PLÁSTICOS Y MEDIO AMBIENTE

Revista Iberoamericana Polímeros
Perdomo
Volumen 3(2) Abril 2002
Plásticos y medio ambiente
PLÁSTICOS Y MEDIO AMBIENTE
Gilberto A. Perdomo M.
Fundacite-Mérida, Avenida Alberto Carnevalli, La Hechicera. Mérida Venezuela.
Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias, Departamento de Química, Grupo de
Polímeros. Mérida – Venezuela.
RESUMEN
Una educación básica y fundamental engendra motivos para que la población haga uso
de los recursos tecnológicos sin desmedro de las condiciones de vida de animales plantas y el
deleite de la mirada contemplativa que imprime la belleza del paisaje natural. Se expone
extensamente el origen, actualidad y futuro de los materiales polímeros, se indaga sobre la
cultura que gira en torno a la ciencia de los polímeros y se presenta humanamente la labor de
tantos investigadores que han contribuido a la cimentación de la misma.
En esencia, se presenta la información de manera que identifique al individuo con los
materiales polímeros con la finalidad de que una vez instruido sobre las consecuencias del uso
irracional de los mismos, consecuentemente se incorpore a la cruzada que tiene como objetivo
la clasificación de los desechos y el reciclado de los mismo para simplificar los efectos
nocivos que acarrean al medio ambiente y por ende a la vida.
Elementos y Evolución
“Antes de haberlo hecho debió pensarse en el desecho”
Nunca ha podido haber alguien que produzca algo y que no haya pensado en los
desechos que su hallazgo generaría. Es una máxima de la ley de la vida, la ley de la
conservación del ambiente. En cada circunstancia el problema que se plantea responde a los
requerimientos y condiciones que la comunidad donde se produjo el hallazgo establece como
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requisito o necesidad. Es imposible aceptar como condición que el “hombre” puede llegar a
proponerse su autodestrucción.
Cada vez que surge un descubrimiento que brinda beneplácito y confort a la sociedad,
todos tratamos de aprovecharlo al máximo y, en un principio, no nos ocupamos en
preocuparnos por los efectos nocivos que este pueda acarrear a la naturaleza, al humano
mismo. Debe pasar un tiempo y verse los daños para que vuelva el “hombre” a ese estado de
conciencia al cual se resistió cuando acariciaba la novedad.
Patético es el caso del lanzamiento al mercado de la gasolina sin plomo. Ha sido una
revolución trascendente para el medio ambiente, y hasta para el recurso natural
hidrocarbúrico. Sin embargo, y gracias a la intranquilidad de los científicos que piensan
primero en la naturaleza, ya se ha descubierto que la combustión del MBT, el catalizador que
sustituye al plomo en las gasolinas verdes, produce sustancias letales por su propiedad de
acidificar el agua de la atmósfera. Inimaginable fenómeno para quienes cantaron victoria hace
poco con su nuevo descubrimiento, pero alerta temprana gracias a la experiencia por tanto
daño que irracionalmente nos hemos permitido, aun consciente la humanidad, sobre todo la
tecnológica e intelectual.
Los fenómenos perceptibles a la capacidad de medición humana son detectados
gracias a la periodicidad con que los mismos se presentan. Ciclos interminables que cada vez
vienen con leves variaciones, las cuales son detectadas, a plenitud, en las generación futuras,
pero casi nunca en la que los ha vivido. Un ejemplo son las concentraciones de poblaciones;
en los poblados, o en los caseríos, la contaminación del ambiente resulta exigua dada la
inmensidad que les rodea y el poco uso de materiales foráneos. Sin embargo, muchas veces
son ellos mismos victimas de su inconciencia. Los excrementos fueron un gran problema hace
pocos años; a pesar de que los depositaban lejos del área habitada, no pensaban que sus hijos
o los del vecino, caminarían por ese lugar y se los llevarían en sus pies y de allí a su
organismo. Tampoco les pasaba por la mente que al llover serían arrastrados a las corrientes
de agua que luego consumirían sin el tratamiento adecuado. La anquilostomiasis y la
bilarsiasis ha sido una pequeña muestra de la desvastación que causa la contaminación de
suelos y aguas.
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Advertido el “hombre” sobre el problema, luchó hasta lograr un control aceptable del
mismo. Sin embargo, al concentrarse más población en un lugar determinado, los
excrementos que se vacían diariamente a los ríos sobrepasan la capacidad de autolimpiado del
mismo. Si no se instala una planta de tratamiento de aguas residuales, estas van a parar a un
lago o al mar; allí los peces aprovechan de ingerir cuantiosas cantidad de los desechos y,
luego, los pescadores de la zona se encargan de llevar su producto río arriba, donde está
concentrada la población.
El ruido del arado cuando surca la tierra, el humo de un trapiche que apura la molienda
de la caña de azúcar, las fragancias del monte por las noches y los olores de la tierra
humedecida por la lluvia, son incomparables con el estruendo de las máquinas de combustión
interna, los hedores de los vertederos de desechos, el humo de las plantas fabriles.
Contaminación por todos lados, eso es lo que deja ese estilo de desarrollo que se ha
instaurado en nuestra sociedad; por mucho que se haga, es tanto el exceso de desechos que ya
hemos comprendido que la única manera de sostenerlo es aprendiendo a vivir con ella.
Harrison Ford, como “blade runner”, se pasea en el ambiente que nos depara el futuro que
estamos construyendo.
Tanto ha sido el impacto de los desechos al medio ambiente que los moradores del
planeta ya llaman contaminación a cualquier manifestación de objetos arrojados en
vertederos, caminos y calles. Hoy día no hay lugar por donde no se vea objetos multicolores,
livianos, de múltiples formas y tamaños, regados por doquier, colgando de árboles y hasta
volando por los aires. Son los “Plásticos”, los advenedizos. Los objetos moldeables, eso es lo
que el término significa, y esa es la palabra con que se popularizó mundialmente el gran
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invento del primer cuarto del siglo XX. La idea de la macromolécula no fue aceptada por la
mayoría de los que trabajaban con estas cosas a principios de siglo; ya entrados los años 20,
un gran científico: Hermann Staudinger, laureado luego con el premio Nobel, en 1953, por
sus trabajos, logró que muchos otros colegas entendieran la idea de que existían compuestos
macromoleculares, que no eran agregados moleculares ni coloides. Al darse este paso el
mundo de la ciencia pudo entonces abrir una área con nombre propio, con sus leyes y
principios, y gracias a los descubrimientos del momento ya se podía hablar de
macromoléculas de origen natural y sintético.
La naturaleza, desde sus inicios, elaboró substancias macromoleculares para dar forma
y consistencia a los cuerpos vivos que tridimensionalmente comenzaban a poblar el planeta
tierra. Los tejidos de los animales fueron constituidos por proteínas, macromoléculas muy
bien organizadas y sorprendentemente funcionales
Los árboles y plantas en general, erguidos sobre troncos fuertes y resistentes a los
efectos de la naturaleza, constituidos por macromoléculas conocidas con celulosa.
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El latex del árbol conocido científicamente como Hevea brasiliensis, popularmente
llamado “goma natural”, tuvo, tiene y tendrá aplicaciones fenomenales. A decir de Ciro
Alegría, en “el Mundo es Ancho y Ajeno”:.... míseramente explotados los indios en la selva
amazónica, cuando calentaban la bola de caucho, algunas veces explotaba bañándoles la
cara y cubriéndoselas con un manto hirviente, que al quitarlo arrastraba piel y todo, siendo
la ceguera el mal menor...
Las sustancias macromoleculares de origen natural son muy bien conocidas por los
microorganismos y estos dan cuenta de ellas una vez que han cumplido su función. El proceso
de degradación de un árbol, la seda, el algodón, los tejidos toma su tiempo pero no tanto, lo
suficiente como para que el ambiente se limpie y los residuos sean incorporados en un ciclo
para que la vida continúe
Esto no sucede con el plástico, y una vez que ya se le haya dado el uso apropiado, le
tiran al vertedero de desechos y allí pernoctará por miles de años; imagínense: se cree que por
mucho más de seis mil años. Las bacterias no conocen estos materiales y, por lo tanto, no los
digieren, son demasiado jóvenes (advenedizos) y puede pensarse que si el “hombre” no los
construye programadamente, o no crea bacterias capaces de digerir el material sintético, el
problema será tan grave que puede llegarse a pensarlos como “materiales contaminantes del
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medio ambiente”, por que aún no se les puede considerar como tal. Que por qué esta
afirmación: porque aunque el sol los tueste y cuartee, las gotas de lluvia los pulverice, el
viento los esparza, todavía siguen siendo “macromoléculas” las porciones en que se han
fragmentado y se hayan diseminado en un área determinada. Tendrían que llegar a las
corrientes de agua y mezclarse de manera tal que se “cuelen” a través de los poros de los
filtros, estar presentes en la atmósfera y mezclados con el aire para incorporarlos en nuestros
pulmones, más aún, deberían estar presentes en los suelos de manera que las plantas los
incorporaran junto a los nutrientes o impregnar sus hojas y tallos para que los animales les
ingirieran posteriormente. Visto así, no se puede decir que los “plásticos” ya son
contaminantes, pero de seguirse con el uso irracional que se les viene dando, no hay duda de
que dentro de unas cuatro generaciones la opinión de este autor perdería vigencia.
Muchas cosas se piensan en función de evitar el mal “avisado”, pero algunas se
vislumbran como más peligrosas que el problema mismo. Mutar bacterias para que se nutran
con los plásticos de desecho deja correr un escalofrío por las mentes de solo pensar en que si
estos microorganismos son capaces de devorar los “advenedizos”, cuando ya no tengan que
comer buscarán lo que consigan y adios a todo. La idea de programar la síntesis de los
materiales “plásticos” no es mala, el problema es lo difícil y costosa que resultaría, lo que
implica que una bolsa de supermercado costaría casi lo que cuesta el mercado que la persona
acaba se hacer. Otra sana idea ha sido la del reciclado de los materiales plásticos de desecho;
esto no sólo resulta costoso sino que no es fácil que los materiales reciclados tengan las
mismas propiedades mecánicas que el material original, por lo que el uso se ve restringido. Lo
que si es factible y económico es elaborar otros materiales con los reciclados y darles usos
diferentes a los que el material de origen tuvo. En el Laboratorio de Polímeros de la Facultad
de Ciencias en la Universidad de los Andes se ha ensayado bastante en este campo. Se han
hecho mezclas de materiales plásticos de desecho con polvo de vidrio, de ladrillo, serrín de
madera, arena, etc., y se les ha buscado aplicaciones diversas, desde baldosas para pisos hasta
materiales ornamentales.
Otra idea muy prometedora es la que con este congreso se está divulgando:
concienciación de la población, comenzando por los niños y paseándola por entre los adultos.
Si la población en general llega a comprender lo sencillo que sería seleccionar los materiales
de desecho en el hogar o en las fábricas y colocarlo en recipientes apropiados para los
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recolectores urbanos, se daría inicio a programas que irían desde la creación de micro
empresas hasta industrias de reprocesamiento, y se le daría a la naturaleza un respiro y quizá
hasta una verdadera solución a un problema que aún no ha hecho crisis pero que está a la
puerta.
Pero ¿cómo es que estas cosas pueden llegar a suceder?. ¿Cómo es que han aparecido
los plásticos y no se haya previsto las consecuencias a tiempo?. ¿Quiénes serían los
culpables?. Esto pareciera una cacería de brujas; todo mundo se ha beneficiado al extremo de
los materiales “advenedizos” y continúa haciéndolo, y sin embargo hay quienes desearían
acabarlos de una vez por todas. Se han creado leyes en algunos países que prohíben la
producción de algunos plásticos y en su lugar se les obliga a sustituirlos por materiales de
origen natural. Suena interesante, pero no puede nunca pensarse que el mal uso de los mismos
ha sido causa de ellos mismos: ha sido la sociedad quien no ha sabido concienciar antes que
atiborrar con productos que requieren de cuidado para su consumo masivo.
Nunca podría pensarse que la intención de los investigadores y creadores de esta
ciencia haya sido hacer daño alguno. El término polímero, que es mucho más amplio y útil
que el de plásticos, se sabe que fue utilizado por el químico sueco Jöns Jacob Berzelius desde
1883. Polímeros como el originado por la modificación de la celulosa con nitratos llegó a
conocerse durante el siglo XIX como “celuloide” y fueron muchos los beneficios que brindó
y brinda a la sociedad. Poliestireno y el poli(etilénglicol) datan del mismo siglo. Se hace
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referencia a que uno de los primeros polímeros verdaderamente sintéticos y de amplia
proyección comercial ha sido la resina de fenol – formaldehído, conocida como “bakelita”, en
homenaje a su creador, el químico de origen Belga Leo Baekeland. Este polímero aparece en
los comienzos del siglo XX y alcanza su apogeo alrededor de los años veinte de ese siglo. Las
discusiones que en los años veinte libró Hermann Staudinger quedaron firmemente
valorizadas durante los años treinta, gracias los brillantes trabajos del químico norteamericano
Wallace Hume Carothers, quien colocó las teorías de Staudinger en bases experimentales
firmes y condujo a la comercialización de nuevos materiales polímeros como: goma de
neopreno y poliamidas, este último comercializado y conocido como “Nylon”. La inmensa
popularidad del nailon no fue por su uso como sogas para amarrar animales y barcos, hay
quienes dicen que se debió a la nueva belleza femenina que irrumpía en un mundo de cambios
sociales. Cuentan que, al subir un poco las faldas de las mujeres las piernas quedaban
descubiertas y solo se podían disimular con medias de seda, costosísimas y difíciles de
adquirir, pero que gracias a la nueva “fibra sintética” su fabricación y los costos permitieron
la proliferación de las famosas “medias de nailon” por todo el globo terráqueo.
Durante la segunda guerra mundial la dificultad en el frente de los “aliados” para
obtener materia prima para la fabricación de “cauchos” o llantas, fue extrema, tanto que
tuvieron que desarrollar nuevos productos y lograron la “goma sintética”; las “potencias del
eje” controlaban los caminos para la extracción de la materia prima desde los países
productores. El brillante descubrimiento del alemán Karl Ziegler en la posguerra posesionó a
los científicos de un catalizador capaz de producir polímeros altamente específicos en
estructura, hecho demostrado por el italiano Giulio Natta. Ambos recibieron un Nobel en
1963 por su contribución a la Ciencia.
Estos materiales producidos de esta manera son el preámbulo a la posibilidad de crear
polímeros completamente programados, para usos muy específicos y de duración controlada:
todavía está por verse.
Mención especial a los creadores de la ciencia destaca John Paul Flory, nacido en
Sterling, Ilinois en 1910, químico-físico dedicado al estudio de los polímeros orgánicos, y
consiguió establecer las relación entre su estructura tridimensional y sus propiedades físicas y
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químicas, tanto en disolución como en estado sólido. Hay quienes le catalogan como el padre
de la ciencia de los polímeros.
Recibe el Nobel en 1974 y muere en Big Sur, California, en 1985.
Queda, pués, en manos de la sociedad dar uso racional a tan valiosos materiales. La
creación de leyes que regulen la producción y el control de los desechos, las políticas de
desarrollo de nuevos materiales polímeros, el mejoramiento de las propiedades y las
novedosas aplicaciones de los ya conocidos son un reto para los “hombres” de ciencia. La
versatilidad de los materiales polímeros los hacen cada día insustituibles en el avance de la
humanidad y cada vez son muchos los descubrimientos que se develan ante los ojos atónitos
de quienes buscan en el conocimiento el confort de la sociedad mundial.
Poliestireno
Politereftalato de etileno
Celulosa
“Nitrocelulosa”
Son inmensas las aplicaciones y los tipos de materiales polímeros de que hoy se
dispone
Materiales polímeros con excelentes propiedades térmicas y resistentes a la oxidación
o los efectos de la luz solar, sirven de base para la construcción en general, aunque más
sorprendente es su versatilidad y efectividad en la producción de materiales para uso
aeroespacial. Livianos y resistentes a la aplicación de fuerzas, muchas veces impenetrables a
los impactos de proyectiles
Materiales polímeros capaces de reemplazar los metales en muchas aplicaciones:
engranajes, barras, cuerdas, láminas... etc.
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Fibras aromáticas altamente resistentes a la tensión, algunas productos de la tecnología
del cristal líquido, con aplicaciones que van desde cauchos para automóviles hasta soportes
para anclar plataformas submarinas.
Materiales no inflamables o que producen muy poco humo al combustionarse.
Materiales degradables los cuales no solo aminoran la presencia de los mismos en el
medio ambiente sino que también sirven como liberadores de fármacos o de componentes
químicos para la agricultura.
Materiales polímeros para aplicaciones biomédicas, desde suturas biocompatibles y
degradables hasta órganos artificiales.
Materiales polímeros electroconductores con propiedades tanto o más útiles que los
metales.
Materiales polímeros inteligentes” capaces de recuperar su estado original una vez que
se les haya “ordenado” ejecutar una acción.
Y cuanta fantasía más no hay detrás de estos “advenedizos” del siglo pasado. Sus
múltiples aplicaciones y el avance vertiginoso con que el mundo científico acomete nuevos
retos y redescubre lo que ya consideraba dilucidado, hacen de la ciencia de los POLÍMEROS
un campo promisorio para los relevos generacionales, una pujante plaza industrial para el
mundo del comercio, un logro de incalculable valor para la humanidad máxime cuando ya no
es un secreto de su aplicación en la biomedicina, al extremo de que aparte del cerebro, por
ahora, puede utilizarse como prótesis o implante en cualquier parte del cuerpo o como soporte
insoluble de catalizadores en la síntesis de proteínas o ácido nucleico (Bruce Merrifield,
premio Nobel en Química en 1984)
Los hidrogeles pueden absorber, retener y liberar agua tan controladamente que ya no
hay actividad en la vida diaria de la sociedad donde no se le de aplicación específica.
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La síntesis de los polímeros puede reducirse a dos grandes métodos o categorías, y de
allí derivar un amplio espectro de aplicaciones, a veces con identidad propia que casi obliga a
una tercera familia originaria de polímeros.
La polimerización en etapas y la polimerización vía radicales libres definen los
confines actuales de la síntesis de los materiales polímeros. Los polímeros de alta dureza, las
fibras, termoformables, termoplásticos, resinas son la base de un sinnúmero de materiales que
abundan por doquier: botellas, telas para vestido, espumas, láminas transparentes como el
vidrio, pinturas, piezas mecánicas, toallas pañales y esponjas; es imposible no tropezar con
estos materiales al paso por la vida, amén de aquellas aplicaciones que no resaltan a la vista o
que todavía son tan novedosas que su conocimiento se veta al gran público por ser
consideradas estratégicas.
Las mezclas de materiales polímeros sintéticos constituyen una vasta industria y sus
aplicaciones constituyen uno de los renglones comerciales que atrae mayor atención. Pero las
mezclas no solo es entre polímeros de origen sintético sino que también entre polímeros de
origen natural y sintético, y también entre polímeros sintéticos y materiales de origen
inorgánico.
Materiales Polímeros Comunes
Como ya se ha visto que un polímero es una cadena larga constituida por eslabones de
moléculas más pequeñas, unidas covalentemente, es necesario advertir que esos eslabones se
denominan unidades estructurales, una vez que el polímero está formado, y que antes de que
el polímero se forme, es decir: antes de la reacción de polimerización, esa molécula pequeña
se llama monómero, en la ciencia de los polímeros. Aunque parezca lo mismo no es así: el
monómero polimeriza, y al hacerlo, se produce un cambio en su estructura y da origen al
polímero; de manera que la unidad repetitiva es la menor porción del polímero que se repite
muchas veces formando la cadena. La unidad repetitiva, se puede decir, contiene el “resto” de
monómero.
Polietileno: polímero preparado a partir de un derivado hidrocarbúrico, el etileno. Este
monómero es un alqueno, el más pequeño de todos, es un gas incoloro de olor ligeramente
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dulce, es muy inflamable y arde con una llama brillante. Es muy reactivo y forma fácilmente
numerosos productos, entre ellos el polietileno.
Se distinguen dos tipos de polietilenos: de baja densidad (0,92 – 0,93 g/cm3) y el de
alta densidad (0,94 – 0,97 g/cm3), también se produce el lineal de baja densidad.
* El de baja densidad es un polímero ramificado, es decir: a la cadena principal se le
“pegan” lateralmente trozos de polietileno, lo que lo hace menos compacto. La polimerización
se hace en masa y vía radicales libres y a alta presión. El material resultante es un sólido
ligeramente flexible, dependiendo de su grosor, ligero de peso y buen aislante eléctrico.
Presenta, además, una gran resistencia mecánica y química. Dado su bajo coste se utiliza
mucho como papel de envolver, bolsas plásticas, envasado, revestimiento de cables eléctricos,
fabricación de tuberías y en la producción de materiales inyección por moldeo. A partir del
polietileno de baja densidad se prepara el polietileno reticulado (resultante de la formación de
enlaces entre cadenas de polímero), rígido y resistente a la tracción y al cambio de
temperaturas, su mayor uso es en la protección y aislamiento de líneas eléctricas de baja y
media tensión.
* La polimerización del polietileno de alta densidad se lleva a cabo a baja presión y
utilizando catalizadores en suspensión. El polímero obtenido es altamente cristalino, de
cadena lineal y muy poco ramificada. Su resistencia térmica y química, su dureza, opacidad e
impermeabilidad es muy superior a la del polietileno de baja densidad; solo que es menos
resistente al agrietamiento y al impacto. Su uso común es en envases contenedores de gases,
líquidos, combustibles, como materiales prostéticos y en la industria de la construcción.
* El polietileno lineal de baja densidad se obtiene mediante la reacción química del
etileno con otro alqueno (reacción de copolimerización), generalmente el 1-buteno, a baja
presión, en disolución, suspensión o fase gaseosa y en presencia de catalizadores. El resultado
es un polímero altamente lineal con ramificaciones cortas, lo que lo convierte en un polímero
resistente a la tracción, con alto punto de fusión y resistente al agrietamiento, mucho más que
en el polímero del polietileno de baja densidad. Se aplican fundamentalmente en el
revestimiento de cables y en la fabricación de objetos de moldeo por extrusión o soplado en la
fabricación de bolsas.
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Poliestireno: es otro polímero de origen hidrocarbúrico cuyo monómero base se
conoce como: estireno. El estireno es un alqueno líquido constituido por un anillo bencénico
unido en posición alílica al grupo etilénico (C6H5CH = CH2). A partir de este se obtiene el
poliestireno.
La versatilidad de este polímero es incomparable, puede ser sintetizado por diferentes
métodos y copolimeriza con bastantes monómeros, produciendo inmuebles materiales de
amplia aplicación.
* Poliestireno cristal, producido por la polimerización directa del monómero, sin
aditivo alguno. El material resultante es altamente quebradizo, transparente e inflamable y
muy buen aislante eléctrico.
* Poliestireno expandido, se prepara mediante el método de suspensión y en presencia
de sustancia capaces de liberar gases durante el proceso de polimerización, produciendo la
expansión de la masa polímera. Así, se obtiene el polímero expandido que popularmente se
conoce como “anime”. Sirve para envasar y embalar alimentos, y para el embalaje de
artículos frágiles (equipos de TV, sonido, computadores, etc.).
* Poliestireno de alto impacto es un material traslúcido altamente resistente al
impacto, pero menos resistente a la acción de los químicos. Se utiliza en refrigeración, vasos
desechables, cubetas, lámparas, etc. Este se obtiene copolimerizando estireno con butadieno.
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