Polímeros: material de futuro

El diccionario de la Real Academia (RAE) define el polímero como un compuesto químico, natural o sintético, que consiste esencialmente en unidades estructurales repetidas. El término viene del griego “poli”, muchos, y “meros”, parte o segmento. Los polímeros naturales, es decir, los derivados de plantas y animales, han sido utilizados por la humanidad desde la antigüedad, como la madera, la goma, el algodón, la lana, el cuero o la seda. Por su parte, polímeros como las proteínas, las cadenas de ADN (componentes básicos del código genético), el colágeno tan famoso en cremas de belleza y reafirmantes, las enzimas o la celulosa son importantes en los procesos biológicos y fisiológicos de los seres vivos.

En las últimas décadas, la investigación científica ha desarrollado numerosos polímeros artificiales a partir de pequeñas moléculas orgánicas. Como indica Igor Campillo, del Centro de Aplicaciones de los Nanomateriales para la Construcción (NANOC) de Labein-Tecnalia, “todos los plásticos y la mayoría de las gomas y fibras que utilizamos en nuestra vida diaria o que son empleados por la industria para la fabricación de diferentes productos (bolsas, embases, componentes de electrodomésticos, componentes de automoción y aeronáutica, utensilios diversos, mobiliario, etc.) son polímeros sintéticos”. La profusión con que son utilizados estos materiales se debe, según Jesús Rodríguez, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Rey Juan Carlos, a que tienen “un conjunto muy atractivo de propiedades, entre las que destacan su resistencia a la corrosión y al ataque químico, su baja densidad y conductividad eléctrica y térmica, una elevada resistencia específica y, sobre todo, su versatilidad”.

Los primeros polímeros sintéticos se desarrollaron mediante transformaciones de polímeros naturales. En 1870, el inventor norteamericano John Wesley Hyatt ganó un concurso, en que se buscaba un material que sustituyese al marfil de las bolas de billar, gracias al celuloide, un polímero basado en la celulosa, el material básico de las paredes celulares de las plantas. Este descubrimiento marcó el inicio de la industria de los polímeros. Por su parte, el primer polímero totalmente artificial se obtuvo en 1909, cuando el químico belga Leo Hendrik Baekeland fabricaba a partir de los compuestos formaldehído y fenol la baquelita, un material duro, inmune a las sustancias químicas fuertes, aislante eléctrico y resistente al calor, de gran utilidad en la fabricación de innumerables productos para el hogar y piezas eléctricas.

Otros polímeros importantes se sinterizaron en años siguientes, como el poliestireno (PS) en 1911 o el policloruro de vinilo (PVC) en 1912, que revolucionaron las industrias de aislamientos, embalajes, productos del hogar, revestimientos y textiles. El químico norteamericano Wallace Hume Carothers, trabajando en la empresa DuPont desde 1928, desarrolló un gran número de nuevos polímeros que revolucionaron la industrial textil, como el poliéster, el neopreno, la poliamida o el nailon. La necesidad de nuevos materiales en la Segunda Guerra Mundial contribuyó al avance de los polímeros, obteniéndose por ejemplo caucho sintético, fundamental para elevar la producción de neumáticos. En la segunda mitad del siglo XX, el gran impulso a las investigaciones propiciaba la creación de todo tipo de nuevos materiales poliméricos con propiedades superabsorbentes o conductores de la electricidad. Como la gran mayoría de estos polímeros son maleables al calentarse, se les llama “plásticos”, palabra de origen griego que significa que se puede modelar.

Sin embargo, los polímeros también tienen aspectos negativos. Al ser materiales no biodegradables, presentan un grave problema cuando llegan al medio ambiente en forma de residuos. Y como buena parte de ellos provienen del petróleo, contribuyen a la contaminación que esta fuente de energía no renovable genera. Juan Colmenero, del departamento de Física de la Materia Condensada de la Universidad del País Vasco, recuerda que una de las grandes limitaciones de los polímeros es la baja temperatura de utilización, aunque recientemente se han desarrollado nuevos polímeros con temperaturas límite de 300º – 400ºC.

En estos momentos cualquier persona utiliza multitud de polímeros sintéticos a diario, muchas veces sin saberlo, cuyos nombres, a veces comerciales, forman parte del vocabulario común, como poliéster, acrílico, PVC, nailon, plexiglas o teflón. Ricardo Mallavia, del Instituto de Biología Molecular y Celular (IBMC) de la Universidad Miguel Hernández de Elche, destaca que las aplicaciones son tantas que es difícil enumerarlas, “desde un simple envase hasta complejos materiales de alta tecnología que pueden utilizarse en prótesis de cadera o en antenas de comunicación”. En su opinión, “un coche podría construirse enteramente de materiales poliméricos y no seríamos capaces de diferenciarlo de otro fabricado con materiales convencionales”.

Por ello, no es de extrañar que el Programa Nacional de Materiales del Ministerio de Educación español apunte a los polímeros como una de sus áreas prioritarias desde hace años. En opinión de Jesús Rodríguez, las líneas de investigación más destacadas son las siguientes:

• Diseños en la estructura molecular para que puedan elegirse y combinarse propiedades y funciones diversas.
• Materiales biocompatibles en el ámbito de la traumatología, odontología, cirugía, etc.
• Procesos de reciclado de plásticos que reduzcan su impacto ambiental.
• Materiales reforzados con una alta resistencia mecánica combinada con otras propiedades y funciones, como los nanotubos de carbono, elementos de dimensiones extraordinariamente pequeñas cuya resistencia es cien veces superior a la del acero.
• Control de la degradación al ser sometidos a condiciones ambientales severas de humedad, temperatura o resistencia al fuego.

Juan Baselga, del departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales e Ingeniería Química de la Universidad Carlos III de Madrid, explica que al ser materiales maleables y de baja densidad se emplean en campos muy diversos, como en aeronáutica (convenientemente reforzados con fibras de vidrio o de carbono), en automoción, en telecomunicaciones (fibras ópticas), etc. En el campo de la medicina las aplicaciones son también enormes: implantes, ortopedia, fármacos, para hacer plasma artificial, e incluso algunas proteínas que necesita el cuerpo humano también se pueden sintetizar artificialmente.

Ricardo Mallavia distingue tres clases:

• Polímeros de uso general, como el PVC, PS, poliacrilatos y metacrilatos, resinas epoxi, etc.
• Polímeros técnicos o de ingeniería, que preservan sus propiedades por debajo de 0º C y por encima de 100º C, como policarbonatos, poliamidas, polisulfonas, etc.
• Polímeros especiales, polímeros especiales, de alto precio con altas prestaciones en cuanto a sus propiedades térmicas y mecánicas, normalmente con aplicaciones muy específicas. Según el profesor de la Miguel Hernández, es aquí donde se están realizando los avances más sobresalientes: polímeros fluorados como el teflón muy resistentes incluso a altas temperaturas, cristales líquidos empleados en las pantallas planas de cualquier pantalla o televisor, polímeros electroactivos que conducen electricidad en lugar de servir como aislantes, polímeros fotosensibles, o biopolímeros cada vez más empleados en cirugía y en prótesis.

En definitiva, las aplicaciones de los polímeros han dejado de ser ciencia ficción para convertirse en una realidad en los próximos años, como destaca Jesús Rodríguez. En su opinión, se está viviendo una auténtica revolución tecnológica en la que el impulso recibido desde la Bioingeniería y las Nanotecnologías puede permitir el diseño de materiales inteligentes que varíen sus propiedades en función de las necesidades de cada momento: “Tejidos que detecten la temperatura del cuerpo y transpiren en mayor o menor grado para resultar más cómodos, lentes que modifiquen sus propiedades ópticas en función de la radiación que reciban, componentes estructurales de aviones, automóviles o edificios que dispongan de sensores de daño que avisen cuando una pieza ha de ser reparada, antes de que se produzca una avería que la inutilice definitivamente y que pueda hacer peligrar la seguridad?”

Ricardo Mallavia asegura que los científicos han inaugurado una nueva era de materiales avanzados que han empezado a imitar a los naturales, “sin lugar a dudas la mayor fuente de inspiración”. En un futuro próximo, según sus palabras, “nos encontraremos con la tercera generación de biomateriales cuyo campo de aplicación en la biomedicina habrá crecido vertiginosamente hasta imitar a los tejidos humanos, o materiales fotónicos que permitan el transporte y almacenamiento de información de forma más rápida y eficaz que los actuales sistemas electrónicos o soportes magnéticos”. Asimismo, otros materiales compuestos que están cobrando mucho interés para los investigadores son aquellos que puedan ser empleados para el almacenaje y control de energías limpias como pilas de combustible, hidrógeno, fotovoltaicos. “Incluso nuevos polímeros conjugados que presentan propiedades lumínicas muy especiales que nos hacen soñar con ordenadores flexibles y enrollados, calidades de pantallas más baratas y planas que las actuales y hasta poder pintar el techo de casa con un polímero que sirva para encender la luz y tan brillante como la luz de los flexos”, concluye el investigador de la Miguel Hernández.

En definitiva, los futuros desarrollos tratarán de producir mejores polímeros, más baratos y con menor impacto ambiental,

ofreciendo una mayor calidad de vida a los ciudadanos. En este sentido, Igor Campillo destaca que hay que resolver los problemas ambientales derivados de su producción (la mayoría proceden de hidrocarburos) y su reciclaje: “Disponer de unos materiales con las propiedades de los polímeros, cuyo coste ambiental es bajo permite tener una gama infinita de productos de altas prestaciones que pueden hacer la vida de los ciudadanos más cómoda”, subraya. Juan Baselga cree que “desde el punto de vista industrial, con los polímeros se podrán fabricar o construir objetos cada vez menos pesados y con las mismas prestaciones que otros construidos con otros materiales más tradicionales, desde coches hasta músculos artificiales. Pero, como en casi todo, las leyes del mercado mandan”.