Los Polímeros como un Problema Crítico de Contaminación

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Adaptado de ¿Qué características de los polímeros los hacen aptos para maquinar?, por Redacción Aceromafe, 2022, Aceromafe (https://www.aceromafe.com/caracteristicas-de-los-polimeros/)

Autores:
Steven Andy Huaman Aliaga 
Rodrigo Arnaldo Morán Alcántara 
Henry Mathías Ojeda Rios 
Axel Matteo Ramirez Huaman 

Introducción:

En la actualidad, la contaminación se ha convertido en uno de los mayores desafíos ambientales de nuestro planeta. La presencia de sustancias nocivas en el aire, el agua o el suelo atentan contra el bienestar de la población humana, así como el medio ambiente. Este es un problema crítico provocado por diversas causas, entre ellas las actividades humanas, tales como la quema de combustibles fósiles, el tráfico vehicular, las actividades industriales, entre otras. Así como el uso de materiales que solo agravan la situación actual.
El plástico se ha convertido en un elemento omnipresente en nuestra vida diaria, su bajo costo, versatilidad y durabilidad lo han vuelto indispensable en una amplia gama de aplicaciones, desde envases y empaques hasta productos textiles y componentes electrónicos. Del mismo modo, es el material que más problemas ambientales ha causado en los últimos diez años, gracias a la acumulación de residuos plásticos en el medio ambiente, principalmente en los océanos, tierra y aire, proveniente de diversas fuentes, como envases, bolsas, botellas, micro plásticos de ropa sintética y otros productos desechables.
Sin embargo, el uso excesivo de este material ha generado una grave preocupación a nivel global, debido a su impacto negativo en el medio ambiente y la salud humana. Por ejemplo, el 92,6% de las tortugas marinas ingresadas al área clínica presentaban restos de plástico (El Periódico, 2023). Estas cifras son extremadamente preocupantes ya que, este material no es biodegradable, esto significa que puede persistir en el medio ambiente durante cientos o incluso miles de años, lo cual puede provocar daños irreparables a los océanos, ríos y lagos. Por lo cual, después de un análisis crítico y objetivo, creemos que el plástico representa una grave amenaza para el medio ambiente. A continuación, serán expuestas las razones por las cuales creemos esto.

Sección Informativa
Definición de Polímeros
Los polímeros son macromoléculas formadas por muchas moléculas más pequeñas. Las moléculas pequeñas que sirven como componentes básicos de estas moléculas más grandes se denominan monómeros (Nicholson, 2017, p. 1). Es decir, los polímeros son varias moléculas que pueden integrarse para formar otras más grandes.

Estructura Química y Física
Pueden tener formas y tamaños variados. Sus propiedades dependen de su estructura molecular. Tienen un peso molecular (longitud de cadena) de hasta 10­³ g/mol o más (Asociación Española para la Valorización de Envases, s. f., párr. 3).

Clasificación de los Polímeros

Según su Origen

Naturales. Son los polímeros que se encuentran en la naturaleza y el grupo más extenso, están presentes en todo ser vivo. Dependiendo del polisacárido, su monómero será distinto. Por ejemplo: Los monómeros de las proteínas son los aminoácidos y los monómeros del almidón es la glucosa (Morales y Rojas, s. f., p. 2).

La figura representa un monómero natural, en este caso el aminoácido que es parte de la glicina, donde R es el radical. Recuperado de The Chemistry of Polymers (p. 21). Por J. Nicholson, 2017, Royal Society of Chemistry.

Sintéticos. Gracias a la Segunda Guerra Mundial y a la necesidad de suministros, se desarrollaron sustitutos de polímeros naturales y nació la industria de los polímeros sintéticos. Por ejemplo: El caucho sintético fue creado como reemplazo del caucho natural (Morales y Rojas, s. f., p. 5).

La figura muestra un monómero sintético, en este caso el del polimetilmetaclirato, donde n es el número de veces que se repite el monómero. Recuperado de The Chemistry of Polymers (p. 8). Por J. Nicholson, 2017, Royal Society of Chemistry

Según su Estructura
Lineal. Solo hay una rama en la que los grupos se dan en forma lateral (Ávila, 2017, p. 12).

El dibujo muestra la estructura lineal de un polímero. Recuperado de Química de los polímeros (p. 12). Por A. Ávila, 2017, Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco

Ramificada. Se identifica una cadena principal de la que emergen otras cadenas más o menos grandes las cuales no se tocan entre sí (Ávila, 2017, p. 12).

Entrecruzada. Es igual a la ramificada, sin embargo, las cadenas sí se conectan (Ávila, 2017, p. 12).

El dibujo enseña una estructura entrecruzada en un polímero. Recuperado de Química de los polímeros (p. 12). Por A. Ávila, 2017, Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco

Según su Comportamiento Térmico
Termoplástico. A temperatura ambiente son sólidos, mientras que a temperaturas más altas se derriten y son fácilmente moldeables. Su estructura química no cambia Ejemplo: Polietileno (Ávila, 2017, pp. 21-22).

Termoestable. Son más duros que los termoplásticos, más resistentes al cambio de temperatura y no son moldeables. Su estructura química cambia definitivamente al contacto con una fuente de calor (Ávila, 2017, p. 23).

El dibujo representa como es la estructura química de los polímeros termoestables. Recuperado de Química de los polímeros (p. 23). Por A. Ávila, 2017, Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco.

Elastómero. Son gomosos y extensibles, tienen mucha resiliencia cuando se enfrían después de ser calentados (Ávila, 2017, p. 24). Esto significa que son capaces de regresar a su estado original, aunque sean manipulados forzosamente. Ejemplo: Guantes de goma.

Según la Unión de sus Monómeros. Los polímeros pueden dividirse según el número de monómeros que tengan repetidos en su estructura (Ávila, 2017, p. 9).

Homopolímero. Son los polímeros hechos de un solo tipo de monómero. Pueden llegar a diferenciarse los isómeros del tipo vinilo según la forma en la que se repiten sus segmentos (Ávila, 2017, p. 9). Ejemplo: El PTFE (teflón).

La figura representa el monómero del politetrafluoroetileno (PTFE), más conocido como teflón, donde n significa el número de veces que se repite. Recuperado de Química de los polímeros (p. 9). Por A. Ávila, 2017, Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco.

La figura presenta los segmentos relativos (cabeza a cola, cabeza a cabeza y cola a cola) de un isómero del tipo vinilo, donde X es un haluro. Recuperado de Química de los polímeros (p. 9). Por A. Ávila, 2017, Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco.

Heteropolímero. Son los polímeros que están compuestos por dos o más monómeros (Ávila, 2017, p. 10). Ejemplo: Caucho sintético.

La figura señala los dos monómeros que se encuentran en el estireno-butadieno, donde n es el número de veces que se repite el monómero. Recuperado de Química de los polímeros (p. 10). Por A. Ávila, 2017, Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco.

Copolímero en Bloque. Todos los monómeros iguales se juntan. Ejemplo: -A-A-A-A-A-B-B-B-B-B- (Ávila, 2017, p. 10).

El dibujo representa a dos tipos de monómeros unidos, donde A (naranja) es un monómero y B (morado oscuro) es otro monómero. Recuperado de Química de los polímeros (p. 10). Por A. Ávila, 2017, Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco.

Copolímero Alternante. Los monómeros se alternan cuando se unen. Ejemplo: -A-B-A-B-A-B-A-B-A-B- (Ávila, 2017, p. 10).

Copolímero al Azar. Los monómeros no siguen un orden determinado. Ejemplo: -A-A-B-A-B-B-A-B-A-A-B-B-B- (Ávila, 2017, p. 10).

El dibujo representa a un polímero ordenado de manera al azar, donde A (naranja), B (morado oscuro) y C (gris claro) son monómeros distintos. Recuperado de Química de los polímeros (p. 10). Por A. Ávila, 2017, Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco

Tipos de Polimerización
Existen muchos tipos de polimerización, siendo los dos más comunes: La polimerización de condensación y la polimerización de adición.

La Polimerización de Condensación. La reacción de etapas o polimerización de condensación, que es exactamente similar a la condensación de compuestos de bajo peso molecular. Durante la formación del polímero, se produce la condensación entre dos moléculas polifuncionales para formar una molécula polifuncional más grande y al mismo tiempo eliminar potencialmente moléculas pequeñas como el agua. La reacción continúa hasta que se agotan casi todos los reactivos que han sido empleados; se alcanza un equilibrio que puede cambiarse a alta temperatura si se desea ajustar las cantidades de réplicas y productos (Billmeyer, 2020, p. 5).

La figura explica la forma en la que se da la reacción de polimerización del tipo condensación, donde n representa la cantidad de veces en la que cada molécula se repite y R es el radical. Recuperado de The Chemistry of Polymers (p. 5). Por J. Nicholson, 2017, Royal Society of Chemistry.

La Polimerización de Adición. La polimerización por adición o polimerización por reacción en cadena es una reacción en la que el portador de la cadena puede ser un ion o una sustancia con un electrón desparejado llamado radical o libre. Los radicales libres suelen formarse mediante la descomposición de sustancias relativamente inestables llamadas iniciadores. El radical libre es capaz de dejar un electrón desparejado. Estos añaden sucesivamente más monómeros a la cadena en crecimiento en un período de tiempo muy corto (normalmente menos de unos pocos segundos). Los dos radicales libres reaccionan para destruir la actividad de crecimiento del otro y formar una o más moléculas de polímero. Generalmente, los polímeros formados de esta manera contienen solo átomos y, aunque la cadena principal contiene carbono (polímeros de homocadena), los polímeros obtenidos mediante reacciones escalonadas pueden tener otros átomos como parte de la cadena (polímeros de heterocadena) derivados de los grupos funcionales de los monómeros (Billmeyer, 2020, p. 5).

La figura representa la reacción de polimerización del tipo adición, donde n representa la cantidad de veces que se repite la molécula. Recuperado de The Chemistry of Polymers (p. 5). Por J. Nicholson, 2017, Royal Society of Chemistry.

Otros Tipos de Reacción de Polimerización.

Reacción de Polimerización por Apertura de Anillo. Un monómero cíclico (anillo) se rompe y produce un monómero sin o con menos ciclos (Jenkins et al., 1996, p. 2308).

Reacción de Homopolimerización. Se forma un homopolímero (Jenkins et al., 1996, p. 2306).

Reacción de Copolimerización. Se forma un copolímero (Jenkins et al., 1996, p. 2306).

Reacción de Despolimerización. Un polímero reacciona y regresa a ser uno o varios monómeros (Jenkins et al., 1996, p. 2309).

Usos y Aplicaciones

Plásticos. Los polímeros plásticos son utilizados extensamente en diversas aplicaciones, como envases, materiales de construcción y dispositivos electrónicos. Los envases plásticos hechos con polímeros ofrecen una excelente resistencia a la humedad, la corrosión, la luz y el calor, lo que los hace ideales para proteger una amplia gama de productos. Además de los envases convencionales como botellas, bolsas y cajas, los polímeros también se emplean en filmes plásticos utilizados para empacar alimentos y otros productos, ofreciendo ligereza, resistencia y a un menor costo (Asociación Española para la Valorización de Envases, s. f., párrs. 7-9). Ejemplo: Polietileno.

Adaptado de ¿Qué máquinas se utilizan para hacer botellas de plástico?, por Rotolia (https://www.rotolia.com/blog/que-maquinas-se-utilizan-para-hacer-botellas-de-plastico/), 2022.

Fibras. Son elásticas y extensibles, se forman tejidos con ellos (Ávila, 2017, p. 36). Estos polímeros han sido alineados de una manera para que formen cadenas largas que sean flexibles y resistentes; pueden ser naturales o sintéticos (Instituto, 2019, párrs. 1-3). Ejemplo: Nylon.

Adaptado de Difference Between Nylon 6 & Nylon 66, por R. Dragani, 2018, Sciencing (https://sciencing.com/difference-nylon-6-nylon-66-7617480.html).

Recubrimientos. Son normalmente líquidos que se pegan a la superficie en la que son vertidos, lo que les da algún tipo de propiedad resistente. Por ejemplo: A la abrasión (Ávila, 2017, p. 36).
Adhesivos. Son sustancias líquidas que tienen una gran capacidad para adherir dos o más cuerpos al entrar en contacto después de verter dicha sustancia en la superficie (Ávila, 2017, p. 6). Ejemplo: Cola blanca sintética.

Adaptado de Tipos de pegamentos y sus usos, por Redacción Cadena 88, s. f., Cadena 88 (https://www.cadena88.com/es/consejos-y-trucos/tipos-de-pegamentos).

Las Alternativas de Reciclaje
El reciclaje de plásticos es necesario para reducir el impacto en el ambiente que producen y lo que se hace es producir nuevo plástico a partir del plástico que ya no se usa. Actualmente el plástico reciclado es el 6% de materia prima mundial que se produce (National Geographic, 2022b, párr. 13). Es decir, el reciclaje de plástico disminuye la cantidad de residuos gracias a que no produce nuevo plástico.

Simbología de Reciclaje de Plástico

Existen 7 tipos de plásticos, con composiciones y usos diferentes, con símbolos para identificarlos cuando se tengan que reciclar (Ayuntamiento de Las Palmas de Gran Canaria, s. f., párr. 14).

Tabla 1
Simbología de 7 tipos de plásticos

Ayuntamiento de Las Palmas de Gran Canaria (s. f., párr. 15)

Posibles Soluciones ante la Contaminación por Plásticos

El plástico es omnipresente, barato y fácil de fabricar, pero puede ser complicado deshacerse de él porque no se puede descomponer fácilmente. Debido a que la naturaleza no tiene un mecanismo lo suficientemente eficaz como para adaptarla al ritmo de uso que le damos. Se estima que serán necesarios al menos 450 años para que los polímeros que lo componen comienzan a degradarse a nivel molecular. Afortunadamente en 2016, un equipo científico japonés descubrió una bacteria capaz de descomponer la molécula del tereftalato de polietileno (PET). Esta enzima que se encuentra en algunas bacterias tiene una capacidad asombrosa para descomponer el plástico, y aunque tarda algunos días en realizar su función, este proceso se puede acelerar, trasplantando la enzima mutante a una ‘bacteria extremófila’, lo cual aceleraría el proceso en 10% de lo que hace el medio natural (National Geographic, 2022a, párrs. 1-6). Por otro lado, también se han encontrado a unas larvas con enzimas excepcionales: Pueden degradar el poliestireno (Rodríguez, 2023, párr. 2). Estos descubrimientos, a pesar de ser recientes, ofrecen soluciones prometedoras para el problema de contaminación por plásticos que enfrentamos actualmente.
A todo esto, hay que tener en cuenta que los desafíos del plástico ameritan más que un esfuerzo nacional, es necesaria una cooperación internacional para responder a los efectos ambientales que producen, así como idear las alternativas a su uso (National Geographic, 2022b, párr. 14).

Descubrimientos Importantes sobre el Plástico

Primero que todo, según la Organización de las Naciones Unidas (2023, párr. 1) los plásticos son de los contaminantes más importantes que producimos; al año se producen 430 millones de toneladas de residuos plásticos, lo cual tiende a ser una amenaza para la salud del ser humano. El problema se agrava teniendo en cuenta a los microplásticos, los cuáles son microscópicas partículas de plástico, de menos de 5 milímetros de tamaño, formadas por polímeros y aditivos potencialmente tóxicos (Organización Panamericana Salud, 2023, párr. 4).
En segundo lugar, se estima que alrededor de 8000 millones de bolsas de plásticos acaban en el medio ambiente cada año. Aunque relativamente simple, y un inventor trascendental en su momento, hoy el plástico representa un gran riesgo para todos. En la actualidad, se han acumulado alrededor de 30 millones de toneladas de residuos plásticos en los mares, incluso, se sabe que la cuarta parte de todos los residuos plásticos mundiales no reciben un tratamiento adecuado, y acaban en vertederos no controlados, o incinerados en minas o en el medio acuático, especialmente en los países más pobres. Lo que significa que incluso si se reduce la mala gestión de residuos, se seguirán liberando desechos a los océanos durante las siguientes décadas (National Geographic, 2022b, párrs. 2-7).

La figura representa la cantidad de residuos plásticos que son tirados a un vertedero, mal gestionados y no recogidos, incinerados y reciclados a nivel mundial. Recuperado de El reciclaje del plástico, una asignatura pendiente a nivel global. Por National Geographic (https://www.nationalgeographic.com.es/naturaleza/reciclaje-plastico-asignatura-pendiente-a-nivel-global_17901), 2022b.

Por otro lado, según un estudio de 2022, en el que participaron 22 personas, el 77% de los donantes presentaban partículas de plástico en su sangre, siendo el PET (tereftalato de polietileno) el que se encontraba en mayor cantidad (Leslie et al., p. 5). Además, en otro estudio, en la placenta materna, placenta fetal y membrana corioamniótica se encontraron 12 partículas de plásticos pigmentados (Plásticos de colores) y, aunque se sabe que partieron desde el torrente sanguíneo, no se sabe cómo entraron al cuerpo (Baiocco et al., 2021, pp. 3-5).

Adaptado de Plasticenta: First evidence of microplastics in human placenta (p. 4). Por Baiocco et al., 2021, Environmental International.

Postura

Actualmente, conocemos la gravedad de esta problemática creciente; la durabilidad, versatilidad y bajo costo de los plásticos, lo han convertido de uso indispensable para amplia gama de aplicaciones, desde envases y empaques hasta textiles y componentes electrónicos. Sin embargo, esta omnipresencia ha tenido un precio elevado para el medio ambiente, la cual crece a proporciones alarmantes y, que amenaza con consecuencias irreversibles para los ecosistemas y la salud humana. Por ello consideramos que se debe regular el uso de plásticos y el tratamiento de sus residuos. A continuación, serán expuestas las razones por las cuales creemos que se debería regular el uso de este material.
En primer lugar, toneladas de plásticos son generadas (ONU, 2023, párr. 1) que contaminan las aguas (National Geographic, 2022, párr. 7). Cada año, millones de toneladas de plástico terminan en los mares y la cantidad va en aumento, esta avalancha de desechos proviene de diversas fuentes, pero todas de origen humano.
En segundo lugar, los polímeros plásticos empiezan a degradarse en casi 500 años después de ser producidos (National Geographic, 2022a, párr. 1). A diferencia de los materiales biodegradables que se descomponen en cuestión de meses o años, el plástico puede tardar cientos, incluso miles de años en degradarse completamente. La lenta degradación de este material es un recordatorio de la necesidad de repensar nuestra relación con él y lo crucial que es reducir su consumo, así como promover el uso de alternativas sostenibles para mejorar la gestión de residuos que contaminan nuestro planeta.
No obstante, hay que tener en cuenta que los plásticos son versátiles, altamente resistentes a los elementos y económicos (Asociación Española para la Valorización de Envases, s. f., párrs. 7-9). Este material posee características que lo han convertido en un material indispensable en la sociedad moderna, su versatilidad permite moldearlo en una infinidad de formas, adaptándose a diversas necesidades y aplicaciones. Sin embargo, este argumento es absolutamente errado debido a que carece de responsabilidad ambiental, gracias a que el impacto negativo de la contaminación por plásticos en toda la vida del planeta es mayor al impacto positivo que puede generar, solamente, al ser humano.

En conclusión, consideramos que es necesaria la regulación del uso de plásticos y el tratamiento de sus residuos. Después de los argumentos planteados creemos que, a pesar de que el plástico sea un material con propiedades útiles que ha contribuido al desarrollo y bienestar de la sociedad. Es importante tener en cuenta que su masivo empleo representa una amenaza directa al bienestar de todos los seres vivos. Por lo tanto ¿Realmente vale la pena el uso de los plásticos?

Información Adicional
Adjuntamos información que le ayudará a informarse más sobre el tema:

https://www.youtube.com/watch?v=LrUP3qI8Ffo

https://www.youtube.com/watch?v=yRvfrSqGnTY

https://www.youtube.com/watch?v=Hhch38neMrg

https://www.youtube.com/watch?v=Cz-OZyK9M_Q

https://www.youtube.com/watch?v=vHGWtzv-3i0

Referencias

Ávila Sanabria, A. (2017). Química de los polímeros. Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco. http://www.fcn.unp.edu.ar/sitio/fisicoquimica/wp-content/uploads/2017/07/clasificacion-pol%C3%ADmeros.pdf

Asociación Española para la Valorización de Envases (s. f.). Polímeros plásticos. https://www.aevae.net/polimeros-plasticos/#:~:text=Entre%20las%20principales%20caracter%C3%ADsticas%20de,qu%C3%ADmica%20y%20la%20conductividad%20el%C3%A9ctrica.

Ayuntamiento de Gran Canaria (s. f.). Los símbolos del reciclaje. https://www.laspalmasgc.es/es/areas-tematicas/limpieza-y-reciclaje/separacion-y-reciclaje/los-simbolos-del-reciclaje/#:~:text=Est%C3%A1%20formado%20por%20tres%20flechas,sido%20realizado%20con%20material%20reciclado.

Baiocco, F., Carnevali, O., Catalano, P., D’Amore, E., Draghi, S., Giorgini, E., Matta, M., Notarstefano, V., Papa, F., Ragusa, A., Rinaldo, D., Rongioletti, M., Santacroce, C. y Svelato, A.  (2021). Plasticenta: First evidence of microplastics in human placenta [Plasticenta: Primera evidencia de microplásticos en placenta humana]. Environment international, 146, 106274. https://doi.org/10.1016/j.envint.2020.106274

Billmeyer, F. (2020). Ciencia de los polímeros (R. Areal, Trans). Reverté. (Trabajo original publicado en 1971). https://api.pageplace.de/preview/DT0400.9788429191622_A40607475/preview-9788429191622_A40607475.pdf

Dragani, R. (2018). Difference Between Nylon 6 & Nylon 66. Sciencing. https://sciencing.com/difference-nylon-6-nylon-66-7617480.html

ElPeriódico (14 de marzo de 2023). El 92% de tortugas marinas ingresadas en el CRAM tienen restos de plásticos. El Periódico. https://www.elperiodico.com/es/sociedad/20230314/tortugas-marinas-plastico-cram-84620269

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Jenkins, A., Kratochvíl, P., Stepto, R. y Suter, U. (1996). Glossary of basic terms in polymer science (IUPAC Recommendations 1996) [Glosario de términos básicos de la ciencia de los polímeros (Recomendaciones IUPAC 1996)]. Pure and Applied Chemistry, 68(12), 2287-2311. https://doi.org/10.1351/pac199668122287

Leslie, H., van Velzen, M., Brandsma, S., Vethaak, A., Garcia-Vallejo, J. y Lamoree, M. (2022). Discovery and quantification of plastic particle pollution in human blood [Descubrimiento y cuantificación de la contaminación por partículas de plástico en sangre humana]. Environment international, 163, 107199. https://doi.org/10.1016/j.envint.2022.107199

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National Geographic (13 de mayo de 2022b). El reciclaje del plástico, una asignatura pendiente a nivel global. https://www.nationalgeographic.com.es/naturaleza/reciclaje-plastico-asignatura-pendiente-a-nivel-global_17901

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Redacción Cadena 88 (s. f.). Tipos de pegamentos y sus usos. Cadena 88. https://www.cadena88.com/es/consejos-y-trucos/tipos-de-pegamentos

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https://www.nationalgeographic.com.es/ciencia/estos-gusanos-comenplastico_15580

Rotolia (2022). ¿Qué máquinas se utilizan para hacer botellas de plástico?. https://www.rotolia.com/blog/que-maquinas-se-utilizan-para-hacer-botellas-de-plastico/

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