Autores:

Dayari Meléndez, Fabrizio Cardozo, Diego Lucas, Mateo Lozada

1. Introducción

Crean una enzima mutante que se “come” el plástico, elaborado por la redacción de National Geographic, es un artículo en el que se presenta como investigadores de la Universidad de Portsmouth en Reino Unido y el Departamento de Energías de EEUU han modificado una enzima de origen bacteriano de tal modo que degrada los plásticos aún mejor de como lo hacía el organismo unicelular. (Redacción National Geographic, 2022) Ello se ve reflejado en la rapidez y efectividad de la enzima al momento de desintegrar los plásticos. En el artículo se resalta la relevancia de este descubrimiento, ya que la problemática en la que gira en torno el texto es la dificultad que tienen los plásticos para degradarse, lo cual implica serios problemas medioambientales. A manera de conclusión, el artículo termina con un comentario de John McGeehan, en el cual él expresa su optimismo sobre lo descubierto, mencionando que estamos más cerca de una solución definitiva para deshacernos de todo el plástico sobrante que amenaza el medio ambiente. (Redacción National Geographic, 2022).

A continuación, se procederá a investigar y presentar información esencial sobre los polímeros de tal manera que podamos exponer al final una postura firme sobre lo mostrado en el artículo.

1. Definición de polímero

De acuerdo con Benites (2007) un polímero es una macromolécula de masa molecular muy elevada. Que además, resulta de la combinación de una gran cantidad de unidades pequeñas idénticas de monómeros, dichas unidades pueden ser sintéticas o de origen natural y tienen una amplia gama de propiedades físicas y químicas. Debido a su estructura, los polímeros exhiben comportamientos mecánicos y térmicos, lo que permite que sean utilizados con frecuencia en diversas industrias (p.192).

2.1 Estructura química y física:

2.1.1 Estructura química: De acuerdo con Chang (2010) un polímero contiene millones de átomos de carbono e hidrógeno, se forman mediante la repetición de monómeros, que pueden estar conectados a través de cadenas lineales, ramificados o en redes tridimensionales. Los enlaces químicos que mantienen a los monómeros unidos son covalentes, y las fuerzas intermoleculares (fuerzas de Van der Waals, enlaces de hidrógeno, etc.) también influyen en el comportamiento del polímero (p. 1062).

2.1.2 Estructura física: Existen tanto amorfos como cristalinos, de acuerdo con esto pueden tener diferentes propiedades físicas. Pueden ser:

2.1.2.1 Amorfos: Son aquellos polímeros cuyas cadenas se encuentran desordenadas, lo que les otorga propiedades de flexibilidad y transparencia. Como ejemplos existen el caucho, el vidrio y los plásticos.

2.1.2.2 Cristalinos: Las cadenas de monómeros están ordenadas en regiones cristalinas, lo que hace al polímero más rígido y fuerte, pero menos transparente. Por ejemplo, existen el propileno y el Nylon.

2.2 Clasificación de los polímeros:

2.2.1 Según su origen:

2.2.1.2 Naturales: Son aquellos que se encuentran en la naturaleza, como el almidón, la celulosa, el caucho natural y las proteínas, su creación es espontáneamente natural.

2.2.1.3 Sintéticos: Se producen artificialmente mediante procesos químicos dentro de laboratorios, en industrias. Como ejemplos se tiene el polietileno, el polipropileno y el nailon.

2.2.1.4 Semi Sintéticos: Son derivados de polímeros naturales que han sido modificados químicamente, como el acetato de celulosa, y como resultado suelen adquirir o perder algunas propiedades.

2.2.2 Según su estructura

2.2.2.1 Lineales: Los monómeros están unidos en una sola cadena larga y continua, aunque algunas funciones orgánicas como ramificaciones, pero insignificantes. Ejemplos: polietileno, PVC.

2.2.2.2 Ramificados: Tienen una cadena principal con ramas laterales de cadenas más cortas. Ejemplos: glicógeno.

2.2.2.3 Reticulados o tridimensionales: Están formados por una red tridimensional, debido a enlaces cruzados entre cadenas. Ejemplo: caucho vulcanizado.

2.2.2.4 Copolímeros: Se forman a partir de dos o más tipos de monómeros. Ejemplos: ABS (acrilonitrilo butadieno estireno).

2.2.3 Según su comportamiento térmico

2.2.3.1 Termoplásticos: Se ablandan o funden cuando se aumenta su temperatura y se endurecen cuando se enfrían, esto permite su destrucción y reciclaje. Como ejemplos existen el polietileno, polipropileno, PVC.

2.2.3.2 Termoestables: No se ablandan al calentarse y no pueden ser reformados una vez endurecidos, por lo que no es sencillo su reciclaje. Por ejemplo baquelita, epoxi.

2.2.3.3 Elastómeros: Son polímeros que pueden ser estirados considerablemente y regresar a su forma original. Ejemplo: caucho.

Este conjunto de clasificaciones permite estudiar a los polímeros desde distintas perspectivas, lo cual es útil para el propósito del Blog, entender a estos polímeros es fundamental, ayudando a seleccionar el material adecuado e inadecuado para el medio ambiente.

2.2.4 Según la unión de sus monómeros

2.2.4.1 Homopolímeros: Son los polímeros que se componen de un monómero uniforme a lo largo de toda la cadena. En este escenario, todos los monómeros presentes en la composición del polímero son iguales. Algunos ejemplos habituales son el polietileno (PE), que solo se compone de monómeros de etileno, y el poliestireno (PS), que se compone de monómeros de estireno.

2.2.4.2 Copolímeros: Estos polímeros están formados por dos o más tipos diferentes de monómeros. Según cómo se distribuyen los monómeros en la cadena, los copolímeros pueden subdividirse en:

2.2.4.2.1 Copolímeros alternados: Los monómeros diferentes se alternan en la cadena de forma regular (A-B-A-B-A-B).

2.2.4.2.2 Copolímeros en bloque: Los monómeros se agrupan en bloques largos (AAAA-BBBB).

2.2.4.2.3 Copolímeros al azar (o estadísticos): Los monómeros se distribuyen de manera aleatoria a lo largo de la cadena.

2.2.4.2.4 Copolímeros injertados: Una cadena principal de un tipo de monómero tiene ramas de otro tipo de monómero unidas a ella.

Ejemplo de copolímero: El ABS (acrilonitrilo butadieno estireno) es un copolímero que fusiona tres clases de monómeros con distintas características con el fin de obtener un material de gran resistencia y adaptabilidad.

Este método fundamentado en la naturaleza de los monómeros ofrece una perspectiva de cómo se pueden modificar y controlar las características de los polímeros a través de la selección de los monómeros y su ubicación en la estructura del material.

1. Tipos de polimerización:

La polimerización es el proceso por el cual se sintetiza un polímero a partir de sus monómeros. Hay diversos tipos de polimerización que pueden clasificarse según los mecanismos de reacción o las fases implicadas, entre ellos se encuentra la polimerización en masa, en solución, en suspensión o en emulsión.

En 1929, Wallace Hume Carothers realizó una primera clasificación de los polímeros en polímeros de adición y de condensación, según si la reacción de polimerización genera únicamente el polímero o también un compuesto de bajo peso molecular, como el agua, denominado “condensado”.

3.1 Polimerización por adición:

Una característica fundamental de la polimerización por adición es que se lleva a cabo mediante la adición continua de monómeros a una cadena en crecimiento que posee un extremo activado. Este tipo de polimerización se divide en polimerización por radicales libres y polimerización iónica, dependiendo de si las partículas reactivas son radicales libres o iones. En el caso de la polimerización iónica, puede ser a su vez clasificada como catiónica o aniónica, según si las especies que propagan la reacción son cationes o aniones. Los monómeros vinílicos, que contienen enlaces dobles, pueden polimerizar en presencia de peróxidos cuando estos son capaces de generar radicales libres.

Para que la reacción ocurra, se emplean iniciadores químicos, fotoquímicos y térmicos para generar el primer radical libre. La creación de radicales libres requiere una alta cantidad de energía o la presencia de un enlace doble.

3.2 Polimerización por condensación:

La polimerización se lleva a cabo a través de reacciones entre grupos funcionales, que suelen ser de diferentes tipos, como hidroxilo (-OH), cloruros de acilo (-COCl), carboxilo (-COOH), amina (-NH2), entre otros. Este proceso generalmente implica la transformación de una molécula pequeña en una más grande. Los grupos funcionales presentes en los monómeros forman parte de la cadena principal del polímero, repitiéndose de manera continua a lo largo de ella. Durante la polimerización, la mezcla de reacción contiene una distribución de tamaños moleculares que va desde el monómero original hasta polímeros de alto peso molecular.

Posteriormente, en 1953, Paul Flory categorizó los polímeros según el mecanismo de reacción, identificando que el ensamblaje de los polímeros puede llevarse a cabo a través de dos mecanismos químicos diferentes en cadenas o por etapas.

3.3 Polimerización en cadena:

Cuando las moléculas presentan dobles enlaces C=C, la polimerización ocurre en cadena debido a la elevada reactividad de estos enlaces, que pueden ser activados por radicales libres o iones, conocidos como iniciadores. Además, este mecanismo de polimerización se divide en tres etapas: iniciación, propagación y terminación. Se puede dividir en radical e iónica referente a su iniciador.

3.4 Polimerización por etapas:

La polimerización por etapas utiliza dos monómeros disfuncionales o un monómero con dos grupos funcionales diferentes que reaccionan entre sí, siguiendo principios aleatorios. Se forman cadenas largas por unión de cadenas más cortas. La reacción ocurre simultáneamente entre las moléculas de monómeros, formando oligómeros (dímeros, trímeros, etc.) y macromoléculas más grandes. No hay diferencias en la cinética y mecanismos de reacción según el tamaño de las moléculas involucradas. Como resultado, el producto obtenido presenta una distribución de pesos moleculares no homogénea que se expresa con valores promedio.

3.5 Polimerización por radicales:

Se trata de una polimerización que ocurre mediante radicales, donde se entiende por radical a una molécula o parte de una molécula en la que uno o varios átomos presentan electrones de valencia impares. Esta polimerización es una reacción en cadena en la que las moléculas de monómero se añaden a través del ataque del radical al doble enlace del monómero, generando un nuevo radical. Este proceso se repite tantas veces como moléculas de monómeros se vayan incorporando sucesivamente, propagándose el centro activo hasta que este es destruido (Odian, 2004).

4. Usos y aplicaciones:

Los polímeros tienen diversas aplicaciones y propiedades que los hacen útiles en diferentes industrias. A continuación, se resumen algunos de ellos:

• Industria de la construcción: Ciertos polímeros como el cloruro de polivinilo (PVC) son económicos y versátiles, están disponibles en versiones rígidas (sin aditivos) y plastificadas (con aditivos), y se usan en tuberías, ventanas y decoración, mientras que el plastificado es utilizado en tapicería, revestimientos de paredes y cables, suelos, componentes de electrodomésticos, y como imitación de cuero.
• Productos del hogar: Polímeros como el polipropileno (PP) resistente a la deformación térmica y químicamente inerte, se emplean en productos para el hogar, además de ser usados en la fabricación de piezas de automóviles, embalajes, maletas y electrodomésticos.
• Industria automotriz: El poliestireno (PS) ofrece buena estabilidad térmica y propiedades eléctricas, siendo utilizado en recubrimientos de interiores de automóviles, juguetes, aislantes térmicos y electrodomésticos, así como el estireno-acrilonitrilo (SAN), empleado también en componentes de automóviles, además de espejos, jeringas y utensilios de cocina.
• Industria textil y aeronáutica: El poliacrilonitrilo (PAN) tiene alta transmisión de luz y resistencia a la degradación, pero una baja resistencia mecánica. Se utiliza en fibras textiles como jerseys, mantas, y en lentes y ventanas de aviones.
• Industria de la señalización: El metacrilato de polimetilo (PMMA) es utilizado en la señalización, pantallas de seguridad, gafas protectoras y muebles. En estas industrias también destaca el acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) usado en tuberías, carcasas de ordenadores y en protección frente a interferencias electromagnéticas.
• Industria química: El politetrafluoroetileno (PTFE) es químicamente inerte, con excelentes propiedades, comúnmente usado en recubrimientos antiadherentes y aplicaciones industriales.

5. Alternativas de reciclaje:

Esta acción consiste en separar los residuos plásticos de otros desechos para reutilizarlos, ya sea para la misma función o para una nueva. Debido a las propiedades de los polímeros, especialmente los utilizados cotidianamente, es posible su reutilización. Por ejemplo, botellas de PET, bolsas de polietileno y tubos de PVC pueden ser reciclados, lo que requiere identificar el tipo de polímero. Para facilitar este proceso, se ha implementado una codificación internacional para los plásticos más comunes.

Cuanto menor sea el número indicado, más fácil será reciclar el material. Además, existen diferentes métodos de reciclaje según los tipos de plásticos involucrados. Los principales sistemas de reciclaje son los siguientes:

5.1 Reciclaje químico:

Es el proceso en el que se descompone el polímero para recuperar los componentes iniciales (monómeros). Estos monómeros pueden ser utilizados nuevamente en un nuevo proceso de polimerización para generar nuevos materiales poliméricos.

5.1.2 Procesos:

• Recolección y selección de residuos plásticos: Es fundamental llevar a cabo una correcta selección de los materiales, separando aquellos que no son aptos.
• Triturado: Se reduce el tamaño de los plásticos para facilitar su manejo.
• Descomposición molecular: Los residuos plásticos pasan por un proceso que rompe los enlaces químicos del material, permitiendo obtener sus componentes originales.
• Síntesis de nuevos productos: Una vez que se tienen los componentes originales, pueden ser utilizados para fabricar nuevos envases u otros productos de plástico.
• Purificación y refinamiento: Los productos obtenidos en la etapa anterior son sometidos a procesos de purificación y refinamiento para garantizar su calidad y eliminar cualquier impureza.

5.2 Reciclaje mecánico:

Implica trocear el material e introducirlo en una extrusora para producir granza reciclada, la cual luego se transforma mediante procesos como la extrusión o inyección. Este método de reciclaje se aplicará únicamente a productos derivados del consumo.

5.2.1 Procesos:

• Limpieza: Cuando los plásticos llegan a la planta de reciclaje, se preparan para asegurar que la materia prima esté libre de suciedad o sustancias que puedan dañar las máquinas o el producto final.
• Clasificación: Es necesario separar los diferentes tipos de plásticos antes de su transformación, especialmente aquellos provenientes de la industria.
• Trituración: Esta etapa se realiza si los materiales no han sido triturados previamente.
• Lavado: Los granos de plástico se lavan en un tanque grande para eliminar cualquier suciedad o impureza.
• Granceado: Los residuos plásticos generalmente se comercializan en forma de granza; si esto no ocurre, deben convertirse en granza para ser introducidos en los equipos de reciclaje.
• Extrusión: Este proceso implica aplicar presión al material fundido para que pase a través de una matriz. Las materias primas se introducen en forma sólida y se funden y homogenizan dentro de la máquina extrusora.
• Inyección: Se inyecta el material fundido en un molde cerrado y frío, donde se enfría y solidifica, adoptando la forma deseada.
• Soplado: Esta técnica se utiliza para crear piezas huecas; se funde el material y se introduce en un molde, luego se inyecta aire en el interior para que el material se adhiera a las paredes del molde en forma de tubo, solidificándose al enfriarse.
• Compresión: Se utiliza principalmente para plásticos termoestables. Consiste en colocar el material en un molde que se sitúa en una prensa, donde se aplica alta presión para que el material adquiera la forma deseada.
• Transferencia: Este método se considera superior a la compresión. Consiste en introducir materia prima a alta presión en un molde utilizando un pistón.
• Calandrado: Técnica ampliamente utilizada para producir láminas y películas del grosor deseado, donde la materia prima se introduce en una máquina con varios rodillos, desplazándose entre ellos para reducir su espesor.

6. Postura frente al planteamiento del artículo:

Los plásticos son muy útiles en nuestra vida, tanto en la cotidianidad de la vida diaria con los envases de plástico como en ambientes más específicos como la tecnología médica. Sin embargo, debido a que la mayoría de estos no son biodegradables, permanecen en el medio ambiente por cientos de años, y su impacto en este es devastador, contaminando fauna y flora de los océanos, ríos y suelos a su paso. Los microplásticos, pequeños fragmentos de plástico que resultan de la degradación de objetos más grandes (Castañeta et al. 2020). Estos se han desplazado por toda la superficie terrestre mediante el agua, aire e incluso en alimentos afectando la salud de las personas. Es por ello que la búsqueda de soluciones para este problema es de suma importancia.

En la actualidad se utilizan distintas maneras para evitar la contaminación por plástico, un ejemplo es la reducción de uso de plásticos de un solo uso como tenedores de plástico, bolsas o sorbetes para así disminuir la cantidad de estos que llegan al océano. También están las plantas de reciclaje de plástico los cuales separan estos por el tipo que es y lo funden para obtener la materia prima de nuevo para utilizarla en la fabricación de algún otro objeto. Otra opción es la creación de biodegradables con el fin de que permanezcan mucho menos tiempo en el medio ambiente. Es de notar que estas medidas ayudan a la reducción de la fabricación de más plástico, el que ya se encuentra desperdigada por el planeta no va a descomponerse en un tiempo corto y seguirá afectando al medio ambiente.

Es por ello que el descubrimiento de la enzima que “come” el plástico es sumamente sorprendente. Cómo se ha visto algunos de los intentos para reducir el impacto del plástico en el medio ambiente es el reciclaje del plástico y el cese de la producción de este, si bien esto puede resultar útil la demanda de los plásticos hoy en día es muy grande, haciendo que estos métodos no sean suficientes para cesar la contaminación por este producto. Por otro lado, la enzima que se menciona podría solucionar el problema de raíz logrando la descomposición de los plásticos en una cantidad de tiempo significativamente más pequeña que la normal. Con este descubrimiento el problema de los microplásticos se solucionaría. No obstante, haría falta estudios sobre el comportamiento de esta enzima en el medio ambiente, esto debido a posibles consecuencias adversas desconocidas de está encima o en otro caso, como el ejemplo que da el artículo, la viabilidad de su producción en masa. Cabe resaltar que a pesar de esto no se descarta el uso del reciclaje de plásticos para como solución a la problemática. Se espera que se implementen de manera simultánea.

7. Referencias:
8. Benites, M.(2010) Química 6 Teoría y Problemas. Moshera: Lima.
9. Castañeta, Gutiérrez, Nacaratte y Manzano. (2020). Microplásticos: un contaminante que crece en todas las esferas ambientales, sus características y posibles riesgos para la salud pública por exposición. Revista Boliviana de Química, 37 (3), 160-175. https://www.redalyc.org/journal/4263/426365043004/html/
10. Garza, E. (2014). Propiedades mecánica dinámicas de nanopartículas termofijas. http://eprints.uanl.mx/4186/1/1080253849.pdf
11. Valverde, M., Schwarz, Z. y Valverde, M. (2021, 9 junio). ¿Cómo se recicla el plástico? Tipos de plásticos y proceso de reciclaje. ZS España. https://www.zschimmer-schwarz.es/noticias/como-se-recicla-el-plastico-tipos-de-plasticos-y-proceso-de-reciclaje/
12. Valenzuela, D. (2016, 17 noviembre). Comportamientos anómalos en polimerización vía radicales libres. https://ciqa.repositorioinstitucional.mx/jspui/bitstream/1025/97/1/Tesis%20DTP%20David%20Victoria%20Valenzuela%20Nov%2025%202016.pdf
13. Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX). (2013, diciembre). Reciclaje químico. https://www.cedexmateriales.es/catalogo-de-residuos/37/residuos-plasticos/gestion-del-residuo/valorizacion-material/250/reciclaje-quimico.html#:~:text=El%20reciclaje%20qu%C3%ADmico%20es%20un,nuevos%20materiales%20polim%C3%A9ricos%20(9).