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Los plásticos:materiales a la medida

LA INDUSTRIA de los plásticos empezó en1863, cuando la firma fabricante de bolasde billar Phelan & Collander ofreció diezmil dólares a quien pudiera desarrollar unsustituto del marfil que se usaba para fa-bricar las bolas. Quizá la compañía hayaquerido proteger a los elefantes, pero esmás probable que buscara un material se-mejante al marfil, el cual era cada vez másescaso y caro. Alentados por esta ofertalos estadounidenses Isaiah y John Hyattdesarrollaron el plástico celuloide y aun-que lograron popularizarlo, nunca gana-ron el premio porque las bolas de billarfabricadas con este nuevo material teníanla tendencia a explotar al ser golpeadas.

En la actualidad muchos de los obje-tos con los que tenemos contacto estánhechos total o parcialmente de algún tipode plástico, debido a la variedad de pro-piedades casi ilimitada que se puede dar aestos materiales, aunada a su relativo bajo

costo: los hay duros, blandos, rígidos,flexibles, densos, ligeros, transparentes,opacos, pegajosos, antiadherentes, imper-meables, absorbentes, conductores,aislantes, etcétera.

El hule naturalLa posibilidad de diseñar las propiedadesde los plásticos “a la medida” inició conlos intentos de los químicos por imitar ala naturaleza en la síntesis del hule natu-ral, cuyas propiedades elásticas se cono-cen desde hace aproximadamente cincosiglos. Originario de América, el hule erautilizado por los primeros habitantes deMéxico, quienes lo extraían del arbustodel guayule para impermeabilizar utensi-lios y fabricar las bolas del juego de pelo-ta. Aunque los colonizadores españolestambién lo usaron, durante los siguientes300 años, sólo se empleó para fabricarpelotas y otras curiosidades.

La primera fábrica que usó hule natu-ral fue establecida en París en 1803. Enun principio producía ligas y tirantes, perodespués incorporó hule en las gabardinaspara hacerlas impermeables. Estos pro-ductos tenían algunos inconvenientes,pues el hule se reblandecía y se hacía pe-gajoso en verano mientras que en invier-no era rígido y quebradizo. La solución

llegó en 1839, cuando Charles Goodyeardescubrió que al calentar hule natural enpresencia de azufre se obtenía un produc-to mucho más elástico y resistente. A esteproceso se le llamó vulcanización. Losusos del hule vulcanizado aumentaron yse diversificaron; pronto las plantacionesen América resultaron insuficientes paracubrir la demanda, y la posibilidad de con-trolar este nuevo mercado impulsó a losingleses a establecer enormes plantacio-nes en Ceilán, Malasia y Singapur, consemillas del árbol Hevea brasiliensis lle-vadas de contrabando desde Brasil. Du-rante la Segunda Guerra Mundial laimposibilidad de importar hule naturalpara las llantas de los aviones propició queen los laboratorios de investigación, esta-dounidenses y alemanes, se iniciara labúsqueda por descubrir, reproducir y me-jorar los secretos de la estructura químicadel hule.

¿Plástico o polímero?Hoy sabemos que el hule natural, al igualque el pelo, la lana, las telarañas, los ca-pullos de las polillas y el gusano de seda,así como muchas otras sustancias prove-nientes de organismos vivos, son polí-meros. Los polímeros son moléculasgigantes que resultan de la unión de miles

SI CADA ETAPA DE LAHUMANIDAD SE RECONOCE POR

EL MATERIAL PREPONDERANTE

CON EL QUE ÉSTA HA MODIFICADO

SU MEDIO AMBIENTE, LA NUESTRA

ES LA ERA DE LOS PLÁSTICOS.

Ana María Sosa

Los plásticos:materiales a la medida

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de moléculas más pequeñas a las que sellama monómeros. La estructura básica deestas sustancias es similar a la de una lar-ga cadena (el polímero) formada por pe-queños eslabones (los monómeros).

En algunos polímeros las cadenas li-neales pueden unirse entre sí a través deotras cadenas, dando lugar a redes quepueden formar arreglos tridimensionales.Los eslabones pueden ser todos iguales,lo que se denomina homopolímero, o pue-den estar constituidos por unidades dife-rentes y alternarse siguiendo un patrónespecífico formando lo que se conocecomo un copolímero. Las sorprendentesy variadas propiedades que pueden darsea estas sustancias dependen precisamentedel tipo de monómero, la longitud de lascadenas y la forma en que éstas se aco-modan en el material.

Aunque generalmente se utilizan lostérminos “plástico” y “polímero” comosinónimos, plástico hace referencia a cual-quier material que puede moldearse fácil-mente, mientras que polímero clasifica auna sustancia por su estructura molecular.A pesar de que todos los plásticos comer-ciales conocidos son polímeros, algunasde las biomoléculas más importantes

como las proteínas, elalmidón e incluso elADN también pueden in-cluirse dentro del conjunto delos polímeros pero no en el delos plásticos.

Materiales asombrososAunque algunos plásticos y sus propieda-des nos son muy familiares, como elpolietileno en las bolsas del supermerca-do, el poliestireno en los vasos des-echables, el poliuretano en el hule espuma,el PVC en las tuberías y el nailon en laropa, las posibilidades en el diseño de es-tos materiales han llegado mucho más le-jos. Un ejemplo es el Kevlar, materialelaborado con un polímero llamado para-fenilenotereftalamida, el cual es hasta cin-co veces más fuerte que el acero, peromucho más liviano, por lo que ha resulta-do ideal para construir partes de avionesy naves espaciales ya que la relación for-taleza/peso es de gran importancia en di-chos vehículos (se requiere de muchomenos combustible para mover un objetoligero). El Kevlar es usado para la fabri-cación de la cola de algunos de los avio-nes más grandes, las puntas de algunoscohetes, chalecos y en discos y bastonespara hockey. Gracias a este material, laposibilidad de disponer de automóvilesmás ligeros y resistentes parece muy cer-cana.

H2 H2 H2 H2

H2 H2 H2 H2

CH2–

–CH2

C C C CC C C C

H2 H2 H2

CH2H2 H2 H2

CH2–

–CH2

C

C C C C

CH2

CH3

H2C

H2CH2

H2C

H3C

C CC CH H

La polimerización es un tipo de reacciónquímica en la que los monómeros seunen entre sí uno detrás de otro, paraformar cadenas largas.

Cinco veces más fuerte que el acero, elKevlar es ideal para la fabricación dealgunos cohetes.

Árbol de hule.

Fibra de nailon rota.

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El cianoacrilato es un plástico líquidoadhesivo con una gran capacidad parapenetrar en cualquier cavidad; esta pro-piedad permite que se adhiera a cada hue-co de las superficies que se quiere pegar.Al contacto con una mínima cantidad dehumedad, polimeriza formando cadenasde entre uno y dos millones de moléculas,las cuales actúan como ligas mantenien-do unidas ambas superficies tan fuerte-mente que 2.5 cm2 del adhesivo puedensoportar más de una tonelada de peso.Aunque se ha utilizado este material comopegamento instantáneo desde hace tiem-po en México —muchos recurren a la KolaLoca para pequeñas reparaciones— su apli-cación más interesante es como pegamen-to para tejidos vivos. Si bien la eficaciadel cianoacrilato fue probada durante laguerra de Vietnam, donde se utilizó enforma de aerosol para ayudar a cerrar he-ridas graves y detener las hemorragias, nofue sino hasta 1998 cuando se autorizó suuso médico en EUA, con el nombre co-mercial de Dermabond para cerrar desdelaceraciones comunes hasta pequeñas in-cisiones en cirugías. Su manejo resulta tanpráctico que es posible restaurar los deta-lles de un tatuaje que ha sido estropeadopor una herida.

Si bien existen muchos polímeros na-turales que absorben agua, como el algo-dón, la gelatina y el almidón, su capacidad

Algo de historiaEl primero y tal vez el más conocido de lospolímeros sintéticos es el plástico denominadonailon. En 1928 Wallace H. Carothers, químicooriginario de Iowa, Estados Unidos, dejó su tra-bajo como profesor de química orgánica en laUniversidad de Harvard para encabezar un gru-po de investigación en los laboratorios de lacompañía DuPont. El trabajo del grupo se cen-tró en investigar cómo se forman y qué facto-res afectan las propiedades de los polímeros.En poco tiempo encontraron que la reacción quí-mica entre el ácido adípico y el diaminohexano(dos sustancias que tienden a polimerizarse yque están formadas principalmente por átomosde carbono) producía un polímero (el nailon)que formaba hebras fuertes y de textura sua-ve. Similar a la seda pero mucho más económi-co, el nailon se convirtió en su mejor sustitutopues además era elástico y no se deshilaba.

La primera aplicación del nailon en un pro-ducto comercial ocurrió en 1938 en la forma decerdas para cepillos de dientes. Sin embargo sufama inició el 15 de mayo de 1940, con la intro-ducción al mercado de las medias de nailon enNueva York, donde se anunciaba como ¡seda sin-tética hecha de carbón, aire y agua! Las muje-res hicieron largas filas horas antes de queabrieran las tiendas y en las primeras cuatrohoras se vendieron alrededor de cuatro millo-nes de pares de medias. Durante la segunda gue-rra mundial toda la producción de nailon sedestinó al uso militar por lo que las medias,que gozaban entonces de una gran popularidad,se convirtieron en un valioso artículo con el quese traficó e incluso se aceptaba como forma depago en diversas transacciones. El nombre co-mercial que originalmente se sugirió para estepolímero fue el de norun, que en español po-dría traducirse como “que no se van”, hacien-do alusión a la gran resistencia de las medias arasgarse.

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absorbente es baja y cuando se exprimenel agua se elimina casi en su totalidad ycon relativa facilidad. El poliacrilato desodio es un plástico que puede absorberhasta 800 veces su peso en agua, y al ha-cerlo forma un gel que impide que el aguaescurra. Actualmente se utiliza en la ma-nufactura de diversos productos, desde pa-ñales desechables, retenedores de aguapara agricultura y aromatizantes interio-res, hasta filtros para riñones artificialesy como relleno en ojos artificiales. Otroplástico absorbente es el polinorborneno;éste es repelente al agua pero puede ab-sorber grandes cantidades de aceite por loque podría utilizarse para limpiar el marcontaminado con petróleo. Recientemen-te se han obtenido membranas plásticasque se utilizan en la separación de sóli-dos, líquidos y gases. Las aplicaciones deestas delgadas películas son numerosas:purificación de la sangre en un riñón arti-ficial, desalinización del agua de mar, se-paración de microorganismos para obteneragua ultra pura y en empaques de alimen-tos (con lo que se retrasa su descomposi-ción pues se impide el paso del oxígeno).

Los cristales líquidos son sustanciascuyas moléculas se mantienen ordenadas,como en los sólidos cristalinos, pero quetienen la suficiente libertad de movimientode los líquidos. El comportamiento de es-tos materiales es similar al de un conjun-

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Ana María Sosa Reyes es egresada de la carrera dequímica de la Facultad de Química de la UNAM yestudiante del doctorado en ciencias químicas en lamisma institución. Es profesora de química en losprimeros semestres de la licenciatura en dicha Facultade imparte la materia de química en el CCH Sur de laUNAM.

ticos ha elaborado un código con núme-ros y siglas (en inglés), que algunos fa-bricantes ya imprimen sobre sus productospara ayudar a la gente a distinguir y sepa-rar los plásticos.

Las resinas recicladas se utilizan parafabricar productos como alfombras ofibras textiles, y la transformación de bo-tellas de refrescos de tereftalato depolietileno (mejor conocido por las siglasPET) en playeras y chamarras ha sido unode los reciclajes más exitosos. Sin embar-go, el uso de plástico reciclado no se con-sidera conveniente para empaques oenvases de alimentos por el riesgo de con-taminación, lo cual ha limitado sus apli-caciones. Esta limitación podría sersuperada mediante la elaboración de em-paques multicapa, en los que las resinasrecicladas constituirían el centro de losempaques o envases mientras que la resi-na “virgen” constituiría las capas exter-nas, que son las que están en contacto conlos alimentos.

Con respecto a la biodegradabilidad,los químicos han logrado progresos im-portantes: se ha encontrado la forma dediseñar polímeros en los que se incluyenmonómeros cuyos enlaces son suscepti-bles de romperse mediante la radiaciónultravioleta presente en la luz solar. Cuan-do los plásticos fabricados con estospolímeros se exponen a la luz del Sol, losgrupos sensibles insertados de forma pe-riódica en las cadenas poliméricas se de-gradan, permitiendo que las largas cadenasse fragmenten y sean incorporadas másfácilmente al ambiente. Estos plásticos,que son estables bajo luz artificial, se de-nominan fotodegradables. Otra manera deproducir plásticos que no contaminen esla introducción de grupos moleculares queciertos microorganismos del ambiente re-conocen como alimento, por ejemplo,derivados del almidón. Estos gruposmoleculares son rápidamente consumidospor los microorganismos, lo que deja ex-puesto el material fragmentado aceleran-do su incorporación al ambiente.

to de troncos que flotan ordenados y sedesplazan libremente sobre la corriente enun río. Los cristales líquidos poliméricosson plásticos que pueden modificar suarreglo al contacto con luz, calor o elec-tricidad. El efecto de esto puede ser uncambio de color, propiedad que se apro-vecha en algunos juguetes, o pasar de serun material transparente a uno completa-mente opaco, ideal para ventanas “inteli-gentes” en las que puede controlarse elpaso de la luz con un interruptor de co-rriente.

Desde la aparición en el mercado delos primeros plásticos se pensó que todosestos materiales eran aislantes (es decir,que no conducían la electricidad). Aun-que esto es cierto en la mayoría de loscasos, se han desarrollado los llamados“metales sintéticos” que son plásticos con-ductores que semejan propiedades metá-licas a pesar de que no contienen ni unátomo metálico. Estos pocos ejemplosmuestran que las posibilidades de aplica-ción de los plásticos son muy grandes.Además, estos materiales sintéticos sepueden producir en su totalidad a partirdel petróleo.

Nadie es perfectoA pesar de que la durabilidad de los plás-ticos se consideró en un principio comouna de sus cualidades más apreciadas,actualmente es esa misma propiedad laque ha provocado uno de los problemasmas graves de contaminación en el am-biente. Al contrario de lo que muchoscreen, los plásticos sí se degradan, pero elperiodo de degradación puede ser muylargo, en algunos casos de más de 300años, por lo que tienden a acumularse (seinvita al lector a determinar experimen-talmente el tiempo que toma a una man-zana reintegrarse, por ejemplo, a la tierraen una maceta). El problema se agrava enla medida en que aumenta el número deartículos desechables elaborados con plás-ticos; se estima que alrededor de un 30%de los millones de toneladas de residuossólidos generados son plásticos.

El mar es especialmente sensible a esteproblema: algunas de las corrientes mari-nas más importantes están “marcadas” conbolsas y otros artículos de plástico que flo-tan siguiendo su curso. Peor aún, frecuen-temente animales marinos confunden losdesechos plásticos con alimentos y los

ingieren, también es común que los ani-males queden inmovilizados por restos deplásticos y mueran. La acumulación deeste tipo de desechos afecta especialmen-te a las zonas ártica y antártica, dondeademás la vida media de los plásticos seprolonga por las bajas temperaturas.

La ciencia y la tecnología han busca-do resolver el problema de acumulación

de residuos plásticos a través de dos ru-tas: el reciclaje y la biodegradabilidad. Laspropiedades tan diversas que pueden te-ner los plásticos hacen que su reciclaje seamás complicado que el del papel, el vi-drio o los metales. Actualmente sólo serecicla alrededor del 1% del total de de-sechos plásticos. La industria de los plás-

Los códigos resultan útiles para separarlos desechos plásticos y tomar unadecisión respecto a la técnica dereciclaje a emplear.

1

2

3

4

5

6 Poliestireno

Espuma de poliestireno

Código Material

PET

HDPE Polietileno de alta

densidad

PVC

Politereftalato

de etileno

Policloruro de vinilo

LDPE Polietileno de baja

densidad

PP Polipropileno

PS

EPS

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