La Pandemia del Plástico: El impacto de los polímeros y una propuesta de solución

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Integrantes del Grupo:

  • Sofía Micaela Espinoza Vega

  • Tracy Tatiana Rojas Truyenque

  • Gabriel Armando Medina Moran

  • Mónica Almudena Aduvire Valdivia

Introducción:

En los últimos siglos el desarrollo tecnológico y científico ha evolucionado ampliamente en orden de satisfacer necesidades. Un claro ejemplo de esto es el crecimiento en la producción de nuevos materiales, dispositivos, productos, sistemas, etc. Es así como el avance de los polímeros también ha representado un gran avance científico para la humanidad, ya que gracias a las modificaciones de polímeros naturales en el pasado sus propiedades físicas como la dureza y elasticidad han mejorado. En el presente los polímeros se encuentran en continuo uso en la mayor parte de nuestra vida conocidos comúnmente como “plásticos”, de hecho, en los últimos años estos han reemplazado a muchos materiales tradicionales debido a su bajo costo. Sin embargo, estos poseen propiedades como resistencia al calor y desgaste, aspectos que han generado una dificultad al momento de su eliminación y un impacto ambiental negativo.

El objetivo de este estudio es explicar la estructura, formación y clasificación de los polímeros, en orden de analizar y proponer soluciones a las problemáticas que conlleva su uso.

Figura 1. Nota. Tomado de “Covid-19 caused a boom in a single-use plastics. Here’s how to fix it, por B. Aznar, 2021, Wired. https://www.wired.co.uk/article/covid-plastic-waste

Contenido

1.    ¿Qué son los polímeros?

¿Qué es lo que la industria del deporte, la industria automotriz, y la genética tienen en común? La respuesta a tan extraña pregunta se encuentra en la palabra polímeros. Los polímeros, son moléculas extremadamente grandes formadas por la unión covalente de moléculas más pequeñas, denominadas monómeros.

Los átomos que constituyen los polímeros se agrupan en una cadena denominada cadena principal. Esta posee miles de átomos arreglados según un ordenamiento que se “repite indefinidamente”. Los átomos de la cadena suelen estar enlazados a cadenas más pequeñas de átomos denominadas grupos pendientes (Michalovic et al, 1996, 1).  La estructura que se repite es llamada unidad repetitiva o los monómeros mencionados previamente.

1.1  Representación de polímeros

Se suelen representar por medio de una de las unidades repetitivas que las constituyen. Esta se encierra en paréntesis y se coloca el subíndice n con el “número de unidades repetitivas en la cadena polimérica” (Michalovic et al, 1996, 1)

Por ejemplo, el polipropileno, suele ser representado de la presente forma:

Figura 2
Representación en fórmula desarrollada y semidesarrollada del polipropileno. Tomado de Michalovic, M., Anderson, K., Brust, G., Parrish D., Mathias, L. (1996) Conceptos Básicos. PSL. https://pslc.ws/spanish/intro.htm#:~:text=Un%20pol%C3%ADmero%20lineal%20es%20una,peque%C3%B1as%20se%20denominan%20grupos%20pendientes.

1.2 Características de polímeros:

Estudiemos algunas de las características generales de los polímeros para comprender más porqué son tan importantes.

1.2.1 Enredo de cadenas

La forma de las moléculas se debe a la rotación alrededor de todos sus enlaces.  Dado que cada monómero rota aleatoriamente, la cadena cambia su dirección de forma continua (Silberberg y Ameteis, 2018,p.517) Por ello, generalmente, la cadena polimérica es flexible provocando que se tuerca o envuelva entre sí. Las moléculas del polímero forman una “enorme maraña enredada” (Michalovic et al, 1996, 1) cuya forma final se ve afectada por las fuerzas intermoleculares entre los monómeros, entre las cadenas y/o entre la cadena y el solvente (Silberberg y Ameteis, 2018,p. 518)

Es por ello que, cuando los polímeros permanecen en estado sólido, las cadenas se encuentran “tan enrolladas que es difícil desarrollarlas”, dando un indicio del porqué muchos polímeros son tan fuertes (Michalovic et al, 1996, 1)

1.2.2 Escala de Tiempo de Movimiento

Dado que las moléculas pequeñas dentro del polímero se encuentran unidas, estas se mueven menos rápido y caóticamente que cuando están libres. Por ello, al disolver un polímero en un solvente, “la solución resultará mucho más viscosa que el solvente puro” (Michalovic et al, 1996, 1)

2. Estructura química: Arquitectura molecular de los polímeros

Los polímeros pueden contar con diversos tipos de estructuras químicas; desde arquitecturas simples hasta extremadamente complejas. Ello permite, como se mencionará posteriormente, generar un tipo de clasificación.

2.1 Cadena principal:

Los polímeros lineales son aquellos que cuentan con la arquitectura molecular descrita previamente, una cadena principal y algunas cadenas pequeñas. El tamaño de la cadena principal se determina por medio del número de unidades repetitivas (grado de polimerización,n) y por el tamaño de cada unidad repetitiva.

2.2 Ramificaciones

Cuando existen cadenas unidas a la cadena principal de longitud comparable con la de esta, el polímero se encuentra ramificado (Michalovic et al, 1996, 3). A medida que el número de ramas aumenta, la cadena tiene mayores dificultades para agruparse disminuyendo el grado de cristalinidad y haciendo al polímero menos rígido. Asimismo, en algunos casos, puede no existir una cadena principal de modo que las ramas crecen a partir de otras ramas (Michalovic et al, 1996, 3). Así, los monómeros cuentan con tres o más puntos de unión, haciendo que cada uno forme ramificaciones.

2.3 Redes:

Algunas veces, cadenas pendientes se encuentran unidas a las cadenas principales de moléculas poliméricas separadas (Michalovic et al, 1996, 3). Cuando varias cadenas pendientes se encuentran unidas a dos polímeros, las cadenas principales pueden entrelazarse mutuamente formando así un gran retículo.

Los entrecruzamientos actúan como ramas que unen dos cadenas (Silberberg y Ameteis, 2018,p.519). El grado de entrecruzamiento afecta considerablemente sus propiedades: un bajo grado de entrecruzamiento da lugar a polímeros que fluyen a altas temperaturas. A medida que el entrecruzamiento aumenta, al polímero se le dificultará más fluir puesto que se convierte en una sola red.

2.4 Diferencias en secuencias de monómeros

Un homopolímero está constituido por un tipo de polímero mientras que los copolímeros cuentan con dos o más variedades. Los copolímeros en bloque cuentan con la estructura más simple, al abarcar un bloque de monómero A unido a un bloque de monómero B. Si la atracción entre las porciones A y B es más débil que la atracción dentro de cada región, se pueden formar dos estructuras enredadas de cadenas distintas (Silberberg y Ameteis, 2018,p. 520 )

3. Estructura Física:

3.1 Estado cristalino

Si la estructura molecular permite que cadenas se agrupen juntas y grupos pendientes favorezcan las fuerzas intermoleculares, algunas porciones de la cadena pueden alinearse de forma regular y exhibir cristalinidad (Silberberg y Ameteis, 2018, p.518). La porción cristalina de un polímero se encuentra en la lamella. Como estipula Michalovic et al (1996, 2) “La cristalinidad hace que los materiales sean resistentes pero quebradizos”. Algunos polímeros altamente cristalinos son: Polipropileno, Poliestierno sindiotáctico, Nylon, Kevlar y Nomex, Policetonas.

Figura 3
Estructura cristalina de un polímero
Tomado de Odian, George; Principles of Polymerization, 3rd ed., John Wiley & Sons, New York, 1991, p.27.) recuperado de Michalovic, M., Anderson, K., Brust, G., Parrish D., Mathias, L. (1996) Cristalinidad de los Polímeros. PSL. https://www.pslc.ws/spanish/crystal.htm

3.2 Estado amorfo

No obstante, como se ve en la figura, entre las lamellas cristalinas hay regiones sin ordenamiento. A diferencia de estructuras puramente cristalinas, las regiones ordenadas de los polímeros abarcan una parte de una molécula mientras que mayor parte de la cadena se mantiene enredada. Por ello, ningún polímero es totalmente cristalino. Las cadenas o parte de las cadenas que no se encuentran en los cristales no poseen ordenamiento y se denominan estado amorfo. Estas le aportan dureza al polímero: “la habilidad de poder plegarse sin romperse” (Michalovic et al, 1996, 2). El estado desordenado puede ser vitro y gráfico fundido “con la viscosidad característica de un líquido o la elasticidad asociada con un sólido cauchoso” (Castro, 2020, p. 5). Algunos ejemplos de polímeros extremadamente amorfos son: Poli (metil metacrilato), Poliestierno Atáctico, Policarbonato, Polisopreno, Polibutadieno.

Existen dos factores que afectan considerablemente el grado de cristalinidad del polímero:

Estructura polimérica

Si esta es regular y ordenada, el polímero “se empaquetará fácilmente en forma de cristales” (Michalovic et al, 1996, 2). Por ejemplo, el poliestireno sindiotáctico es bastante ordenado al tener grupos fenilo colocados alternativamente. Por el contrario, en el poliestireno atáctico, los grupos fenilo se encuentran al azar haciéndolo altamente amorfo.

Fuerzas intermoleculares

Los polímeros, dado que son macromoléculas, tienen mayor posibilidad de interacción electrostática para ejercer fuerzas intermoleculares. Cuando los grupos polares pueden interactuar con mayor facilidad para formar interacciones intermoleculares, las cadenas se podrán alinear de forma más ordenada favoreciendo la cristalinidad del polímero.

Figura 4
Ejemplo de la influencia de las fuerzas intermoleculares
Tomado de Michalovic, M., Anderson, K., Brust, G., Parrish D., Mathias, L. (1996) Cristalinidad de los Polímeros. PSL. https://www.pslc.ws/spanish/crystal.htm

4.    Clasificación de polímeros

Existen diferentes maneras de clasificar a los polímeros. En este caso, se mencionan las clasificaciones más conocidas. Estas son:

4.1 Por su composición química

4.1.1 Homopolímeros

Estos poseen monómeros idénticos en su composición. Ej: Polietileno, poliacrilonitrilo

4.1.2 Copolímeros

Estos poseen monómeros distintos, y pueden tener hasta 4 combinaciones distintas. Ej: ADN y seda. Dentro de los copolímeros, existen unos cuatro subtipos:

Copolímeros al azar:

Los monómeros no tienen una secuencia específica; más bien, se dice que están ordenados de forma aleatoria o al azar.

Figura 5
Copolímero al azar
Tomado de “Copolímero”. (Diciembre, 2021). https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Copol%C3%ADmero&oldid=140608692

Copolímeros alternados:

En este caso, los monómeros poseen un orden alternado entre uno y otro. De tener un monómero “A” y un monómero “B”, por ejemplo, la secuencia en un copolímero alternado con estos dos monómeros sería ABABABAB.

Figura 6
Copolímero alternado
Tomado de “Copolímero”. (Diciembre, 2021). https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Copol%C3%ADmero&oldid=140608692

Copolímeros en bloques:

En estos, los monómeros pertenecientes a una misma clasificación se agrupan entre sí y se unen a otra agrupación.

Figura 7
Copolímero en bloque
Tomado de “Copolímero”. (Diciembre, 2021). https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Copol%C3%ADmero&oldid=140608692

Copolímeros de injerto:

En este caso se puede observar una cadena principal de la cual crecen ramificaciones de otros polímeros. De aquí viene el nombre “de injerto”.

Figura 8
Copolímero de injerto
Tomado de “Copolímero”. (Diciembre, 2021). https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Copol%C3%ADmero&oldid=140608692

4.2 Por su origen

4.2.1 Naturales:

Son aquellos posibles de encontrar en la naturaleza. Ej: Celulosa, caucho, resinas

4.2.2 Sintéticos:

Son los polímeros creados en un laboratorio o aquellos que son el resultado de procesos industriales. Ej: Nylon, polietileno

Figura 9
Polietileno
Tomado de Aceromafe. (2021). “Qué es y para qué sirve en polietileno en la industria”. https://www.aceromafe.com/que-es-el-polietileno/

4.3 Por su estructura molecular

4.3.1 Lineales:

Poseen largas cadenas de macromoléculas, las cuales no están ramificadas. Ej: Seda, polietileno

4.3.2 Ramificados:

En el caso de los polímeros ramificados, la cadena principal está conectada con otras cadenas, que vendrían a ser las ramificaciones. Por ejemplo, un polímero ramificado es el Kevlar (poliparafenileno tereftalamida), que es una poliamida sintetizada.

Figura 10
Estructura del Kevlar
Tomado de “Nuevas membranas de tejido del nanocompuesto Kevlar: Caracterización de fabricación, y el rendimiento en la separación aceite/agua” (pág. 17), por Y. Zambrano, [Diapositivas de Powerpoint]. https://es.slideshare.net/yormanzambrano/el-kevlar

4.3.3 Entrecruzados:

Las cadenas lineales adyacentes se unen de forma transversal a la cadena principal vía enlaces covalentes. Esto quiere decir que existe una compartición de electrones.

Reticulados (Estructura de red):

En estos polímeros, las ramificaciones se unen a la cadena principal sin importar la dirección a la que apunten. Esta es la principal diferencia entre los polímeros reticulados y los, anteriormente mencionados, polímeros entrecruzados. Un gran ejemplo de dichos polímeros serían los Epoxy.

Estructura en dendritas:

Estos polímeros tienen estructuras abiertas, con una serie de ramificaciones que varían desde ser simétricas y monodispersas — esto último significando que el polímero tiene un tamaño molecular bien definido y único para todas sus cadenas —, hasta ser polidispersas, que significa que sus cadenas moleculares no poseen el mismo grado de polimerización o tamaño.

Son estructuras abiertas con una serie de ramificaciones con enlaces covalentes, que pueden variar desde una disposición simétrica y monodispersa como los dendrímeros hasta una estructura polidispersa como los polímeros hiperramificados. Por ello se pasará a exponer las distintas clases.

Estructura en estrellas:

En la estructura de dichos polímeros, los extremos de “varias cadenas poliméricas se encuentran unidos a un centro común” (Michalovic et al, 1996, 1)

Figura 11
Polímero con estructura de estrella
Tomado de “Modelado de la despolimerización al azar de polímeros lineales” (pág. 7), por G. Rangel. https://www.researchgate.net/figure/Polimero-tipo-estrella_fig2_244988021/actions#reference

4.4 Por su forma de síntesis

4.4.1 Polímeros de adición

Creados por una adición sucesiva de monómeros, los cuales no son saturados. Ej: Polietileno

4.4.2 Polímeros de condensación

Sus enlaces entre macromoléculas son MULTIFUNCIONALES, pero poseen una separación de productos con bajo peso molecular

Se basan en la adición de 2 monómeros distintos a los que se les elimina 1 molécula de ácido, de alcohol o agua. Ej: Nylon y varias proteínas

4.4.3 Poliaductos

Sus enlaces entre macromoléculas son MULTIFUNCIONALES y NO poseen una separación de productos con bajo peso molecular Ej: Resinas

5.    Tipos de polimerización

5.1 Polimerización

Es el proceso químico por el cual, mediante el calor, la luz o un catalizador, se unen varias moléculas de un compuesto para formar una cadena de múltiples eslabones y obtener una macromolécula (polímero). Las polimerizaciones se caracterizan por la obtención de estructuras de alto peso molecular partiendo de materiales de bajo peso molecular.

Los procesos de polimerización fueron clasificados originalmente por Carothers en 1929 como polimerización por condensación y adición, fundamentando la comparación de la fórmula molecular de los polímeros obtenidos con la de los monómeros de los cuales fueron formados. Sin embargo, posteriormente Floryen (1953) proporcionó una nueva base para dividirlos, de acuerdo con el mecanismo de la polimerización, definiéndolos como polimerización en etapas y polimerización en cadena.

Figura 12
Polimerización
Tomado de “Polimerización”, por Mariano, 2013, Tecnología de los Plásticos. https://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2013/07/polimerizacion.html

5.2 Polimerización según su formación:

5.2.1 Polimerización por adición

Este tipo de polimerización se da cuando los monómeros se juntan por medio de los átomos de carbono al núcleo principal del polímero mediante enlaces dobles. En la polimerización por adición los monómeros que forman parte del polímero no pierden átomos. Por ello, este tipo de polimerización no genera subproductos.

Figura 13
Polimerización por adición
Tomado de “Reacciones de polimerización por adición y condensación”, por EDUCAPEDIA, 2020, Curso para la Unam. https://cursoparalaunam.com/reacciones-de-polimerizacion-por-adicion-y-condensacion

5.2.2 Polimerización por condensación

La polimerización por condensación se da cuando en la unión de dos o más monómeros se extrae una molécula de agua ya que los monómeros pierden átomos cuando pasan a formar parte del polímero. En este tipo de polimerización se generan subproductos.

Figura 14
Polimerización por condensación
Tomado de “Reacciones de polimerización por adición y condensación”, por EDUCAPEDIA, 2020, Curso para la Unam. https://cursoparalaunam.com/reacciones-de-polimerizacion-por-adicion-y-condensacion

5.3 Polimerización por mecanismos de crecimiento

5.3.1 Polimerización en cadena:

En este tipo de polimerización se genera una especie reactiva a partir del monómero, la cual participa en una reacción que la consume y que a su vez genera otra especie similar, de modo que cada reacción depende de la formación de una especie reactiva en la reacción anterior.

Las polimerizaciones en cadena constan de tres procesos diferentes:

  • Iniciación: el monómero se activa por la acción de un radical/ion, originado por la descomposición de una molécula de iniciador.
  • Propagación: las moléculas de monómero se unen a los radicales o iones formados en la etapa de iniciación. En este paso se produce el crecimiento del polímero.
  • Terminación: describe la desactivación de las sustancias activas, lo que da lugar al fin de la reacción de polimerización.

Figura 15
Polimerización en CadenTomado de “Mecanismos de polimerización”, por Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco, 2018. http://www.fcn.unp.edu.ar/sitio/fisicoquimica/wp-content/uploads/2018/08/mecanismos-de-polimerizacion.pdf a

Asimismo, se puede clasificar de la siguiente manera, en función de la naturaleza del centro activo que se propaga para formar el polímero:

Polimerización radical

Se emplea para sintetizar polímero a partir de monómeros vinílicos, es decir, pequeñas moléculas conteniendo dobles enlaces carbono-carbono (C=C). Este tipo de polimerización tiene lugar, generalmente, por apertura del doble enlace, lo que origina la formación de un radical libre, generalmente, por combinación con radical libre previamente preformado(R˙), que proviene de la descomposición de un iniciador. La formación de radicales libres depende de fuerzas de alta energía o de la existencia de enlaces covalentes débiles.

Figura 16
Polimerización Radical
Tomado de “Técnicas de polimerización”, por Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco, 2017. http://www.fcn.unp.edu.ar/sitio/fisicoquimica/wp-content/uploads/2017/07/t%C3%A9cnicas-de-polimerizaci%C3%B3n.pdf

Polimerización iónica

Este tipo de polimerización en cadena tiene un funcionamiento bastante parecido al de la polimerización radical. La diferencia es que el radical libre es un ion de carga negativa o positiva. Además, requiere menor cantidad de energía de activación que en la polimerización radical, no depende tanto de la temperatura y la finalización de la reacción ocurre únicamente con la adición de un inhibidor (regulador) ajeno a la reacción.

La polimerización iónica puede clasificarse en aniónica y catiónica. La polimerización catiónica viene dada por centros activos de naturaleza electrofílica, es decir, deficiente en electrones.

Figura 17
Polimerización Catiónica
Tomado de “Mecanismos de polimerización”, por Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco, 2018. http://www.fcn.unp.edu.ar/sitio/fisicoquimica/wp-content/uploads/2018/08/mecanismos-de-polimerizacion.pdf

La polimerización aniónica, a diferencia de la catiónica, cuenta con carbaniones como intermedios de reacción Esta se da cuando en la molécula existen grupos estabilizantes de una carga negativa.

Figura 18
Polimerización Aniónica
Tomado de “Mecanismos de polimerización”, por Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco, 2018. http://www.fcn.unp.edu.ar/sitio/fisicoquimica/wp-content/uploads/2018/08/mecanismos-de-polimerizacion.pdf

5.3.3 Polimerización en etapas:

En la polimerización por crecimiento en etapas, las cadenas en crecimiento pueden reaccionar entre sí para formar cadenas aún más largas. Esto es aplicable a cadenas de todos los tamaños. En una polimerización por crecimiento de cadena sólo los monómeros pueden reaccionar con cadenas en crecimiento. Un ejemplo sería la reacción entre dos monómeros, el cloruro de tereftoilo y el etilenglicol, para formar un poliéster llamado poli(etilen tereftalato) o más comúnmente conocido como PET. Inicialmente reaccionan los dos monómeros para formar un dímero.

Figura 19
Polimerización en etapas
Tomado de “Polimerización”, por Mariano, 2013, Tecnología de los Plásticos. https://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2013/07/polimerizacion.html

6.    Usos y aplicaciones

Los polímeros tienen muchos usos, pues se encuentran en casi todo lo que nos rodea. Entre los más resaltantes se encuentran: ropa, accesorios recreativos, tecnología, entre otros.

6.1 Ropa

Para elaborar dichos productos, se usan polímeros naturales como la lana o el algodón. Asimismo, polímeros artificiales como los poliésteres o el PVC son de suma importancia para su elaboración. Es gracias a dichos materiales que podemos obtener objetos como polos, camisas, casacas y calzado deportivo.

Figura 20
Análisis de un polo deportivo
Tomado de Hive blog. (2020). la química de las camisetas de futbol https://hive.blog/hive-196387/@emiliomoron/la-quimica-de-las-camisetas-de-futbol

6.2  Accesorios recreativos

Para la fabricación de accesorios recreativos como los balones de fútbol se usan polímeros como el poliuretano. Por otro lado, el nylon, un polímero elástico pero muy resistente, es usado en la elaboración de paracaídas, velas de barcos y tiendas de acampar.

Figura 21
Un balón de fútbol
Tomado de escuelapedia.(s.f). la evolucion del balon de futbol
https://www.escuelapedia.com/la-evolucion-del-balon-de-futbol/

6.3  Tecnología

Este es uno de los tópicos más recientes en el uso de los polímeros.  Se pueden apreciar en aparatos de uso cotidiano como las pantallas con los diodos emisores de luz poliméricos (PLED) o tecnología CD. Además, se emplean en invenciones novedosas como son las impresoras 3D o celdas solares orgánicas. Menos escuchado por el público general, los polímeros también son empleados en la electrónica orgánica, materiales con fotorresistencia, almacenamiento de datos de la holografía, entre otros.

Figura 22
Impresión 3D
Tomado de ittrends. (2022). la impresion 3d comienza a recuperarse del impacto de la pandemia https://www.ittrends.es/infraestructura/2022/01/la-impresion-3d-comienza-a-recuperarse-del-impacto-de-la-pandemia

6.4  Envases y contenedores

Este es el uso que la mayoría de la gente conoce, en forma de botellas o envases para comida. Asimismo, se encuentran en contenedores de lejía, táper y vasos descartables, entre otros. Entre los tipos de polímeros se encuentra el conocido PET, y otros menos escuchados como son:  PEAD, PVC, PEBD, PP, y PS.

Figura 23
Botellas hechas de plástico
Tomado de IQR. (2020) Botellas de PET: definición y procesos de fabricación
https://www.ingenieriaquimicareviews.com/2020/12/botellas-pet-proceso-fabricacion-definiciones.html

6.5  Aislamiento

Algunos de los polímeros son buenos aislantes térmicos o eléctricos. Dichas propiedades permiten que sean usados como materiales de protección. Para el aislamiento eléctrico, polímeros como el caucho, polietileno, y PVC son reconocidos. Por otro lado, polímeros como la celulosa, la espuma de poliestireno (styrofoam), y espuma de uretano, son buenos aislantes térmicos y frecuentemente usados para dicho fin.

Figura 24
Cables
tomado de Emc. (2021). ¿Qué son los polímeros? ¿cómo se clasifican? 2021
https://eloymartinezcuesta.com/plastico/que-son-los-polimeros/

6.6 Sector automovilístico

En el sector automovilístico se usan polímeros para fabricar las ruedas de los coches, cinturones de seguridad, plásticos termorresistentes cerca del motor, y espumas de los asientos.

Figura 25
Auto moderno
Tomado de repsol. (2021). Quimica en la automoción
https://www.repsol.com/es/productos-y-servicios/quimica/segmentos/automocion/index.cshtml

6.7  Aplicaciones médicas

En el sector médico, los polímeros son usados para prótesis funcionales, ingeniería de tejidos, ortodoncia, cicatrización de heridas, y microcirugías.

Figura 26
Máquina de respiración artificial
Tomado de canales sectoriales. (2015). Polímeros en aplicaciones sanitarias
https://www.interempresas.net/Plastico/Articulos/138981-Polimeros-en-aplicaciones-sanitarias.html

6.8  Equipos de protección

Gracias a su flexibilidad y resistencia, los polímeros también son frecuentemente empleados en la fabricación de chalecos antibalas, cascos, gafas protectoras, y trajes espaciales.

Figura 27
Traje Espacial
tomado de NASA. (2022). El traje espacial Orion está equipado para esperar lo inesperado en la misión artemis.
https://ciencia.nasa.gov/el-traje-espacial-de-orion-esta-equipado-para-esperar-lo-inesperado-en-las-misiones-de-artemis

Si deseas apreciar más ejemplos cotidianos de polímeros biológicos y sintéticos, te recomendamos acceder a estos enlaces:

https://www.pslc.ws/spanish/natupoly.htm

https://www.pslc.ws/spanish/floor1.htm

7.    Reciclaje

7.1 Evidencias de Contaminación

Los polímeros naturales se descomponen por medio de diversas enzimas y pueden asimilarse por medio de procesos biológicos (Bustamante, 2012, p. 67; Organización de las Naciones Unidas (ONU), 2021). En cambio, los polímeros sintéticos como los plásticos tienden a ocasionar problemas ambientales puesto que el proceso químico de su degradación, pese a ser espontáneo, es extremadamente lento. El proceso puede abarcar cientos de años o hasta más de 1.000 años (Taverna, 2018, párrafo 4)

Los plásticos suelen tener un alto grado de polimerización y no ser tóxicos. Sin embargo, cuando logran descomponerse, su ruptura puede generar microplásticos (aquellos de tamaños inferiores a 5mm) que conservan las propiedades originales. Su tamaño facilita que sean consumidos por la biodiversidad marina. Además, pueden liberar rellenos como plastificantes, gas y líquido contaminado (ONU, 2021)

7.1.1 Dato Curioso: Isla de Basura

Por su capacidad de persistir, los plásticos se acumulan en nuestro entorno. Una evidencia de ello se encuentra entre California y Hawai. Conocida como “la Isla de los Plásticos”, “Isla de la Basura” o “La gran Mancha de Basura del Pacífico”, el montículo de residuos está conformado por 1,8 billones de desechos tóxicos que pesan 79.000 toneladas (Taverna, 2018). Abarca una superficie de aproximadamente tres veces el tamaño de Francia y diez veces el tamaño de Córdoba.

Figura 28
Mapa de la “Isla de la Basura”
Tomado de Taverna, M. (2018) Divulgación científica: Los polímeros en nuestras vidas, ¿qué hacemos con ellos?, Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional San Francisco. https://sanfrancisco.utn.edu.ar/noticia/divulgacion-cientifica-los-polimeros-en-nuestras-vidas-que-hacemos-con-ellos-928

En el Perú, se utilizan aproximadamente 950 mil toneladas de plástico anualmente y, en Lima y Callao, se producen 886 toneladas de residuos plásticos diariamente (Oceana, s.f). Tres cuartos de los desperdicios plásticos se quedan en basureros en espera del mencionado extenso proceso de degradación.

7.1.2 Situación Actual

Pese a que la Pandemia produjo una reducción de “17% de las emisiones de gases de efecto invernadero” globalmente, el aumento del uso de materiales plásticos ha generado un impacto negativo ambiental (Flores, 2020, p. 3)l.

Los equipos de bioseguridad suelen estar confeccionados de “látex, vinilo, polímeros sintéticos y/o nitrilo y otras fibras sintéticas” (Vilca-Quisoe et al, 2021, p. 201). Pese a que los materiales de las mascarillas varían, suelen consistir en tres capas que incluyen materiales como fibras ligeras, filtros de fibra fundido y fibras no tejidas que incluyen plásticos no biodegradables como el polipropileno (PP), poliuretano (PU), entre otros (Fadare y Okoffo citado en Flores, 2020, p. 4). Además, las sustancias de lixiviación de los productos químicos usados para adherir los polímeros y la liberación de microplásticos tras su desgaste, hacen que el tratamiento correcto de las mascarillas sea esencial.

Como señala la OMS, se usaron más de 89 millones de mascarillas médicas por mes y el consumo de guantes y lentes protectores aumentó en 76 millones y 1,6 millones respectivamente (Citado en Flores, 2020, p.4). En nuestro país, un estudio de Torres y De la Torre en el año 2021 estimó que, al día, se producen residuos que exceden los 14 millones de mascarillas (citado en Vilca-Quisoe et al, 2021, p. 201). La preocupante situación amerita la acción inmediata de ciudadanos y autoridades.

Figura 29
Consumo de plásticos por áreas económicas
Tomado de Flores, P. (2020). La problemática del consumo de plásticos durante la pandemia de la covid-19. South Sustainability, 1(2), 1-9 DOI: 10.21142/SS-0102-2020-016

Figura 30
Residuos plásticos en calles de Lima durante el primer año de la pandemia
Tomado de Flores, P. (2020). La problemática del consumo de plásticos durante la pandemia de la covid-19. South Sustainability, 1(2), 1-9 DOI: 10.21142/SS-0102-2020-016

7.2 Soluciones planteadas: reciclaje y descomposición

Existen diversas propuestas de solución para el problema planteado. Entre las más factibles, se encuentran los polímeros biodegradables y el reciclaje.

7.2.1 Polímeros biodegradables

Los polímeros biodegradables son un tipo de polímero que se descompone más fácilmente en subproductos como CO2, N2, agua o biomasa, estos polímeros son fabricados a base de esteres, amidas y éteres por medio de reacciones de condensación. Esta solución ayudaría mucho a la reducción de residuos hechos a base de polímeros en las calles y océanos porque al poco tiempo de su uso esto se descompondrá naturalmente. Pero esta solución no es milagrosa, por tener algunos problemas como no ser rentable económicamente por el momento o por las posibles sustancias tóxicas que están presentes en la materia prima que son las hojas de soja y maíz por el uso de pesticidas.

7.2.2 Reciclaje

El reciclaje es un proceso que consiste en transformar residuos en nuevos productos o en materia prima para un posterior uso, así se reduce el gasto de materia prima y el uso energía, además generando la economía circular, haciendo que lugares de acumulación de desechos como los vertederos o algunas zonas naturales como ríos se vayan limpiando con el paso de los años. Lo bueno del reciclaje es que no es tan caro y produce trabajos, además no solo se puede reciclar, sino que también metales e incluso componentes electrónicos.

7.3 Métodos de reciclaje: Sistema de identificación del SPI

El sistema de codificación de SPI (Sociedad de Industrias de Plástico) es usado actualmente para identificar los residuos de plástico en los productos que consumimos diariamente y saber qué tan fáciles de reciclar o qué tan perjudiciales para el medio ambiente son. Este sistema es aceptado y usado a nivel global, y posee una clasificación para los plásticos en 7 grupos principales.

7.3.1 PET (Polietileno Tereftalato)

Figura 31
Polietileno Tereftalato (PET)
Tomado de Molí de la Vall Major. “El sistema SPI (Sociedad de Industrias de Plástico)”. https://www.molidelavallmajor.es/es/produccion-ecologica/el-reciclaje/sistema-de-codificacion-spi#:~:text=pasando%20por%20Europa.-,El%20sistema%20de%20codificaci%C3%B3n%20de%20SPI%20(Sociedad%20de%20Industrias%20de,a%20China%2C%20pasando%20por%20Europa.

Los plásticos derivados de este polímero son usables para la fabricación de textiles y envases de alimentos. Son especialmente usados en estos últimos debido a su ligereza, su bajo coste de producción y su facilidad para ser reciclados, lo que los convierte en materiales circulares.

Justamente es por estas razones que son los preferidos a la hora de usar plásticos.

7.3.2 PE-HD (Polietileno de Alta Densidad)

Figura 32
Polietileno de Alta Densidad (HPDE)
Tomado de Molí de la Vall Major. “El sistema SPI (Sociedad de Industrias de Plástico)”. https://www.molidelavallmajor.es/es/produccion-ecologica/el-reciclaje/sistema-de-codificacion-spi#:~:text=pasando%20por%20Europa.-,El%20sistema%20de%20codificaci%C3%B3n%20de%20SPI%20(Sociedad%20de%20Industrias%20de,a%20China%2C%20pasando%20por%20Europa.

Los derivados de este polímero son resistentes a productos químicos, poco flexibles, pero fáciles de fabricar y manejar. Son vistos en bolsas de supermercado, en productos de higiene personal, e incluso en envases de leche, jugo y yogurt. Luego de su primer uso, pueden ser reciclados como botellas de detergente y aceite, así como tubos, entre otros.

7.3.3 PVC (Cloruro de Polivinilo)

Figura 33
Cloruro de Polivinilo (PVC)
Tomado de Molí de la Vall Major. “El sistema SPI (Sociedad de Industrias de Plástico)”. https://www.molidelavallmajor.es/es/produccion-ecologica/el-reciclaje/sistema-de-codificacion-spi#:~:text=pasando%20por%20Europa.-,El%20sistema%20de%20codificaci%C3%B3n%20de%20SPI%20(Sociedad%20de%20Industrias%20de,a%20China%2C%20pasando%20por%20Europa.

Estos plásticos poseen cloro en su composición, lo que hace que su proceso de reciclaje sea más complejo que el de otros plásticos. Poseen una alta resistencia a ácidos y en vistas generales, se puede decir que son duros. Es por esto que se los suele usar en tuberías, aunque cabe resaltar que su uso está restringido e incluso prohibido en ciertas áreas de producción en ciertos países. Por ejemplo, Austria prohíbe el uso de los ftalatos como plastificantes en juguetes para niños menores de 3 años desde 1999; Dinamarca aprobó en 1996 la “Propuesta para una Resolución Parlamentaria para la Eliminación Progresiva del PVC” donde se aprueban restricciones contra el uso del vinilo, mencionando incluso su eliminación.

7.3.4 PE-LD (Polietileno de Baja Densidad)

Figura 34
Polietileno de Baja Densidad (LDPE)
Tomado de Molí de la Vall Major. “El sistema SPI (Sociedad de Industrias de Plástico)”. https://www.molidelavallmajor.es/es/produccion-ecologica/el-reciclaje/sistema-de-codificacion-spi#:~:text=pasando%20por%20Europa.-,El%20sistema%20de%20codificaci%C3%B3n%20de%20SPI%20(Sociedad%20de%20Industrias%20de,a%20China%2C%20pasando%20por%20Europa.

Los plásticos derivados de esta clase de polímeros son muy flexibles y son típicamente usados en la industria alimentaria debido a que son buenos aislantes, rápidos de envasar con máquinas y son reutilizables como contenedores, tuberías, entre otros.

7.3.5 PP (Polipropileno)

Figura 35
Polipropileno (PP)
Tomado de Molí de la Vall Major. “El sistema SPI (Sociedad de Industrias de Plástico)”. https://www.molidelavallmajor.es/es/produccion-ecologica/el-reciclaje/sistema-de-codificacion-spi#:~:text=pasando%20por%20Europa.-,El%20sistema%20de%20codificaci%C3%B3n%20de%20SPI%20(Sociedad%20de%20Industrias%20de,a%20China%2C%20pasando%20por%20Europa.

Son buenos para los envases microondables debido a su dureza y su resistencia al calor. Tras ser reciclados, estos plásticos suelen emplearse en la elaboración de cepillos, bandejas, señales luminosas, entre otros.

7.3.6 PS (Poliestireno)

Figura 36
Poliestireno (PS)
Tomado de Molí de la Vall Major. “El sistema SPI (Sociedad de Industrias de Plástico)”. https://www.molidelavallmajor.es/es/produccion-ecologica/el-reciclaje/sistema-de-codificacion-spi#:~:text=pasando%20por%20Europa.-,El%20sistema%20de%20codificaci%C3%B3n%20de%20SPI%20(Sociedad%20de%20Industrias%20de,a%20China%2C%20pasando%20por%20Europa.

Estos plásticos poseen una vida útil muy larga y son posibles de ser reciclados infinitas veces. Sin embargo, a partir de los 80°C liberan estirenos, los cuales son muy posiblemente carcinógenos humanos según la EPA y la IARC.

7.3.7 O/Otros (Otros)

Figura 37
Otros (O)
Tomado de Molí de la Vall Major. “El sistema SPI (Sociedad de Industrias de Plástico)”. https://www.molidelavallmajor.es/es/produccion-ecologica/el-reciclaje/sistema-de-codificacion-spi#:~:text=pasando%20por%20Europa.-,El%20sistema%20de%20codificaci%C3%B3n%20de%20SPI%20(Sociedad%20de%20Industrias%20de,a%20China%2C%20pasando%20por%20Europa.

En esta categoría, están aquellos materiales plásticos que son muy difíciles de reciclar. Típicamente se los ve en las gafas de sol o los DVDs, pero también pueden aparecer en las botellas de agua y algunos envases alimentarios.

7.4 Dificultades en el reciclaje:

7.4.1 Etiquetas y adhesivos:

La presencia de etiquetas y adhesivo residual promueven problemas de tipo estético por decoloración y opacidad, lo que lleva a reducir el valor del reciclado.

Así, la Asociación de Recicladores de Plástico (APR, EE. UU.) sugiere:

  • Utilizar materiales para etiquetas con una densidad menor a uno.
  • Seleccionar materiales que se desprenden fácilmente durante el procesamiento.
  • Elegir componentes aptos para el reciclaje, incluidas tintas, adhesivos y recubrimientos.
  • No utilizar adhesivos no solubles en agua.

7.4.2 Ácidos por descomposición de subproductos:

La presencia de partículas residuales de diversos componentes del envase ―como sellos plásticos de seguridad, adhesivos y etiquetas―, al experimentar una descomposición o degradación generan diversos gases que no sólo promueven, sino que catalizan o aceleran la degradación del PET. Entre los diversos gases que se pueden generar se encuentran los ácidos acético, clorhídrico y sílvico.

7.4.3 Contenido residual:

De la práctica equivocada de emplear envases o contenedores plásticos, entre ellos de PET, para almacenar diversas sustancias o contenidos tales como solventes, combustibles, productos de limpieza, agroquímicos, etc., que a su vez implican un riesgo para la salud pública, residuos de dichos compuestos permanecen o migran hacia la pared del recipiente y persisten durante y después del reciclado.

8. Propuesta

¿Cómo podemos reducir el nivel de contaminación generado por los plásticos? La PUCP cuenta ya con diversos recursos, actividades y campañas que buscan concientizar a nuestra comunidad y facilitar el acceso a información. La Semana de la Movilidad Sostenible PUCP, la clasificación de residuos sólidos, y evidencian ello. No obstante, identificamos áreas en las cuales aún se podría mejorar. En nuestra propuesta, consideramos que abarcar los sectores de gerencia e impulsar la creatividad para motivar la participación permitirá reducir el nivel de contaminación generado por los plásticos en la PUCP.

8.1 Gerencia

En primer lugar, mejorar la gestión del manejo de plásticos permitirá reducir la polución de plásticos en el campus universitario

8.1.1 Envases hechos con materiales biodegradables

La primera propuesta que tenemos es la de evitar el uso de tecnopor en los restaurantes y comedores dentro de la universidad. El tecnopor, también conocido como poliestireno expandido, posee dioxinas, sustancias tóxicas que generan un sinnúmero de consecuencias negativas en el ser humano, incluyendo problemas reproductivos y del sistema inmunológico. El impacto ambiental de dicho material radica en su poca capacidad de ser reciclado y en el cuidado con el que se lo tiene que incinerar para que no cause mayores daños al medio ambiente posterior a su uso. Es por esto que opinamos que se pueden usar alternativas al tecnopor, las cuales incluyen:

Envases de fibra de bambú

Figura 38
Envase hecho con bambú
Todo biodegradables. (s.f.). Inicio [Página de Facebook]. Facebook.

Aunque estos envases tienen sus orígenes en Assam, India, ciertos restaurantes e incluso clínicas dentro de nuestro país ya ofrecen esta alternativa. Se trata de bowls hechos con fibra de bambú. Esta planta es conocida por su rápido crecimiento, puesto que varias especies de bambú alcanzan hasta los 20 metros de longitud tan solo en nueve semanas. Además, captan igual cantidad de CO2 que otros árboles y generan aún más oxígeno que estos. Particularmente, se tienen estudios de especies como el bambú guadua, el cual crece en Latinoamérica. Los informes indican que el árbol tropical promedio secuestra 22,6 kg de carbono por año durante un período de 10 años, mientras que una cepa promedio de Guadua Bambú secuestra 77 kg de carbono al año durante un período de 7 años (Schröder, S., 2020).

Envases de caña de azúcar

Figura 39
Envase hecho con caña de azúcar
Tomado de Educación en red (Agosto, 2018). “Emprendedores Peruanos crean envases descartables a base de caña de azúcar que se degradan en solo 180 días.” https://noticia.educacionenred.pe/2018/08/emprendedores-peruanos-crean-envases-descartables-base-cana-azucar-que-se-degradan-156381.html

Este tipo de envases ha sido visto en el ámbito peruano desde 2018, cuando una empresa nacional llamada Qapac Runa decidió usar el “bagazo de caña” o fibra de caña de azúcar para así crear envases parecidos a los de tecnopor de una forma más sostenible y amigable para el medio ambiente. Estos envases se caracterizan por tener una textura más suave y ligera que sus contrapartes de tecnopor, pero son igual de óptimos a la hora de transportar comida.

Estos pueden incluirse en la universidad vía la contratación de servicios de empresas productoras de estos envases, las cuales suelen venderlos de a ciento, y finalmente poder llegar a un acuerdo entre la universidad y los restaurantes dentro de ella. Por todo lo mencionado, los envases usados serían más fáciles de degradar y el impacto ambiental generado por ellos sería menor, permitiendo reducir la contaminación efectuada por los plásticos.

8.1.2 Renovación de las máquinas expendedoras dentro del campus

La segunda propuesta implica un cambio en el sistema actual de suministro de comida dentro del campus. Dado la gran accesibilidad a las máquinas expendedoras, los estudiantes tienden a optar por dicha opción para la compra de alimentos. Lamentablemente, los envases y contenedores generan un impacto ambiental negativo. Variar las opciones de alimento en las máquinas expendedoras permitirá reducir ello.

Incentivar productos de empresas conscientes del impacto ambiental que generan

Se puede implementar una preferencia por alimentos provenientes de empresas ecoamigables, que tengan dentro de sus prioridades la creación de productos con poco impacto negativo ambiental. Por ejemplo, están las máquinas de la empresa “SANAMAKINA”, las cuales poseen alternativas saludables de la típica comida de máquina expendedora y que no tienen envases con el mismo porcentaje de plástico que los empaques de marcas tradicionales. Lo ideal sería implementar estas máquinas en todo el campus, para que todos los alumnos de las distintas facultades de la universidad puedan tener libre acceso a ellas.

Figura 40
Máquina SANAMAKINA dentro de la facultad de Estudios Generales Letras de la PUCP
Máquina SANAMAKINA dentro de la facultad de Estudios Generales Letras de la PUCP” (Elaboración propia)

Reducir la cantidad de alimentos hechos con envoltorios convencionales

Estas máquinas tienen alimentos que contienen envases de aluminio, envases PET (Tereftalato de Polietileno en Inglés), Tetra Pak, entre otros, los cuales son difíciles de degradar y de reciclar. Ante esto, nuestra propuesta radica en disminuir la cantidad de estos productos, de modo que los estudiantes puedan optar por opciones más ecoamigables.

Figura 41
Capas de un envase Tetra Pak
Tomado de Ecología Hoy (s.f.). “Cómo reciclar envases tetra pack : Beneficios del reciclado”. https://ecologiahoy.net/medio-ambiente/como-reciclar-envases-tetra-pack-beneficios-del-reciclado/

8.2 Creatividad:

Mediante proyectos creativos y dinámicos que reutilicen y reciclen plásticos, se podrá fomentar y mantener el apoyo a nuestra iniciativa. Uno de los motivos por los cuales las propuestas públicas no rinden frutos es por la falta de compromiso de la propia comunidad. Este lamentablemente es el caso de varias iniciativas ambientales. Como estipula Bravo (2013), pese a haber disminuido, aún existe cierta “dicotomía entre las palabras y los hechos” (párrafo 5) en lo que respecta al cuidado de nuestro ecosistema. Así, notamos la importancia de llevar a nuestra comunidad a participar mediante acciones concretas, accesibles, y de su agrado. De esa forma, podrán continuar ejecutándolas.

8.2.1 Manualidades con Plástico Reciclado

Por un lado, proyectos de manualidades de reciclaje de plásticos cumpliran con dicho cometido al divertir a los estudiantes. Se propone realizar talleres con el novedoso método de reciclaje de plástico: la “lana de plástico”. Dicho material está hecho a base de bolsas de plástico usadas, permitiendo crear diversos productos por medio de técnicas de crochet y textilería. La existencia de diversos tutoriales en internet y su producción en empresas como Wool and the Gang demuestran su gran efectividad y atractivo (InstructableCrafts, 2008; Nolan, G, 2019). Por ello, incluir dicha actividad en los jueves culturales ayudará a relajar  y divertir a nuestros compañeros mientras ayudan a disminuir nuestra huella de plástico.

Figura 42
Manualidad hecha a base de bolsas de plástico usadas.
Tomado de InstructablesCrafts (2008) Recycle Plastic Shopping Bags Into ‘Yarn’. Instructables. https://www.instructables.com/Recycle-Plastic-Shopping-Bags-into-Yarn/

8.2.2 Concursos y Actividades de Apoyo Social

Asimismo, el diseño de actividades que comparten objetivos ambientales, de competitividad, y apoyo comunitario, lograrán captar la atención del público al alinearse con varios de sus objetivos. Estos les permitirán desarrollar las habilidades de su interés mientras apoyan la visión mencionada.

Se propone la creación de concursos de reciclaje de plásticos. Con “Innovando con Plásticos”, los alumnos podrán ejecutar proyectos de investigación de plásticos en categorías de: creación de tecnologías para el reciclaje o adquisición de información. El proyecto ganador podría recibir una recompensa que los beneficie en acceso a servicios universitarios, como son los casilleros o salas de estudio. A pesar de que esta iniciativa consumirá más el tiempo de los estudiantes y, por ello, puede parecer que no habrá tanto interés, concursos previos como el Concurso de Simulador de Gestión de Empresa o el Concurso de Iniciativas de Responsabilidad Social (los cuales contaron con la participación de más de 50  y 85 estudiantes respectivamente),  muestran un predominante interés competitivo.

Figura 43
Ejemplo de concurso de reciclaje de plástico realizado en una institución educativa.
Tomado de El Popular Redacción (2019) “Escolar de 11 años ganó concurso creando una pecera de plástico reciclado.” https://elpopular.pe/actualidad-y-policiales/247849-escolar-11-anos-gano-concurso-alrededor-iberoamerica-creando-pecera-plastico-reciclado

Por otro lado, se propone crear proyectos de impacto social con reciclaje de plásticos. Una propuesta atractiva es la elaboración de EcoBricks, los cuales consisten en botellas rellenas de plásticos de un solo uso. En diversos países como Guatemala y Sudáfrica, se han implementado en la construcción de escuelas para comunidades con escasos recursos (Hopkins, 2014). Consideramos que se podrían emplear para la construcción de bibliotecas para niños en zonas de escasos recursos, lo cual será de gran interés para aquellos estudiantes que gustan practicar apoyo comunitario. Pese a que se podría contar con cierta dificultad en seleccionar las comunidades por apoyar, el apoyo del Grupo de Apoyo al Sector Rural de la Pontificia Universidad Católica del Perú y el grupo de Voluntariados PUCP, permitiría hacer de la propuesta una actividad alcanzable.

Figura 44
Vivienda realizada a base de EcoBricks
Tomado de WhoListIk (2017) Eco-Brick Community Project. WhoListIk. https://www.wholistikpermaculture.org/eco-brick-school

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