Autores:
– Acha Torres, Meiyin Evelyn
– Ángeles Quesquén, Billy Bryan
– Cruz Reyes, Rodrigo Darío
– Del Carmen Suarez, Emilio Lucas

1. INTRODUCCIÓN
La contaminación es uno de los problemas ambientales más grandes que afecta a nuestro planeta, por lo que se ha convertido en un tema polémico. Lamentablemente, la mayoría de las personas que no tienen conocimiento acerca del problema arrojan su basura en las playas y los ríos que finalmente acaban desembocando en los océanos, de manera que resulta muy difícil controlarlo. En consecuencia, se han creado diversas islas de grandes cantidades de basura, donde la mayoría está causada por residuos plásticos. Asimismo, esto provoca que muchos mamíferos marinos lo ingieran y pierdan la vida por ello. La situación se ha vuelto muy crítica, debido a que el plástico tiene una característica del material polímero que se demora en deteriorarse, así que ¿cómo podríamos solucionar esta problemática? ¿qué sabemos acerca de los polímeros? Está claro que los plásticos son polímeros. Sin embargo, no todos los polímeros son plásticos. Por ese motivo, el presente artículo tiene como objetivo informar y concientizar al lector sobre los polímeros, su clasificación y, para disminuir su efecto negativo, se ha investigado sobre los distintos usos y aplicaciones que tienen los polímeros, así como los procesos de reciclaje del plástico. Además, se propondrá medidas de concientización a través de las redes enfocándonos a la población juvenil de nuestro país.

 

2. DEFINICIÓN DE POLÍMERO

Según la enciclopedia británica, los polímeros (del griego: πολυς [polys] “mucho” y μερος [meros] “parte” o “segmento”) son sustancias compuestas por grandes moléculas o macromoléculas mediante la unión de enlaces covalentes de una o más unidades simples llamadas monómeros (1995). Asimismo, la reacción que realizan los monómeros para formar el polímero se llama polimerización. Por lo tanto, un polímero resulta ser un compuesto orgánico, cuyo origen puede ser natural o sintético.

3. ESTRUCTURA
Para analizar la estructura del polímero, se basó en el libro Tecnología de Polímeros (Beltrán y Marcilla 2012: 5-16). En la estructura de un polímero se considera en dos niveles: físico y químico. La estructura física estudia el ordenamiento de unas moléculas respecto a otras y la estructura química la construcción de la molécula individual.

3.1 FÍSICA:
3.1.1. Estado amorfo y estado cristalino: Estos términos normalmente se usan para indicar el estado de la región de un polímero. Si está desordenado, será amorfo; por el contrario, si está ordenado, estará en estado cristalino. Los polímeros sólidos pueden ser completamente amorfos, otros son semicristalinos y, bajo ciertas condiciones, pueden ser amorfos o semicristalinos. Cabe resaltar que se utiliza el término cristalino; sin embargo, no hay polímero enteramente cristalino. El siguiente esquema muestra algunos de estos estados:

3.1.2. Temperatura de transición vítrea y temperatura de fusión: La temperatura de transición vítrea (Tg) es la temperatura a la que se da una pseudotransición termodinámica en materiales vítreos. Todos los polímeros termoplásticos presentan una Tg sin importar que sus estados sean amorfos o semicristalinos. Los polímeros amorfos al calentarse presentan solamente una transición, la Tg. Los polímeros semicristalinos presentan dos: la Tg y la temperatura de fusión de los cristales (Tm). Sí existe, siempre y cuando sea más baja que la temperatura de fusión, Tm, del estado cristalino del polímero. En la siguiente tabla nos muestra algunas temperaturas de fusión vítrea y de fusión de polímeros conocidos:

3.2. QUÍMICA:
3.2.1 Tipo de átomos en la cadena principal y sustituyentes: En un polímero, la unión entre monómeros se efectúa mediante enlaces covalentes. Asimismo, las fuerzas responsables de la unión están fuertemente condicionadas por las características de los átomos y de los sustituyentes de la cadena principal. Además, la polaridad y el volumen de estos átomos afectarán especialmente a las fuerzas de cohesión entre cadenas que, a su vez, permitirán hallar la flexibilidad del material, temperatura de transición vítrea, temperatura de fusión, capacidad de cristalización y entre otras propiedades.

3.2.2 Peso molecular y su distribución: Los polímeros presentan un peso molecular muy elevado, ya que concentran una gran cantidad y variedad de moléculas. Gracias a este peso excesivo, estos presentan propiedades como la resistencia mecánica, la elasticidad de los cauchos, la temperatura de transición vítrea de plásticos amorfos o la temperatura de fusión de fibras y materiales semicristalinos.

4. CLASIFICACIÓN
4.1. SEGÚN SU ORIGEN
4.1.1. POLÍMEROS NATURALES: Los polímeros naturales, también llamados biopolímeros, son los que provienen del entorno (Gómez 2020:43); es decir, su existencia no depende de la intervención del hombre. Entre ellos podemos encontrar los siguientes: las cadenas de ADN, las proteínas, la celulosa, los almidones y entre otros.

4.1.2. POLÍMEROS SEMISINTÉTICOS: Son el resultado que se obtiene al transformar polímeros naturales mediante procesos químicos. Entre ellos pueden resaltan los siguientes: caucho vulcanizado, nitrocelulosa, etonita, etc.

4.1.3. POLÍMEROS SINTÉTICOS: Los polímeros artificiales son creados por el hombre mediante la manipulación de monómeros orgánicos (Gómez 2020:43). Algunos ejemplos son el teflón, el nylon, el polietileno y el cloruro de polivinilo (PVC).

4.2. SEGÚN SU ESTRUCTURA
4.2.1. LINEALES: Los polímeros lineales pueden presentar una estructura larga o, en algunos casos, forma de ovillos, ya que los monómeros se enlazan entre sí formando una cadena carbonada continua.

4.2.2. RAMIFICADOS: Estos polímeros tienen ramificaciones laterales en su cadena principal; de esa manera, se puede unir algún monómero por más sitios. Estos pueden ser obtenidos en procesos de polimerización por etapas o en cadena. La presencia de ramificadores puede significar la disminución en la cristalinidad, ya que no se pueden adaptar en las redes cristalinas. Además, son menos solubles a comparación de los lineales (López 2004: 15).

4.2.3. ENTRECRUZADOS: Estos polímeros presentan cadenas lineales adyacentes y laterales que se unen con enlaces covalentes. El nivel de entrecruzamiento de las macromoléculas afectará de forma decisiva al comportamiento del polímero; es decir, si un termoplástico posee muchos entrecruzamientos, tendrá mayor viscosidad que otro con menor número de entrecruzamiento (Fombuena, Fenollar y Montañés 2016: 6).

4.2.4. RETICULADOS: Estos polímeros son una combinación, porque presentan cadenas ramificadas entrecruzadas que forman una retícula tridimensional, por lo que es constituido por una macromolécula. Además, no se puede disolver, solo puede generar gel (Predebon 2005: 44).

4.3. SEGÚN SU COMPORTAMIENTO TÉRMICO
4.3.1. TERMOPLÁSTICOS: Son polímeros que se funden a altas temperaturas y solidifican a bajas temperaturas; es decir, son polímeros que se pueden volver a moldear (Brown 2014: 458).

4.3.2. ELASTÓMEROS: Son polímeros que pueden ser deformados; sin embargo, si se elimina el agente que causó su alteración, este puede retornar a su figura (Brown 2014: 458).

4.3.3. TERMOESTABLES: Son polímeros que al someterse a temperaturas altas, se descomponen químicamente, por ello no se moldean fácilmente. Sin embargo, estos polímeros son moldeables a través de procesos químicos irreversibles (Brown 2014: 458).

4.4. SEGÚN LA UNIÓN DE SUS MONÓMEROS

Las moléculas que se combinan para formar los polímeros se denominan monómeros; de esa manera, los polímeros se pueden clasificar según la unión de sus monómeros en los siguientes:
4.4.1. HOMOPOLÍMEROS: Cuando un polímero se forma por la unión de un único monómero, se denomina homopolímero. El teflón o politetrafluoroetileno y el policloruro de vinilo (PVC) son ejemplos de este grupo.

4.4.2. COPOLÍMEROS: Es el resultado de un proceso de polimerización en el que se utilizan dos o más monómeros químicamente diferentes. La estructura química de los copolímeros es lógicamente mucho más compleja que la de los polímeros, pues al estar formados por más de un monómero, pueden variar además en su composición y en la longitud de secuencia, lo cual condiciona las propiedades finales (Beltrán y Marcilla 2012: 10). Además, dependiendo del orden en que se distribuyan los dos monómeros en la estructura, existen los siguientes copolímeros:
● Copolímero alternado: Los monómeros se repiten uno a continuación del otro.
● Copolímero en bloque: Los monómeros de un mismo tipo están agrupados en la zona de la molécula, al igual que el otro tipo de monómeros. Un ejemplo es el ABS, copolímero de bloque formado por secuencias de acrilonitrilo, butadieno y estireno.
● Copolímero al azar: No existe ningún orden en la repetición de monómeros. Un ejemplo típico de copolímero al azar es el SAN (estireno-acrilonitrilo).
● Copolímero de injerto: Son copolímeros segmentados con una cadena lineal principal de un tipo de polímero y distribuidos al azar, injertos o ramas de otro. El HIPS (poliestireno de alto impacto) es un copolímero de injerto que consta de una cadena principal de poliestireno y cadenas de polibutadieno injertadas.

Los copolímeros son útiles porque combinan las propiedades de ambos monómeros en una misma estructura. Por ejemplo, el caucho estireno butadieno (abreviado SBR o también SBS) donde se combina la elasticidad y la durabilidad de ambos componentes. Se utiliza este copolímero en la fabricación de suelas de zapatillas (Cedrón, Landa y Robles, 2011).

5. TIPOS DE POLIMERIZACIÓN

En 1929, Wallace Hume Carothers clasificó los tipos de polimerización por adición y por condensación, apoyándose en la comparación de los monómeros formados con la fórmula molecular de los polímeros (López 2004: 6).

5.1. POR ADICIÓN: En este proceso de polimerización, un catalizador separa las uniones originales en los monómeros para que se unan con otros hasta que la reacción sea completada (Blandón 2013: 17). Por ejemplo, los derivados de los monómeros insaturados de vinilo:

5.2. POR CONDENSACIÓN: En este proceso de polimerización, la fórmula molecular de la unidad repetitiva de la cadena de polímero no presenta átomos en el monómero del que está formado. Por lo tanto, dicha reacción forma una molécula de baja masa molecular. Por ejemplo, las reacciones entre monómeros bifuncionales con la eliminación de agua de un poliéster:

En 1953, Paul Flory corrigió la distinción original de Carothers haciendo énfasis en los mecanismos por los que se formaron, en tipos de polimerización por reacciones en cadena y por etapas (Billmeyer 1975: 259).

5.3. POR REACCIONES EN CADENA: Este proceso de polimerización se desarrolla mediante un agente iniciador, el cual reacciona con un monómero para que se junte con una cadena en crecimiento. Por lo tanto, la concentración del monómero va disminuyendo en el transcurso de la reacción. Además, el mecanismo de polimerización consta de tres etapas: iniciación, propagación y terminación. Se puede dividir en radical e iónica referente a su iniciador.

5.3.1. POLIMERIZACIÓN RADICAL: Las partículas reactivas son radicales libres. Por ejemplo, los monómeros vinílicos que presentan doble enlace generan radicales libres al momento de polimerizar cuando aparecen peróxidos (López 2004: 15).

5.3.2. POLIMERIZACIÓN IÓNICA: Las especies propagantes pueden ser cationes o aniones dependiendo del agente iniciador. Para la polimerización catiónica deben presentar en su estructura grupos que entreguen electrones. Por otro lado, se realizará la polimerización aniónica si la estructura tiene grupos atractores de electrones (López 2004: 20).

5.4. POR ETAPAS: La reacción se puede dar en grupos funcionales, donde el peso molecular del polietileno aumenta progresivamente en tiempos largos, esto se debe a la desaparición de monómeros y la aparición de oligómeros que reacciones entre sí formando múltiples enlaces (Blandón 2013: 17). Por ejemplo, las poliamidas, poliésteres, policarbonatos y poliuretanos.

6. USOS Y APLICACIONES
6.1. CONDUCTORES ELÉCTRICOS: Los polímeros inherentemente conductores (ICP) se encuentran al manipular su estructura química de tal forma que los electrones pueden fluir libremente. Esto es lo que permite que se lleve a cabo la conducción por parte de un material. Además, la conducción en los materiales se logra a partir del movimiento libre de los electrones dentro del mismo.

6.2. SUSTITUTO DEL VIDRIO: El policarbonato también conocido por sus siglas “PC” presenta una gran resistencia al impacto; además, cuenta con propiedades ópticas. Es empleado en los cascos, vidrios para ventanas, lunas para lentes, esferas para postes la luz (arbotantes) y escudos de protección para las fuerzas de policía.

6.3. INDUSTRIA MOTRIZ: Las resinas de poliéster reforzado (GFRP o GRP) son altamente resistentes contra los químicos y la corrosión. Además, sirven para la fabricación de partes de los autobuses, furgones, máquinas agrícolas, campers y vagones de ferrocarril. Existen numerosos empleos que van desde los botones a los trineos hasta los aislantes eléctricos. Por ejemplo, algunos artistas utilizan las resinas de poliéster para sus esculturas.

6.4. ACCESORIOS Y MUEBLES DOMÉSTICOS: Los poliuretanos (PU) se utilizan en forma flexible para fabricar cojines, colchones, muebles y revestimientos de tejidos. Pueden sustituir el cuero y la madera en la fabricación de revestimientos. Además, su principal fabricación es la espuma.

7. RECICLAJE
Esta acción trata de separar los residuos plásticos del resto de las basuras para poder utilizarlos de nuevo, ya sea con la misma función que tenían antes o con una nueva. También, para poder llevar a cabo este trabajo es fundamental la colaboración ciudadana al momento de separar selectivamente la basura (Beltrán y Marcilla, 2012).
Dadas las propiedades de los polímeros, en especial, de los que se usan a diario, estos pueden ser reutilizados. De esta manera, las bolsas plásticas (polietileno), botellas de gaseosa (polietilentereftalato) o tubos plásticos (policloruro de vinilo) pueden ser reutilizados. Para ello, es necesario identificar el tipo de polímero con el que se cuenta. Por ese motivo, se ha creado a nivel internacional una codificación para cada uno de los diferentes tipos de plásticos más comunes, como se mostrará a continuación:

● Polietilentereftalato (PET): botellas de plásticos
● Polietileno de alta densidad (HDPE): botellas de plástico más rígidas
● Policloruro de vinilo (PVC): tuberías
● Polietileno de baja densidad (LDPE): bolsas plásticas
● Polipropileno (PP): plásticos resistentes al calor
● Poliestireno (PS): materiales aislantes como el Tecnopor
● Otros polímeros domésticos como los discos o gafas de sol se agrupan bajo el nombre de “otros” y el número 7.
Cuanto más bajo sea el número indicado, mayor será la facilidad con que el material puede reciclarse. Además, existen distintos procesos de reciclaje en función de los distintos plásticos que se presentan. Entre los principales sistemas de reciclaje están los dos siguientes:

7.1. RECICLAJE MECÁNICO: Consiste en cortar las piezas de plástico en pequeños granos para posteriormente tratarlos. En este proceso, se trabaja con macromoléculas de los polímeros. Este sistema de reciclaje cuenta con las siguientes etapas:
● Limpieza: Una vez que los plásticos llegan a la empresa recicladora son acondicionados para obtener una materia prima adecuada sin suciedad o sustancias que puedan dañar tanto a las máquinas como al producto final.
● Clasificación: Se deben separar los tipos de plásticos antes de transformarlos, sobre todo en el caso de los que provienen de la industria.
● Trituración: Se lleva a cabo cuando los materiales no han sido triturados anteriormente.
● Lavado: En tanque de gran tamaño se lavan los granos de plástico para eliminar cualquier tipo de suciedad o impureza.
● Granceado: Los residuos de plástico se suelen vender en forma de granza, pero si esto no sucede se deben convertir a granza para poder introducirlos en los equipos de reciclaje.
● Extrusión: Consiste en someter a presión al material fundido para hacerlo pasar a través de una matriz. Asimismo, las materias primas se introducen en forma sólida y dentro de la máquina extrusora se funden y se homogenizan.
● Inyección: Se da la inyección del material fundido dentro de un molde frío cerrado, en el cual el material se enfría y solidifica tomando la forma deseada.
● Soplado: Técnica utilizada para la obtención de piezas huecas que consiste en fundir el material e introducirlo dentro de un molde. Posteriormente, se le inyecta aire en el interior de forma que el material quede alrededor de las paredes en forma de tubo y al enfriarse quede con dicha forma.
● Compresión: Actualmente, se utiliza sobre todo para plásticos termoestables. Esta técnica consiste en colocar el material en un molde y, a su vez, colocar el molde en una prensa donde el material se somete a una elevada presión y adopta la forma deseada.
● Transferencia: Método considerado mejor que la técnica de compresión. Consiste en la introducción de materia prima a gran presión dentro de un molde gracias a un pistón.
● Calandrado: Técnica muy utilizada para la producción de láminas y películas del espesor deseado. Consiste en la introducción de materia prima en el interior de una máquina que contiene varios rodillos, por lo que la materia se va desplazando entre los huecos que existen entre los rodillos reduciéndose su espesor.

7.2. RECICLAJE QUÍMICO: Se basa en degradar los materiales plásticos mediante calor o con catalizadores hasta tal punto que se rompan las macromoléculas y queden solamente moléculas sencillas (monómeros), a partir de las cuales se podría conseguir otros tipos de plásticos o combustibles. Entre las técnicas más representativas encontramos las siguientes:
● Gasificación: Con este proceso se obtiene gas de síntesis (CO y H2O) que es un gas combustible utilizado con frecuencia en la industria metalúrgica.
● Pirólisis: Se utiliza para materiales plásticos como el PP y PS, pero también para mezclas de plásticos difíciles de separar.
● Hidrogenación: Consiste en la aplicación de energía térmica a los materiales plásticos en presencia de hidrógeno para dar lugar a combustibles líquidos.
● Cracking: Consiste en la ruptura de moléculas mediante el uso de catalizadores obteniéndose cadenas de hidrocarburos de diversas longitudes que se pueden utilizar como combustibles.
● Disolventes: Mediante estos compuestos se pueden separar mezclas de plásticos difíciles de separar por otras técnicas.
Finalmente, un método más que menciona Blandón (2013) es el siguiente:

7.3. RECICLAJE TÉRMICO: Este proceso es especialmente adecuado para plásticos degradados o sucios. Además, está basado en la exposición del polímero a diversas variaciones de temperatura. Es el tipo de reciclaje en el cual no intervienen directamente agentes mecánicos y químicos en el proceso principal de reciclaje. Sin embargo, es necesario tomar en cuenta que el producto de la combustión y de la degradación de los materiales plásticos podrían emitirse a la atmósfera sustancias contaminantes. Afortunadamente, se ha avanzado mucho en el desarrollo de tecnologías que permiten el control de las emisiones gaseosas que podrían contaminar la atmósfera.

8. POSTURA FRENTE A LA PROBLEMÁTICA

En los últimos años, el nivel de contaminación de los océanos por los residuos plásticos ha ido incrementando amenazando la vida de muchos mamíferos. Según datos del Programa de Naciones Unidas para el Medio Ambiente, 8 millones de toneladas de residuos plásticos acaban en mares y océanos cada año. Asimismo, estos plásticos acaban convirtiéndose en microplásticos y los pequeños seres que habitan en las profundidades los ingieren provocando que entre en la cadena alimenticia hasta llegar a poner en riesgo la salud de las personas.

A pesar de que existan muchas organizaciones y acuerdos para detener la contaminación, el problema no se solucionará completamente hasta que todas las personas estén conscientes de las consecuencias que provocan los residuos plásticos y tengan conocimiento acerca de dónde provienen y cómo poder reducir el impacto. Por esa razón, queremos concientizar especialmente a la población juvenil del país a través de las redes con las siguientes propuestas:

1. Crear una página en las redes sociales como Instagram o Facebook en la cual se publicará diaria o interdiariamente información acerca de la problemática de los plásticos y su impacto en los océanos. Una de las informaciones que se van a brindar mediante infografías o vídeos dinámicos es la diferencia sobre los tipos de residuos de plásticos que desembocan en los océanos, ya que cada tipo de plástico presenta un proceso de reciclaje diferente como mecánico, químico o térmico, debido a que cada uno cuenta con propiedades específicas y particulares. De esta manera, la población juvenil se interesará sobre el reciclaje y pondrá a prueba sus nuevos conocimientos; asimismo, informarles las consecuencias que los residuos provocan a los mamíferos marinos.
2. Organizar concursos virtuales en donde se incentivará a que los jóvenes puedan exponer su proyecto acerca de cómo ayudar en el cuidado del medio ambiente enfocándose en los océanos. De este modo, se premiará a aquellos que presenten las mejores ideas innovadoras que puedan tener un gran impacto positivo. Finalmente, financiar la idea del ganador con la ayuda de patrocinadores para poder poner el proyecto en práctica.
3. Brindar charlas virtuales desarrolladas por ingenieros ambientales apoyándonos en los docentes de la universidad. Estas charlas van a tener un énfasis en el correcto uso y aplicación de los polímeros; por ejemplo, el uso de los polímeros como conductores eléctricos en reemplazo de los metales o el uso del policarbonato en reemplazo del plástico común y del vidrio en fines ópticos. Para desarrollar estas charlas, se propone los jueves culturales con la finalidad de captar la mayor aceptación juvenil e informar a los estudiantes de estos beneficios.

9. REFERENCIAS

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2004      Ciencia de los polímeros. Segunda edición. Barcelona: Editorial Reverté. Consulta: 07 de mayo de 2021.
https://books.google.es/books?id=Fe0FEAAAQBAJ&lpg=PR1&hl=es&pg=PR4#v=onepage&q&f=true

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2013      Evaluación del Proceso de Reciclaje de Polímeros Matagalpa 2012 [monografía]. Consulta: 07 de mayo de 2021.
https://repositorio.unan.edu.ni/7043/1/6563.pdf

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