Hoy en día los conceptos plástico y contaminación parecen ir de la mano, lo que complica inexorablemente los debates que se establecen en torno a la utilización de estos materiales. Aunque el tratamiento de los residuos generados como consecuencia de su uso no siempre es fácil, los plásticos, que en Química denominamos polímeros (moléculas muy grandes formadas por la unión de moléculas más pequeñas, llamadas monómeros), han cambiado nuestro modo de vida, indudablemente a mejor. Actualmente vivimos rodeados de plásticos, pues están presentes, por ejemplo, en ropa, gafas, mobiliario, electrodomésticos, medios de transporte y fármacos.[1] Sin embargo, hubo una época en que o no se sabía, desde un punto de vista químico, en qué consistía un polímero, o se tenía un conocimiento muy limitado, y cualquier descubrimiento al respecto suponía un cambio revolucionario, no sólo para la ciencia sino también para la industria y la humanidad en su conjunto. A continuación exploraremos tres de esos hallazgos: el caucho vulcanizado, la baquelita y el nailon.

La <<fragua>> de Goodyear

Goodyear… ¿Qué te viene a la cabeza cuando lo lees? Probablemente The Goodyear Tire and Rubber Company®, una empresa norteamericana que se dedica a la fabricación de neumáticos para una amplia variedad de vehículos. Y tal vez pienses que la fundó un tal Goodyear, como Harvey S. Firestone y los hermanos Édouard y André Michelin alumbraron las compañías que llevan –o llevaban, pues hoy Firestone® forma parte de Bridgestone®– sus apellidos. Lo cierto es que fue Frank Seiberling quien la creó, en 1898, para homenajear a Charles Goodyear (1800-1860)[2] (Figura 1). Algo muy importante debió de hacer este individuo para que Seiberling decidiera que fuera el apellido de Charles, y no el suyo, el que figurara en los rótulos de la empresa, pensarás. Y así fue. Goodyear descubrió el proceso de vulcanización del caucho, un hallazgo fundamental para la industria y se cree que accidental.[2]

El caucho natural consiste en una mezcla de polímeros derivados de un monómero llamado isopreno que se extrae de un árbol, Hevea brasiliensis, popularmente conocido como árbol del caucho, en forma de látex. El látex es un líquido lechoso y pegajoso que, una vez procesado, se transforma en caucho.[3] Aunque posee unas propiedades físicas y químicas interesantes, el caucho natural presenta ciertos inconvenientes: se endurece y agrieta a bajas temperaturas y con el calor se vuelve pegajoso, pudiendo llegar a fundir, lo que dificulta su uso en invierno y verano; además, durante su procesado y almacenamiento se desprenden gases malolientes. Goodyear dedicó una parte importante de su vida a la experimentación con el caucho para intentar mejorar sus propiedades de cara a su aplicación industrial. Y, tras varios años de investigación, lo consiguió.[2]

Figura 1. Izquierda: Charles Goodyear (dominio público)
Representaciones esquemáticas del caucho sin vulcanizar y vulcanizado (elaboración propia).

Figura 1. Izquierda: Charles Goodyear (dominio público). Derecha: representaciones esquemáticas del caucho sin vulcanizar y vulcanizado (elaboración propia).

En 1839 dejó, al parecer accidentalmente, una muestra de caucho en una estufa caliente, en la que además había azufre elemental y litargirio [un mineral formado por óxido de plomo(II), PbO].[2] Con este proceso, que un amigo de Goodyear denominó vulcanización en honor a Vulcano, el dios romano del fuego, el inventor norteamericano había entrecruzado el caucho. Él, por supuesto, ignoraba los detalles microscópicos del asunto, pero estaba haciendo historia. El entrecruzamiento consiste en la formación de una red tridimensional a partir de un polímero lineal mediante un proceso físico o químico (Figura 1).[4] Imagina un ovillo, donde todos los hilos están enmarañados –cada hilo sería una unidad de ese polímero lineal, en este caso poliisopreno–, y que entre hilo e hilo se establecen puentes –en nuestro caso, uno o más átomos de azufre que conectan dos unidades de poliisopreno–. El resultado sería algo parecido a una red de tenis: el polímero entrecruzado. El caucho vulcanizado es un polímero estable a bajas y altas temperaturas, que no huele mal y con el que, por ejemplo, se fabrican neumáticos y suelas de zapatos. Con los años se ha mejorado el proceso, pero el fundamento es el mismo.

El material de los mil usos

Si te preguntan qué es la baquelita es posible que respondas que es un mineral, como la pirita [sulfuro de hierro(II), FeS] o la casiterita [óxido de estaño(IV), SnO2]. Que el sufijo -ita no te lleve a engaño. La baquelita es un polímero, el primer plástico completamente sintético del mundo, y debe su nombre a su descubridor, el Dr. Leo H. A. Baekeland (1863-1944), químico e industrial de origen belga (Figura 2). Baekeland realizó su doctorado en la Universidad de Gante y, tras diversas estancias post-doctorales, le recomendaron para un puesto en una casa de suministros fotográficos de Nueva York. Años después, en 1893, inventaría Velox®, el mejor papel fotográfico del momento que George Eastman, de la  Eastman Kodak Company®, adquirió en 1898 por 750.000 dólares. Una pasta para la época.[5,6]

Figura 2. El Dr. Baekeland en su laboratorio.[7]

Tras este éxito, Baekeland buscó una nueva área de investigación, en línea con su visión para los negocios, que resultó ser la de las resinas sintéticas.[6] Una resina es un material viscoso que se convierte en un polímero rígido mediante un proceso químico denominado curado, un tipo de entrecruzamiento. Sí, de nuevo este concepto. El fundamento es el mismo que el de la vulcanización, pero este término se aplica a gomas como el caucho mientras que curado se suele reservar a resinas. En concreto, Baekeland trabajó con resinas obtenidas por reacción de fenol, que antiguamente se extraía del carbón, y formaldehído. El químico belga realizó numerosos experimentos y en 1907 observó que cuando una mezcla de 7 moles –la unidad de cantidad de sustancia en química– de formaldehído y 6 de fenol se sometía a la presión y temperatura adecuadas en un aparato de su invención llamado bakelizer se obtenía un plástico duro y moldeable: la baquelita.[8] Este polímero, cuyo descubrimiento marca el inicio de la Edad de los Plásticos, en la cual nos hallamos, pronto encontró aplicación industrial debido a su alta resistencia eléctrica y térmica (es un buen aislante y resiste el calor) y su baja flexibilidad. Aunque hoy ha sido reemplazado por otros plásticos, en su día fue un material muy común–carcasas de teléfonos y radios, material de cocina…–, lo que hizo que la Bakelite Corporation® lo llamara el material de los mil usos.[9]

¡Mejor que la seda!

La entrada del Dr. Wallace H. Carothers (1896-1937) (Figura 3), descubridor del nailon, en la E. I. du Pont de Nemours and Company® en 1928 vino de la mano del entonces director del departamento de Química de la empresa, el Dr. Charles M. A. Stine. Stine propuso a sus jefes algo poco habitual en aquella época: que la compañía invirtiera en ciencia básica, es

decir, investigar por el placer de investigar, sin un objetivo comercial inmediato. Esto supondría el establecimiento de varias líneas de investigación, entre ellas la síntesis de polímeros, y la contratación de doctores, entre quienes se encontraba Carothers, a la sazón profesor de Química Orgánica en la Universidad de Harvard.[10] Una decisión inteligente y crucial para el futuro de la empresa.

Figura 3. el Dr. Carothers.
Una pierna gigante anunciando medias en Los Ángeles

Inicialmente Carothers y sus colaboradores se dedicaron a la síntesis de poliésteres –te sonará el término, pues es un componente habitual de la ropa–. Aunque desde el punto de vista químico eran una pasada –se trata de las primeras fibras preparadas en un laboratorio–, no tenían una utilidad clara y sus propiedades no eran las mejores –fundían en agua caliente y se disolvían en varios disolventes orgánicos–. Tras un parón, Carothers volvió al trabajo y le dio un giro a su investigación: en vez de poliésteres, prepararía poliamidas.[10] Las poliamidas, que pueden ser naturales o artificiales –entre las naturales se encuentran las proteínas, la lana o la seda–, son el producto de la reacción entre un ácido dicarboxílico y una diamina. Una de esas poliamidas se había obtenido a partir de ácido adípico y hexametilendiamina, y resultó ser la mejor de todas las que habían preparado. Formaba fibras –como las arañas cuando tejen sus telas– fuertes, elásticas y resistentes al ataque químico.[10] ¡Era mejor que la seda y más barata! La llamaron nylon®, un nombre cuyo origen no está del todo claro.[11] La DuPont la fabricó a gran escala y destinó el 90% de su producción al mercado de las medias (Figura 3), reemplazando a la seda japonesa y el rayón –una fibra de celulosa que imitaba a la seda–, hasta la entrada de Estados Unidos en la Segunda Guerra Mundial, momento en que todo el nailon producido fue a parar al Ejército –paracaídas, refuerzos de neumáticos…–.[12] El término nailon se hizo tan popular que en inglés es sinónimo de medias. Y para muestra:

https://www.youtube.com/watch?v=fjg5TuXV09U[13]

De no haber sido por la valentía de Stine, quién sabe cuánto tiempo habría tardado en descubrirse el nailon. Moraleja: la inversión en ciencia básica es imprescindible para el desarrollo posterior de productos y bienes de consumo.

BIBLIOGRAFÍA:

[1] Universidad de Burgos (2019). Cerveza con ciencia. Conferencia de José  Miguel  García Pérez: <<Un mundo de plástico>>. Recuperado el 26 de agosto de 2019 de https://www.youtube.com/watch?v=tyDk_c3pYPM

[2] Kauffman, G. B. (2001). Charles Goodyear (1800-1860), American Inventor, on the Bicentennial of His Birth. The Chemical Educator, 6, 50-54.

[3] Babu, R. R., Shibulal, G. S., Chandra, A. K. y Naskar, K. (2013). Capítulo 4: Compounding and Vulcanization. En P. M. Visakh, S. Thomas, A. K. Chandra y A. P. Mathew (Eds.), Advances in Elastomers I. Blends and Interpenetrating Networks (pp. 2, 23 y 85). Berlín: Springer-Verlag.

[4] Akiba, M. y Hashim, A. S. (1997). Vulcanization and crosslinking in elastomers. Progress in Polymer Science, 22(3), 475-521.

[5] Wagner, B. E. (2011). Capítulo 4: Leo Baekeland’s Legacy – 100 Years of Plastics. En E. T. Strom y S. C. Rasmussen (Eds.), 100+ Years of Plastics. Leo Baekeland and Beyond (pp. 31- 67). Washington, DC: American Chemical Society.

[6] Science History Institute (2017). Leo Hendrik Baekeland. Recuperado el 26 de agosto de 2019 de https://www.sciencehistory.org/historical-profile/leo-hendrik-baekeland

[7] World Creativity Science Academy (2018). On This Day – December 07, 2018 – Leo Baekeland Invented          Bakelite,                       in                   1909.                Recuperado     el      26      de     agosto     de     2019      de http://wcsa.world/news/world-almanac-event-academy/wcsa-on-this-day-december-07- 2018-leo-baekeland-invented-bakelite-in-1909

[8] Patterson, G. (2012). Capítulo 2, sección 3: Materia Polymerica. Bakelite. En S.  C.  Rasmussen (Ed.), A Prehistory of Polymer Science (pp. 14-18). Heidelberg, Dordrecht, Londres, Nueva York: Springer.

[9] Powers, V. (1993). American Chemical Society National Historic Chemical Landmarks. Leo Hendrik Baekeland and the Invention of Bakelite. Recuperado el 26 de agosto de 2019 de https://www.acs.org/content/acs/en/education/whatischemistry/landmarks/bakelite.html

[10] Keifer, D. H. (2000). American Chemical Society National Historic Chemical Landmarks. Foundations of Polymer Science: Wallace Carothers and the Development of Nylon. Recuperado        el                      26             de          agosto  de                                        2019          de https://www.acs.org/content/acs/en/education/whatischemistry/landmarks/carotherspoly mers.html

[11] Doménech, F. (2015). Wallace Carothers: la estrella fugaz de la química. Recuperado el 26 de agosto de 2019 de https://www.bbvaopenmind.com/ciencia/grandes- personajes/wallace-carothers-la-estrella-fugaz-de-la-quimica

[12] Wolfe, A. J. (2008). Nylon: A Revolution in Textiles. Recuperado el 26 de agosto de 2019 de https://www.sciencehistory.org/distillations/nylon-a-revolution-in-textiles

[13] lucidmedia1 (2010). Don Draper’s best quote. Recuperado el 26 de agosto de 2019 de https://www.youtube.com/watch?v=fjg5TuXV09U