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La trivializada belleza del plástico

tecnología
Responsable del artículo: Tobal SG

18/10/2021 | Sección: tecnología

Temas: tecnología sostenible.

Descripción: tecnología alternativa que busca un menor impacto ambiental.

La trivializada belleza del plástico

Con el tiempo, la humanidad, a través del mercado, comenzó a banalizar el valor intrínseco de los plásticos, convirtiéndolos más en un integrante poco importante, e incluso desechable luego de un solo uso, de la familia de los artificios humanos.

Revisemos algunas características moleculares en un lenguaje sencillo con respecto a los plásticos, gracias a las descripciones del ingeniero Jeffrey A. Jansen.

Las propiedades características que exhiben los plásticos son el resultado directo de la estructura molecular única de estos materiales. Dando un paso más allá, la variación dentro de las propiedades demostradas por los diferentes plásticos surge de la diversidad en su estructura. Los plásticos son polímeros de muy alta masa molecular. Para mejorar sus propiedades, a menudo contienen aditivos, como rellenos y refuerzos, antidegradantes y estabilizadores, retardantes de llama y plastificantes. Sin embargo, los atributos subyacentes de un material plástico están determinados por el polímero.

Los polímeros son macromoléculas que se basan en una estructura formada, principalmente o completamente, a partir de una gran cantidad de unidades estructurales similares unidas entre sí. A menudo llamadas cadenas; el polímero consiste en unidades repetitivas. Los polímeros se forman a través de un proceso conocido como polimerización, en el que las moléculas de monómero se unen mediante una reacción química que da como resultado una red tridimensional de largas cadenas de polímeros individuales que consisten en unidades repetidas más pequeñas.

Hay dos tipos básicos de reacciones de polimerización: adición y condensación.

La polimerización por adición es la formación de polímeros a partir de monómeros que contienen un doble enlace carbono-carbono a través de una reacción de adición exotérmica. Significativamente, esta reacción continúa sin la pérdida de ningún átomo o molécula de los monómeros que reaccionan. Los materiales comunes producidos mediante la polimerización por adición incluyen el polipropileno (PP), policloruro de vinilo (PVC), poliestireno (PS), y finalmente el polietileno (PE) del cual derivan el PET, el HDPE y el LDPE.

En contraste, los polímeros de condensación se forman por una reacción gradual de moléculas con diferentes grupos funcionales. La reacción es endotérmica y produce agua u otras moléculas pequeñas como el metanol, como subproducto. Los polímeros comunes producidos a través de reacciones de condensación incluyen poliésteres termoplásticos (PTT), poliacetal (POM), policarbonato y poliamidas.

Debido a la estructura de las moléculas, los materiales poliméricos tienen diferentes propiedades en comparación con otros materiales, como los metales. Esta combinación de cadenas móviles enredadas produce viscoelasticidad. La viscoelasticidad es la propiedad de los materiales que exhiben características tanto viscosas como elásticas cuando sufren deformación. Los materiales viscosos, como la miel, resisten al flujo inducido por fuerzas así como a la deformación, de manera lineal con respecto al tiempo cuando se aplica una tensión. Los materiales elásticos, como una varilla de acero, se tensan cuando se estresan y vuelven rápidamente a su estado original una vez que se elimina la tensión. Los materiales viscoelásticos tienen elementos de ambas propiedades y, como tales, exhiben deformación dependiente del tiempo. Debido a esto, los plásticos son sensibles a la temperatura, a la velocidad de deformación y al tiempo.

Polímeros cristalinos vs. amorfos

Otra característica fundamental de los materiales poliméricos es la organización de su estructura molecular. En general, los plásticos se pueden clasificar como semicristalinos o amorfos. Comprender las implicaciones de la estructura, y específicamente la cristalinidad, es importante ya que afecta la selección de materiales, el diseño de piezas, el procesamiento y las propiedades de su aplicación.

La mayoría de los materiales no poliméricos forman cristales cuando se enfrían desde temperaturas elevadas hasta el punto de solidificación. Esto está bien demostrado con agua. A medida que el agua se enfría, los cristales comienzan a formarse a 0 ° C a medida que pasa de líquido a sólido. Los cristales representan los arreglos regulares y ordenados de las moléculas y producen un patrón geométrico distintivo dentro del material.

Sin embargo, debido al tamaño bastante grande de las moléculas de polímero y la correspondiente viscosidad elevada, la cristalización es inherentemente limitada y, en algunos casos, no es posible. Los polímeros en los que se produce la cristalización todavía contienen una proporción relativamente alta de estructura no cristalizada. Por esta razón, esos polímeros se denominan comúnmente semicristalinos.

Por otro lado, los polímeros que debido a su estructura no pueden cristalizar sustancialmente, se designan como amorfos.

cristal de copo de nieve

Las estructuras cristalinas son generalmente muy ordenadas, que es lo que les da resistencia y rigidez. Piense en el diamante o el acero como ejemplos. Un polímero cristalino, donde las cadenas moleculares están en gran medida bloqueadas en su lugar una contra la otra, es similar. Aplique una carga y se romperá en lugar de doblarse.

Los polímeros amorfos son lo contrario. En lugar de ser rígido, el revoltijo molecular aleatorio permite que las cadenas se muevan entre sí cuando el polímero es empujado o estirado. En resumen, los polímeros amorfos tienen flexibilidad y elasticidad.

En realidad, la distinción no es totalmente dicotómica. En prácticamente todos los polímeros hay una mezcla de estructuras tanto cristalinas como amorfas.

La morfología resultante de la cristalización de algunos polímeros afecta no solo las propiedades mecánicas de un polímero como ya revisamos, sino que también puede determinar su biodegradabilidad y biocompatibilidad. Se requiere una sólida comprensión de la cristalización del polímero para controlar la microestructura del polímero y lograr las propiedades deseadas.

Estructura de cristales en otros materiales que no son plásticos

Como ya vimos, la formación de cristales no es una propiedad única de los minerales; también se encuentran (pero no necesariamente de manera natural) en los llamados compuestos orgánicos, e incluso en ácidos nucleicos, proteínas y virus.

El estado cristalino de la materia es el estado con el orden más alto, es decir, con correlaciones internas muy altas y con el mayor rango de distancia.

Sin embargo, la materia no está completamente ordenada o desordenada (cristalina o no cristalina) y, por lo tanto, podemos más bien encontrar una degradación continua del orden (grado de cristalinidad) en los materiales, que va de lo perfectamente ordenado (cristalino) a lo completamente desordenado (amorfo).

Modelo atómico de un material ordenado (cristal)
Modelo atómico plano de un material amorfo (vidrio)

Los diferentes modos de empaquetamiento en los cristales conducen a las llamadas fases polimórficas que confieren diferentes propiedades a estos cristales. Por ejemplo, todæs conocemos las diferentes apariencias y propiedades del elemento químico carbono, que está presente en la naturaleza en dos formas cristalinas diferentes, diamante y grafito:

En la estructura del diamante, cada átomo de carbono está unido a otros cuatro en forma de una red tridimensional muy compacta (cristales covalentes), de ahí su extrema dureza y su propiedad como aislante eléctrico. Sin embargo, en la estructura de grafito, los átomos de carbono están dispuestos en capas paralelas mucho más separadas que los átomos en una sola capa. Debido a estos enlaces débiles entre las capas atómicas de grafito, las capas pueden deslizarse, sin mucho esfuerzo y, por lo tanto, la idoneidad del grafito como lubricante, su uso para plumas y como conductor eléctrico.

estructura molecular 3D: diamante
estructura molecular 3D: grafito

Subestimando a los polímeros

El desarrollo de los plásticos ha evolucionado desde el uso de materiales plásticos naturales (goma de mascar, goma laca) hasta el uso de materiales naturales químicamente modificados (caucho natural, nitrocelulosa, colágeno, galalita) y finalmente a moléculas completamente sintéticas (baquelita, epoxi, cloruro de polivinilo).

Los plásticos tempranos eran materiales bioderivados, como las proteínas de huevo o sangre, que son polímeros orgánicos. Alrededor de 1600 a. C., los pueblos mesoamericanos usaban caucho natural para pelotas, bandas y figuritas. Los cuernos de ganado tratados se usaron como las ventanitas de las linternas en la Edad Media. Los materiales que imitaban las propiedades de los cuernos se desarrollaron tratando las proteínas de la leche (caseína) con lejía.

En la actualidad existen ya una tremenda cantidad de plásticos que pueden ser utilizados con muchos propósitos:

  • Poliamidas (PA) o (nylon)
  • Policarbonato (PC)
  • Poliéster (PES)
  • Polietileno (PE): Polietileno de alta densidad (HDPE), Polietileno de baja densidad (LDPE), Tereftalato de polietileno (PET)
  • Polipropileno (PP)
  • Poliestireno (PS): Poliestireno de alto impacto (HIPS)
  • Poliuretanos (PU)
  • Cloruro de polivinilo (PVC)
  • Cloruro de polivinilideno (PVDC)
  • Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS): Policarbonato + Acrilonitrilo Butadieno Estireno (PC + ABS), Polietileno + Acrilonitrilo Butadieno Estireno (PE + ABS)
  • Poliepóxido (epoxi)
  • Polimetil metacrilato (PMMA) (acrílico)
  • Politetrafluoroetileno (PTFE) o Teflón
  • Fenólicos o fenol formaldehído (PF) o Baquelita
  • Formaldehído de melamina (MF)
  • Urea-formaldehído (UF)
  • Polieterétercetona (PEEK)
  • Maleimida / bismaleimida
  • Polieterimida (PEI) (Ultem)
  • Poliimida
  • Plastarch
  • Ácido poliláctico (PLA)
  • Furano Poli de silicona
  • Polisulfona
  • Polydiketoenamina (PDK)

La belleza de los polímeros

La parkesina (nitrocelulosa) se considera el primer plástico hecho por el hombre. El material plástico fue patentado por Alexander Parkes, en Birmingham, Inglaterra en 1856. Al incorporar pigmentos en el producto, se puede hacer que se parezca al marfil.

En 1893, el químico francés Auguste Trillat descubrió los medios para insolubilizar la caseína por inmersión en formaldehído, produciendo material comercializado como galalito.

El tercer plástico fue desarrollado en Yonkers, Nueva York, EEUU, en 1909, y fue patentado bajo el nombre de Baquelita por su descubridor, Leo Baekeland.

El siguiente video es un comercial de los 60’s en territorio mexicano, en donde no solamente se hablaba sobre el producto principal, que era el hipoclorito de sodio del Cloralex, sino que se realizaban propuestas de re-uso para la «nueva botella» plástica de Cloralex.

Basta con observar los primeros usos modernos del plástico para recobrar esa apreciación estética hacia este material y sus posibilidades. Se realizaban imitaciones del marfil, por ejemplo, el marfil es muy bello, pero implica la muerte de elefantes, mismos que se encuentran en peligro de extinción, por lo cual la baquelita, la parquesina o el galalito vienen a ser perfectas alternativas estéticas para fichas de dominó, bolas de billar, teclas de piano. Actualmente existe una tendencia de coleccionar objetos de baquelita debido a su belleza. El plástico, debido justamente al uso indiscriminado que tuvo durante ya un siglo se ha acumulado en grandes cantidades como basura, y toda esa “basura” plástica es totalmente recuperable y re-utilizable: el unicel o poliestireno (PE) se le han encontrado usos como impermeabilizante cuando se disuelve en acetona o thinner, por ejemplo; el PET, el HDPE, son fáciles de derretir (sabiendo su punto exacto) y pueden moldearse en básicamente cualquier forma nuevamente. Tenemos un verdadero tesoro en nuestros basureros.

Con el tiempo, la humanidad, a través del mercado, comenzó a banalizar el valor intrínseco de los plásticos, convirtiéndolos más en un integrante poco importante, e incluso desechable luego de un solo uso, de la familia de los artificios humanos. Esto ha probado, luego de 60 años, haber sido un fatal error. La gente ya no está para nada habituada a valorar los plásticos ni por su belleza individual, ni por el valor de su tremenda utilidad y re-usabilidad, ni por el valor que guarda el solo hecho de poder realizar, mediante diferentes procesos y derivándose de diferentes materiales, una cantidad absurda de tipos de plásticos que hasta la fecha, como es el caso del polímero llamado Polydiketoenamina o PDK que fue descubierto en 2019, siguen apareciendo.

Nos enfrentamos a un momento histórico, en el cual es posible aún el virar esta estúpida tendencia al uso y desecho inmediato de un artefacto humano tan valioso como el plástico que ha acompañado, como ya revisamos, a la humanidad desde hace miles de años, aunque en sus formas más complejas hasta más recientemente se ha convertido en una parte omnipresente en la vida moderna.

Valoremos el plástico, re-utilizemos el plástico, re-apropiémonos del plástico al reciclarlo, almacenémoslo y atesorémoslo en lugar de desecharlos luego de una sola vez de uso, desalentemos su uso indiscriminado como producto de un solo uso, hay muchas actitudes que deben cambiar con respecto a nuestra aproximación a esta maravilla del artificio humano ¡que por sus asombrosas propiedades casi debería ser un objeto sagrado!

Palabras clave del artículo: polímeros, belleza del plástico, tipos de plástico, PET, reciclar plástico, reutilizar plástico, HDPE, acrílico, vinil, poliestireno, bioplásticos, ecología, basura, celulosa vegetal, plástico

Responsable de este artículo:

Tobal SG

Editor de la RSJ, me gusta leer. Alquimista charlatán.

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