De los polímeros

De los polímeros

Fue Jöns Jacob Berzelius quien acuñase el término polímero (que significa “muchas partes”) en 1830 para referirse a sustancias como el etileno (C2H4) y el butileno (C4H8) que compartían la misma fórmula empírica reducida (CH2) pero cuyas fórmulas moleculares eran múltiplos de ésta (CnH2n).

Los polímeros naturales como el almidón, la celulosa, las proteínas o el caucho se conocían empíricamente desde siglos atrás pero hasta el siglo XX no se consideró que pudiesen pertenecer a la categoría creada por Berzelius. Todavía en 1920 los químicos creían que estas sustancias eran pequeñas moléculas asociadas débilmente entre sí formando suspensiones coloidales, de hecho, los análisis químicos confirmaban repetidamente la existencia de moléculas de bajo peso molecular. Sin embargo, los análisis siempre eran problemáticos ya que estos compuestos no terminaban de formar cristales “limpios” con puntos de fusión definidos, criterios ambos que marcaban la presencia de una sustancia pura y homogénea.

Hermann Staudinger fue quien llegó a la conclusión en los años veinte de que se estaba ante la presencia de macromoléculas que eran polímeros: enormes cadenas moleculares hechas con una sola unidad (el monómero) que se unía consigo misma como los vagones de un tren de carga, quizás por centenares, formando enlaces químicos ordinarios. En los casos del almidón y la celulosa el monómero era un azúcar sencillo, la glucosa; en el de las proteínas, aminoácidos; y para el caucho una molécula llamada isopreno (formalmente, 2-metilbutadieno).

Staudinger apoyó sus afirmaciones no solo en los métodos clásicos de la química orgánica sino también en nuevos métodos físicos, como la ultracentrifugadora, el ultramicroscopio y la difracción de rayos X. Sus argumentos y pruebas habían convencido de la existencia de las macromoléculas a la mayoría de los químicos a mediados de los años treinta.

Incluso sin conocer su estructura molecular, antes de los hallazgos de Staudinger ya se había acumulado una importante cantidad de conocimientos empíricos sobre los polímeros. Así, la nitración de la celulosa alrededor de 1840 llevó a la producción industrial de algodón pólvora o “pólvora sin humo” (nitrocelulosa) en las décadas siguientes. Las mezclas de nitrocelulosa con otros compuestos orgánicos llevaron a la comercialización masiva de los primeros polímeros manufacturados: el colodión (1846) o la xilonita (1869) más conocida como celuloide (1870). El celuloide fue el primer plástico, esto es, un material al que se podía dar forma sin que perdiese propiedades. A pesar de ser inflamable a finales del siglo XIX el celuloide se empleaba regularmente para fabricar peines, cuellos de camisa o películas fotográficas, entre otros productos.

También antes de Staudinger, en 1910, Leo Baekeland produjo el primer polímero plástico completamente sintético a partir de fenol y formaldehído. La baquelita demostró ser muy superior al celuloide en muchas aplicaciones. En las décadas siguientes multitud de nuevos plásticos surgieron de los laboratorios de las empresas : versiones polimerizadas del ácido acrílico, del cloruro de vinilo, del estireno, del etileno y muchos otros monómeros.

Los plásticos no fueron ni mucho menos los únicos polímeros con éxito comercial. Al igual que el celuloide, los rayones (sedas artificiales) datan de finales del XIX y el nailon, una poliamida puramente sintética, creó una revolución comercial por sí mismo en los años cuarenta del siglo XX: el producto desarrollado por William Carothers en los laboratorios DuPont encontró aplicación tanto en cepillos de dientes y medias como en paracaídas, neumáticos, tornillos o cuerdas de guitarra. Otras fibras sintéticas como el orlón (acrílica) o el dacrón (algodón artificial) suministraron nuevos materiales para la industria textil. La polivalencia de algunos polímeros queda reflejada en el dacrón (tereftalato de polietileno, PET por sus siglas en inglés), actualmente muy popular como envase, especialmente en forma de botellas de aguas y refrescos.

Las capacidades técnicas de los polímeros y su impacto económico hizo que los laboratorios de investigación se convirtiesen poco menos que en cuestión de estado. El éxito de los vehículos a motor provocó que las naciones desarrolladas se viesen incómodamente dependientes de los suministros de caucho procedentes de determinados países tropicales en la órbita de naciones no siempre consideradas amigas. Este problema fue evidente para todos los contendientes, especialmente Alemania, durante la Primera Guerra Mundial.

Para 1930 DuPont había comprado la patente de un producto desarrollado por Julius Nieuwland en la Universidad de Notre Dame, y en 1931 William Carothers lo había convertido en un producto comercializable con la marca DuPrene, aunque con poco éxito; rebautizado como neopreno, pasó a formar parte del catálogo de “ingredientes” de la compañía. En 1935 científicos alemanes de I.G. Farben preparaban un caucho sintético, caucho buna, que era un copolímero (cadenas de dos monómeros alternados) de estireno-butadieno; los Estados Unidos fabricaron cantidades ingentes de este tipo de caucho sintético para uso militar. Con todo la primera planta de caucho sintético fue la SC-1 (синтетического каучука – 1) soviética, erigida en 1932 dentro del primer plan quinquenal de Stalin, para la producción de polibutadieno, un caucho sintético desarrollado por Sergéi Vasílievich Lébedev y que fue el primero producido en masa. Todos estos productos demostraron su valor estratégico durante la Segunda Guerra Mundial.

Hoy día los polímeros están presentes en todos los aspectos de la vida diaria. Y lo estarán aun más en el futuro con cada vez más aplicaciones y nuevas propiedades: como símbolo, las impresoras 3-D, expresión de la personalización e individualización de la producción industrial a la que tendemos, simplemente depositan capas de polímeros.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

 

Esta entrada participa en el XLIII Carnaval de Química alojado en el blog La Ciencia de la vida de @biogeocarlos.

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