Plasticos
1863, cuando la firma fabricante de bolas
de billar Phelan & Collander ofreció diezmil dólares a quien pudiera desarrollar un
sustituto del marfil que se usaba para fabricar
las bolas. Quizá la compañía haya
querido proteger a los elefantes, pero es
más probable que buscara un material semejante
al marfil, el cual era cada vez más
escaso y caro. Alentados por esta oferta
los estadounidenses Isaiah y John Hyatt
desarrollaron el plástico celuloide y aunquelograron popularizarlo, nunca ganaron
el premio porque las bolas de billar
fabricadas con este nuevo material tenían
la tendencia a explotar al ser golpeadas.
En la actualidad muchos de los objetos
con los que tenemos contacto están
hechos total o parcialmente de algún tipo
de plástico, debido a la variedad de propiedades
casi ilimitada que se puede dar a
estos materiales, aunada a su relativo bajo
costo: los hay duros, blandos, rígidos,
flexibles, densos, ligeros, transparentes,
opacos, pegajosos, antiadherentes, impermeables,
absorbentes, conductores,
aislantes, etcétera.
El hule natural
La posibilidad de diseñar las propiedades
de los plásticos “a la medida” inició con
los intentos de los químicos por imitar a
la naturaleza en la síntesis del hule natural,
cuyas propiedades elásticas se conocen
desde hace aproximadamente cinco
siglos. Originario de América, el hule era
utilizado por los primeros habitantes de
México, quienes lo extraían del arbusto
del guayule para impermeabilizar utensilios
y fabricar las bolas del juego de pelota.
Aunque los colonizadores españoles
también lo usaron, durante los siguientes
300 años, sólo se empleó para fabricar
pelotas y otras curiosidades.
La primera fábrica que usó hule natural
fue establecida en París en 1803. En
un principio producía ligas y tirantes, pero
después incorporó hule en las gabardinas
para hacerlas impermeables. Estos productos
tenían algunos inconvenientes,
pues el hule se reblandecía y se hacía pegajoso
en verano mientras que en invierno
era rígido y quebradizo. La solución
llegó en 1839, cuando Charles Goodyear
descubrió que al calentar hule natural en
presencia de azufre se obtenía un producto
mucho más elástico y resistente. A este
proceso se le llamó vulcanización. Los
usos del hule vulcanizado aumentaron y
se diversificaron; pronto las plantaciones
en América resultaron insuficientes para
cubrir la demanda, y la posibilidad de controlar
este nuevo mercado impulsó a los
ingleses a establecer enormes plantaciones
en Ceilán, Malasia y Singapur, con
semillas del árbol Hevea brasiliensis llevadasde contrabando desde Brasil. Durante
la Segunda Guerra Mundial la
imposibilidad de importar hule natural
para las llantas de los aviones propició que
en los laboratorios de investigación, estadounidenses
y alemanes, se iniciara la
búsqueda por descubrir, reproducir y mejorar
los secretos de la estructura química
del hule.
¿Plástico o polímero?
Hoy sabemos que el hule natural, al igual
que el pelo, la lana, las telarañas, los capullos
de las polillas y el gusano de seda,
así como muchas otras sustancias provenientes
de organismos vivos, son polímeros.
Los polímeros son moléculas
gigantes 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 NUESTRAES LA ERA DE LOS PLÁSTICOS.
Ana María Sosa
Los plásticos:materiales a la medida
23
¿cómoves?
de moléculas más pequeñas a las que se
llama monómeros. La estructura básica de
estas sustancias es similar a la de una larga
cadena (el polímero) formada por pequeños
eslabones (los monómeros).
En algunos polímeros las cadenas lineales
pueden unirse entre sí a través de
otras cadenas, dando lugar a redes que
pueden formar arreglos tridimensionales.
Los eslabones pueden ser todos iguales,
lo que se denomina homopolímero, o pueden
estar constituidos por unidades diferentes
y alternarse siguiendo un patrón
específico formando lo que se conoce
como un copolímero. Las sorprendentes
y variadas propiedades que pueden darse
a estas sustancias dependen precisamente
del tipo de monómero, la longitud de las
cadenas y la forma en que éstas se acomodan
en el material.
Aunque generalmente se utilizan los
términos “plástico” y “polímero” como
sinónimos, plástico hace referencia a cualquier
material que puede moldearse fácilmente,
mientras que polímero clasifica a
una sustancia por su estructura molecular.
A pesar de que todos los plásticos comerciales
conocidos son polímeros, algunas
de las biomoléculas más importantes
como las proteínas, el
almidón e incluso el
ADN también pueden incluirse
dentro del conjunto de
los polímeros pero no en el de
los plásticos.
Materiales asombrosos
Aunque algunos plásticos y sus propiedades
nos son muy familiares, como el
polietileno en las bolsas del supermercado,
el poliestireno en los vasos desechables,
el poliuretano en el hule espuma,
el PVC en las tuberías y el nailon en la
ropa, las posibilidades en el diseño de estos
materiales han llegado mucho más lejos.
Un ejemplo es el Kevlar, material
elaborado con un polímero llamado parafenilenotereftalamida,
el cual es hasta cinco
veces más fuerte que el acero, pero
mucho más liviano, por lo que ha resultado
ideal para construir partes de aviones
y naves espaciales ya que la relación fortaleza/
peso es de gran importancia en dichos
vehículos (se requiere de mucho
menos combustible para mover un objeto
ligero). El Kevlar es usado para la fabricación
de la cola de algunos de los aviones
más grandes, las puntas de algunos
cohetes, chalecos y en discos y bastones
para hockey. Gracias a este material, la
posibilidad de disponer de automóviles
más ligeros y resistentes parece muy cercana.
H2 H2 H2 H2
H2 H2 H2 H2
CH2–
–CH2
C C C C
C C C C
H2 H2 H2
CH2
H2 H2 H2
CH2–
–CH2
C
C C C C
CH2
CH3
H2C H2CH2
H2C H3CH C C CH C
La polimerización es un tipo de reacción
química en la que los monómeros se
unen entre sí uno detrás de otro, para
formar cadenas largas.
Cinco veces más fuerte que el acero, el
Kevlar es ideal para la fabricación de
algunos cohetes.
Árbol de hule.
Fibra de nailon rota.
¿cómoves?
24
El cianoacrilato es un plástico líquido
adhesivo con una gran capacidad para
penetrar en cualquier cavidad; esta propiedad
permite que se adhiera a cada hueco
de las superficies que se quiere pegar.
Al contacto con una mínima cantidad de
humedad, polimeriza formando cadenas
de entre uno y dos millones de moléculas,
las cuales actúan como ligas manteniendo
unidas ambas superficies tan fuertemente
que 2.5 cm2 del adhesivo puedensoportar más de una tonelada de peso.
Aunque se ha utilizado este material como
pegamento instantáneo desde hace tiempo
en México —muchos recurren a la KolaLoca para pequeñas reparaciones— su aplicaciónmás interesante es como pegamento
para tejidos vivos. Si bien la eficacia
del cianoacrilato fue probada durante la
guerra de Vietnam, donde se utilizó en
forma de aerosol para ayudar a cerrar heridas
graves y detener las hemorragias, no
fue sino hasta 1998 cuando se autorizó su
uso médico en EUA, con el nombre comercial
de Dermabond para cerrar desdelaceraciones comunes hasta pequeñas incisiones
en cirugías. Su manejo resulta tan
práctico que es posible restaurar los detalles
de un tatuaje que ha sido estropeado
por una herida.
Si bien existen muchos polímeros naturales
que absorben agua, como el algodón,
la gelatina y el almidón, su capacidad
Algo de historia
El primero y tal vez el más conocido de los
polímeros sintéticos es el plástico denominado
nailon. En 1928 Wallace H. Carothers, químico
originario de Iowa, Estados Unidos, dejó su trabajo
como profesor de química orgánica en la
Universidad de Harvard para encabezar un grupo
de investigación en los laboratorios de la
compañía DuPont. El trabajo del grupo se centró
en investigar cómo se forman y qué factores
afectan las propiedades de los polímeros.
En poco tiempo encontraron que la reacción química
entre el ácido adípico y el diaminohexano
(dos sustancias que tienden a polimerizarse y
que están formadas principalmente por átomos
de carbono) producía un polímero (el nailon)
que formaba hebras fuertes y de textura suave.
Similar a la seda pero mucho más económico,
el nailon se convirtió en su mejor sustituto
pues además era elástico y no se deshilaba.
La primera aplicación del nailon en un producto
comercial ocurrió en 1938 en la forma de
cerdas para cepillos de dientes. Sin embargo su
fama inició el 15 de mayo de 1940, con la introducción
al mercado de las medias de nailon en
Nueva York, donde se anunciaba como ¡seda sintética
hecha de carbón, aire y agua! Las mujeres
hicieron largas filas horas antes de que
abrieran las tiendas y en las primeras cuatro
horas se vendieron alrededor de cuatro millones
de pares de medias. Durante la segunda guerra
mundial toda la producción de nailon se
destinó al uso militar por lo que las medias,
que gozaban entonces de una gran popularidad,
se convirtieron en un valioso artículo con el que
se traficó e incluso se aceptaba como forma de
pago en diversas transacciones. El nombre comercial
que originalmente se sugirió para este
polímero fue el de norun, que en español podríatraducirse como “que no se van”, haciendo
alusión a la gran resistencia de las medias a
rasgarse.
Foto: Dante Bucio
absorbente es baja y cuando se exprimen
el agua se elimina casi en su totalidad y
con relativa facilidad. El poliacrilato de
sodio es un plástico que puede absorber
hasta 800 veces su peso en agua, y al hacerlo
forma un gel que impide que el agua
escurra. Actualmente se utiliza en la manufactura
de diversos productos, desde pañales
desechables, retenedores de agua
para agricultura y aromatizantes interiores,
hasta filtros para riñones artificiales
y como relleno en ojos artificiales. Otro
plástico absorbente es el polinorborneno;
éste es repelente al agua pero puede absorber
grandes cantidades de aceite por lo
que podría utilizarse para limpiar el mar
contaminado con petróleo. Recientemente
se han obtenido membranas plásticas
que se utilizan en la separación de sólidos,
líquidos y gases. Las aplicaciones de
estas delgadas películas son numerosas:
purificación de la sangre en un riñón artificial,
desalinización del agua de mar, separación
de microorganismos para obtener
agua ultra pura y en empaques de alimentos
(con lo que se retrasa su descomposición
pues se impide el paso del oxígeno).
Los cristales líquidos son sustancias
cuyas moléculas se mantienen ordenadas,
como en los sólidos cristalinos, pero que
tienen la suficiente libertad de movimiento
de los líquidos. El comportamiento de estos
materiales es similar al de un conjun25
¿cómoves?
Ana María Sosa Reyes es egresada de la carrera de
química de la Facultad de Química de la UNAM y
estudiante del doctorado en ciencias químicas en la
misma institución. Es profesora de química en los
primeros semestres de la licenciatura en dicha Facultad
e imparte la materia de química en el CCH Sur de la
UNAM.
ticos ha elaborado un código con números
y siglas (en inglés), que algunos fabricantes
ya imprimen sobre sus productos
para ayudar a la gente a distinguir y separar
los plásticos.
Las resinas recicladas se utilizan para
fabricar productos como alfombras o
fibras textiles, y la transformación de botellas
de refrescos de tereftalato de
polietileno (mejor conocido por las siglas
PET) en playeras y chamarras ha sido uno
de los reciclajes más exitosos. Sin embargo,
el uso de plástico reciclado no se considera
conveniente para empaques o
envases de alimentos por el riesgo de contaminación,
lo cual ha limitado sus aplicaciones.
Esta limitación podría ser
superada mediante la elaboración de empaques
multicapa, en los que las resinas
recicladas constituirían el centro de los
empaques o envases mientras que la resina
“virgen” constituiría las capas externas,
que son las que están en contacto con
los alimentos.
Con respecto a la biodegradabilidad,
los químicos han logrado progresos importantes:
se ha encontrado la forma de
diseñar polímeros en los que se incluyen
monómeros cuyos enlaces son susceptibles
de romperse mediante la radiación
ultravioleta presente en la luz solar. Cuando
los plásticos fabricados con estos
polímeros se exponen a la luz del Sol, los
grupos sensibles insertados de forma periódica
en las cadenas poliméricas se degradan,
permitiendo que las largas cadenas
se fragmenten y sean incorporadas más
fácilmente al ambiente. Estos plásticos,
que son estables bajo luz artificial, se denominan
fotodegradables. Otra manera de
producir plásticos que no contaminen es
la introducción de grupos moleculares que
ciertos microorganismos del ambiente reconocen
como alimento, por ejemplo,
derivados del almidón. Estos grupos
moleculares son rápidamente consumidos
por los microorganismos, lo que deja expuesto
el material fragmentado acelerando
su incorporación al ambiente.
to de troncos que flotan ordenados y se
desplazan libremente sobre la corriente en
un río. Los cristales líquidos poliméricos
son plásticos que pueden modificar su
arreglo al contacto con luz, calor o electricidad.
El efecto de esto puede ser un
cambio de color, propiedad que se aprovecha
en algunos juguetes, o pasar de ser
un material transparente a uno completamente
opaco, ideal para ventanas “inteligentes”
en las que puede controlarse el
paso de la luz con un interruptor de corriente.
Desde la aparición en el mercado de
los primeros plásticos se pensó que todos
estos materiales eran aislantes (es decir,
que no conducían la electricidad). Aunque
esto es cierto en la mayoría de los
casos, se han desarrollado los llamados
“metales sintéticos” que son plásticos conductores
que semejan propiedades metálicas
a pesar de que no contienen ni un
átomo metálico. Estos pocos ejemplos
muestran que las posibilidades de aplicación
de los plásticos son muy grandes.
Además, estos materiales sintéticos se
pueden producir en su totalidad a partir
del petróleo.
Nadie es perfecto
A pesar de que la durabilidad de los plásticos
se consideró en un principio como
una de sus cualidades más apreciadas,
actualmente es esa misma propiedad la
que ha provocado uno de los problemas
mas graves de contaminación en el ambiente.
Al contrario de lo que muchos
creen, los plásticos sí se degradan, pero el
periodo de degradación puede ser muy
largo, en algunos casos de más de 300
años, por lo que tienden a acumularse (se
invita al lector a determinar experimentalmente
el tiempo que toma a una manzana
reintegrarse, por ejemplo, a la tierra
en una maceta). El problema se agrava en
la medida en que aumenta el número de
artículos desechables elaborados con plásticos;
se estima que alrededor de un 30%
de los millones de toneladas de residuos
sólidos generados son plásticos.
El mar es especialmente sensible a este
problema: algunas de las corrientes marinas
más importantes están “marcadas” con
bolsas y otros artículos de plástico que flotan
siguiendo su curso. Peor aún, frecuentemente
animales marinos confunden los
desechos plásticos con alimentos y los
ingieren, también es común que los animales
queden inmovilizados por restos de
plásticos y mueran. La acumulación de
este tipo de desechos afecta especialmente
a las zonas ártica y antártica, donde
además la vida media de los plásticos se
prolonga por las bajas temperaturas.
La ciencia y la tecnología han buscado
resolver el problema de acumulación
de residuos plásticos a través de dos rutas:
el reciclaje y la biodegradabilidad. Las
propiedades tan diversas que pueden tener
los plásticos hacen que su reciclaje sea
más complicado que el del papel, el vidrio
o los metales. Actualmente sólo se
recicla alrededor del 1% del total de desechos
plásticos. La industria de los plás-
Los códigos resultan útiles para separar
los desechos plásticos y tomar una
decisión respecto a la técnica de
reciclaje a emplear.
1
2
3
4
5
6 PoliestirenoEspuma 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
Foto: Dante Bucio
2 comentarios
Anónimo -
mariela -
Me interesa porque estoy haciendo mi tesis para la facultad de Diseño Industrial de Mendoza, y es para aplicarlo a juegos de niños.
Agradeceria su respuesta