Historia de los polímeros - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

La palabra "polímero" proviene del griego poli y meros, que significa muchas partes respectivamente. Algunos científicos prefieren usar la palabra "macromolécula", o molécula grande, en lugar de polímero. Las primeras civilizaciones sudamericanas, como los aztecas, usaban caucho natural (NR) (Hevea brasiliensis) para fabricar artículos elásticos y telas impermeables. Los primeros hombres usaron plástico crudo obtenido de las proteínas de las pieles y caparazones de tortuga formados en caliente, o extractos de laca obtenidos de los excrementos de pequeños insectos coccídicos (Coccus lacca). Los plásticos han encontrado aplicaciones relativamente recientemente. La química orgánica preparativa, cuyos cimientos modernos se establecieron a principios del siglo XIX, ha descuidado durante mucho tiempo los compuestos de alto peso molecular; cuando entre los productos de una aireación química se obtuvo una masa de aspecto resinoso, apenas soluble en solventes, difícil de manejar, se renunció a clasificarlo y se tiró a la basura.

En 1828 Wohler sintetizó urea a partir de compuestos inorgánicos, a pesar de este avance esencial, se hicieron pocos progresos en la comprensión de los compuestos orgánicos hasta 1850, cuando Kekule desarrolló la técnica actualmente aceptada para escribir fórmulas estructurales.

El primer ejemplo de preparación de un polímero alto se debe al químico francés Regnault, quien en 1838 llevó a cabo la polimerización del cloruro de vinilo mediante la luz solar; en el mismo año, Simon polimerizò el estireno.

En 1839, los productos de caucho estaban disponibles en el mercado, pero como no estaban vulcanizados, eran pegajosos o se volvían pegajosos en el calor del verano. Charles Goodyear en una pequeña cabaña estaba mezclando la goma cruda llamada goma de hevea (NR), con todo lo que podía encontrar: tinta, sopa, aceite de ricino, etc., y descubrió que tratar la goma cruda con ácido nítrico reducía la adherencia y mejoró la resistencia al calor superficial, mientras que el caucho interno permaneció pegajoso y sensible al calor. Mientras experimentaba en una fábrica de caucho de Massachusetts en 1839, Goodyear arrojó accidentalmente un pedazo de caucho mezclado con azufre en la estufa caliente, el caucho no se derritió, sino que se carbonizó. Había descubierto la vulcanización, tomaría varios años de experimentación continua antes de que el proceso fuera realmente comercialmente útil. Goodyear y su hermano Nelson transformaron NR (caucho de hevea) de un termoplástico termoestable "suavizable" en un producto menos sensible al calor creando enlaces cruzados entre cadenas de poliisopreno individuales como moléculas que usan azufre como agente de reticulación. Los termoplásticos son moléculas bidimensionales que pueden ser suavizadas por el calor. Los termoestables son materiales que son redes tridimensionales que no se pueden remodelar por calentamiento. En lugar de derretirse, los materiales termoestables se degradan. A medida que aumentaba la cantidad de azufre, el caucho se hacía más duro, lo que resultaba en un material duro similar al caucho (ebonita).

El "bois durci", término tomado de la lengua francesa y cuyo significado es madera endurecida, se obtenía nel 1856 por mezcla de serrín de madera y albúmina procedente del huevo o de la sangre; esta mezcla, una vez procesada, proporcionaba un plástico termoestable muy duro de color marrón oscuro o negro. Fue uno de los plásticos de moldeo naturales de mayor calidad y con él se manufacturaron una gran variedad de artículos que antes se habían fabricado con madera, marfil o gutapercha.

El linóleo se produciò a nivel industrial en Alemania alrededor de 1883,  si bien una primera patente de este compuesto ya había sido solicitada en Gran Bretaña en el año 1860 por parte de Frederick Walton. En 1864 se establecía en Londres la primera compañía para la producción del linóleo. El método de fabricación inicial  proponía el uso de aceites secantes (aceite de linaza con acetato de plomo al 5-10%) disueltos en disolventes orgánicos que, una vez habían sufrido un proceso de oxidación, se "convertían en cuerpos resinosos" y se podían aplicar sobre diversos textiles a modo de recubrimiento.

En 1862, Alexander Parks, descontento con los colores limitados disponibles para los productos de caucho, generalmente opacos y oscuros, estaba trabajando con nitrocelulosa, un material obtenido del tratamiento del algodón con ácido nítrico y sulfúrico. Quería hacer objetos sólidos con nitrocelulosa. Las soluciones de nitrocelulosa se prepararon disolviendo la nitrocelulosa en líquidos orgánicos tales como etanol y éter. Se hicieron películas y recubrimientos delgados simplemente vertiendo las soluciones de nitrocelulosa sobre el elemento o superficie deseada y evaporando el disolvente. Después de años de trabajo, desarrolló un material que llamó Parkensine, a partir del cual creó botones, peines y, de hecho, en comparación con los artículos de goma, podrían ser transparentes, coloreados, transparentes o brillar como la madreperla. Eventualmente no desarrolló un material que pudiera ser "trabajado" o que fuera estable, e incluso con su clamor el material nunca se prendió.

Casi al mismo tiempo, 1869 John Wesley Hyatt, una impresora de Albany, descubrió que la nitrocelulosa triturada se podía mezclar con alcanfor y calentar bajo presión para producir una masa blanca dura que mantenía su forma. Este material, apodado celuloide, podría transformarse en los productos habituales similares al caucho, así como en piezas sólidas como cajas, ropa lavable, collares, puños y pelotas de ping-pong. El celuloide se puede mezclar con pulpa de goma laca, trabajar, cortar, perforar y aserrar. Pero el celuloide era inflamable y no resistía bien en agua caliente. Una de sus mejores cualidades era que podía producirse para parecerse al mármol, para imitar la concha y la madreperla y el marfil. Tanto la celulosa como el nitrato de celulosa (CN) son polímeros lineales o bidimensionales, pero la celulosa no se puede ablandar debido a la presencia de numerosos enlaces de hidrógeno entre las moléculas en forma de cadena, mientras que el segundo CN es esencialmente completamente nitrato, pero también El material utilizado por Parks y Hyatt fue una cena, aún potencialmente explosiva, aunque menos. Parks agregó aceite de ricino y Hyatt agregó alcanfor para plastificar, reducir el efecto del enlace de hidrógeno, CN, lo que le permite cierta flexibilidad.

En 1880, Kahlbaum en Alemania polimerizó acrilato de metilo y, hacia fines de siglo, resinas cumaronicas, preparadas por polimerización de cumarona (producto de la destilación de alquitrán) y galalita, obtenida por acción de formaldehído sobre la caseína de la leche.

Las materias primas para producir polímeros se obtienen por destilación fraccionada de aceite. Cabe señalar que todo el petróleo que se consume en el mundo, solo el 4% se usa para producir polímeros sintéticos, mientras que el mayor consumo de petróleo se produce para calefacción y transporte.