Materiales igroscópicos y no igroscópicos

Todo materiales poliméricos durante la fase de síntesis, transporte y almacenamiento retener la humedad, alcanzando un valor de equilibrio con el medio ambiente, que depende del tipo de polímero, humedad y temperatura del aire, el tamaño del grano y muchos otros factores que se estudiarán en detalle en el siguiente capítulo.

Dependiendo de la capacidad de absorber moléculas de agua en el entorno circundante, los plásticos se pueden dividir en: igroscópico y no igroscópico.

En los polímeros igroscópicos, el agua se absorbe dentro del grano de plástico y se une químicamente con el propio material.

Pertenecen a este grupo polímeros de ingeniería como poliammida (PA), policarbonato (PC), polimetilatecrilato (PMMA), polietiryreftalato (PET), acrilonitrilo-butadieno-stirene (ABS).

En polímeros no igroscópicos, por otro lado, el agua no penetra el material, sino que sólo se asienta en la superficie.

El polietileno (PE), el polipropileno (PP), el poliestireno (PS) son polímeros de este tipo.

El proceso de eliminación de la humedad superficial en materiales no igroscópicos es rápido y fácil y requiere el uso de secadores de aire caliente.

En el caso de los polímeros igroscópicos, por otro lado, la eliminación de la humedad residual es más difícil y requiere el uso de deshumidificadores en los que el aire caliente, infundido para eliminar el agua contenida en gránulos de polímero, se deshumidifica preventivamente.

Muchos polímeros técnicos (también llamados «tecnopolímeros» o «polímeros de ingeniería») son igroscópicos y se caracterizan por un cierto porcentaje de humedad que los hace saturados y una tasa precisa de absorción.

Cuando un polímero higroscópica se expone a la atmósfera, las moléculas de agua se propagan dentro de la estructura del polímero mediante la unión a cadenas moleculares y causando la reducción de enlaces intermoleculares y aumentando la movilidad de las moléculas, actuando como un plastificante.

En general, la igroscopicidad de un polímero está vinculada a la polaridad de la estructura química de la macromolecole del polímero.

Una característica importante del agua es la polaridad de su molécula, con un momento dipolo molecular de 1.847 D.

La molécula de agua forma un ángulo de 104.5o con el átomo de oxígeno en la parte superior y los dos átomos de hidrógeno en cada extremo.

Dado que el oxígeno tiene una mayor electronividad,el vértice de la molécula alberga una carga eléctrica negativa parcial, mientras que las extremidades llevan una carga eléctrica positiva parcial.

Una molécula que presenta este desequilibrio de cargas eléctricas se dice que es un dipolo eléctrico.

En la estructura molecular de muchos polímeros higroscóscópicos está presente el grupo carbonilo,que es un grupo funcional que consiste en un átomo de carbono y un átomo de oxígeno unido por un doble enlace.

La peculiaridad de este grupo es que el oxígeno es muy electronegativo y da una polaridad al enlace.

Dado que el oxígeno tiene una mayor electronividad, alberga una carga eléctrica negativa parcial, mientras que el carbono sigue siendo una carga eléctrica positiva parcial.

Por lo tanto, los polímeros que contienen muchos grupos de carbonilo tienen una carga negativa sobre el oxígeno que atrae la carga positiva presente en el átomo de hidrógeno de la molécula de agua.

La atracción entre la carga positiva y la negativa genera un vínculo débil llamado puente de hidrógeno.

El grupo carbonilo está presente en muchos polímeros igroscópicos como policarbonato (PC),polieilentereftalate (PET) y polibutilentereftalate (PBT).

Los enlaces de puente de hidrógeno son débiles en comparación con los enlaces fuertes en la cadena de polímeros, pero son lo suficientemente fuertes como para hacer que las moléculas de agua absorban hasta un valor de equilibrio que es característico para cada tipo diferente de polímero.

En la poliamida, el hidrógeno ligado al nitrógeno tiene una carga positiva débil, ya que el átomo de nitrógeno es mucho más electronegativo que el átomo de hidrógeno, y una vez atraído por la carga negativa de oxígeno de la molécula de agua forma un enlace de puente de hidrógeno.

Además, también hay un grupo de carbonilo en poliammides que forma enlaces débiles con hidrógeno en moléculas de agua.

La higroscopicidad de los polímeros, por lo tanto, está vinculada a la estructura de la macromolecole y la formación de enlaces puente de hidrógeno que hacen que la humedad aumente.

De hecho, los polímeros que contienen el grupo carbonilo y polímeros como los poliammidas son igroscópicos y absorben la humedad a través de la formación de enlaces de hidrógeno.

Los polímeros no polares, por otro lado, como el poliolefinas (polipropileno y polietileno) y el poliestireno no absorben la humedad a través de enlaces de hidrógeno.