Historia de los plásticos

La historia del plástico es muy similar a la evolución del ser humano por su rapidez y capacidad de adaptación a las diferentes necesidades. Al igual que nuestra especie, Homo sapiens, es la última en aparecer y en conquistar todo el planeta, con el plástico sucede algo muy parecido, ya que es el último gran material desarrollado en nuestra historia tecnológica. En apenas 200 años, este material ha ocupado todos los rincones de la Tierra, destinándose a multitud de utilidades y aplicándose en infinidad de formatos y soportes.Los plásticos son polímeros, compuestos químicos constituidos por unidades que se repiten (monómeros). El desarrollo técnico ha permitido ir sustituyendo distintos materiales por polímeros artificiales. Su raíz etimológica deriva del griego plástikós -que significa moldeable- y hace referencia a la facilidad con la que se moldea este material sintético en caliente para darle la forma deseada y construir con él casi cualquier elemento imaginable.

Hasta hace un par de siglos no existía el plástico, pero sí los polímeros naturales, como la seda, la lana, el algodón, la celulosa, el almidón o el caucho natural. Incluso, en nuestra genética, hay polímeros, como en las cadenas de ADN que caracterizan la información de cada individuo. Nuestra civilización ha ido desarrollando materiales cada vez más avanzados y el plástico surgió en un momento de revolución industrial que hizo posible una fabricación de bienes más baratos, más sencillos de producir y más accesibles para toda la población mundial. El plástico no surgió como un material que cubría una necesidad, sino que se ideó como un material para desarrollar una fabricación barata, asequible, funcional y de fácil elaboración para la industria. Esto le permitió comenzar a ocupar el espacio de otros materiales y convertirse poco a poco en una sustancia imprescindible para la especie humana. La historia del plástico es, en realidad, la de los polímeros artificiales que se crearon para replicar los naturales, las macromoléculas con las que se podía trabajar para dar la forma deseada a cada material.

Aunque no todos los polímeros son plásticos, la historia de ambos materiales está íntimamente ligada, como los materiales que han caracterizado la Edad Contemporánea -hasta el punto de se ha llegado incluso a denominar a este periodo como el “Plasticoceno”-. La aparición de los plásticos ha sido tan vertiginosa que ha causado un desajuste entre el surgimiento de nuevos compuestos y el marco teórico científico necesario para su desarrollo. Su ciclo vital ha crecido exponencialmente, apareciendo en el siglo XIX, dominando el siglo XX y viéndose sobrerrepresentado por su producción masiva en el siglo XXI. El tercer milenio se está caracterizando por la globalización del plástico y los polímeros artificiales en casi todos los objetos que forman parte de nuestra vida cotidiana. De hecho, encontramos plásticos en envases, calzados, ropas, juguetes, menaje del hogar, compuestos industriales, piezas para la automoción y estructuras de aviones e, incluso, materiales médicos y prótesis bioquímicas. En definitiva, estos materiales han sido utilizados para producir elementos que nos permiten cubrir las necesidades tecnológicas de una sociedad cada vez más compleja en la que convivimos cerca de 8.000 millones de personas.

 

El plástico a lo largo del tiempo
Características y tipos
Historia, plásticos y química
Plástico, electricidad y electrónica
La sociedad del plástico
Ciencia y tecnología de los polímeros
Reciclaje, sostenibilidad e innovación
Piezas

Propiedades y características

Plasticidad

Es una propiedad del plástico que valora la capacidad del material para deformarse sin llegar a romperse.

Ligereza

El plástico es un material con una densidad baja, en relación con otros materiales de características mecánicas similares.

Impermeabilidad

La impermeabilidad es la capacidad del plástico relativa a la resistencia que ofrece el material a ser atravesado por un fluido sin alterar su composición. Normalmente los plásticos son impermeables.

Aislante térmico

Capacidad del plástico para reducir la transmisión de calor. En líneas generales los plásticos son excelentes aislantes térmicos.

Aislante acústico

El plástico presenta una buena resistencia a la transmisión del sonido. Es por ello que se suele usar para insonorizar estudios y salas de conciertos.

Resistencia a la corrosión

Cuando el plástico adquiere su estado sólido, a temperatura ambiente, tiene una baja reactividad química. Por tanto, no es afectado por la corrosión y otros factores químicos. Esta es la razón por la que el plástico es un material óptimo para contener ácidos o procesos químicos.

Inflamabilidad

Los plásticos se modifican mediante aditivos o cargas y se convierten en materiales ignífugos, aptos para el sector de la construcción y el transporte.

Cohesión

Es la resistencia de los átomos a separarse unos de otros. En los polímeros, las moléculas poseen un gran número de uniones químicas que aumentan su cohesión.

Conservación

El plástico posee la capacidad de contener y resistir sin alterar las sustancias. Por esta razón se usa para la conservación de diferentes productos y alimentos.

Incoloro

Los plásticos son generalmente incoloros (otros presentan color, como la baquelita, que es negra).

El plástico a lo largo del tiempo
Edad Contemporánea

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El plástico a lo largo del tiempo

Edad Contemporánea

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El plástico a lo largo del tiempo

Edad Contemporánea

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Edad Contemporánea

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El plástico a lo largo del tiempo

Edad Contemporánea

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El primer uso de plásticos

La primera relación de los seres humanos con los plásticos fue casual. Se produjo hace 3.500 años, en los grupos de la cultura olmeca del Golfo de México. Esta civilización realizaba juegos rituales con una pelota hecha de savias y otros extractos vegetales fundidos, de caucho natural.

Polímeros

año 1800

Los términos ‘polímero’ y ‘polimérico’ fueron acuñados por el químico sueco Jöns Jacob Berzelius, padre de la química moderna, en 1832. Berzelius ideó junto a otros científicos el sistema de notación química actual, fue el primero en distinguir los compuestos orgánicos de los inorgánicos e inventó el concepto de ‘proteína’. En 1838, Anselme Payen logró extraer y aislar por primera vez un polímero natural: la celulosa.

PVC

El descubrimiento del policloruro de vinilo, más conocido como PVC, es obra del físico y químico galo Henri Victor Regnault. En 1835, había descubierto el cloruro de vinilo. Poco tiempo después, casualmente dejó expuesta a la luz solar una muestra y así descubrió el PVC. El proceso de producción de este material no se diseñó hasta 1912, por parte del alemán Fritz Klatte. Alemania fue el primer país del mundo en instalar tuberías de este material para el suministro doméstico de agua en 1936. El PVC fue el plástico más producido en el siglo XX.

Caucho artificial

En 1839, Charles Goodyear descubre la vulcanización del caucho natural, proceso por el cual se convertía en una mezcla impermeable, al añadirle azufre. En su experimentación, y de manera accidental, descubrió este proceso que nombró vulcanización, en honor a Vulcano -dios latino de los metales, el fuego y las fraguas-. Patentó su descubrimiento en Estados Unidos en 1844, un año después de que Thomas Hancock hubiese hecho una patente similar en el Reino Unido. Hasta 1907 no se crea el primer caucho 100% sintético, obra del alemán Fiedrich Hoffmann.

Linóleo

año 1840

En 1844, Frederick Walton creó el linóleo, un plástico fabricado a partir de la mezcla de aceite de lino y serrín o corcho sobre un textil grueso, al que se añadían pigmentos para darle color. Patentó su fórmula en 1860 y, pocos años después, creó la Linoleum Manufacturing Company. A finales de la década, la fábrica exportaba a toda Europa y Estados Unidos, donde no abrieron factorías hasta 1874. El inventor del linóleo compró 120 hectáreas en Staten Island, Nueva York y pasó dos años allí montando la fábrica americana. La población de empleados y sus familias ocuparon un barrio residencial que fue bautizado como Linoleumville, manteniendo este nombre hasta el traslado de la planta en 1931, cuando pasó a llamarse Travis.

Celuloide

El primer polímero natural modificado fue la nitrocelulosa, obtenida por Christian F. Schönbein en 1846 al esterificar la celulosa con una mezcla sulfonítrica. De esta mezcla surgiría la materia prima empleada en la fabricación del celuloide, pinturas, lacas de instrumentos musicales, barnices o explosivos.

Proceso de extrusión

año 1850

Los procesos de extrusión habían sido utilizados desde siglos atrás con otros materiales, pero comenzaron a usarse con el plástico sobre todo a partir de la producción de alambre adhesivo “Gutebo por extrusión”, patentado por R. Brooman. El perfeccionamiento de este método abrió la puerta al recubrimiento de cables de cobre que inventó G. H. Bewlgy, para hacer posible el primer cable submarino, que unió las localidades de Dover (Inglaterra) y Calais (Francia), en 1851.

Teoría estructural

La evolución de los polímeros plásticos llegó a ir más rápida que la química. La teoría estructural de Kekulé y Couper de 1858 ayudó a ir conformando un corpus teórico para el desarrollo químico industrial. En su teoría introdujeron el concepto de valencia y crearon los cimientos para el desarrollo de la síntesis orgánica.

Poliestireno

El primer polímero 100% sintético fue el poliestireno que desarrolló el químico francés Marcellin Berthelot en 1866. Aunque su producción industrial no se desarrolló hasta 1930, acabó con una producción de 10,6 millones de toneladas anuales en el año 1999 y hoy en día es el cuarto plástico más consumido del mundo -sobre todo en envases y aislantes eléctricos, térmicos y acústicos-.

Nitrato de celulosa

año 1870

El plástico sustituyó a materiales difíciles de obtener, caros y poco sostenibles como el marfil. En 1870, un fabricante de bolas de billar norteamericano ofreció una recompensa a quien encontrarse un sustituto adecuado a esa materia prima.
El ganador fue John Wesley Hyatt, quien había adquirido la patente británica de la Parkesina de Alexander Parkes, registrada 20 años antes y que consistía en una mezcla de nitrocelulosa y alcanfor. En el momento de su creación no había mercado para esa sustancia, pero, décadas después, el invento de Hyatt -bautizado como celuloide-, comenzó a usarse para fabricar desde películas cinematográficas a armazones de lentes, mangos de herramientas y menaje del hogar.

El falso marfil

La búsqueda de una alternativa a la pizarra como superficie de escritura dio lugar en 1897 a la galatita, un plástico derivado de la proteína láctea de la caseína. Fue desarrollada por Wilhelm Krische, un impresor de Hannover, y el químico austríaco Adolph Stipteler. Ambos crearon un material duro pero fácil de moldear, que pasó a ser utilizado como falso marfil en bisutería, peines, botones para textiles y teclas de instrumentos musicales.

Baquelita

año 1900

La edad de los plásticos se inició en 1910 con la invención y comercialización de la Baquelita de Leo Baekeland. Fue el primer plástico totalmente sintético, resistente al agua, aislante y fácil de trabajar en caliente. Su uso marcó el acceso a un material barato y resistente con el que se crearon las piezas exteriores de los teléfonos, los interruptores y otros mecanismos de los electrodomésticos. Más de un siglo después, su uso sigue presente en mangos, tapones y boquillas de enseres de cocina, bebida y alimentación.

El cellón

El celuloide o película de nitrato fue sustituido en la mayoría de usos, excepto el fotográfico, por el cellón, preparado en masa por la máquina de inyección para materias plásticas de A. Eichengruen. Este material, a base de acetato de celulosa sintética, presentaba las ventajas de ser muy ligero, poco inflamable y mucho más estable, por lo que, durante la Primera Guerra Mundial tuvo un papel muy importante en la industria aeronáutica.

Las macromoléculas

año 1920

En 1922, Herman Staudinger estableció el concepto de macromolécula y sentó las bases de la ciencia de polímeros, por lo que recibió el Premio Nobel de Química tres décadas después. El avance de los plásticos y los polímeros a nivel industrial estaba muy adelantado a la ciencia que lo explicaba y le dotaba de conceptos. Cuatro años después, Theodor Svedberg determinó la masa molecular de varios polímeros naturales y del poliestireno, confirmando la teoría macromolecular de Staudinger, que complementarían en 1928 Kurt Meyer y Herman F. Mark, estableciendo la estructura molecular y cristalina de los polímeros.

Polietileno

Siguiendo la constante de descubrimientos accidentales en el mundo del plástico, Hans von Pechmann sintetizó en 1933 el polietileno por casualidad, al calentarse en una estufa una muestra de diazometano que el científico había olvidado. Sus compañeros de laboratorio, E. Bamberger y F. Tschimer, investigaron la sustancia resultante y descubrieron largas cadenas de metileno, por lo que lo llamaron polimetileno. Este polímero tiene múltiples aplicaciones en películas, hilos, cables, tuberías, botellas y envases alimentarios.

ABS

En 1936 comenzó la producción del ABS, el plástico de alta resistencia mecánica más utilizado en la industria de la automoción. Este termoplástico amorfo está presente en retrovisores e interiores de los coches, en los cascos de motocicletas, en las piezas de juegos de construcción, en el cubo de Rubik, en las carcasas de los electrodomésticos
y en las flautas de música de los escolares, entre otros objetos.

Poliuretanos

El alemán Otto Bayer descubrió los poliuretanos en 1937, pero su uso generalizado llegó en 1939 con la Segunda Guerra Mundial, donde se utilizaron masivamente como sustitutos del caucho. Con ellos se fabricaron desde acabados de aviones hasta textiles de alta resistencia. Tras la contienda, se utilizaron para la creación de adhesivos y espumas. Hoy en día los podemos encontrar en las esponjas, estropajos y en otros objetos de nuestra vida cotidiana como suelas de calzado, asientos de automóviles, fibras textiles, embalajes, preservativos y guantes.

Plexiglás y teflón

año 1940

Durante las décadas de los 40 y los 50 se desarrollaron los plásticos de consumo masivo, entre los que cabe destacar el metacrilato de metilo polimerizado, conocido como Plexiglás. Este material transparente goza de unas propiedades ópticas excelentes, por lo que comenzó a ser utilizado para la fabricación de lentes, gafas, paneles transparentes de alumbrado y mobiliario urbano publicitario. También destacó el teflón, un plástico con un coeficiente de rozamiento muy bajo, por lo que fue muy utilizado en aeronáutica y, posteriormente, en menaje de cocina por su escasa adherencia.

Polimerización en cadena

La primera teoría sobre la polimerización en cadena data de 1947 y es obra de Turner Alfrey y Charles C. Price. Paradójicamente, aportaba la teoría científica que explicaba la formación de plásticos como el polietileno, el polipropileno y el PVC, que ya habían sido desarrollados industrialmente, pero se desconocía esa faceta científica. Esto permitió ampliar el conocimiento sobre el proceso productivo y favoreció los estudios posteriores sobre reciclaje de estos compuestos.

Polipropileno

año 1950

El italiano y premio Nobel Giulio Natta sintetizó el polipropileno isotáctico, muy similar al polietileno, pero con diferencias sustanciales gracias a los grupos laterales metilo de su esqueleto. Este compuesto presentaba buenas propiedades mecánicas a temperatura ambiente, era fácil de procesar, muy barato, buen aislante eléctrico y muy versátil. Además, el hecho de que fuese químicamente inerte le convirtió en un material idóneo para el film alimentario que se desarrollaría en la década posterior.

Prendas ignífugas

En 1958, Wilfred Sweeny desarrolla la poliamida aromática meta-orientada basándose en el trabajo de Paul Morgan y Stephanie Kwolek. Este textil no tejido polimérico es comercializado en 1967 bajo la marca registrada Nomex y es el primer material que permite crear prendas y protecciones plásticas resistentes al fuego, con las que mejoraron la seguridad de bomberos y trabajadores de las industrias pesadas.

Para-aramida

año 1960

Stephanie Kwolek logró sintetizar en 1965 la poliamida aromática para-orientada. La paramida se utilizó con fines militares, en compuestos balísticos y de protección personal, en el campo de la ingeniería aeroespacial y en la industria neumática. La disposición de sus cadenas moleculares longitudinalmente crea un material de gran fuerza en sus uniones químicas, por lo que tiene gran resistencia y por ello se sigue usando en la construcción, la industria naval y los equipamientos deportivos.

La botella de plástico

Fue desarrollada en 1967 por el ingeniero de Dupont Nathaniel Wyeth. Aunque existían botellas de plástico anteriormente para detergentes y geles, ninguna era capaz de soportar las fuerzas de los líquidos presurizados, como los refrescos gaseosos. Por lo tanto, este ingeniero inició un proceso de búsqueda de un material más resistente, que terminó con el hallazgo del poli(tereftalato de etileno) (PET) en 1973. Este nuevo compuesto logró el embotellamiento de líquidos bajo presión en plástico.

Poliacetileno

Alan Heeger, Alan MacDiarmid y Hideki Shirakawa desarrollaron en 1977 el poliacetileno (trans-acetileno), un polímero conductor de la electricidad por el que recibieron el premio Nobel de Química en el año 2000. Por medio del dopaje químico, crearon un tipo de polímeros que incrementaban su conductividad eléctrica a temperatura ambiente, abriendo la puerta a la creación de nuevos materiales antiestáticos, conductores, condensadores o anticorrosión nuevos y únicos en la historia de los polímeros, considerados típicamente aislantes eléctricos.

Dendrímeros

año 1980

La década de los 80 del siglo XX dejó grandes avances científicos, que complementaban desarrollos industriales previos. Es el caso de Webster y Sogah, quienes en 1983 descubrieron la polimerización por transferencia de grupo y su aplicación a la polimerización controlada de polímeros acrílicos, es decir, sentando las bases del diseño de polímeros con estructura precisa, en cuanto a la longitud de cadena y distribución de bloques. Un año después, el químico estadounidense Donald Tomalia logró crear el primer dendrímero, una macromolécula tridimensional de forma arbórea. La gran versatilidad de los dendrímeros y su bajo coste permitieron que se produzcan más de 10.000 materiales diferentes para su aplicación industrial, con nuevas propiedades físicas, químicas y mecánicas.

Reciclaje

El plástico puede durar hasta 400 años en el medio ambiente, pero a su vez se trata de un material con una gran capacidad de reciclado. Por esta razón, a partir de la década de 1980, la industria del plástico lideró una iniciativa que alentó a los municipios a recolectar y procesar los plásticos usados como parte de sus sistemas de gestión de residuos.

Polimerización y copolímeros

año 1990

La polimerización radical controlada fue desarrollada por Mitsuo Sawamoto y Krzysztof Matyjaszewski en 1995. Basándose en el concepto introducido por Takayuki Otsu en 1981, esta pareja de científicos logró controlar una nueva técnica de polimerización radicalaria que permitió el diseño y síntesis de polímeros con estructuras definidas y controladas. Por trabajos como el suyo, la combinación de polímeros para formar mezclas poliméricas experimentó un gran desarrollo en la década de los 90 del pasado siglo.

Polietileno RFX1

En 2005 la NASA estuvo desarrollando la investigación en el polietileno RFX1. Este material es cinco veces más resistente que el aluminio y 2,6 veces más ligero. Además, es un 50% más resistente a la radiación solar, por lo que se plantea que sea un compuesto clave para la colonización de Marte.

Boeing

año 2010

El 26 de octubre del año 2011 se realizó el primer vuelo comercial del Boeing 787-8 entre Tokio y Hong-Kong. Este avión fue denominado como Boeing’s Plastic Dream, ya que su revestimiento se realizó con compuestos 100% plásticos. Se utilizaron polímeros para fabricar el 50% de todos los materiales del avión. En los últimos años, la aviación comercial ha incrementado sistemáticamente el uso de este material, cada vez más habitual en las aeronaves. En este sentido, la marca Airbus puso en servicio el modelo A350 en 2015 – el primer vuelo fue operado por Qatar Airways el 15 de enero de ese año entre Doha y Frankfurt-, convirtiéndose en la primera aeronave de la compañía en la que tanto el fuselaje como las estructuras del ala están formadas esencialmente por materiales compuestos. En concreto, el 53% de este avión está fabricado con compuestos plásticos.

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El plástico: Composición,
características y tipos

Los polímeros son moléculas grandes que están constituidas por unidades que se repiten, denominadas monómeros. El término polímero proviene del griego (poli “muchos” y meros “partes”). En consecuencia, los polímeros engloban a todas aquellas estructuras que tienen un tamaño grande con una unidad que se repite, incluyendo a los plásticos. Así, un plástico es un polímero que además contiene otros componentes como, por ejemplo, cargas, refuerzos, pigmentos, colorantes, estabilizantes, antioxidantes, retardantes, plastificantes, lubricantes, compatibilizantes, etc. Lo que distingue a los polímeros de los materiales constituidos por moléculas de tamaño normal son sus propiedades mecánicas. En general, los polímeros tienen una muy buena resistencia mecánica debido a que las grandes cadenas poliméricas interaccionan entre sí, y son esas interacciones causantes de sus propiedades.

Los polímeros pueden ser naturales, cuando proceden de seres vivos, sintéticos, cuando se preparan íntegramente por reacciones química de polimerización de monómeros, y modificados, cuando provienen de la modificación química de polímeros naturales. Evidentemente, los naturales los producen los seres vivos y tienen una función específica. Esta función es en muchos casos estructural, como los polisacáridos celulosa o quitina. Se pueden emplear como tales o modificarlos químicamente para dar lugar, por ejemplo, al poliacetato de celulosa o celofán, rayón o viscosa, o al quitosano.

En cuanto a los polímeros totalmente sintéticos, los monómeros que los constituyen provienen generalmente del petróleo, que es una mezcla compleja de unas 17.000 sustancias. A partir de él, por diversos procesos de craqueo, se obtienen unos 40 compuestos básicos de los que derivan los 40.000 productos químicos que se utilizan tanto para la síntesis de polímeros, como para la elaboración de medicinas, acondicionamiento de alimentos, limpieza del hogar o cuidado corporal. Ejemplos de polímeros sintéticos son las poliamidas, el poliestireno, el polietileno, el tetrafluoroetileno o las siliconas, entre muchos otros.

La palabra plástico también proviene del griego y significa “que se puede moldear”. Para ello es necesario aportar calor y en este sentido el comportamiento térmico de los polímeros es un parámetro clave en su procesado para dar forma a los plásticos. Atendiendo a este comportamiento térmico, los polímeros se clasifican en termoplásticos, cuando al calentarlos se reblandecen y pueden moldearse a presión, o termoestables, cuando no funden, de modo que al calentar no se pueden moldear.

Por otro lado, existe una nueva tendencia que consiste en la introducción de nuevos polímeros biodegradables, materiales que se degradan por acción de organismos vivos, con el objetivo de disminuir la cantidad de residuos de plástico en el medio ambiente.

Por su origen, los polímeros biodegradables se pueden clasificar en:

De origen natural: extraídos de animales, vegetales e incluso bacterias, como el almidón, la celulosa, proteínas o hidratos de carbono.

Naturales modificados: como el acetato de celulosa.

Sintéticos: entre los que destacan el ácido poliláctico y la policaprolactona, de fácil obtención y procesamiento.

Mezclas de los anteriores: formadas por polímeros naturales y sintéticos, también llamados copolímeros, como la mezcla de almidón y poliestireno. Son materiales con propiedades mecánicas diversas y que permiten controlar la velocidad de degradación del polímero.

Por su parte, los tipos de plástico más comunes son:

PVC: este polímero, preparado a partir de policloruro de vinilo, es el plástico más empleado por detrás del PE, y debido a sus características de resistencia química y aislamiento, se emplea en multitud de elementos de la construcción que requieren una gran vida útil (más de 50 años). Por otro lado, debido a su alto grado de inflamabilidad, actualmente se están buscando materiales plásticos alternativos.

PET: poli(tereftalato de etileno) de alto nivel de transparencia. Impide la entrada de oxígeno, por lo que su uso más extendido es en botellas de agua y refrescos. Es totalmente reciclable a un coste bajo y susceptible de usarse para generar plásticos de igual o mejor calidad en el proceso.

Polipropileno: plástico de resistencia media al calor, esterilizable y con escasa flexibilidad. Forma parte de envases, envoltorios y utensilios y recipientes de cocina. Puede someterse a procesos de reciclado.

Poliestireno: sus cualidades aislantes y resistentes lo han convertido en un material muy utilizado en la construcción. Su dureza y solidez han supuesto que sea un plástico frecuente en productos que requieren transparencia, como envases de alimentación y equipos de laboratorio. Su combinación con otros plásticos y aditivos aumenta sus usos en electrodomésticos, juguetes y elementos de jardinería, así como protector para envases de transporte. Su reciclado requiere de un alto gasto energético dado que se realiza mediante altas temperaturas.

HDPE: Polietileno de alta densidad muy utilizado por su alta resistencia. Es el plástico que solemos ver en productos de limpieza, garrafas, barriles, botellas de leche y botes y tubos de cremas, por su alta maleabilidad y versatilidad. Su reciclaje permite su reutilización para cubos de basura y reciclaje domésticos y otros envases.

LDPE: Polietileno de baja densidad elástico y transparente. Su producción es de las más baratas, por lo que es ampliamente utilizado. Es el material de las bolsas de plástico, el film transparente o el aislante de los cables eléctricos. Reciclado, sirve para fabricar los mismos objetos.

8.300 millones de toneladas
8.300 millones de toneladas de plástico han sido generadas por el ser humano a lo largo de su historia según la pèriodista Raquel de la Morena de la revista Muy interesante. Su peso equivaldría al de 1.000 millones de elefantes, 822.000 torres Eiffel u 80 millones de ballenas azules.

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Historia,
plásticos y química

No se puede entender el mundo de los polímeros sin la química. Aunque existieron leves acercamientos al mundo de los polímeros durante la historia, no es hasta el siglo XIX cuando la sociedad comienza a involucrarse en el desarrollo de los plásticos. Los científicos del momento se dan cuenta de que hay un gran camino por andar de la mano de este nuevo material y comienzan a realizar los primeros experimentos, que muchos casos no tenían una finalidad específica.

En 1912, Fritz Klatte mezcló acetileno y ácido clorhídrico formando mediante una reacción química el PVC. No obstante, en aquel momento no se le concedió un posible uso, llegando a expirar su patente en 1925. Actualmente, sin embargo, el PVC es uno de los plásticos que más se ha usado en tuberías y ventanas, entre otras aplicaciones. Sin embargo, la gran eclosión de los plásticos comenzó en la década de los treinta del siglo XX. Unos años antes, en 1920, Hermann Staudinger, desarrolló el concepto de macromolécula y explica que los polímeros son grandes cadenas de moléculas –monómeros- que se repiten, generando aceptación en cuanto a la estructura molecular de los polímeros. Estos hallazgos le valieron ser merecedor del Premio Nobel de Química en 1953. Fue en el periodo de entreguerras y durante la Segunda Guerra Mundial cuando se produjo un importante salto en el terreno de la investigación, que trajo consigo un importante avance tecnológico aplicable a muchas otras disciplinas. La industria de los plásticos desarrolló adhesivos, pinturas, diferentes tipos de polímeros, convirtiéndose en una referencia en cuanto su desarrollo científico.

En los años posteriores, gracias a los avances de Debye, Ziegler y Natta, Wallace Carothers, Herman Mark y Kurt Meyer entre otros se avanzó en el conocimiento de diferentes materiales poliméricos se introdujeron los plásticos como materiales de gran consumo y se aplicó al campo de la ingeniería. Este uso masivo sigue estando un tanto descompensado con el establecimiento de las bases científicas para el estudio de los polímeros hasta Paul J. Flory, que articula la ciencia de los polímeros.

Durante la segunda mitad del siglo XX la ciencia de los polímeros experimentó un avance imparable ligado a las demandas de la sociedad, aumentando el consumo de plásticos de manera significativa. En 1991 se premia a Pierre-Gilles de Gennes por desarrollar una teoría generalizada de las transiciones de fase con aplicaciones particulares para describir el orden y las transiciones de fase en polímeros.

Con la llegada del nuevo milenio, las investigaciones en polímeros no descansan. Se siguen descubriendo nuevos polímeros por síntesis de nuevos monómeros y modificación de cadenas poliméricas existentes. También se está consiguiendo establecer nuevas características para estos materiales, como demostraron Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid, e H. Shirakawa, con el descubrimiento de plásticos conductores.

España no ha vivido ajena al impacto de este material y por ello, en 1947 se crea la sección de plásticos del Instituto de Química Orgánica “Alonso Barba”, que cambiará de nombre hasta consolidarse en 1987 con la denominación de Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros (ICTP), perteneciente al CSIC. La importancia del desarrollo de los polímeros motivó que en la década de los noventa surgieran centros de I+D de polímeros en las empresas y en las universidades. Actualmente, muchos centros universitarios, tanto públicos como privados, tienen grupos de investigación dedicados al estudio y desarrollo de nuevos polímeros.

Paul Flory
Químico estadounidense cuyos trabajos sobre macromoléculas le llevaron a recibir el premio Nobel de esta disciplina en 1974.

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Plástico,
electricidad y electrónica

Una de las características del plástico es gran resistencia eléctrica, lo que le convierte en un aislante eléctrico excelente. Los metales, por otro lado, son generalmente buenos conductores eléctricos. Pues bien, la simbiosis de estos materiales ha conformado una nueva edad dorada del avance tecnológico. Juntos, plástico y metal, conforman la base de los aparatos electrónicos en su mayoría. Los aparatos electrónicos son productos complejos. El metal redunda en las partes conductoras de los aparatos, en los cables y los engranajes que significan la funcionalidad. El plástico fundamenta el aislamiento y el diseño. Pero es esta última la que ofrece una versatilidad que ha contribuido a que estos útiles gocen de un enorme protagonismo en la vida diaria. Asimismo, los plásticos tienen gran importancia en la fabricación de los microprocesadores, que son la base de la electrónica.

Electrodomésticos, ordenadores o teléfonos móviles son algunos de estos artefactos electrónicos que nos hacen la vida más fácil. Actualmente, todos disponemos de estos aparatos para nuestro uso personal. El plástico les da forma y les dota de identidad. El mejor ejemplo es el teléfono fijo que existía hasta los primeros años del siglo XXI. El soporte del auricular y el micrófono forman parte ahora de los iconos de nuestros smartphones, aunque a las generaciones que no convivieron con este útil les resulta difícil identificarlo con su uso original. Las pantallas de estos dispositivos tienen en el vidrio un componente esencial pero el plástico está adquiriendo también esta funcionalidad. Diferentes marcas están investigando en prototipos de pantallas LCD de plástico aplicables a diferentes productos móviles. La ventaja principal radica en la limitación del grosor y del peso, pudiéndose llegar a dos tercios de la profundidad del aparato y la quinta parte de su peso.

Hoy por hoy, el horizonte del plástico aspira a conformar al 100% todos estos objetos. La industria electrónica está desarrollando componentes electrónicos plásticos. La plastrónica está incorporando nuevas dimensiones del plástico, integrando cualidades electrónicas a objetos realizados en polímeros especiales. Algunas de estas ideas estaban planteadas hace más de una década, pero han tenido que esperar hasta este momento para alcanzar una cualidad conductiva que les permita resolver estas nuevas necesidades. Esta nueva tecnología se plantea como una respuesta económicamente más viable que la electrónica del silicio, aunque todavía está en una fase de consolidación. Uno de los elementos en los cuales se destaca esta aplicación es en las nuevas pantallas flexibles de los teléfonos móviles que se están presentando últimamente.

Aislante

El plástico es un buen aislante. Por este motivo se utiliza sistematicamente en todo tipo de cableados eléctricos.
En las instalaciones eléctricas domésticas encontramos cables de tres colores:

  • Color verde y amarillo para la Tierra
  • Color negro, marrón o gris para la Fase.
  • Color azul para el Neutro.

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La sociedad
del plástico

La importancia del plástico en el mundo contemporáneo se encuentra fuera de toda duda. Los materiales poliméricos pueden obtenerse en multitud de formas (fibras, films, recubrimientos, etc.), debido a su alto grado de procesabilidad, y por este motivo sus aplicaciones copan sus aplicaciones copan todos los ámbitos de desarrollo del ser humano, desde la salud, la higiene o la alimentación al transporte, el vestido y la vivienda.

Desde la Revolución Industrial, el desarrollo económico ha permitido hacer accesible todo tipo de productos a la sociedad. El plástico ha sido clave en esta idea, puesto que su fabricación y desarrollo ha permitido abaratar los costes de extracción y evitar los materiales naturales, que son finitos. La industria del plástico requiere de una inversión inicial en maquinaria y química para la creación de la materia prima, que se amortiza según aumenta la producción. Además, el reemplazo de materiales naturales por plástico ha hecho más accesibles muchos de los bienes que son fundamentales en la sociedad actual, gracias a la disminución de sus costes.

Los plásticos, gracias a su versatilidad, han sustituido a otros materiales para complementar herramientas. Han reemplazado a la madera en los mangos de las herramientas; han suplantado a los metales en tuberías; han reemplazado a los morteros para unir diversos materiales constructivos; conforman fibras textiles, sirven como envases y escribimos en ellos a través de nuestros aparatos electrónicos. El plástico ha permitido conseguir una flexibilidad en el diseño que optimiza los recursos gracias a su maleabilidad. Esta capacidad permite conseguir formas con unas características especiales difíciles de obtener con otros materiales, redundando en la optimización de los espacios y desarrollando el diseño estético y el del producto. Los objetivos de diseño de un producto pueden afectar hasta en un 90% en los costes de fabricación y en el 80% del impacto ambiental generable.

Por su parte, la optimización energética tiene en el plástico a uno de sus mejores aliados. El gasto energético es uno de los grandes retos de la sociedad actual. La actual normativa del Código de la Edificación convierte al aislamiento térmico en uno de los objetivos básicos de un proyecto, tanto en obra nueva como en rehabilitación de edificios, sin renunciar al confort. Elementos como el poliespán – o poliestireno expandido- y los poliuretanos permiten conseguir una solución aislante barata y eficaz para conservar el calor en nuestros hogares, así como reducir notablemente el peso en automóviles, aviones, ferrocarriles y otros medios de transporte.

La producción mundial de plástico en el año 2015 fue de 322 millones de toneladas, aumentado así al doble desde la década de 1960. Solo en Europa se consumieron 49 millones de toneladas, de las cuales un 40% fueron destinadas a embalajes y envases, casi el 20% a la construcción, cerca del 9% a la fabricación de automóviles y el 5,8% a aparatos electrónicos.

Uso de plásticos en europa

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Ciencia y tecnología
de los polímeros

Hoy en día, la ciencia y tecnología de polímeros se dirige hacia la obtención y estudio de polímeros especiales, preparados directamente mediante síntesis de nuevos monómeros, o bien a través de modificaciones químicas y físicas de polímeros preexistentes. Esta rama del conocimiento se ha convertido en una ciencia puntera, eminentemente interdisciplinar, que se encuentra en las fronteras de la química, la física, la ingeniería y la biología, y que además exige conocimientos sobre síntesis, caracterización, estructura, procesado, propiedades y comportamiento de los materiales.

De esta manera, los polímeros actualmente forman parte de una amplia gama de materiales estructurales, funcionales y de aplicaciones especiales, que encuentran aplicación en la industria de la construcción, aeronáutica, automovilística, del envase y embalaje, electrónica, en aplicaciones médicas, etc., adquiriendo una gran importancia en la economía y en el bienestar social. Sin duda, los plásticos son esenciales para la vida moderna. Estos materiales han hecho posible el desarrollo de ordenadores, telefonía móvil o el instrumental médico encargado de salvar vidas, propio de la medicina moderna contemporánea. Su importancia es tal que los plásticos representan aproximadamente el 20% de los materiales que componen dichos aparatos.

Gracias a los avances de la ciencia aplicada al estudio de los plásticos, las innovaciones son constantes y cada vez surgen nuevos tipos y nuevas aplicaciones basadas en su funcionalidad. El Viton es un ejemplo de ello. Este fluorelastómero tiene variedad de usos industriales y aeroespaciales gracias a sus características mecánicas y químicas, entre las que destacan la resistencia a altas temperaturas, a la presión o su baja reactividad. Su potencialidad es tan grande que en 2015 DuPont generó The Chemours Company para gestionar este nuevo producto. En 2019, Basf implantó en el interior de un coche la tecnología Ultramid® Vision. Este producto está conformado por un tipo de poliamida semicristalina. La ventaja que ofrece este nuevo plástico es la alta trasmisión de luz con muy poca distorsión, lo cual implica que este material puede ser muy funcional en la industria automovilística para el diseño de ventanas, faros o espejos retrovisores, por ejemplo.

Triángulo de Möbius
La composición de los productos plásticos de uso diario se observa en una marca triangular con un número en su interior que va del 1 al 7, señalando el tipo de plástico con el que está hecho el producto y el orden de la cantidad que se recicla -el 1 es el que más toneladas se reciclan-. Este símbolo universal del reciclaje se llama Triángulo de Möbius.
Este código fue creado por Gary Anderson en 1970. Este estudiante de la Universidad de California adoptó el símbolo del matemático Möbius para un concurso que organizó la empresa de envases de cartón Container Corporation of America el 22 de abril, Día de la Tierra. Cada una de las flechas hace referencia a cada paso de reciclaje: recogida, transformación y vuelta al mercado.

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Reciclaje, sostenibilidad
e innovación

La evolución humana y el desarrollo tecnológico han conseguido que la humanidad pueda disfrutar de innumerables comodidades. De las necesidades básicas como alimentarse, protegerse de los peligros del ecosistema o reproducirse como especie hemos pasado a solventar necesidades que tienen aplicaciones secundarias como la comodidad o el ocio.

El gran desarrollo tecnológico alcanzado durante la segunda mitad del siglo XX provocó la generación de muchos residuos que el ser humano no supo tratar en su momento, lo que provocó el surgimiento de problemas medioambientales de carácter global cuyas consecuencias aún perduran.

Por esta razón, desde finales de la década de los 80 del siglo pasado, se ha apostado por el reciclaje como una de las maneras de paliar el impacto ambiental del ser humano sobre el ecosistema. En algunos materiales el éxito comienza a ser patente, como en los metales y el vidrio, donde se están consiguiendo unas tasas de reciclaje de entre el 50 y el 90 por ciento, frente al 10% de los plásticos.

Uno de los retos a los que se enfrenta la industria del plástico es conseguir reciclar un mayor porcentaje del plástico. Muchos de los aparatos eléctricos y electrónicos que manejamos normalmente no están diseñados para su reutilización y ello complica considerablemente la reutilización de los plásticos. Por estos motivos, en 2020 se espera que unas 2,5 millones de toneladas del plástico desechado provengan de aparatos electrónicos.

Este impacto no es solo perceptible a nivel de generación de materiales, sino también en cuanto a consumo energético, puesto que las mejoras en el reciclaje permitirían reducir un 80% el consumo energético respecto a la fabricación de polímeros desde materias primas. Los procesos de reciclaje del plástico más utilizados son:

  • Reciclaje mecánico: granulado de las piezas plásticas para su tratamiento posterior.
  • Reciclaje químico: degradación del plástico por calor para obtener moléculas simples con las que fabricar otros plásticos o combustibles.
  • Reciclaje energético: conversión del plástico para su aprovechamiento energético, reutilizando su capacidad calorífica para la obtención de energía calorífica o eléctrica.

Hoy en día están surgiendo propuestas que buscan una participación integral de la sociedad en el reciclaje de los polímeros. Este es el caso de PolyCE, una iniciativa de la Unión Europea para fomentar el reciclaje de polímeros en elementos de alta tecnología dentro del ámbito de una economía circular. Este proyecto trata de concienciar a productores y consumidores sobre la importancia del reciclado de plásticos y su aceptación para el consumo. Actualmente se encuentra liderada por Fraunhofer IZM e integrada por diversas universidades como la Universidad de las Naciones Unidas de Bonn, la Universidad de Gante, la Universidad Técnica de Berlín, la Universidad de Northampton, el European Environmental Bureau y varias empresas, entre las que destacan Philips y Whirlpool. Sus socios tienen su sede u operan en nueve países europeos: Bélgica, Holanda, Italia, Alemania, Austria, España, Finlandia, Estados Unidos y el Reino Unido. Este proyecto está financiado a través de la Comisión Europea, con el respaldo de la ONU.

La ciencia está avanzando para obtener plásticos más seguros y sostenibles, con el menor impacto ambiental posible. Se están desarrollando bioplásticos, hechos de cultivos de plantas en lugar de combustibles fósiles para crear sustancias más ecológicas. Otros están trabajando para hacer plásticos que sean 100% biodegradables, como los compostables o los bioplásticos. Entre estos podemos encontrar desde los hilos de sutura reabsorbibles a los cartuchos de caza biodegradables.

Aunque a corto y medio plazo la preocupación imperante de la industria plástica es la sostenibilidad, la ciencia de los polímeros sigue su desarrollo. Los principales objetivos de la investigación científica en polímeros se centran en la preparación de materiales de gran fortaleza mecánica y térmica, resistentes a la oxidación, no inflamables y que respondan a diferentes estímulos externos (polímeros inteligentes). Otros campos de investigación se relacionan con la obtención de polímeros biocompatibles (para aplicaciones en medicina) y polímeros biodegradables. La ciencia de polímeros pretende estudiar a nivel molecular la química de los materiales para comprender sus propiedades a mayor escala.

50 kg de plástico
50 kg de plástico es lo que se ha calculado que consume una persona de media al año. En 2019, un trabajo dirigido por Kieran Cox, de la Universidad de Victoria (Canadá), demostró que una persona consume al menos 50.000 partículas de plástico al año y respira una cantidad similar.
17 kg de reciclaje
Según Ecoembes, en 2019 cada ciudadano depositó 17,1 kg de envases de plástico, latas y briks en el contenedor amarillo.

Piezas

Aztecas jugando a la pelota de caucho

1528

Christoph Weiditz
Museo Nacional Germano Nürnberg (Alemania)

Woman Eating (resina de poliéster, fibra de vidrio, óleo y pintura plástica).

1971

Duane Hanson
Museo de la Smithsonian de Arte Americano de Wahintonh DC (EEUU)

Cuadro con pintura plástica

1982

Jean Michel Basquiat
Colección Particular

Tribu Telephone Sheep (plástico y metal).

2018

Jean Luc Cornec
Museo de la Comunicación de Berlín (Alemania)

Hooded figure (plástico reforzado con fibra de vidrio).

2015

Daniel Arsham
SCAD Museum de Arte de Georgia en Savannah (EEUU)

Bibliografía

Billmeyer, W.F. (1975). Ciencia de los Polímeros. Editorial Reverté. Barcelona. 612 p.

Fenichell, S. (2019). Plastic: The Making of a Synthetic Century. Harper Business Publications. Nueva York. 368 p.

García Pérez, J.M. (2014). La Edad de los Polímeros. Un Mundo de Plástico. Lección inaugural de Curso 2014-2015. Servicio de Publicaciones de la Universidad de Burgos. Burgos. 55 p.

Morawetz, H. (1995). Polymers: The Origins and Growth of a Science. Dover Publications Inc. Dover. 320 p.

Morris, P.J.T. (1990). Polymer Pioneers: A Popular History of the Science and Technology of Large Molecules. The Beckman Center for the History of Chemistry Philadelphia, Pa., 5. Universidad de California. 88 p.

Reynoso, S.L (2018). Los Polímeros Plásticos: Los Conceptos Básicos que debes conocer durante y al salir de la Universidad. Ciudad de México DF. 255 p.

Vallet, M. (2013). Biomateriales. Colección ¿Qué sabemos de? Editorial CSIC y Catarata. 128 p.

Recursos audiovisuales

Materiales. Una historia sobre la evolución humana y los avances tecnológicos

Plásticos
UBU

Plásticos

National Geographic

La historia del plástico

Aprender Ciencia.