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2013

Siglo XX y Actualidad.

         Una auténtica revolución en el campo de los materiales llegó a mano del químico leo hendrick Baekeland al obtener a partir del fenol y del formaldehido un polímero para el que no puedo encontrar disolvente alguno. Este polímero llamado bakelita es muy duro, resistente, tiene baja conductividad eléctrica, y además, se moldea fácilmente. Debido a sus características, la bakelita encontró muchas utilidades, como la fabricación de carcasas de teléfonos y radios, interruptores, enchufes, bolas de billar, además de miles de cosas más y abrió las puertas a la gigantesca industria del plástico del siglo XX.

 

Intentando resolver un problema de síntesis química descubrió un plástico al que llamó baquelita, la primera de una serie de resinas sintéticas que revolucionaron la economía moderna
Intentando resolver un problema de síntesis química descubrió un plástico al que llamó baquelita, la primera de una serie de resinas sintéticas que revolucionaron la economía moderna

         A comienzos de los años 1920 hermman staudinger un químico y profesor universitario alemán que dedicó la mayor parte de sus estudios a las cadenas moleculares complejas, base de la industria del caucho y de las materias plásticas fue el primer científico que descubrió la existencia de macromoléculas y que determinó su estructura y estudió su síntesis además contribuyó al desarrollo de los plásticos al demostrar la naturaleza química de las uniones que forman los grandes polímeros, y estableció la relación entre peso molecular y viscosidad.

       

        En mayo de 1922 staudinger publica un artículo en la revista Helvética Chimica Acta donde acuña el término macromolécula y sienta las bases de la polimerización. 4 años más tarde expone su hipótesis de que se trata de largas cadenas de unidades pequeñas unidas por enlaces covalentes. Propuso las fórmulas estructurales del poliestireno y del polioximetileno, tal como las conocemos actualmente, como cadenas moleculares gigantes, formadas por la asociación mediante enlace covalente de ciertos grupos atómicos llamados "unidades estructurales". Este concepto se convirtió en "fundamento" de la química macromolecular sólo a partir de 1930, cuando fue aceptado ampliamente.

 

staudinger galardonado con el Premio Nobel de Química del año 1953.
staudinger galardonado con el Premio Nobel de Química del año 1953.

       A eso de los finales de los años 20 Wallace carothers un químico e inventor se incorporó a la compañía Du Pont, en Wilmington, con el cargo de director de investigación de química orgánica. Especializó su trabajo en los procesos de polimerización. Obtuvo su primer éxito en 1931 al producir neopreno, un caucho sintético derivado del vinil acetileno, y en muchos aspectos superior al caucho natural. De su investigación sistemática de sustitutivos sintéticos de fibras naturales como la seda y la celulosa, obtuvo varios poliésteres y poliéteres.


        También en 1932 Wallace Carothers, obtuvo un producto de poco peso molecular calentando ácido láctico al vacío. En 1954, después de otras mejoras, Dupont patento el proceso de Carothers lo que hoy conocemos como el acido poli láctico, en 1935 consiguió la primera fibra sintética que sería producida a escala industrial, la poliamida Nylon 66  que se utilizaría mayoritariamente en la industria textil, y su invento más revolucionario fueron las medias de nylon. Existe una creencia popular de que la palabra nylon es una contracción de NY (de Nueva York) y de LON (de Londres), las dos ciudades donde el material fue manufacturado por primera vez, además su invento se convirtió en un material esencial para los paracaídas de la II guerra mundial.

 

a pesar de tantos logros , carothers el 29 de abril de 1937 se suicidó en una habitación de hotel en Filadelfia, tomando cianuro disuelto en jugo de limón.
a pesar de tantos logros , carothers el 29 de abril de 1937 se suicidó en una habitación de hotel en Filadelfia, tomando cianuro disuelto en jugo de limón.

          Si la química de los isocianatos fue estudiada por primera vez por C. A. Wurtz y por A.W. Hoffmanen en la década de 1840, no fue hasta un siglo después cuando Otto Bayer desarrolló la primera síntesis de un poliuretano en 1937 trabajando en los laboratorios de IG Farben, en Leverkusen (Alemania), empleando diisocianato de 1,6-hexametileno y 1,4-butanodiol, con el objeto de conseguir un material competitivo con la poliamida (Nailon) desarrollada poco antes por W. Carothers trabajando para DuPont (EE.UU). Otto Bayer y sus colaboradores publicaron la primera patente de poliuretanos en 1937 y la producción industrial empezó en 1940 con productos como Igamid y Perlon. Sin embargo, debido a la falta de recursos por la Segunda Guerra Mundial, la producción creció muy lentamente. En 1959 DuPond desarrollaría un tejido muy elástico empleando fibras de poliuretano al que llamó Spandex, y comercializó bajo el nombre de Lycra. 

 

            Aunque el polietileno fue sintetizado por primera vez por el químico alemán Hans von Pechmann quien por accidente lo preparó en 1898 mientras se calentaba en la estufa diazometano y Cuando sus compañeros Eugen Bamberger y Friedrich Tschirner investigaron la sustancia grasosa y blanca creada, descubrieron largas cadenas compuestas por -CH2- y lo llamaron polimetileno.fue realmente el 27 de marzo de 1933, en Inglaterra, fue sintetizado tal como lo conocemos hoy en día, por Reginald Gibson y Eric Fawcett que trabajaban para los Laboratorios ICI. Lo lograron aplicando una presión de aproximadamente 1400 bar y una temperatura de 170 °C en un Autoclave, obteniendo el material de alta viscosidad y color blanquecino que se conoce hoy en día.


        La presión requerida para lograr la polimerización del etileno era demasiado alta, por ello, la investigación sobre catalizadores realizada por el Alemán Karl Ziegler y el italiano Giulio Natta, que dio origen a los catalizadores Ziegler-Natta que les supuso el reconocimiento del más famoso premio a la ciencia a nivel mundial, el premio Nobel en 1963 por su aporte científico a la química.

 

el italiano Giulio Natta
el italiano Giulio Natta

       En los tiempos donde el mundo estaba sumergido en la segunda querra mundial que comenzó en el año 1939, en este entorno fue que el tereftalato de polietileno es producido por primera vez  por los científicos británicos Whinfield y Dickson, quienes lo patentaron como polímero para la fabricación de fibras. En el año 1942 es decir su país estaba en plena guerra y existía una apremiante necesidad de buscar sustitutos para el algodón proveniente de Egipto.


        A partir de 1946 se empezó a utilizar industrialmente como fibra y su uso textil ha proseguido hasta el presente. En 1952 se comenzó a emplear en forma de filme para envasar alimentos. Pero la aplicación que le significó su principal mercado fue en envases rígidos, a partir de 1976. Pudo abrirse camino gracias a su particular aptitud para la fabricación de botellas para bebidas poco sensibles al oxígeno como por ejemplo el agua mineral y los refrescos carbonatados. Desde principios de los años 2000 se utiliza también para el envasado de cerveza.

 

tereftalato de polietileno
tereftalato de polietileno

          Volviendo a recordar que el avance de la industria de los polímeros se intensificó mucho a partir de 1926, cuando el químico alemán Hermann Staudinger expuso su teoría de los polímeros: largas cadenas de pequeñas unidades unidas por enlaces covalentes (fundamento de la química macromolecular). Esta industria volvió a sufrir otro gran avance en la segunda guerra mundial. Puesto que la mayoría de los países no recibía materias primas, ya sea porque el país que se la suministraba se encontraba en el bando contrario, o porque las rutas de comercio estaban muy controladas, se vieron obligados a desarrollar nuevos polímeros para sustituir las materias primas con las que normalmente hacían los distintos productos o armas de combate. Ejemplo de esto puede ser el caucho sintético usado por Alemania para las ruedas de los tanques y el nailon, desarrollado por los E.E.U.U.  Usado para fabricar textiles como paracaídas o prendas combinándolo con lana o algodón.

 

En la segunda guerra mundial se desarrollaron nuevos métodos de obtención, polímeros y aplicaciones.
En la segunda guerra mundial se desarrollaron nuevos métodos de obtención, polímeros y aplicaciones.

           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 supe absorbentes 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.


                A principios de la década de los 50, numerosos grupos de investigación en todo el mundo estaban trabajando en la polimerización de las olefinas, principalmente el etileno y el propileno. Varios de ellos lograron, casi simultáneamente, sintetizar Polipropileno sólido en laboratorio:


        El caso de J. Paul Hogan y Robert Banks, de la estado unidense compañía Phillips Petroleum, produjeron una pequeña muestra de PP en 1951, pero ni sus propiedades ni el catalizador utilizado la hacían apta para un desarrollo industrial, otro ejemplo seria el de Bernhard Evering y su equipo de la también estadounidense Standard Oil produjeron mezclas de PP y PE desde 1950 mediante un catalizador de molibdeno, pero los resultados obtenidos no fueron satisfactorios y esta vía de desarrollo fue finalmente abandonada por Standard Oil, El equipo dirigido por el alemán Karl Ziegler, del Instituto Max Planck, había obtenido en 1953 polietileno de alta densidad usando unos excelentes catalizadores organometálicos que con el tiempo se llamarían catalizadores Ziegler. A finales de ese mismo año, obtuvieron PP en un experimento pero no se dieron cuenta hasta años más tarde. En 1954 Ziegler concedió una licencia para usar sus catalizadores a la estadounidense Hércules, que en 1957 empezó a producir PP en Norteamérica.


         Hasta que el italiano Giulio Natta, del Instituto Politécnico de Milán (Italia) obtuvo PP isotáctico sólido en laboratorio, en 1954, utilizando los catalizadores desarrollados por Ziegler. Si bien hoy se sabe que no fue realmente el primero en manipular PP, sí fue el primero en arrojar luz sobre su estructura, identificando la isotacticidad como responsable de la alta cristalinita. Poco después, en 1957, la empresa italiana Montecatini, patrocinadora del Politécnico, inició la comercialización del PP, un último caso sería el de W.N. Baxter, de la estadounidense DuPont, también obtuvo PP en 1954 pero sólo en cantidades ínfimas y sin encontrarle utilidad al producto obtenido. DuPont nunca llegó a comercializar industrialmente polipropileno.


        En esta misma década el alemán Hermann Staudinger fue el primero en sintetizar deliberadamente poliestireno en su laboratorio y en explicar el fenómeno mediante una "teoría de la polimerización" de (1920). A  pesar que desde el descubrimiento del estireno a mediados del siglo XIX, numerosos investigadores describieron su tendencia a convertirse en un sólido plástico, Sin embargo, estas experiencias fueron incorrectamente descritas como "oxidaciones" o "endurecimientos" y se quedaron en meras curiosidades de laboratorio , gracias a esto su teoría desató una fuerte controversia y fue rechazada por la comunidad científica de la época, No obstante, Staudinger continuó su trabajo, siendo recompensado con el Premio Nobel de Química en 1953.

       

        En la década de los 60 Giulio natta un químico y profesor universitario italiano Continuando sus estudios sobre los polímeros macromoleculares, contribuyó de manera extraordinaria al actual conocimiento del mecanismo de acción de los catalizadores estereoespecíficos y de los polímeros de estructura espacial de gran regularidad.


        En 1963 fue galardonado, junto al químico alemán Karl Ziegler, con el Premio Nobel de Química por su trabajo en el estudio de catalizadores para la polimerización estereoselectiva de polialquenos terminales, los llamados Catalizadores Ziegler-Natta.

       

        Este catalizador  fue desarrollado en el grupo de Karl Ziegler en el instituto Max Planck de Mülheim (Max-Planck-Institut für Kohlenforschung). Su primera aplicación era la polimerización de etileno. En el grupo de Giulio Natta se amplió el campo de aplicación al propileno permitiendo un control de la tactilidad del polímero. Este catalizador de Ziegler-Natta se compone por lo menos de dos porciones: un componente del metal de la transición y un compuesto principal del alquil del metal del grupo. El componente del metal de la transición es generalmente titanio o vanadio. El compuesto alquil del metal principal del grupo es generalmente un alquil de aluminio. En práctica común, el componente titanio se llama “el catalizador' y el alquil de aluminio se llama “el co-catalizador”. Sin embargo, es realmente la combinación de los dos que forman el catalizador activo.


           En algunos casos, especialmente para catalizar la polimerización de propileno, un tercer componente se utiliza. Este componente se utiliza para controlar estreoregularidad y puede ser incorporado en el catalizador durante su síntesis (control interno de los donantes) o se puede agregar a la polimerización del reactor con el catalizador durante la polimerización (de donantes externos). Los esteres aromáticos se pueden utilizar como donantes internos. Los esteres aromáticos, los alcoxisilanos y las aminas obstaculizadas se pueden utilizar como donantes externos.


          Ziegler Natta  lograron demostrar que la estreoregularidad de la polimerización de polipropileno se podría lograr, estos científicos abrieron muchas puertas. Una explosión de nuevos procesos y nuevos productos sumió al mundo, prácticamente de la noche a la mañana. Mientras que en 1950, nadie había visto nunca cristalino PP, hubo de 1960 varios productores comerciales, la entrega de aproximadamente 50000 toneladas de PP en varias aplicaciones en rápida expansión. Hoy en día, los catalizadores Ziegler-Natta se utilizan en todo el mundo para producir las siguientes clases de polímeros de alfa olefinas:

 

  • ·                     Polietileno de alta densidad (HDPE)
  • ·                     Polietileno linear de la baja densidad (LLDPE)
  • ·                     Ultraalto - polietileno del peso molecular (UHMWPE)
  • ·                     Polipropileno (PP)--homopolímero, copolímero al azar                         y copolímeros de alto impacto
  • ·                     Poliolefinas termoplásticas (TPO)
  • ·                     Polímeros del monomero del dieno del propileno del                            etileno (EPDM)
  • ·                     Polbutadieno (PB)

 

 

el Alemán Karl Ziegler
el Alemán Karl Ziegler

          En la siguiente década la de los 70 en el año 1974 el químico norteamericano paúl John Flory gano el premio nobel de la química gracias a que fue el primero en esclarecer y explicar la conexión entre las longitudes de las moléculas formadas en cadena y las condiciones de reacción que estas determinan. Para ello operó con una técnica que denominó temperatura zeta y punto zeta (rebautizada actualmente en su honor temperatura Flory) por la cual la molécula asume un tipo de estado óptimo de compactación e insolubridad que varía según los tipos de polímeros y los diferentes agentes disolventes. Sus investigaciones se orientaron en descubrir cómo se forman las moléculas que después se enlazan en largas cadenas, procesos de gran importancia en la fabricación de plásticos.

 

flory en el año 1974 le fue concedido el Premio Nobel de la Química por sus estudios, teóricos y prácticos, en la fisicoquímica de las macromoléculas.
flory en el año 1974 le fue concedido el Premio Nobel de la Química por sus estudios, teóricos y prácticos, en la fisicoquímica de las macromoléculas.

            En ese mismo año tres científicos de EE.UU. demostraron que dopando una película de poliacetileno (en este caso, oxidándola con vapor de yodo), su conductividad eléctrica aumentaba un millar de veces, comparable a la de los metales como el cobre y la plata. Las propiedades ópticas de los materiales también eran modificadas, ya que emitían luz.

 

           Por el descubrimiento y desarrollo de los polímeros conductores, particularmente del poliacetileno dopado con yodo, fue otorgado el Premio Nobel de química en el año 2000 a Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid ambos de los estados unidos y el japonés Hideki Shirakawa.

 

          Hideki shirakawa baso muchas de sus investigaciones en el campo de los polímeros, especialmente del acetileno, como consecuencia llevaron al descubrimiento, cuando ocupaba la plaza de investigador asociado en el laboratorio de Química del Instituto Tecnológico de Tokio, de las propiedades conductoras de este material al ser contaminado con trazas de otras sustancias, El descubrimiento de dichos polímeros tuvo lugar en el laboratorio de Shirakawa cuando uno de sus alumnos cometió un error en la síntesis de un poliacetileno al añadir una cantidad de catalizador mil veces superior a la indicada. Se esperaba conseguir una lámina oscura adherida a las paredes del recipiente de reacción y, en vez de esto, se obtuvo una lámina plateada y brillante, semejante al aluminio y fácilmente extensible. Se obtuvo así una nueva especie de polímero nunca vista.


        Alan Heeger comenzó sus investigaciones con Shirakawa en 1976, tras un encuentro casual entre este último y McDiarmid, con quien ya colaboraba Heeger. Las investigaciones fructificaron cuando se pensó en dopar el polímero obtenido por Shirakawa con yodo. Las láminas plateadas flexibles pasaron a ser láminas metálicas doradas y su conductividad aumentó más de mil millones.


        Esta fructífera relación científica e investigadora dio como resultado la publicación conjunta del artículo Síntesis de polímeros orgánicos conductores de la electricidad: derivados halógenos del poliacetileno (CH) n, en el prestigioso Journal of Chemical Society en el verano de 1977, en el cual anunciaban el descubrimiento del poliacetileno.

 

En La izquierda Alan G. MacDiarmid , en el centro Alan J. Heeger y en la derecha Hideki shirakawa , los tres galardonados con el Premio Nobel de la Química del año 2000

        Actualmente, la industria de los polímeros sintéticos crece con mayor rapidez que cualquier otra, y este hecho se prolongará.


        La importancia de los polímeros sintéticos es tan grande que sin ellos nuestra calidad de vida se reduciría a niveles alarmantes. De entre todos cabe destacar uno: El PVC:Policloruro de Vinilo. Es un plástico compuesto por : 43 % de substancias procedentes del crudo y 57 % de sal. Por lo tanto, se emplean menos materias primas y energía que para otros plásticos o para otros materiales "clásicos". Esto lo situa en excelentes condiciones para que sea reconocido como uno de los polímeros sintéticos más respetuoso con un desarrollo sostenible, ello significa que el PVC requiere menos consumo de recursos materiales, hidricos y energéticos que otros a los que “alguien” denomina alternativos.

 

El PVC se caracteriza por ser dúctil y tenaz; presenta estabilidad dimensional y resistencia ambiental. Además, es reciclable por varios métodos.
El PVC se caracteriza por ser dúctil y tenaz; presenta estabilidad dimensional y resistencia ambiental. Además, es reciclable por varios métodos.

         En la actualidad se está trabajando cada vez más en la investigación y desarrollo de campos relacionados con la ciencia o la tecnología de los polímeros, siendo innumerables los avances tecnológicos conseguidos en este sector,  por lo que se ha dado por llamar a nuestro tiempo «la era de los polímeros». Siempre seguiremos proclamando que trabajar en la investigación y el desarrollo es trabajar para la Humanitat.

 

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® Polimeros Sinteticos Derechos Reservados 2013
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