Los polímeros: el material más versátil que existe

¿Te imaginas un material suave como la piel, flexible como un junco y fuerte como el acero? Quizás pensaras que se trata de ciencia ficción, más si te dijera que este material está casi totalmente formado por solo cuatro elementos: carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno, con algunas adiciones de cloro, flúor y azufre. Pues no, no es ciencia ficción, de hecho, los utilizas muchas veces todos los días. Se trata de los polímeros, que son imprescindibles para el transporte, las comunicaciones, la producción de energía renovable, el material deportivo, nuestras casas, la ropa, las revistas y libros, la medicina y la conservación de alimentos. En esta entrada os vamos a explicar qué son los polímeros y qué importancia tienen en nuestro presente y futuro.

Veamos cómo con tan pocos elementos, se pueden conseguir materiales con una versatilidad enorme. Si pudiéramos ver el interior de las paredes de un tupper, nos encontraríamos que está constituido por una maraña de hilos parecida a un plato de espagueti. Cada uno de estos hilos sería una cadena de polímero. Las cadenas de polímero están formadas por unidades repetidas, denominadas monómero, y miles de estas unidades se enlazan una detrás de otra, dando lugar a cadenas muy largas. A la reacción o al proceso de unir esas unidades se le denomina polimerización, y la cadena resultante se llama polímero o macromolécula (una molécula muy grande).

Modificando el proceso de polimerización, podemos obtener cadenas lineales, ramificadas o redes tridimensionales obteniendo propiedades mecánicas completamente diferentes.

Por ejemplo, el polietileno (PE), que está únicamente compuesto por carbono e hidrógeno, puede formar cadenas lineales que pueden ordenarse perfectamente y cristalizar, obteniendo un material rígido. Sin embargo, el polietileno ramificado no puede cristalizar, por lo que es blando y ha sido muy utilizado en bolsas de basura.

En vez de hacer las cadenas de polímero independientes, se pueden formar redes tridimensionales con uniones entre diferentes cadenas. Para ello se polimerizan monómeros multifuncionales. Si la red que se forma es abierta, entonces nos encontramos ante un material que se deforma bajo presión, pero que recupera su forma al desaparecer la presión. Estos polímeros se llaman elastómeros y a ellos pertenecen el caucho y la silicona. Si la red que se forma es muy cerrada, tenemos un polímero que no se deforma con la presión, como el polietileno reticulado que se usa en las prótesis de cadera.

Por el contrario, si insertamos un grupo funcional en la red, por ejemplo, un carboxilo que tiene mucha afinidad por el agua, conseguimos el material absorbente que se usa en los pañales. O si insertamos flúor, que repele el agua, conseguimos materiales repelentes como el Gore-Tex. Existe un material que, con solo carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno, a igualdad de peso, es más fuerte que el acero. Se trata del Kevlar, que basa sus propiedades en multitud de puentes de hidrógeno entre las diferentes cadenas de polímero.

En este momento, con una población que en 50 años se ha duplicado hasta alcanzar los 8.000 MM de personas, los polímeros son imprescindibles para el desarrollo sostenible que es impensable sin energía renovable, sin el ahorro de energía que suponen los vehículos más ligeros, sin la ayuda de los polímeros para tener una agricultura menos dependiente de las condiciones climáticas y para conservar los alimentos producidos, sin las membranas de polímero necesarias para desalinizar el agua de mar y sin la contribución de los polímeros a la salud. Además de estos polímeros que podemos denominar imprescindibles, también se usan polímeros para aplicaciones de un solo uso. La excelente relación calidad/precio ha llevado a sobreutilización de polímeros de un solo uso. Esta sobreutilización y la resistencia de los polímeros a la intemperie, junto con la falta de sistemas de recolecta de residuos sólidos en los países menos desarrollados y la falta de civismo en países desarrollados, dan como resultado su acumulación en el medio ambiente. Esto puede crear serios problemas al medio ambiente, su fauna y a los humanos. Por ello, es necesario reducir la utilización de los polímeros de un solo uso a aquellas aplicaciones que lo justifiquen, y hay que recogerlos y reciclarlos adecuadamente.

Hace 50 años, el Prof. Gonzalo Martín Guzmán, tuvo la visión de crear una Facultad de Química única en España y Europa especializada en polímeros. Esta investigación está hoy agrupada en POLYMAT, donde más de 210 investigadores e investigadoras (de 35 países) desarrollan una investigación de vanguardia en el mundo de los polímeros.

Estos investigadores se centran en lo que hemos llamado polímeros imprescindibles y desarrollan nuevos polímeros con mejores propiedades para poder producir más usando menos material. También investigan alternativas al reciclaje de los polímeros de uso único, responsables de una gran parte del impacto medioambiental. Además, desarrollan polímeros para mejorar la eficacia de las placas solares y de las baterías necesarias para almacenar la energía producida. Por otro lado, conscientes de que los recursos fósiles son limitados, desarrollan métodos para producir polímeros a partir de materias primas renovables o de desechos de polímero. Además, desarrollan métodos para optimizar el funcionamiento de las plantas de desalinización. Por último, en el campo de la salud desarrollan polímeros bioabsorbibles para catéteres, hidrogeles para curado de heridas y dosificación de fármacos a través de la mucosa y andamios poliméricos para la regeneración de cartílago y tendones.

Por lo tanto, el mensaje a recordar es que los polímeros son imprescindibles para el desarrollo sostenible, pero que debemos reducir su uso en aplicaciones no esenciales y en todos los casos recogerlos y reciclarlos. Como los polímeros todavía pueden ofrecer mucho más, los investigadores de la Facultad de Química y POLYMAT seguirán trabajando para dar respuesta a los retos como energía, salud, sostenibilidad y alimentación que plantean los polímeros hoy en día y a futuro.

Autores: Miren Aguirre Arrese, profesora agregada de la Facultad de Química de la UPV/EHU; María Paulis Lumbreras, catedrática de Ingeniería Química en la UPV/EHU y directora del POLYMAT y José M. Asua González, catedrático emérito de Ingeniería Química en la UPV/EHU y fundador de POLYMAT.

La Facultad de Química de la UPV/EHU cumple este año 50 años. Con motivo de este aniversario se han organizado un gran número de actividades festivas, de orientación del alumnado de secundaria, investigación, transferencia y divulgación. Entre estas últimas podemos encontrar “12 meses – 12 temas”, conjunto de actividades que pretende mostrar a la sociedad las temáticas desarrolladas en la Facultad. Entre estas actividades podemos encontrar el ciclo de charlas “50 años difundiendo la química”, en Ernest Lluch Kulturetxea, así como vídeos de divulgación, entrevistas en radio y artículos en los blogs de divulgación de la Cátedra de Cultura Científica. Durante todo el año contaremos con invitados especiales, como los cuatro Centros de Investigación nacidos de la Facultad (CIDETEC, CFM, DIPC y POLYMAT), así como los Premios Nobel Albert Fert y Jean Marie Lehn. Se puede consultar el conjunto de actividades programadas en la página web de nuestro 50 Aniversario.

El artículo Los polímeros: el material más versátil que existe se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.