. Las fuerzas intermoleculares son básicamente: fuerzas de dispersión, dipolares e interacciones específicas. Se denominan fuerzas de dispersión a las que actúan al interaccionar los dipolos instantáneos originadas por las fluctuaciones de las nubes electrónicas, estas fuerzas están presentes en toda la materia. Para las moléculas polares, es decir, que poseen momentos dipolares permanentes, serán efectivas las interacciones dipolo-dipolo entre sus moléculas. En algunos casos aparecen fuertes interacciones intermoleculares denominadas interacciones específicas, como el enlace de hidrógeno que se da entre átomos de hidrógeno unidos covalentemente a átomos muy electronegativos como flúor, oxígeno, nitrógeno y ocasionalmente cloro y azufre con un átomo electronegativo como oxígeno, nitrógeno, flúor o azufre. En ausencia de interacciones específicas se podrá aplicar la regla «semejante disuelve a semejante» donde semejante significa similares grupos químicos o polaridades.
Un caso particular de solubilidad en polímeros son las mezclas o aleaciones de los mismos. La miscibilidad a veces es requerida para obtener materiales de propiedades intermedias, para utilizar un polímero como plastificante de otro o incluso para abaratar el coste del producto. Lo más frecuente es que los polímeros sean termodinámicamente incompatibles debido a la baja entropía de mezcla. La miscibilidad de polímeros solo se alcanza cuando se establecen fuertes interacciones específicas entre los mismos como es el caso del polivinilfenol con polivinil acetato. En estas mezclas el aumento de la temperatura destruye las interacciones y provoca la inmiscibilidad.
La solubilidad se ve favorecida por:
- longitudes de cadena más largas
- bajas fuerzas entre cadenas
- desorden y disimetría
- aumento de temperatura
- solvente compatible