Polímeros: Innovación y sostenibilidad para un futuro versátil

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Autores:

Luciano Matías Anaya Jara

Kiara Valezka Quiroz Sandoval

Aldair Jhostin Pando Julcarima

Figura 1. Recuperado de: “The Food Tech” https://thefoodtech.com/insumos-para-empaque/los-polimeros-plasticos-sus-propiedades-y-la-relacion-con-el-reciclaje/

Introducción:

Los polímeros son compuestos químicos de gran importancia en nuestra vida cotidiana y en numerosas industrias. Estos exhiben una amplia gama de propiedades y se encuentran en una variedad de formas, como plásticos, cauchos, fibras sintéticas y materiales compuestos. La ciencia de los polímeros ha avanzado en las últimas décadas, lo que ha permitido la síntesis de polímeros con características y aplicaciones cada vez más específicas. Estos materiales se utilizan en una amplia gama de industrias, ya que presentan ventajas significativas en comparación con otros materiales debido a su alta resistencia, bajo peso, versatilidad en la manipulación y pueden modificarse para obtener propiedades especiales, como flexibilidad o rigidez. Sin embargo, la creciente producción y el uso generalizado de polímeros también plantean desafíos en términos de impacto ambiental y gestión de residuos. La gestión inadecuada de los desechos de polímeros se ha convertido en una preocupación global, ya que muchos de estos son persistentes en el medio ambiente y pueden generar problemas de contaminación. Cada vez el planeta se ve más perjudicado debido al aumento de producción anual de polímeros e incluso ya se han encontrado evidencias de que los microplásticos ya se encuentran presentes en nuestra sangre, lo que podría perjudicar la salud, no solo de seres humanos, sino de todos los seres vivos. Ante lo mencionado, surge la problemática de no promover ciertos productos y la recolección de otros. En el trabajo presente, se desarrollará una propuesta de campaña de concientización frente a esta problemática.

1. Definición de polímeros

Etimológicamente la palabra polímero proviene del griego poly (muchos) y meros (parte). Los polímeros son macromoléculas, principalmente orgánicas, formadas por cadenas de moléculas de bajo peso molecular denominadas monómeros, las cuales están unidos entre sí mediante enlaces covalentes. Además, los polímeros presentan una gran resistencia mecánica debido a las fuerzas de atracción intermoleculares, las cuales dependen de su composición química.
Algunos ejemplos de polímeros naturales son la seda, el hule de los árboles de hevea y el algodón formado por fibras de celulosa. Sin embargo, la mayoría de los polímeros que se utilizan en la vida diaria son sintéticos; como, por ejemplo, el plástico, el poliestireno, el teflón y el nylon.

2. Estructura
2.1. Estructura química
2.1.1. Estructura molecular

2.1.1.1. Polímeros lineales: Los monómeros se unen formando cadenas sencillas, con flexibilidad que se unen entre sí por fuerzas de van der waals. La figura 2 ilustra la cadena de polímeros lineales.

Figura 2. Polímeros lineales
Recuperada de https://www.studocu.com/ec/document/universidad-tecnica-luis-vargas-torres/matematica/estructura-de-los-polimeros/7457503

2.1.1.2. Polímeros ramificados: son los polímeros cuya cadena principal está conectada lateralmente con otras cadenas secundarias. La eficacia del empaquetamiento de la cadena se reduce y por lo tanto disminuye la densidad del polímero. La figura 4 ilustra la cadena de polímeros ramificados.

Figura 4. Polímeros ramificados.
Recuperado https://www.studocu.com/ec/document/universidad-tecnica-luis-vargas-torres/matematica/estructura-de-los-polimeros/7457503

2.1.1.3. Polímeros entrecruzados: cadenas lineales adyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlaces covalentes, así como se incorporan átomos o moléculas a la cadena. La figura 5 ilustra la cadena de polímeros entrecruzados.

Figura 5. Polímeros entrecruzados
Recuperado de https://www.studocu.com/ec/document/universidad-tecnica-luis-vargas-torres/matematica/estructura-de-los-polimeros/7457503

2.1.1.4. Polímeros reticulados: las unidades monoméricas trifuncionales que tienen tres enlaces covalente activos implican la formación de una red tridimensional formada por la unión de las diferentes cadenas poliméricas. La figura 6 ilustra la cadena de polímeros reticulados.

Figura 6. Polímeros reticulados
Recuperado https://www.studocu.com/ec/document/universidad-tecnica-luis-vargas-torres/matematica/estructura-de-los-polimeros/7457503

En los polímeros la unión de monómeros se realiza mediante enlaces covalentes. Además, sus orbitales forman un tetraedro en torno al átomo de carbono y su ángulo de enlace es de aproximadamente de 109º. Por otro lado, la fuerza de cohesión entre cadenas diferentes puede ser de naturaleza diferente, ya que, está condicionada por las características de los átomos y de los sustituyentes de la cadena principal. Además, la polaridad y el volumen de estos átomos afectarán a la fuerza de cohesión entre cadenas que afectarán la flexibilidad del material, temperatura de transición vítrea, temperatura de fusión y capacidad de cristalización entre otros.

3. Clasificación de los polímeros:

3.1. Clasificación según su origen:

Existen tres tipos de polímeros según su origen, los cuales son los naturales, artificiales y sintéticos.

3.1.1. Los polímeros naturales:
En su mayoría son los que se encuentran en la naturaleza, es decir existen como biomoléculas compuestas que forman parte de los seres vivos (ácidos nucleicos, polisacáridos, proteínas, etc); sin embargo, existen otras variedades como la celulosa, que es el componente principal para la madera y el papel.

3.1.2. Los polímeros artificiales:
Son el resultado que se obtiene al transformar polímeros naturales mediante procesos químicos, un ejemplo sería la nitrocelulosa o el caucho vulcanizado.
Un detalle importante que aclarar, es que tanto los polímeros naturales como los artificiales, ambos están compuestos por los mismos componentes; sin embargo, lo que los diferencia es el método de cómo se obtiene.

3.2. Clasificación según su estructura:

Según la forma del polímero, estos se pueden clasificar en polímeros lineales, ramificados, entrecruzados y reticulados.

3.2.1. Los polímeros lineales
Se originan cuando un monómero que los forma, tiene dos puntos de ataque, de modo que aquel polímero se forma en una sola dirección, formando así cadenas lineales, lo que los hace blandos y moldeables.

3.2.2. Los polímeros ramificados
Se forman porque el monómero posee tres o más puntos de ataque, de modo que la polimerización ocurre de manera tridimensional, es decir en las tres direcciones del espacio, esto provoca que sean frágiles y rígidos.
En base a esto, es que podemos encontrar varias formas:

● Los polímeros entrecruzados resultan de la unión de cadenas lineales adyacentes con enlaces covalentes.
● Los polímeros reticulados son cadenas ramificadas entrecruzadas en el espacio.

3.3. Clasificación por comportamiento térmico:

El plástico por excelencia es el polímero sintético que se puede moldear con ayuda del calor o la presión. Los plásticos a su vez se clasifican en función de sus propiedades térmicas en termoplásticos y termoestables.

3.3.1. Termoplásticos:
Son plásticos que a altas temperaturas, se vuelven blandos y rígidos por el enfriamiento. Pueden ser moldeados con facilidad debido a que su fuerza de cohesión entre las cadenas moleculares es débil. Cabe recalcar que estos polímeros son los que son utilizados para el reciclaje por su facilidad de modificarse al fundirse. Ejemplo: PVC, plexiglás, etc.

3.3.3. Termoestables:
Son aquellos plásticos que se moldean solo durante su formación, es decir son materiales insolubles, rígidos y duros. Por lo general estos plásticos no pueden ser reciclados. Ejemplo: baquelita y poliuretano.

3.4. Clasificación por la unión de sus monómeros:

Se clasifican en homopolímeros y copolímeros.
Los homopolímeros son aquellos donde hay presente una sola clase de monómeros. Por ejemplo, el polipropileno, mientras que los copolímeros son aquellos en donde hay presente dos o más clases de monómeros en una cadena principal. Ejemplo: poliuretano.

4. Tipos de polimerización:

La polimerización es una reacción química por la cual, a partir de monómeros, se forman enlaces químicos entre sí que generan una macromolécula denominada polímero. Es importante comprender de qué manera se construyen los polímeros. Estos se dividen en dos procesos de polimerización y son los siguientes:

4.1. Adición:

La polimerización de adición ocurre cuando cada monómero se adhiere a otro monómero de doble enlace, de manera que este enlace se rompe para que aparezca una valencia libre de átomos de carbono; consecuentemente, se integran y pasan a formar parte del polímero. El polímero final conserva todos los átomos de los monómeros.

Figura 7. Polimerización por adición. Recuperado de: “Educarchile” (http://www.educarchile.cl/Portal.Base/Web/VerContenido.aspx?GUID=956d0e27-85f4-48ec-bd90-137b6963f06c&ID=136400)

4.2. Condensación:

La polimerización de condensación libera una molécula (de agua por lo general) en el enlace de unión de cada monómero; es decir, pierde átomos que generan subproductos.

Figura 8. Polimerización por condensación. Recuperado de: “Educarchile” (http://www.educarchile.cl/Portal.Base/Web/VerContenido.aspx?GUID=956d0e27-85f4-48ec-bd90-137b6963f06c&ID=136400)

5. Usos y aplicaciones:

Los polímeros cumplen muchas funciones debido a su versatilidad. A continuación, se muestra algunos ejemplos de polímeros y sus aplicaciones:

Tereftalato de Polietileno (PET): este polímero se aplica para la fabricación de hilos, telas, productos de limpieza, alimentos, refrescos, envases, etc.

Polimetilmetacrilato (PMMA): posee características ópticas, útil para materiales de construcción, industria automovilística, fabricación de prótesis óseas y dentales y electrodomésticos.

Policarbonato: es un polímero resistente que se utiliza para cascos, vidrios para ventanas, puertas de seguridad y escudos de protección.

Polipropileno: material muy versátil; desde artículos sanitarios hasta artículos deportivos, entre otros.

Poliéster: muy utilizado en la industria automovilística y se utiliza para partes de autobuses, vagones de ferrocarril, máquinas agrícolas e incluso aislantes eléctricos.

Poliestireno: muy utilizado para la creación de envases, vasos, platos y relleno de embalaje.

Poliuretanos: se utiliza como aislante para neveras, para colchones, recubrimientos y adhesivos, muebles, entre otros.

Policloruro de vinilo (PVC): muy utilizado en tuberías de distribución de agua potable, persianas, suelos, puertas, ventanas, canalización eléctrica, láminas de impermeabilización, entre otros.

Figura 9. Materiales hechos de polímeros. Recuperado de: “Sociedad Polimérica de México” http://www.sociedadpolimerica.org.mx/node/187

6. Reciclaje

Los polímeros son necesarios para la fabricación de productos para la vida diaria, sin embargo, las propiedades que presentan, la resistencia al calor y al desgaste, son las que dificultan su eliminación, Actualmente, la acumulación de polímeros ocasiona inestabilidad y daño en el funcionamiento de los ecosistemas. Además, la degradación de los polímeros puede durar siglos y, por ende, los convierte en parte de los problemas ambientales. Debido a ello es que surge la necesidad de reciclarlos. La Tabla 1 analiza los plásticos reciclables según la Sociedad de la Industria de los Plásticos, donde también señala el uso de los polímeros.

Clasificación de Polímeros

La Society of Plastics Industry desarrolló un código de identificación de los productos de polímero. El sistema de numeración determina si un producto puede o no ser reciclado. En la mayoría de las comunidades, el PET y el HDPE se aceptan para el reciclaje. En algunos casos, el LDPE se recicla, pero pocas compañías comerciales encuentran económico el reciclaje de otros polímeros como, por ejemplo, los termoestables no son reciclables.

Tabla 1. Polímeros reciclables (McMurry, 2008)

Polímero Código de reciclaje Uso
Poli(tereftalato de etileno) 1-PET Botellas de gaseosas
Polietileno de alta densidad 2-HDPE Botellas de plástico más rígidas
Poli(cloruro de vinilo) 3-PVC Tuberías
Polietileno de baja densidad 4-LDPE Bolsas de plástico para abarrotes
Polipropileno 5-PP Mobiliario
Poliestireno 6-PS Materiales aislantes (Tecnopor).
Plásticos mezclados 7-OTHER Bancas, tablas de plástico

El PET es uno de los polímeros más fáciles de reciclar. Las botellas de bebida se clasifican por color, luego se muelen y se lavan. Por otro lado, los factores limitantes para el reciclaje del PET suelen ser la necesidad de clasificar a mano y el costo del embarque de las botellas vacías al reciclador.

El PVC es difícil de reciclar porque es mezclado con otra sustancia. Generalmente, el PVC es tratado con antioxidantes, agentes colorantes, plastificadores y aditivos para hacerlo más resistente.
Los plásticos que no se reciclan terminan en los ecosistemas. Muchos de los polímeros generalmente son benignos debido a que los colorantes y los plastificadores pueden contener toxinas como plomo y cadmio. Algunos polímeros se incineran debido a que el calor que genera puede utilizarse para generar vapor. Los hidrocarburos se queman y (con control y depuración apropiados) generan sólo dióxido de carbono y agua como productos intermedios.

Postura:

Los microplásticos hoy en día son uno de los contaminantes más preocupantes, complejos de difícil manejo. De acuerdo con el video, los microplásticos son partículas plásticas de tamaños menores a cinco milímetros que son capaces de filtrarse en nuestra sangre, también se expone que los microplásticos son de los compuestos que más se demoran en desintegrarse. Es por este motivo que se realizaron convenciones e investigaciones en todo el mundo para hacer un llamado a todos los ciudadanos a tomar iniciativa frente a este problema y así reducir la contaminación. Si bien las medidas que se han optado, como la reducción del uso de bolsas plásticas, han sido una medida acertada, existen otras alternativas más eficaces, que a largo plazo pueden lograr marcar la diferencia en la reducción de los microplásticos. Por ejemplo, la realización de una campaña concientizadora a través de las redes sociales, especialmente dirigida a la población juvenil, debido a que en los últimos años el uso de las redes sociales ha aumentado exponencialmente en todo el mundo y en su mayoría es usada por los jóvenes. Es por eso que proponemos que se restrinja el uso de partículas microplásticas en diferentes productos de consumo y la reducción de productos plásticos desechables, evitando así que entren en nuestro cuerpo.

Ventajas del uso de polímeros:

Versatilidad: Los polímeros pueden ser diseñados y sintetizados para obtener una amplia gama de propiedades y aplicaciones. Pueden ser rígidos o flexibles, resistentes o elásticos, transparentes u opacos, entre otras características.

Bajo peso: Los polímeros suelen tener una densidad menor que la de otros materiales, lo que los hace más livianos. Esto resulta ventajoso en aplicaciones donde se requiere reducir el peso, como en la industria aeroespacial o en la fabricación de automóviles, ya que contribuye a un menor consumo de energía y combustible.

Resistencia: Los polímeros pueden ofrecer una buena resistencia mecánica, química y térmica, lo que los hace adecuados para aplicaciones en entornos exigentes. Algunos polímeros son resistentes a la corrosión, a los productos químicos agresivos y a altas temperaturas, lo que amplía su campo de aplicación en diferentes industrias.

Facilidad de procesamiento: Los polímeros son materiales fácilmente moldeables. Pueden ser procesados mediante técnicas como moldeo por inyección, extrusión, termoformado, entre otras, lo que permite la producción eficiente de piezas y productos en grandes cantidades.

Desventajas del uso de polímeros:

Impacto ambiental: muchos polímeros son sintéticos y se derivan del petróleo, lo que implica un consumo de recursos no renovables. Además, la gestión inadecuada de los desechos de polímeros puede generar problemas de contaminación y contribuir al problema global de los residuos plásticos.

Degradación y envejecimiento: algunos polímeros pueden degradarse con el tiempo debido a la exposición a la luz solar, el calor, los productos químicos u otros factores ambientales. Esto puede reducir su vida útil y limitar sus aplicaciones en ciertos entornos.

Costos de producción: la síntesis y producción de polímeros pueden requerir procesos químicos complejos y costosos. Además, la investigación y desarrollo de nuevos polímeros con propiedades específicas también puede ser costosa.

Conclusión:

Los polímeros son sustancias químicas fundamentales en nuestra sociedad moderna. Su versatilidad y propiedades únicas los convierten en materiales esenciales en una amplia variedad de aplicaciones industriales y de consumo. Sin embargo, es importante encontrar soluciones sostenibles para su producción, uso y disposición final, a fin de minimizar su impacto ambiental y promover un futuro más sostenible.

Referencias:

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La UE lanza una propuesta para reducir la presencia de microplásticos. (2020).https://gestoresderesiduos.org/noticias/la-ue-lanza-una-propuesta-para-reducir-la-presencia-de-microplasticos

(s.f.) Reciclado de polimeros. Polimeros y ceramicos https://cienciadelosmateriales.weebly.com/reciclado-de-poliacutemeros.html

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