En la actualidad, nuestro mundo lo hemos construido
en gran parte con los materiales que
denominamos genéricamente "plásticos".
Están rodeándonos por todas partes, en las
aplicaciones más sofisticadas y en los usos más cotidianos.
Incluso los hemos utilizado en el interior de nuestro cuerpo.
La variedad de formas y apariencias en
las que se nos presentan es inmensa.
¿Qué debemos hacer para saber qué tipo de plástico es?
Aunque existen técnicas muy sofisticadas
para responder a esta cuestión, recurriremos
a pruebas sencillas que responden a la
pregunta, ¿qué macromolécula forma el objeto que ve?
Escojamos un vaso en el que normalmente tomamos
café de las máquinas automáticas, el Marco
de fotos que nos es familiar y una tubería de nuestras casas.
Para trabajar cómodamente es aconsejable
que las muestras se presenten en forma de polvo o pequeños trozos.
Si es posible, pueden obtenerse directamente o
si el material es gomoso, mediante enfriamiento y posterior trituración.
Cuando se elabora industrialmente un producto
plástico, se incluyen con él otras sustancias llamadas aditivos y cargas.
Su función es mejorar alguna propiedad
del polímero o añadir otras nuevas.
Podemos retirar estas sustancias y analizar
por separado el polímero base que forma nuestro objeto.
Esto se realiza mediante procesos de solubilización y extracción.
El extractor Soxhlet permite separar esas
sustancias y conseguir el polímero libre en disolución.
Un sencillo rotavapor permite finalmente
obtener el polímero sin disolvente.
Nuestras muestras han quedado así reducidas
al material que era su componente fundamental.
Con ellas realizaremos algunos ensayos
que nos informarán de su naturaleza.
Una primera pista nos la suministra su denominada solubilidad.
Debemos conocer qué sustancias disuelven y cuáles no a nuestro polímero.
Nuestro material podemos visualizarlo
como un conjunto de cadenas enmarañadas.
Si lo ponemos en contacto con una sustancia
que no es capaz de disolverlo, las cadenas
preferirán el contacto entre ellas mismas
al de aquella y continuarán enmarañadas.
A una sustancia de esta clase se la denomina precipitante.
La solubilización, en cambio, es un
proceso que se realiza en varias etapas.
Las cadenas prefieren rodearse de moléculas de
la nueva sustancia que se denomina disolvente,
siendo las más externas las primeras.
Progresivamente, más moléculas van penetrando en la amaraña.
El proceso de disolución en esta etapa se observa
macroscópicamente porque la muestra se hincha.
El proceso continúa hasta que las moléculas
de disolvente rodean completamente a cada
una de las cadenas, haciendo que se independicen
las unas de las otras, disolviéndolo completamente.
Realizaremos el ensayo con nuestros materiales
y las sustancias que son más frecuentemente
utilizadas para verificar la solubilidad.
En todos los casos se disolvieron en tolueno,
dioxano y tetrahidrofurán, y no se disolvieron en metanol y hexano.
Otro ensayo común es la determinación de la densidad.
Esta se define como el cociente entre la
masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.
De entre los métodos a nuestra disposición
recurriremos, por su sencillez, a la pignometría.
El pignómetro es un recipiente del
cual se conoce su volumen exactamente.
Para realizar la medida se pesa el pignómetro vacío, esto es M1.
Introducimos una cantidad de polímero y pesamos, M2.
Completamos el volumen con un líquido de
densidad conocida y que no disuelva al polímero, volviendo a pesar, M3.
Ahora llenamos sólo con líquido el pignómetro y pesamos, M4.
La densidad de nuestro polímero la calcularemos de la siguiente manera.
La masa de polímero es M2 menos M1 y
su volumen el del líquido que desaloja,
que podemos calcular como M4 menos M3 más M2 menos M1,
dividido por la densidad del líquido utilizado.
Para nuestro vaso este valor resulta ser
de 1,05 gramos por centímetro cúbico.
Para las otras muestras obtenemos densidades
de 1,16 para el Marco y 1,30 para la tubería.
Otra manipulación fácil que podemos realizar
es el denominado "ensayo a la llama".
Usaremos el calor para romper al polímero en fragmentos
más pequeños y que puedan ser identificables.
Acercaremos una pequeña cantidad de
polímero a la llama observando cómo arde.
Si se desprende algún olor, si distinguimos algún color
o cualquier otra información que podamos apreciar.
El vaso y el Marco se encienden fácilmente y
continúan ardiendo después de sacarlos de
la llama, detectándose un olor fragante.
La tubería es más difícil de encender
y se extingue al retirarla de la llama.
El olor que se desprende de la combustión es picante,
como de ácido clorhídrico, quizá de policloruro de vinilo.
Llevamos las observaciones que hemos realizado a nuestra tabla
y recordamos nuestra sospecha de que la
tubería pudiera ser policloruro de vinilo,
ya que además el valor de la densidad coincide con el de este polímero.
En los otros casos es sólo otra pista más y
no tenemos aún certeza sobre su identidad.
Otra prueba relacionada con la que acabamos de ver y que implica calor
es la observación del comportamiento de los polímeros
con la temperatura, pero sin llegar a la descomposición.
Retomemos la imagen de nuestro material como cadenas
enmarañadas e incrementemos progresivamente su temperatura.
La energía suministrada en forma de calor hace
que segmentos de las cadenas empiecen a moverse,
pero al estar enredadas no pueden desplazarse libremente.
Cuando la longitud de estos segmentos llega a un cierto límite,
se observa macroscópicamente que el material empieza a fluir.
Este punto no se produce a una temperatura
concreta, sino que abarca un intervalo.
En él se define la denominada temperatura de transición vítrea, Tg.
Podemos hacernos una idea de esta Tg recurriendo
por su sencillez al conocido tubo Thiele.
Este tubo está lleno de un fluido en contacto con
nuestra muestra contenida en un capilar de vidrio.
Al calentar, observaremos en el termómetro la
temperatura a la cual empieza a reblandecerse la muestra.
La determinación más precisa de los intervalos debe
realizarse en instrumentos más sofisticados, denominados DSC.
Sin embargo, nuestro sencillo experimento nos da como resultado
que la temperatura a la cual empieza a reblandecerse
nuestra tubería es de 80 grados centígrados.
Repetimos para todas las muestras y anotamos estos nuevos resultados.
Los ensayos mecánicos son otra fuente de
información sobre la naturaleza del polímero.
En los denominados de tensión-deformación, se somete al
material a una tracción y se observa cuánto se deforma.
Su comportamiento nos informa sobre su dureza y tenacidad.
El experimento se realiza sobre el material en forma de probeta.
Estas no son más que tiras con dimensiones
conocidas y que podemos manejar con facilidad.
Se obtienen por simple evaporación de una disolución del polímero
o, de manera más controlada, con una prensa de platos calientes.
La forma de operar es muy simple. Preparamos una disolución
concentrada del material que introduciremos en un molde.
Este es sometido a presión y calor, obteniéndose el material en forma de
película que podemos cortar en tiras que montamos en nuestro dispositivo.
Por simple tracción de un extremo de la probeta, estando fija la otra,
obtendremos la fuerza que ejerce el material al imponérsele una deformación.
Llevando adecuadamente nuestros resultados a una gráfica
"tensión-deformación", obtenemos que para el vaso y el Marco,
el comportamiento es el de un material que se alarga muy
poco, pero que resiste bien la tracción hasta que se rompe.
Este tipo de comportamiento es el denominado de tipo "duro y frágil".
Para la tubería, el comportamiento es también de elevada resistencia
a la tracción, pero alargándose más que el anterior antes de romper.
Este es el comportamiento de "duro y fuerte"
que se observa en el policloruro de vinilo.
Esto nos confirma lo que habíamos apuntado en el análisis de combustión.
Añadimos estos resultados en nuestra hoja.
Por último, realizaremos ensayos espectroscópicos.
Entre ellos, el más común y útil es el
análisis por espectroscopía infrarroja.
Sin embargo, uno de los que permiten mayor potencial de
desarrollo tecnológico es el basado en la emisión fluorescente.
La materia presenta niveles discretos de energía
en donde se sitúan adecuadamente los electrones.
Si la energía asociada a la radiación que la ilumina no coincide
exactamente con alguna diferencia entre dos niveles, no se absorbe.
Por el contrario, si cumple esta condición, se absorbe y
los electrones se colocan en niveles superiores de energía.
Estos electrones pierden ese exceso de energía y vuelven a su situación
de partida, emitiendo otra radiación de mayor longitud de onda.
Existen agrupaciones de átomos que, como una única unidad, absorben siempre una misma
longitud de onda, emitiendo radiaciones menos energéticas que las que absorbieron.
Este comportamiento permite detectar su presencia en la muestra.
En el espectrofluorímetro podemos iluminar a nuestros plásticos
con distintas radiaciones y observar el comportamiento en emisión.
El vaso absorbió a 260 nanómetros y emitió a 330 nanómetros, lo
que indica la presencia de agrupaciones de fenilo en el polímero.
Ni el Marco ni la tubería emiten en estas zonas.
El conjunto de resultados obtenidos sugiere que
nuestro vaso está fabricado con poliestireno.
Para el Marco, el conjunto de ensayos nos sitúa
ante un polímero de la familia de los metacrílicos.
Muy probablemente, polimetacrilato de metilo.
Recordando todos los resultados de las pruebas anteriores, podemos
concluir que la tubería está formada por policloruro de vinilo.
Ensayos específicos para ellos nos darían
la completa seguridad sobre su naturaleza.
La identificación de plásticos es una herramienta sencilla que nos permite comprender mejor a estos materiales
que tan genéricamente llamamos plásticos y que sin los cuales el mundo no sería como hoy lo conocemos.
[Música]
[Silencio]