¿Quieres descubrir cómo la policondensación está transformando los materiales de envase y su impacto en la sostenibilidad?
La policondensación es una técnica utilizada para sintetizar polímeros. Esta técnica se puede aplicar a unidades multifuncionales para producir polímeros termoestables
Reacción de policondensación y la estructura
La policondensación es el proceso de formación de polímeros mediante la combinación de diferentes monómeros. El proceso suele ir acompañado de la liberación de diversos productos secundarios de bajo peso molecular (agua, alcohol, sal). Se caracteriza por los siguientes monómeros: compuestos con moléculas de al menos 2 grupos funcionales. Por conveniencia, se suelen dividir en tres grupos:
- Grupos funcionales idénticos que no reaccionan entre sí (diaminas).
- Diferentes grupos funcionales que pueden reaccionar entre sí y formar así polímeros (aminoácidos);
- Grupos funcionales idénticos que pueden reaccionar entre sí formando poliéteres simples;
En este proceso, a veces son posibles reacciones de grupos funcionales de monómeros no sólo con otros grupos, sino también entre sí. Esto explica por qué se pueden formar tantos polímeros.
Este proceso tiene varias etapas sucesivas. Los monómeros se agotan relativamente rápido (en las primeras etapas de la reacción). A continuación se forma un polímero de alto peso molecular a partir de otros oligómeros que previamente estaban formados por grupos funcionales. En este proceso son posibles diferentes reacciones de intercambio. En el proceso de policondensación se forman numerosos polímeros.
¿Cuáles son los materiales de envase más comunes que utilizan la policondensación?
Los polímeros típicamente formados por el mecanismo de reacción de policondensación incluyen poliésteres, nailon y poliuretanos. Polietileno tereftalato (PET), el polietileno de alta densidad (HDPE) y el polipropileno (PP) son algunos ejemplos de materiales de envase que se producen mediante policondensación.
Entre numerosos bioplásticos, el poli(ácido láctico) (PLA) se considera el material más prometedor y popular debido a sus propiedades ideales de uso: bajo peso, baja temperatura de procesamiento (en comparación con el metal y el vidrio), sin contaminación ambiental, buena imprimibilidad y facilidad de conversión en diferentes formas. Ha sido producido a gran escala con amplias aplicaciones, desde materiales médicos hasta vajillas desechables para alimentos.
Sin embargo, en esta etapa, los productos derivados del petróleo todavía dominan el mercado del plástico, debido al alto costo de producción y las propiedades limitadas del PLA y otros BDP.
La síntesis de polímeros conocida como polimerización es el proceso de conectar monómeros en una cadena o red. Perteneciente a los ácidos hidroxilo, el monómero del PLA es el ácido láctico con un ácido hidroxilo, lo que facilita su polimerización. El PLA generalmente se sintetiza mediante policondensación y polimerización con apertura de anillo. Estas dos rutas de síntesis típicas también se aplican generalmente en la producción de otros polímeros.¿Cómo afecta la policondensación a la estructura de los materiales de envase?
La polimerización y policondensación influyen directamente en la calidad de los materiales que se fabrican en estos procesos. La durabilidad del material depende directamente del grado medio de polimerización. Cuanto mayor sea el grado de polimerización, más viscoso, duradero y duradero se podrá obtener el material. Se reduce la flexibilidad de la materia prima. Pero si se requieren polímeros verdaderamente densos, se debe aumentar la temperatura del proceso para evaporar el solvente (durante la polimerización en una solución) y elevar la concentración de monómeros.
Este indicador es decisivo a la hora de elegir materias primas para la fabricación de productos finales. Por ejemplo, si el grado de polimerización de la celulosa es inferior a 100, este material no se considera adecuado para su uso posterior.
También tiene gran importancia para la síntesis de polímeros. Además de la síntesis de los propios polímeros, también se pueden obtener productos subsidiarios, es decir, se pueden purificar los monómeros de aditivos innecesarios para obtener un polímero más concentrado. La polimerización en la industria se utiliza con mucha más frecuencia. Este es el método utilizado para obtener el 75% de los polímeros sintéticos fabricados a nivel mundial (poliestireno, policloruro de vinilo).¿Cuáles son las tendencias actuales en la investigación y desarrollo de materiales de envase basados en policondensación?
Las propiedades naturales del polímero producido normalmente no son satisfactorias para fines particulares o especiales en aplicaciones.
De hecho, el consumo de PLA siempre va por detrás de su producción. Esto se debe principalmente a las propiedades limitadas del PLA, como la mala estabilidad térmica y la hidrofilicidad, la fragilidad y la alta cristalinidad, lo que impide su futura aplicación como reemplazo de los plásticos del petróleo.
Para superar estas desventajas, se han propuesto numerosos métodos de policondensación recientemente desarrollados. En los últimos años, la policondensación azeotrópica (AP) y la polimerización en estado sólido (SSP) son dos direcciones principales.
Para el enfoque AP, el agua se elimina eficazmente mediante disolventes azeotrópicos apropiados, mediante los cuales se manipula el equilibrio entre monómero y polímero en un disolvente orgánico para producir un polímero con un peso molecular relativamente alto en un solo paso. Además, se permite que la temperatura aplicada sea inferior al punto de fusión del polímero, evitando impurezas causadas por la despolimerización y racemización. Por lo tanto, un disolvente apropiado es fundamental para las condiciones de rendimiento y las propiedades del polímero.
La polimerización en estado sólido [SSP] es un método competitivo de síntesis de polímeros con respecto a la policondensación convencional en estado fundido. El peso molecular de los polímeros obtenidos de acuerdo con este método es más alto, al tener propiedades mejoradas del polímero.
Modificación masiva
La modificación masiva influye en la composición química y la estructura del PLA mediante copolimerización con otros monómeros o mezcla con otros polímeros. En presencia de grupos carboxilo e hidroxilo, el ácido láctico está disponible para copolimerizarse con otros monómeros mediante policondensación para producir copolímeros de bajo peso molecular. En resumen, la modificación en masa se utiliza habitualmente para mejorar la tenacidad, la estabilidad y la tasa de degradación.
Modificacion superficial
Como las propiedades de la superficie del PLA son cruciales para su aplicación, la modificación de la superficie podría generar propiedades superficiales deseables. A diferencia de la modificación masiva, la modificación de la superficie generalmente sirve para promover la hidrofilicidad, la rugosidad y la introducción de grupos reactivos.
En general, la mayoría de las modificaciones de polímeros apuntan a una propiedad deseada para productos básicos específicos. Los abundantes casos de éxito indican que una mayor investigación en esta área promete desbloquear el mercado futuro del PLA y otros biopolímeros.
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