Apuntes de ciencia, Miguel Carreras

En la era del plástico

En la era del plástico

Económico, resistente, ligero, fantástico, desmontable, transportable, ventajoso: no se pierda el clasicismo portentoso de nuestro Partenón de plástico.

( David Jou. Escrituras del universo. Poema Plástico.)

Es asombrosa la cantidad de materiales plásticos que nos acompañan en la actualidad en nuestra vida cotidiana. Vaya por delante una somera enumeración de ejemplos: alzacuellos, arte, automoción, bolígrafos, bolas, bolsas, botiquines, botes, botellas, carpintería,  catéteres, construcciones,  contenedores, discos,  diseño, envases, estatuas, herramientas, impermeables, jardineras, juguetes, menaje, monturas de gafas, palancas, piezas industriales,  preservativos, prótesis, pulseras, recubrimientos, rinoplastias, sondas terapeúticas, teclas de piano, tuppers, zapatos …y seguramente se podrían completar todas las letras del alfabeto.

La aparición del celuloide- primer plástico triunfante- en la segunda mitad del siglo XIX, produjo fascinación entre la gente y se pensó que se iniciaba una nueva época para la industria química. Hoy, con los plásticos modernos, parece un tema aburrido por lo corriente, pero se ha llegado a decir que nos encontramos en la era del plástico.

Los plásticos cambiaron la apariencia del mundo en el pasado siglo y lo seguirán cambiando en el XXI, gracias a la fortuna de un experimento y/o a la imaginación de los químicos. El premio Nobel de Química Alexander R. Todd,  respondiendo a la pregunta de cuál era,  en su opinión, la gran  aportación de la Química a  la sociedad, destacó a los polímeros, comúnmente denominados plásticos, como la mayor contribución a nuestro bienestar cotidiano.

Staudinger, Hermann (1881-1965)

Hermann Staudinger

La potente eclosión se produjo con  el estudio profundo de las macromoléculas- término acuñado  por el Nobel Hermann Staudinger en un artículo publicado en la revista Helvetia Chimica Acta en 1922- que desembocó en la gran variedad actual de fibras textiles y materiales plásticos.

Breve historia.

Tal vez el primer “plástico” de la historia fue la laca, que ya se utilizaba en China en tiempos inmemoriales. Mucho después vendría el caucho natural, obtenido del látex que segrega la planta tropical hevea brasiliensis, mejorado por Charles Goodyear al vulcanizarlo, calentándolo con azufre.

Un  acontecimiento de interés fue la intuición en 1736 por parte de Charles Marie de la Condamine, en Perú, de las posibilidades de la  savia del caucho, pero  para muchos el origen de la industria del plástico es treinta años después, cuando el químico inglés Alexander Parkas descubrió la piroxilina.

Se considera, como se ha dicho, uno de los primeros plásticos modernos al celuloide, que se extraía de la celulosa y  en 1845 fue  obtenido como  nitrato de  celulosa  por Christian Schönhein haciendo reaccionar ácido nítrico y sulfúrico concentrado con algodón. Al principio era un riesgo su manejo por ser inflamable y con tendencia a explosionar. Veinte años después John W.Hyatt le dio el nombre de celuloide  y a día de hoy todavía se sigue utilizando.

El caucho natural, químicamente un derivado del isopreno,  se convirtió en material estratégico y su demanda fomentó la investigación, con la participación de químicos como Georges Bouchardat y, especialmente  Fritz Hofmann. Este último, a principios del siglo XX, demostró que a partir de butadieno se podían obtener polímeros de propiedades similares al caucho.

Adolf von Baeyer obtuvo plástico en 1872 a partir de formaldehido y fenol. En los primeros años del pasado siglo Leo H.Baekeland introduce  el primer plástico termoestable, la bakelita, y casi simultáneamente Staudinger,  establece los fundamentos científicos de la moderna industria de los plásticos. En 1909 se concede a la empresa Bayer la primera patente para producir caucho sintético por polimerización del 2,3 dimetilbutadieno.

El PVC se descubrió en 1913 y, más de treinta años después,  Walter Ripper desarrolló un método para fabricar metacrilato, base del plexiglás. Más o menos en ese tiempo aparecen las poliamidas, el poliéster y  polietileno y polipropileno. El desarrollo de las técnicas del poliéster con fibra de vidrio en USA en la década de los cuarenta del pasado siglo propició la entrada del plástico en la industria del automóvil y poco después aparece en Francia el primer vehículo con tablero de instrumentos de poliamida inyectada, revestida con fibra de vidrio y poliéster.

Es obligado mencionar en los orígenes a Karl Ziegler y Giulio Natta, ambos premios Nobel, que, utilizando catalizadores de trietilaluminio y tetracloruro de titanio, obtuvieron polipropileno y  polietileno a la presión atmosférica y temperatura ambiente, lo que permitió la fabricación más competitiva a gran escala de una amplia gama de materiales plásticos de muy diversas prestaciones.

Un poco de Química.

Según la IUPAC, un polímero es una macromolécula formada esencialmente por la repetición múltiple de unidades derivadas de otras moléculas de masa molecular más pequeña denominadas monómeros, mediante el proceso de polimerización. Y en una aproximación se puede decir que los plásticos son altos polímeros, generalmente sintéticos, mezclados con agentes reforzantes, colorantes y de otro tipo, que pueden tomar forma o moldearse por calor o presión

La versatilidad, la facilidad de moldearse, su poco peso, su baja conductividad y el bajo coste de producción son algunas de las razones por las que los materiales plásticos han acabado por reemplazar ventajosamente a otros materiales clásicos.

Fabrica de plásticos-moldes de inyección

Fábrica de plásticos. Moldes de inyección

No es tarea fácil la identificación de los distintos tipos de plásticos, por existir miles de marcas comerciales. Una forma de clasificarlos es por su comportamiento frente al calor y su capacidad de moldeado, que tiene relación con la estructura y fuerzas de enlace. Y así se distinguen tres grupos: termoplásticos, termoestables y elastómeros.

La composición y la disposición de los monómeros condicionan las propiedades del plástico. Lo más sencillo es la unión de un monómero tras otro formando cadenas lineales. Pero sucede que esas cadenas se pueden replegar uniéndose por fuerzas de van der Waals. Si se ramifican irregularmente se denominan “amorfos” y si hay cierto orden, “cristalinos”. En el grupo de estos últimos están los termoplásticos , que pueden fundir y cambiar su forma por el calor. Si las cadenas se unen por covalencia entre grupos funcionales se produce un entrecruzamiento que dificulta su movilidad. Pero si esos enlaces permiten cierto desplazamiento de las cadenas y su retorno a su posición inicial estamos ante los elastómeros . Si la retícula formada tiene muchos puntos de unión, cesa la movilidad y ya no se pueden reblandecer al calentar; son los plásticos termoestables, duros, rígidos y difíciles de atacar por disolventes.

Los procedimientos más habituales de obtención por polimerización parten de monómeros con insaturaciones que se autocombinan en determinadas condiciones de temperatura, presión y acción de catalizadores. Si los monómeros son iguales resultan los homopolímeros y si hay material distinto los copolímeros.

En los procesos de policondensación , tras las uniones de los monómeros, se origina la separación de productos secundarios como  amoníaco, agua  o ácido clorhídrico, que hay que eliminar. Además, al contrario que en la polimerización, transcurren lentamente, por lo que se pueden detener y controlar. Así se obtienen termoplásticos y termoestables.

Las reacciones de poliadición se producen al añadir sustancias diferentes a cadenas previas con grupos funcionales factibles de reaccionar. Químicamente se dan migraciones de átomos de un grupo a otro o a dobles enlaces. Un ejemplo de productos obtenidos por este método son los poliuretanos.

En la actualidad se siguen sintetizando nuevos polímeros, procediéndose también a la mezcla de plásticos (híbridos o compuestos), usándose en ocasiones sustancias tradicionales como la madera, el vidrio, el carbón, fibras vegetales y otras.

Problemas no deseados

Los residuos sobrevenidos en los procesos de fabricación tienen el inconveniente de que, en general, no son biodegradables, y en la incineración se generan gases tóxicos no deseables en términos medioambientales. Se ha avanzado en las soluciones, con el almidón y mediante el reciclado mecánico o químico o usando modernas tecnologías de combustión. Pero  aún queda trabajo por hacer.

RESIDUOS PLASTICOS EN PACÍFICO NORTE

Residuos Plásticos en el Pacífico Norte

Algunos restos plásticos fotodegradables se desintegran en trozos pequeños, incluso moleculares, siguiendo como polímeros,  y dan en el mar un aspecto parecido al zooplancton. Son susceptibles de ser digeridos por organismos marinos de las superficies oceánicas, pudiendo entrar en la cadena alimentaria. Este problema es particularmente serio en la zona  del Pacífico.

Por no generalizar nos centraremos en uno de los plásticos más populares y el de mayor producción, tras polietileno y polipropileno: el PVC (Policloruro de vinilo), con múltiples aplicaciones.

Las materias primas para su obtención industrial son el petróleo y la sal común. Se electroliza la sal y se produce cloro, que pasa a clorhídrico, éste se combina con el etileno y después viene la polimerización, con catalizadores, dispersantes y emulsionantes en caliente para evitar la degradación del polímero:

H2 C=CH2 +HCl→H2 C=CHCl→-[CH2 –CHCl]n+ calor

Con el fin de proporcionar flexibilidad se emplean plastificantes(esteres, glicéridos epoxidados..).También hay necesidad de estabilizadores (sales orgánicas de bario, cinc y cadmio), además de pigmentos, lubricantes y, en su caso, espumantes.

Se ha especulado con los peligros del antimonio, que viene usándose desde 1950 como estabilizador, especialmente en el polietilenotereftalato (PET). Presente en algunos envases, a temperaturas superiores a 60ºC, o al someterse a largas exposiciones al sol se lixivia con el agua, pudiéndose liberar. No está suficientemente probada su toxicidad, si bien alguna asociación americana de medio ambiente lo ha incluido, superadas determinadas dosis,  en la lista de precancerígenos.

Los grupos ecologistas han puesto  la diana de sus críticas y movilizaciones, en la formación residual de dioxinas y en la no reciclabilidad de algunos aditivos tóxicos, como los ftalatos, presentes en el DEHP (2-etilhexilftalato), uno de  los plastificadores más utilizados, que originarían serios problemas para el entorno ambiental.

Las empresas químicas y los ecologistas mantienen permanentemente una dura pugna por estas y otras cuestiones y se descalifican, a veces  con inusitada y desmesurada dureza.

Con cierta frecuencia  algunos empresarios arremeten contra el ecologismo, tildándolo de demagogo y alarmista sin fundamento y los ecologistas acusan a los industriales de ahorrar en inversiones verdes por insaciable ansia de beneficios. No cabe duda de que las voces documentadas de los defensores de la naturaleza han sido, son y deberían ser decisivas en la toma de conciencia a la vez medioambiental y social de la población. Ese esfuerzo y la presión social han llevado, especialmente a muchos países del llamado primer mundo, a la promulgación de legislaciones más conservacionistas, si bien hay amplio margen de mejora.  Pero no es menos cierto que se han deslocalizado muchas grandes industrias, particularmente transnacionales,  en la búsqueda en el tercer mundo de algunas naciones con leyes más permisivas y así conseguir mayor rentabilidad.

La dependencia del petróleo y el agotamiento en el futuro de los yacimientos petrolíferos y de los recursos que generan ya han puesto sobre aviso a las industrias productoras de plásticos. La Química ha demostrado históricamente su capacidad de imaginación e innovación y con seguridad logrará fuentes o procedimientos de fabricación o de sustitución de estos materiales por otros  con iguales o mejores prestaciones. En esta tarea se viene trabajando desde hace tiempo y  ya se han conseguido numerosos y espectaculares éxitos, que redundan en el progreso y el bienestar social.

Se podría pensar que algo tan prosaico como el tema que comentamos no puede inspirar a los poetas. Sería una equivocación. Dos prestigiosos científicos, uno catalán, David Jou, con quien iniciamos este artículo, y otro, el premio Nobel de Química 1981, Roald Hoffmann, han dedicado versos a estos materiales. Del  poemario de éste último, Catalista, y su Oligopoema escogemos, para finalizar,  esta estrofa:

En la rauda cadena/desde Sade/ a Ziegler y Natta,/mantenemos/el control; lo queremos/fuerte ( ¿o es/débil?), queremos/teflón, y epóxido,/todo la vez. Últimamente,/de forma morbosa,/hemos deseado/los ya usados/justo para la desunión.

Bibliografía:

-Historia general de las Ciencias. René Tatón. Editorial Orbis. 2000.

– Química Orgánica (Estructura y función). K.Peter Vollhardt y Neil. F. Schore.  Editorial Omega. 2006.

– Moléculas en una exposición. John Emsley. Ediciones Península.2001.

– Los plásticos y la química macromolecular. K. Hamman. 1998.

– Plástico. Un idilio tóxico. Susan Freinkel. Editorial Tusquets. 2012.

– El nacimiento en la era del plástico. Michel Odorf. OBStore Editores 2011.

Miguel Carreras Ezquerra
Asociación Ciencia Viva.

Anuncios

Comentarios

Aún no hay comentarios.

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s

Apuntes de Ciencia Viva

Streaming Ciencia Viva

CON CIENCIA – TVE Aragón

Ciencia Viva en la cárcel

Revista A ciencia cierta.. (2000-09)

Ciencia en Expo Zaragoza

Sonia Fernández Quantum Ergo

David Jou en Quantum Ergo

Mira Quanta (Alberto Galindo)

Manuel Asorey Quantum Ergo

Enter your email address to follow this blog and receive notifications of new posts by email.

Únete a otros 1.661 seguidores

Estadisticas Blog

  • 125,332 visitantes

Premio Casa de las Ciencias 2000

Premio Saviron a M. Carreras

Fotos Premio Saviron 2006

Twitter Ciencia Viva

A %d blogueros les gusta esto: