Els plàstics són un determinat tipus de material polimèric. Polímer, ve del grec “poli” (varis) i “meros” (parts). Es tracten de macromolècules, agrupacions de milers d’àtoms, on unitats estructurals es repeteixen a tota la seva cadena molecular.

Els polímers els tenim presents a la nostra vida diària, i no només polímers sintètics, sinó també els naturals. L’home ha utilitzat polímers naturals des dels inicis de la història, però no va ser conscient d’aquest fet fins fa relativament poc. El coneixement del potencial d’aquest tipus de material va fer créixer els estudis en aquesta matèria fent que es descobrissin nous materials plàstics, un darrera l’altre fins, arribar al punt en convertir-se en imprescindibles.

Charles Goodyear volia eliminar la propietat “enganxosa” del cautxú extret del làtex de plantes. Al 1839 de manera fortuïta, va descobrir l’entrecreuament amb sofre, procés que passa a denominar-se vulcanització. Aquest descobriment va ser de gran importància per la industria de l’automòbil i el transport en general, ja que és el material amb el que es fa els pneumàtics.

Un altre accident que donà lloc a un polímer, és el de Christian Schönbein al 1846, quan va vessar accidentalment aigua en un teixit de cotó que va donar lloc a la nitrocel·lulosa, o dit d’una altra manera, la seda artificial. El descobriment va anar acompanyat de les investigacions de John Wisley Hyatt, que motivat per la recompensa de deu mil dòlars que oferia el fabricant nord-americà de boles de billar Pheland & Collarfer, va centrar els seus estudis en aconseguir un material que pogués substituir l’ivori natural. El material que va obtenir es el cel·luloide al 1865, o nitrat de cel·lulosa plastificada, que va obrir les portes a la creació de l’acetat de cel·lulosa, material clau a la indústria cinematogràfica.

Els inicis de la investigació en plàstics durant el segle XIX es van centrar en la modificació química de substàncies naturals com el cotó. L’altre protagonista va ser el poliestirè, substància gomosa que va ser considerada com un no material sense esbrinar la importància que tindria al segle següent. Va ser Hermann Staudinger qui va fabricar el poliestirè en el seu laboratori, però la seva aportació va ser rebutjada per la comunitat científica fins que el 1935 se li va atorgar el Premi Nobel de Química.

Ens vam haver d’esperar fins al 1907 per a l’entrada en escena del primer polímer sintètic, la baquelita, que rebé el seu nom en honor del seu descobridor, Leo Hendrik Baekeland. Per a molts, és el descobriment que marca l’inici de la era del plàstic. Aquest polímer es pot emmotllar a gust i s’endureix  al solidificar-se. Dos anys més tard, va ser reconegut com un excel·lent material aïllant elèctric, sent un pilar a la indústria elèctrica de l’època.

A la segona dècada del segle XX ja s’havíen formulat les teories de la relativitat i de la mecànica quàntica, però encara es discutia l’origen molecular dels polímers. La primera aproximació per a l’avaluació teòrica de les propietats conformacionals espacials va ser desenvolupada per Werner Kuhn a la dècada dels 30. Més endavant, Mikhail Vladimirovich Volkenstein va desenvolupar un model mecànic-estadístic molt sofisticat, que va ser racionalitzat per a cadenes de qualsevol pes molecular per Paul John Flory als 60. Les investigacions de P.J. Flory sobre el comportament dels polímers en dissolució van ser reconegudes al guanyar el premi Nobel de Química l’any 1975. L’aproximació teòrica de la disposició de les cadenes moleculars dels polímers va ser discutida durant mig segle XX.

A la mateixa dècada dels 30, es va inventar el polimetilmetacrilat, material de gran importància en l’actualitat per les seves aplicacions òptiques. Wallace Hume Carothers es va proposar sintetitzar macromolècules unificant unes molècules amb unes altres utilitzant funcions d’orgànica clàssica, fent un reacció de condensació progressiva observant com la elasticitat i la viscositat augmentaven conseqüència de l’augment de la longitud de cadena. D’aquesta investigació en va néixer una substància tan elàstica com el cautxú, el niló o poliamida, marcant l’inici del desenvolupament de les fibres sintètiques. A la mort del descobridor d’aquest material, DuPont va conservar la propietat de la patent. Socialment va ser un canvi important, ja que va possibilitar la vestimenta de la creixent població i a la vegada va contribuir a que les terres dedicades al cultiu de cotó i altres components per a la producció de fibres naturals poguessin ser emprades per a la producció d’aliments. Aquest material també va tenir el seu protagonisme a la Segona Guerra Mundial, on va ser utilitzat en cordes i paracaigudes. De fet, quan l’home va arribar a la lluna al 1969 i va deixar la seva bandera, aquesta estava feta de niló.

El món científic no va dedicar en els seus primers temps especial atenció als polímers, no va ser el cas però del món industrial, que es va beneficiar del desenvolupament d’aquest tipus de materials com en el cas del cautxú. Els conflictes internacionals van ser testimonis del desenvolupament dels polímers i de la seva importància en la lluita armada. Un exemple de la importància del domini dels polímers es veié quan Brasil va prohibir l’exportació de les llavors d’Hevea Brasiliensis, necessàries per produir el cautxú natural, a finals del segle XIX. Tot i això, el anglesos van aconseguir treure una quantitat suficient de llavors que van donar origen a les plantacions de Ceilan, Malàisia i Birmània. Actualment, la producció principal del cautxú natural prové del sud-est asiàtic i Brasil no és un productor competitiu. A la Segona Guerra Mundial, quan els japonesos amenaçaven el sud-est asiàtic, als Estats Units hi hagué un creixement exponencial d’investigacions sobre el cautxú sintètic. Avui en dia, el consum del cautxú sintètic és el doble que el del cautxú natural.

Les dècades dels 30 i 40 van ser protagonitzades per les fibres i el cautxú. Però en la dècada dels 50 va aparèixer un nou protagonista, el polipropilè (catàlisis realitzada per Ziegler-Natta – Premi Nobel 1963) a Alemanya. El polipropilè és un polímer termoplàstic utilitzat des d’aleshores en una àmplia gamma de productes de diferents indústries, sent actualment el segon polímer que més es fabrica al món, just per sota del polietilè.

D’altra banda, a la dècada dels 70 la Crisi de l’energia juntament amb les investigacions espacials van impulsar la recerca de nous materials més lleugers amb propietats mecàniques similars als metalls. Aquesta situació va donar lloc al descobriment de les poliaramides orientades com el Kevlar, amb propietats mecàniques molt superiors als polímers fins aleshores sintetitzats. També es van començar a utilitzar agents reforçants amb el cautxú, com el negre de fum, per millorar les propietats de les rodes dels automòbils, avions, etc. També són els inicis de la utilització de fibres continues com a reforç, ja sigui fibres de vidre o de carboni. La carrera espacial també va requerir materials polimèrics de gran estabilitat tèrmica donant lloc a l’obtenció de polieteramides, polietercetones, etc., polímers d’altes prestacions i que toleren temperatures elevades sense degradar-se.

A la dècada dels 60 es va desenvolupar l’òsmosi inversa amb membranes d’acetat de cel·lulosa que, en combinació amb la electrodiàlisi,va ser una bona alternativa per obtenir aigua potable a partir d’aigua de mar. A la dècada següent es van desenvolupar noves membranes basades en poliimides, polieterimides, etc., que van optimitzar el procés. La tecnologia de les membranes també té una gran incidència en la separació de gasos. Així per exemple, l’oxigen i el nitrogen industrials, requerits en atmosferes oxidants i reductores, no es separa de l’aire per tècniques criogèniques, sinó mitjançant membranes polimèriques. També són utilitzades per separar l’hidrogen i l’heli del gas natural.

Al 1988 es va reconèixer l’existència de l’illa de plàstic del Atlàntic Nord dins del gir de l’Atlàntic Nord, encara que la seva primera documentació data del 1972. Va ser el primer avís de la problemàtica dels plàstics que no es gestionen correctament. Al mateix any 1988 s’introdueix el símbol del triangle per a indicar les possibilitats de reciclatge dels envasos plàstics. Dos anys més tard, es comercialitza per primer cop un polímer biodegradable, el polihidroxibutirat sota el nom comercial Biopol. Les legislacions actuals en el sector dels plàstics, fa que els biopolímers tinguin un protagonisme dintre de la línia traçada per la CE en un camí cap a l’economia circular, on la disminució de residus no reciclables o no degradables és fonamental.

No obstant, els polímers de base fòssil han continuat la seva expansió en els darrers 30 anys. A la indústria agrícola s’utilitzen, per exemple, films de polietilè per cobrir hivernacles.

Un sector en el que l’ús de polímers ha augmentat considerablement és a les ciències de la salut: membranes pel procés de diàlisi, pròtesis, òrgans artificials, fils de sutura, etc. També al sector farmacèutic on, per exemple, el principi actiu pot estar ancorat al polímer amb l’objectiu de controlar més l’alliberament del fàrmac.

Les formidables característiques dels polímers han fet que aquests materials siguin part important de la nostra vida diària: joguines, estris de cuina, mobles, calçat, teixits, etc. En un inici, una de les principals característiques fou que eren gran aïllants, però amb el pas del temps els polímers han anat satisfent les necessitats en diferents sectors on la conductivitat no és un requisit. El fet de que els àtoms constituents de molts polímers no tinguin la mateixa electronegativitat obre noves perspectives d’aplicacions. Un exemple es pot veure amb el polifluorur de vinilidè, que canviant la seva orientació en mono o bidimensional, es crea una conformació amb la que els dipols passen a tenir un caràcter ferroelèctric. En aquestes condicions, l’aplicació de tensió o d’un canvi de temperatura fa que canviï la seva polarització, per tant es piezoelèctric i també piroelèctric, trobant aplicacions com a transductors ultrasònics de banda ampla, micròfons lleugers, detectors de pressió, etc. També es pot aconseguir que els polímers siguin conductors elèctrics o tèrmics, obrint un nou ventall d’aplicacions com poden ser els recobriments antiestàtics, fibres conductores o elèctrodes transparents, destacant el seu ús en apantallament d’interferències electromagnètiques en tecnologies de telecomunicacions.

Hem passat del descobriment de materials on la característica principal que s’apreciava era l’aïllament, a modificar els mateixos materials per obtenir propietats de semiconductors, o fins i tot, plàstics superconductors. I això és només un exemple de la versatilitat d’aquests materials, que encara els queda molt per recórrer a la nostra història.

Germán Pérez

EURECAT