Origen e Historia de los polimeros

ORIGEN E HISTORIA

El término polímero engloba una extensa variedad de materiales tanto naturales como sintéticos. Mucho de ellos han sido y siguen siendo de gran utilidad para la sociedad moderna. La importancia que tienen estos materiales en la sociedad se viene reflejada en el hecho de que su producción mundial fue en 1995 de 110 millones de toneladas, mientras que en el año 2000 se alcanzaron los 180 millones de toneladas. Aunque ha sido el siglo XX en el espacio temporal en el que el uso de esto materiales alcanzó su apogeo, esto no significa que la humanidad no los haya utilizado con anterioridad. El hombre, desde sus orígenes, siempre ha utilizado estos productos en distintos hábitos cotidianos. Así, las proteínas y los carbohidratos han sido parte de su alimentación. El mismo papel está formado por fibras celulósicas y es, en consecuencia, un material macromolecular.

Uno de los primeros polímeros con los que el hombre empezó a obtener de manera natural fue el hule, lo conoció como una secreción lechosa de diversas plantas y árboles. El látex, (como se conoce a la suspensión coloidal de las partículas de hule en agua.) se extraía principalmente del guayule y de la Hevea brasiliensis en México, Perú y Brasil. En épocas más reciente, el hule se usó para fabricar tirantes y como repelente del agua en las gabardinas. Sin embargo, además de ser pegajoso, en verano se reblandecía y en invierno se volvía rígido y quebradizo. Charles Goodyear descubrió accidentalmente como resolver estos problemas en 1839, cuando se le derramó una mezcla de azufre y hule natural sobre una estufa caliente. El producto obtenido resultó ser mucho más elástico y resistente a la tensión que el hule crudo. El proceso de mezclar y hacer reaccionar el azufre caliente con hule crudo se llamó vulcanización.

El primer polímero desarrollado científicamente fue el nitrato de celulosa, derivado de la madera, en 1868. Combinado con diversos productos químicos, el nuevo material conocido como “celuloide” podía modelarse en diferentes formas, era un plástico. Con él se podría fabricar películas delgadas que se emplearon en la naciente industria cinematográfica. Este material es muy inflamable, por lo que pronto se sustituyó por otro (el acetato de la celulosa), aunque continuó su uso como explosivo, porque también lo era.

El comienzo de la química macromolecular como ciencia puede situarse en la década de los años veinte, cuando la reunión anual de la sociedad de físicos y naturalistas alemanes celebrada en Dusseldorf en 1926, Herman Staufdinger presentó sus descubrimientos sobre algunos de estos materiales. Tomando como base, determinados productos, obtenidos por hidrogenación del caucho natural extraído de ciertas plantas tropicales, dedujo que las altas viscosidades que presentaban en disoluciones diluidas no podían ser sino el reflejo de un muy elevado peso molecular de dichas sustancias. Su hipótesis fue que ese peso molecular elevado podría explicarse si esas sustancias estuvieran constituidas por largas cadenas de átomos unidos por enlaces covalentes, consecuencia de repetición a lo largo de la cadena de unidades más pequeñas. A estas unidades Staudinger las llamó monómeros y a la estructura resultante: polímero.

En un principio, científicos de renombre de la época, de la química orgánica, como Karrer, Bergmann, Pringheim, Hess, etc., dudaron esta teoría, ya que la baja solubilidad, viscosidad y altos puntos de fusión, se podían explicar con la teoría propuesta por Werner para explicar los compuestos de coordinación de complejos. No veían, por tanto, la necesidad de enlaces covalentes para justificar las estructuras que, se suponía, tenían dichas estructuras. El enfrentamiento más fuerte de los postulados de Staudinger vino de los datos experimentales previamente obtenidos por Polanyi (1921) y Brill (1923) sobre determinaciones del tamaño de celdas cristalinas de materiales como la celulosa o la seda natural. De acuerdo con las ideas de la época, el tamaño de una molécula orgánica no podía ser mayor que el de la celda cristalina del sistema en el que cristalizaba. Y la celulosa y la seda tenían orden de cuatro veces la unidad repetitiva. Además, el científico alemán Herman Mark, que procedía de la química orgánica y que investigaba en esa época de la potencialidad de los rayos X, para la elucidación de estructuras, presentó en Dusselforf resultados que también apoyaban los postulados de Staundinger. Mark demostró que, en casos como el grafito o el diamante, la unidad de celda cristalina era superior al tamaño de las moléculas. En su opinión, algo similar debería de ocurrir con la seda y con la celulosa.

En definitiva, el concepto de macromolécula salió reforzado de esa reunión en Dusseldorf y como consecuencia, los científicos comenzaron a considerar la idea de Staundinger, así como de obtener polímeros partiendo de sustancias orgánicas normales (monómeros). Pronto se encontraron vías para llevar a cabo procesos fundamentalmente basados en dos tipos de acciones bien conocidas en la química orgánica: las reacciones de condensación y las reacciones de adicción de un doble enlace.

No se necesitaron más de 10 años, después de la exposición de Staudinger en Dusseldorf, para que en 1936 la Faraday Society organizara un congreso científico, el primero en torno a los polímeros, bajo el título de “Phenomena of Polymerization and Polycondensation”. Dos hechos relevantes ocurrieron en ese congreso. Por un lado, se presentaron resultados experimentales de dos técnicas instrumentales, la osmometría de membrana y viscosimetría, que resultaron claves para medir el alto peso molecular que presentaban esas sustancias. Por otro lado, se presentaron los avances llevados a cabo, se presentaron los avances llegados a cabo en la síntesis de esos materiales. La segunda guerra mundial trajo consigo, además de innumerables desgracias, un gran avance en la investigación de estos materiales. La emigración a América del Norte de numerosos científicos, sobre todo centroeuropeos, como consecuencia de la guerra fue uno de los factores que propiciaron la investigación en el campo de los polímeros. Sin lugar a duda, el descubrimiento más importante durante la guerra fue la obtención del caucho sintético.

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