POLIAMIDAS (NYLON)

POLIAMIDAS (NYLON)

1. Las poliamidas presentan unas propiedades físicas próximas a las de los metales como la resistencia a la tracción entre 400-600 Kg/cm 2. Tienen un coeficiente de rozamiento muy bajo no necesitando lubricantes las piezas que son sometidas a fricción, buena resistencia química, fácil moldeo, y resistencia a temperaturas de trabajo de hasta 1200 ºC.

   • Los usos generales del nylon, se enlistan a continuación: Fibra de Nylon ,Medias, Polainas, Cerdas de los cepillos de dientes, Hilo para pescar, Redes Fibra de alfombra, Fibra de bolsas de aire, Piezas de autos (como el deposito de gasolina), Piezas de máquinas (como engranes y cojinetes), Paracaídas, Cuerdas de guitarra, Chaqueta, Cremalleras, Palas de ventiladores industriales y Tornillos
   • USOS

2. OBTENCIÓN DEL NYLON 6

   • El nylon 6 se obtiene a partir de una sola clase de monómero, llamado caprolactama
     • El nylon 6 se obtiene calentando caprolactama a unos 250° C en presencia de aproximadamente 5-10% de agua. El oxígeno del carbonilo toma uno de los átomos de hidrógeno del agua
       • El oxígeno del carbonilo cede un par de electrones al átomo de hidrógeno del agua, robándole ese hidrógeno al agua. Esto nos conduce a un carbonilo protonado y a un grupo hidroxilo libre. Pero primero, recordemos que ese oxígeno del carbonilo ahora tiene una carga positiva. Lo cual desestabiliza al oxígeno, de modo que toma un par de electrones del doble enlace del carbonilo, dejando la carga positiva sobre el átomo de carbono del carbonilo.
         • Pero los carbocationes no son estables. El carbocatión atrae a los nucleófilos con el fin de compensar la carga negativa. Es entonces que, el ión hidróxido que se había formado cuando la caprolactama le robó un protón a una molécula de agua, ataca al carbocatión.
           • La molécula que se forma ahora es un gem diol inestable. Es decir que a continuación se produce un reordenamiento de electrones. El átomo de nitrógeno dona un par de electrones a un átomo de hidrógeno de uno de los grupos hidroxilo tomándolo para sí. Los electrones que compartía el hidrógeno con su oxígeno, pasan a formar un doble enlace entre el oxígeno y el átomo de carbono. Y por último, los electrones compartidos por el carbono y el nitrógeno se mudan hacia el nitrógeno, rompiendo el enlace carbono-nitrógeno.
             • El anillo se rompió y no hay más caprolactama! Ahora nos quedamos con un aminoácido lineal. Ese aminoácido lineal puede reaccionar con otra molécula de caprolactama, de forma muy parecida a como hizo el agua. La molécula de caprolactama se apoderará del hidrógeno ácido del aminoácido lineal. El oxígeno del carbonilo dona un par de electrones a ese hidrógeno, separándolo del aminoácido.
               • • Tal como se esperaba, los electrones se reordenan para formar el carbocatión, igual que antes:
                   • Este carbocatión es susceptible al ataque de un nucleófilo. En este caso el aminoácido que acaba de perder su hidrógeno ácido reacciona con el carbocatión
                     • Esto nos da un derivado de amonio y éste en particular es sumamente inestable. Por lo tanto los electrones hacen su “juego”. El nitrógeno del anillo toma un hidrógeno del nitrógeno del amonio. Además, el enlace entre el carbono y el nitrógeno se rompe, abriendo el anillo.
                       • Ese grupo carboxilato en el extremo de la molécula va a robar el hidrógeno del alcohol
                         • Esto origina un nuevo grupo carbonilo en la mitad de la molécula y regenera el ácido carboxílico. (Un pequeño secreto: nadie sabe realmente el orden de los dos últimos pasos. Podrían ocurrir en sentido inverso. Sólo sabemos que los dos ocurren antes de que termine todo.) Es una polimerización por crecimiento de cadena. Ahora que tenemos otra vez el ácido, es seguro que reaccionará con otra molécula de caprolactama, y luego con otra y otra, hasta que obtengamos largas cadenas de nylon 6

3. OBTENCIÓN DEL NYLON 6.6

   • El nylon se obtiene por medio de una reacción de polimerización por crecimiento en etapas, y por una polimerización por condensación. El nylon se sintetiza a partir de diácidos y diaminas
     • Para hacer nylon 6,6 no se necesitan catalizadores, ya que los ácidos catalizan la reacción y créase o no, uno de los monómeros es precisamente un ácido. Entre dos moléculas de ácido adípico ocurre una pequeña reacción. Una le cede un protón al oxígeno del carbonilo de la otra.
       • Cuando el oxígeno del carbonilo es protonado, se vuelve mucho más vulnerable al ataque del nitrógeno de la diamina. Esto ocurre porque el oxígeno protonado porta una carga positiva. El oxígeno es inestable por tener una carga positiva. Entonces atrae hacia sí mismo los electrones que comparte con el carbonilo. Esto deja al carbono del carbonilo deficiente de electrones y listo para que el nitrógeno de la amina le ceda un par:
         • Entonces los electrones hacen su “juego”. Uno de los pares del doble enlace del carbonilo se desplaza totalmente hacia el oxígeno, neutralizando la carga positiva sobre ese átomo, pero ahora el nitrógeno queda con una carga positiva.
           • Por lo tanto obtenemos un “juego” electrónico aún más complicado. Los electrones provenientes del enlace oxígeno - hidrógeno, vuelven al oxígeno liberando el protón y regenerando el catalizador ácido. Entonces el oxígeno del carbonilo comparte sus nuevos electrones con el átomo de carbono, regenerando el doble enlace del carbonilo. Luego el oxígeno del grupo hidroxilo hace un pequeño reordenamiento de electrones. Toma el par que comparte con el carbono y lo acapara para sí mismo, rompiendo el enlace entre él y el carbono. Luego dona un par de electrones al hidrógeno unido al nitrógeno. El hidrógeno que ahora comparte un par electrónico con el oxígeno, ya no necesita mantener el par que comparte con el nitrógeno, de modo que deja escapar dicho par, dándoselo al nitrógeno. Este desplazamiento de electrones rompe el enlace entre el hidrógeno y el nitrógeno y elimina la carga positiva sobre ese nitrógeno. Se libera H2O y se genera un dímero conteniendo un enlace amida. ¿Qué hace este díme
             • El dímero, también puede reaccionar con otros dímeros para formar un tetrámero. O puede reaccionar con un trímero para formar un pentámero y a su vez reaccionar con oligómeros más grandes. Finalmente, cuando esto sucede, los dímeros se transforman en trímeros, tetrámeros y oligómeros más grandes y estos oligómeros reaccionan entre sí para formar oligómeros aún más grandes. Esto sigue así hasta que se hacen lo suficientemente grandes como para ser considerados polímeros
               • Para que las moléculas crezcan lo suficiente como para ser consideradas polímeros, se debe hacer esta reacción bajo vacío. En este caso, todo el subproducto agua se evaporará y será eliminado del medio de reacción. Debemos deshacernos del agua debido a una pequeña regla llamada Principio de Le Chatelier. La reacción no necesita un catalizador ácido para llevarse a cabo; la razón por la que se sabe esto, es que cuando nos acercamos al final de la polimerización, donde no hay muchos grupos ácidos remanentes para comportarse como catalizadores, la reacción aún prosigue. Es decir, la amina puede reaccionar con los ácidos carboxílicos no protonados. Si no fuera así, no se podría obtener nylon 6,6 de alto peso molecular sin un catalizador externo, ya que la reacción se detendría a conversiones más altas, cuando no haya suficientes grupos ácidos para actuar como catalizadores.
                 • Los nylons también pueden obtenerse a partir de una diamina y un dicloruro de ácido: Esta reacción sigue el mismo mecanismo, pero aquí sí se necesita agregar trazas de ácido que actúen como catalizador. (Cuando usted obtiene nylon de la otra forma, el ácido adípico actúa como catalizador). Además, se produce HCl gaseoso como subproducto, en lugar de agua.

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