Los polímeros parecen ser materiales recientes pero su origen está más lejos de lo que parece

La historia del nacimiento de polimeros es mucho menos lineal de lo que se podría pensar, con las intuiciones de algunos precursores que, en ocasiones, permanecían estacionarios en el laboratorio durante décadas, ya que el conocimiento de las reacciones químicas o el escaso avance tecnológico de la planta dificultaban su desarrollo.

Es interesante notar que, para algunas combinaciones químicas que luego llevaron al nacimiento de cierta familia de polímeros, la aleatoriedad también podría haber jugado un papel papel papel principal, creando situaciones inesperadas, el resultado de reacciones químicas no buscadas pero inmediatamente entendidas y explotadas.

Seguramente el siglo pasado fue fundamental para el desarrollo de los polímeros básicos, ya que se dieron dos situaciones formidables:

- el primero fue la progresión continua del conocimiento de la química industrial, cuyos inicios se pueden identificar en el siglo XIX,

- la segunda es el gran avance industrial que ha podido poner al alcance de los químicos, tanto en el laboratorio como en los emplazamientos industriales, máquinas eficientes e innovadoras que apoyan las ideas de los científicos.

Como nos cuenta Michele Seppe, ya en los años 30 del siglo pasado, la moderna industria del caucho ya tenía casi cien años, el celuloide se comercializaba desde más de medio siglo y los fenoles eran una fuerza dominante en una amplia variedad de industrias.

Con pocas excepciones, todos los desarrollos significativos en la tecnología de polímeros hasta ese momento han sido sistemas de reticulación, también conocidos como materiales termoestables.

Hoy en día la industria luce muy diferente, los termoplásticos son los materiales dominantes y, dentro de este grupo, el polipropileno, polietileno, el poliestireno y el PVC son las cuatro materias primas que representan la mayor parte del volumen consumido en todo el mundo.

Pero los materiales termoplásticos que realmente pueden competir con el rendimiento, a temperaturas elevadas de metales y polímeros reticulados, son materiales como poliamidas (nylons), policarbonatos y el PEEK.

Rastrear el desarrollo histórico de los termoplásticos puede ser un desafío, porque muchas veces el descubrimiento de un material en el laboratorio no ha tenido un rápido camino hacia su comercialización.

El poliestireno se descubrió por primera vez en 1839, pero no se produjo comercialmente hasta 1931, debido a problemas con el control de la reacción de polimerización exotérmica.

PVC fue descubierto en 1872, pero los intentos de usarlo comercialmente a principios del siglo XX se vieron obstaculizados por la limitada estabilidad térmica del material.

De hecho, la temperatura requerida para convertir el material en una masa fundida era más alta que la temperatura a la que el polímero comenzó a descomponerse térmicamente.

Esto fue resuelto en 1926 por Waldo Semon, en BF Goodrich, de hecho, mientras intentaba deshidrohalogenar el PVC en un solvente para crear una sustancia que une el caucho al metal. , encontró que el solvente había plastificado el PVC. Esto redujo su temperatura de ablandamiento y abrió una ventana para el procesamiento de fusión.

El polietileno fue creado por primera vez en el laboratorio en 1898 por el químico alemán Hans von Pechmann al descomponer el diazometano, una sustancia que había descubierto cuatro años antes.

Pero el diazometano es un gas tóxico con propiedades explosivas, por lo tanto, nunca habría sido una opción comercial viable para la producción a gran escala de un polímero, que es ahora se utiliza en volúmenes anuales increíblemente altos.

El material fue redescubierto en 1933 por Eric Fawcett y Reginald Gibson mientras trabajaban en ICI en Inglaterra. Experimentaron colocando varios gases a alta presión, y cuando pusieron una mezcla de gas etileno y benzaldehído a una presión enorme, produjeron una sustancia cerosa blanca que hoy conocemos como polietileno de baja densidad.

La reacción inicialmente fue difícil de reproducir, solo dos años después, otro químico de ICI, Michael Perrin, desarrolló controles que hicieron que la reacción fuera confiable suficiente para llevar a la comercialización en 1939, más de cuarenta años después de que se produjera el polímero por primera vez.

El polietileno de alta densidad se sintetizó con la introducción de nuevos catalizadores a principios de la década de 1950. En 1951, mientras J. Paul Hogan y Robert Banks trabajaron en Phillips Petroleum, desarrollaron un sistema basado en óxido de cromo.

Las patentes se presentaron en 1953 y el proceso se comercializó en 1957, y el sistema todavía se conoce hoy como el catalizador Phillips.

En 1953, Karl Ziegler introdujo un sistema que utilizaba haluros de titanio combinados con compuestos de organoaluminio y, casi al mismo tiempo, un químico italiano, Giulio Natta, hizo cambios en la química de Ziegler.

Ambos sistemas permitieron una reducción tanto de la temperatura como de la presión necesarias para producir el LDPE altamente ramificado y produjeron un polímero lineal mucho más resistente , más rígido y más resistente al calor que el LDPE.

Estos desarrollos ilustran cómo diferentes grupos de químicos, que trabajaron de forma independiente en los mismos problemas, llegaron a desarrollar soluciones casi simultáneamente.

Los nuevos catalizadores también han hecho posible producir versiones comercialmente viables del cuarto miembro de la familia de polímeros básicos, el polipropileno.

Fawcett y Gibson lo fabricaron a mediados de la década de 1930. Después de sus exitosos experimentos con polietileno, naturalmente ampliaron su trabajo para incluir otros gases, pero sus resultados con polipropileno fueron decepcionantes.

En lugar de producir un material que era sólido a temperatura ambiente y exhibió propiedades mecánicas útiles, la reacción produjo una masa pegajosa de interés solo como adhesivo. Fawcett y Gibson habían producido lo que más tarde se conocería como polipropileno atáctico.

A diferencia del polietileno, donde todos los grupos unidos al esqueleto de carbono son átomos de hidrógeno, cada unidad de propileno en el esqueleto de polipropileno contiene tres átomos de hidrógeno y un grupo metilo mucho más grande.

En el polipropileno atáctico, el grupo metilo puede aparecer en cualquiera de las cuatro posiciones posibles dentro de la unidad repetitiva, evitando la cristalización del material. Los nuevos catalizadores crearon una estructura en la que el grupo metilo estaba en la misma posición en cada unidad repetitiva.

La regularidad estructural condujo a un material capaz de cristalizar, de hecho, esta forma cristalina de polipropileno tenía resistencia, rigidez y un punto de fusión incluso más alto que el HDPE.

Este rápido desarrollo ha creado dos materiales que ahora representan más del 50 % de la producción mundial anual de polímeros.

Es interesante notar que la esposa de Giulio Natta, Rosita Beati, quien no era química, acuñó los términos atáctico, isotáctico y sindiotáctico para describir las diferentes estructuras que podrían crearse al polimerizar polipropileno.

Hoy usamos estos términos para referirnos en general a las estructuras isoméricas que se pueden formar cuando se producen polímeros usando varios tipos de catalizadores.

Traducción automática. Nos disculpamos por cualquier inexactitud. Artículo original en italiano.