Poliimidas


por Gregory Brust 
Las poliimidas constituyen un muy interesante grupo de polímeros increíblemente fuertes y asombrosamente resistentes al calor y a los agentes químicos. Dichas cualidades son tan notables, que a menudo estos materiales han reemplazado al vidrio y a los metales como el acero, en muchas aplicaciones industriales exigentes. Las poliimidas se utilizan incluso en muchas aplicaciones cotidianas. Quién sabe, usted puede tener algunas en su casa. Se utilizan para los paragolpes y el chasis en algunos autos, como así también para ciertas piezas debajo del capot, ya que pueden soportar el calor intenso, los lubricantes, los combustibles y los líquidos refrigerantes corrosivos que todos los autos requieren. ¿Tiene poliimidas en su cocina? También son usadas en la construcción de muchos objetos, tales como vajilla para hornos de microondas y para envoltorio de alimentos debido a su estabilidad térmica, su resistencia a los aceites, las grasas y la manteca (¡qué rico!) y su transparencia a la radiación de microondas. Pueden ser también utilizadas en tableros electrónicos, para aislación, fibras para ropa protectora, compósitos y adhesivos.

A esta altura, usted habrá pensado probablemente que una poliimida es un polímero que contiene un grupo imida.

Sí, eso imaginé, pero ¿qué es una imida?

Sabía que iba a preguntar eso. En una molécula, una imida es un grupo que tiene una estructura general (dibujada en azul) que se ve así:

Es decir que si la molécula mostrada arriba polimerizara, el producto sería, como usted lo supuso, una poliimida. Las poliimidas adoptan generalmente dos formas. La primera es una estructura lineal donde los átomos del grupo imida forman parte de la cadena lineal. La segunda es una estructura heterocíclica donde el grupo imida forma parte de una unidad cíclica en la cadena polimérica. Fíjese:

Las poliimidas heterocíclicas aromáticas, como la que está a la izquierda, son típicas de la mayoría de las poliimidas comerciales, tales como el Ultem de G.E. y el Kapton de DuPont y son por lo tanto, aquéllas con las que pasaremos la mayor parte del tiempo. Estos polímeros tienen características mecánicas y térmicas tan increíbles, que son utilizados en lugar de los metales y el vidrio en muchas aplicaciones de alta performance, ya sea en electrónica, en automotores e incluso en las industrias aeroespaciales. Estas características provienen de fuertes interacciones intermoleculares entre las cadenas del polímero.

 Un polímero que contiene un complejo de transferencia de carga consiste en dos tipos distintos de monómeros, un donor y un aceptor. El donor es algo así como un millonario, que posee tanto dinero que no sabe en qué invertirlo. Tiene un montón de electrones circundantes debido a sus átomos de nitrógeno. El aceptor, por lo tanto, es como un vagabundo errante. Sus grupos carbonilo les succionan los electrones, al igual que los numerosos vicios de nuestros vagabundos como el juego, la bebida y otros. Al donor no le preocupa demasiado ayudar al aceptor, de hecho, con un aceptor alrededor, el donor luce mucho mejor. La caridad parece buena en algunos círculos sociales (¡y también es buena para olvidarse de los impuestos!) El donor le presta algunos de sus electrones al aceptor, sosteniéndolo firmemente a su lado.

 

 
El complejo de transferencia de carga funciona no solamente entre unidades adyacentes de la cadena polimérica, sino también entre las cadenas. Estas se apilan como si fueran tiras de papel, apareando los donores y los aceptores.

 

Este complejo de transferencia de carga sostiene muy firmemente las cadenas, impidiendo que se muevan demasiado. Cuando las cosas no pueden moverse a nivel molecular, no pueden moverse en el material entero. Esta es la razón por la cual las poliimidas son tan fuertes.

 El complejo de transferencia de carga es tan fuerte, que a veces se necesita hacer el polímero un poco más flexible para que pueda ser procesado. Esto se logra introduciendo bisfenol-A a la cadena polimérica, según se muestra abajo en un segmento de la cadena.

Otra característica interesante de las poliimidas que las hace excelentes para su uso en industrias de la construcción y del transporte, es que son capaces de arder.

¿Pero... porqué desearía usted construir un edificio o un coche con algo que arde?

Buena pregunta y puedo contestarla también. No es su capacidad de quemarse, la que captura la atención de los constructores, sino la propiedad de auto-extinguirse. ¿Auto-extinción? Sí, cuando una poliimida aromática se incendia, lo cual, dicho sea de paso, es difícil de suceder, se forma una capa carbonosa que sofoca la llama, bloqueándole el combustible para quemarse. Luego esta capa se remueve y todo queda como si nunca se hubiera producido un incendio. Muy prolijo, ¿no?

Aquí están algunos otros polímeros usados como termorrígidos:


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