POLÍMEROS, ESTRUCTURA, EFECTOS AMBIENTALES (CONTAMINACIÓN), MECANISMO DE BIORREMEDIACIÓN.

POLIMEROS

Los polímeros son macromoléculas formadas por la unión repetida de una o varias moléculas unidas por enlaces covalentes. El término macromolécula significa molécula muy grande. “Polímero” y “macromolécula” son términos que suelen utilizarse indistintamente aunque estrictamente hablando no son equivalentes ya que las macromoléculas, en principio, no requieren estar formadas por unidades de repetición.

Dependiendo de su origen, los polímeros pueden ser naturales o sintéticos. Los sintéticos contienen normalmente entre uno y tres tipos diferentes de unidades que se repiten, mientras que los naturales o biopolímeros como la celulosa, el ADN o las proteínas presentan estructuras mucho más complejas. Los polímeros sintéticos tienen, mayor interés desde el punto de vista comercial.

Las moléculas que se combinan para formar los polímeros se denominan monómeros y las reacciones a través de las cuales se obtienen se denominan reacciones de polimerización. Cuando se parte de un solo tipo de molécula se habla de homopolimerización y de homopolímero. Cuando son dos o más moléculas diferentes las que se repiten en la cadena se habla de copolimerización, comonómeros y copolímero. Las reacciones de polimerización se suele dividir en dos grandes grupos: reacciones de adición y de condensación, y los polímeros obtenidos por cada una de estas vías se conocen como polímeros de adición y polímeros de condensación. En los polímeros de adición la unidad estructural de repetición tiene la misma composición que la del monómero de partida. El grupo más importante de polímeros de adición corresponde a los formados a partir de monómeros que contienen un doble enlace carbono-carbono, como es el caso, por ejemplo, de la polimerización del policloruro de vinilo (PVC).

ESTRUCTURA DE LOS POLÍMEROS

Para abordar el estudio de la estructura de los polímeros se suelen considerar dos niveles, estructura química y estructura física. La estructura química se refiere a la construcción de la molécula individual y la estructura física al ordenamiento de unas moléculas respecto a otras.

Estructura química

En los polímeros la unión entre monómeros se realiza siempre mediante enlaces covalentes. La figura 1.1 muestra un trozo de la cadena de polietileno.

Los átomos de carbono que constituyen la cadena principal presentan una configuración sp3, por tanto sus orbitales se dispondrán formando un tetraedro en torno al átomo de carbono y el ángulo de enlace de dos carbonos consecutivos será de aproximadamente 109º, aunque en las siguientes representaciones consideraremos que se trata de moléculas planas.

Figura 1.1. Configuración sp3 para los átomos de carbono de la cadena principal de la molécula de

polietileno.

Sin embargo, las fuerzas responsables de la cohesión entre cadenas diferentes pueden ser de naturaleza muy diversa, y están fuertemente condicionadas por las características de los átomos y de los sustituyentes de la cadena principal. La polaridad y el volumen de estos átomos afectarán especialmente a las fuerzas de cohesión entre cadenas, que a su vez determinarán la flexibilidad del material, temperatura de transición vítrea, temperatura de fusión y capacidad de cristalización entre otras propiedades.

Estructura física

Los términos cristalino y amorfo se utilizan normalmente para indicar las regiones ordenadas y desordenadas de los polímeros, respectivamente. La figura 1.2 muestra un esquema de un sistema amorfo, uno semicristalino y otro cristalino. En estado sólido algunos polímeros son completamente amorfos, otros son semicristalinos y, dependiendo de las condiciones de cristalización. Con frecuencia se utiliza el término cristalino en lugar de semicristalino, aunque ningún polímero es completamente cristalino.

Figura 1.2. a) Sistema amorfo, b) semicristalino, c) cristalino.

Los polímeros con capacidad de cristalizar son aquellos cuyas moléculas son química y geométricamente regulares en su estructura. Las irregularidades ocasionales, tales como las ramificaciones de la cadena, o la copolimerización de una pequeña cantidad de otro monómero limitan el alcance de la

cristalización, pero no evitan que ocurra. Por el contrario, los polímeros no cristalinos típicos son aquellos en los que existe una clara irregularidad en la estructura: polímeros ramificados, polímeros atácticos y copolímeros con cantidades significativas de dos o más constituyentes monoméricos bastante diferentes.

EFECTOS AMBIENTALES

En función de las propiedades de los plásticos, la estructura del mercado ha crecido considerablemente. Para el año 2000, la producción mundial alcanzó los 160 millones de toneladas y en México para el año 2006, superó los 4 millones de toneladas. Se calcula que anualmente cada persona en México consume 49 kg de plásticos.De acuerdo a su importancia comercial y por sus aplicaciones en el mercado, el siguiente cuadro presenta el nombre de los diferentes plásticos que se utilizan cotidianamente, el número de identificación que debe estar impreso en el producto plástico y los ejemplos de algunas aplicaciones.

Nombre Símbolo No. Principales aplicacionesPolietilen-tereftalato PET 

o PETE1 Envases para bebidas,

electrodomésticos, industria textil.Polietileno de alta densidad

PEAD o HDPE

2 Envases y empaques, aislantes, industria eléctrica, sector automotriz, entre otros.

Policloruro de viniloo vinilo

PVC o V

3 Tubería, botellas, película y lámina, calzado, película, recubrimiento de cable, loseta, etc.

Polietileno de baja densidad

PEBDo LDPE

4 Películas y bolsas transparentes, tuberías.

Polipropileno PP 5 Película, rafia, productos médicos, juguetes, recipientes para alimentos, cajas, hieleras, automotriz, electrodomésticos, entre otros.

Poliestireno PS 6 Envases de productos alimenticios, edificación, carcazas, juguetes, etc.

A pesar de su indiscutible utilidad en la vida cotidiana, una vez que los plásticos se han utilizado se convierten en residuos que forman parte de los residuos sólidos urbanos (RSU) generados en grandes cantidades. Los RSU originan problemas de contaminación del agua, aire y suelo, que impactan directamente al ambiente y a la salud. Esto se debe a que su degradación es muy lenta y consiste principalmente en su fragmentación en partículas más pequeñas, mismas que se distribuyen en los mares (en estos se han encontrado entre 3 a 30 kg/km2), ríos, sedimentos y suelos, entre otros.

La importancia de los polímeros sintéticos en nuestras vidas es tal que algunos científicos han llamado a este “El siglo de los plásticos”, pero ya es sabido que muchas veces el desarrollo tecnológico trae consecuencias para el medio

ambiente. Un problema es que las personas al crear nuevos productos, e utilizar los polímeros causa que las industrias hagan una mayor cantidad de ellas y al tiempo esos se producen un problema, porque hay muy pocas organismos que se encarguen en el procesamiento y tan solo al aumentar los avances tecnológicos de estos productos causa que ya no pueda ser reutilizados o tan solo el costo para hacerlo sea mucho más alto.

El mayor daño al medio ambiente proviene de la producción de polímeros, la perforación de petróleo y las fábricas siguen afectando el medio ambiente además debemos tener en cuenta que buena parte de los polímeros sintéticos proceden del petróleo y que cuando llegan al medio ambiente, en forma de residuos, son contaminantes. Sin embargo los polímeros sintéticos que son versatilidad de estos materiales favorece que se desarrollen aplicaciones en campos tan diversos como el sector textil, automovilístico, farmacéutico o informático, y sus posibilidades hacen que los científicos sueñen con innumerables desarrollos que mejorarán la calidad de vida de los ciudadanos. Para contrarrestar los efectos negativos, las empresas han hecho esfuerzos para reducir los residuos y usan menos recursos, como el agua y la energía además que los polímeros pueden ayudar al medio ambiente también, por una parte, algunos son reciclables, ahorrando espacio en los vertederos. En segundo lugar, su bajo peso ahorra energía durante el transporte, mediante la reducción del uso de combustible. Por último, hacen que los vehículos sean más ligeros, lo que reduciría las emisiones de carbono procedentes de la quema de gas y diésel.

Técnicas de biorremediación de polímeros

La investigación científica en el área de los plásticos, es muy importante y necesaria, no solo en su fabricación sino también para resolver el exceso de polímeros. Existen ya diferentes métodos para el reciclado de los plásticos, la selección de alguno de ellos depende del material a reciclar y el producto que se desea obtener. En México, no existe la suficiente infraestructura para el reciclaje de los residuos de plástico, por lo que se exportan a otros países como China y la India, donde la infraestructura es mayor.

Existe una gran variedad de productos que se obtienen a partir de los procesos de reciclaje: desde envases para bebidas (con un proceso de producción más estricto), hasta artículos que se utilizan cotidianamente en el hogar. También es posible aplicar un proceso térmico para la recuperación de la energía contendida en los materiales plásticos.

La mayoría de los polímeros sintéticos no son biodegradables o su degradación demora algunos años, esto lleva a buscar nuevas alternativas como la biotecnología para la fabricación de nuevos polímeros biodegradables. Este tipo de plásticos se obtendrían a partir de fuentes renovables como las plantas y las bacterias, fabricados a partir de polímeros como el almidón, colágeno y el ácido láctico, entre otros.

Los métodos de biorremediación son los más adecuados para resolver este tipo de problema ya que por medio de microorganismos como bacterias u

hongos y/o la utilización de enzimas se pueden absorber y transformar los compuestos oligoméricos de las resinas. Una vez transformados los polímeros pueden degradarse más rápidamente cuando se vuelven solubles en agua y a su vez pueden ser digeridos por las bacterias entrando al ciclo de Krebs y a β-oxidación.

La biodegradación de polímeros sintéticos usando microorganismos o enzimas ya ha sido reportado, estos polímeros incluyen alcoholes polivinílicos, poliéteres, poliésteres alifáticos, poliuretano, polietileno, oligómeros de butadieno, oligómeros de isopreno, oligómeros de estireno y poliamidas.

Se necesita un cambio importante en la sociedad para que las generaciones futuras tengan un lugar limpio. El consumo responsable es la principalforma de contribuir en la remediación de los daños ocasionados a nuestro medio ambiente.

DISCUSIÓN

En la naturaleza siempre han existido las materias que contengan los polímeros y han coexistido por millones de años con la naturaleza pero siempre de una forma controlada y en pequeñas cantidades, ya que la naturaleza se demora una eternidad en procesarlas y devolverlas a ella.

El problema es que las personas al crear nuevos productos e utilizar los polímeros causa que las industrias hagan una mayor cantidad de ellas y al tiempo esos se producen un problema, porque hay muy pocas organismos que se encarguen en el procesamiento y tan solo al aumentar los avances tecnológicos de estos productos causa que ya no pueda ser reutilizados o tan solo el costo para hacerlo sea mucho más alto.

En la actualidad es difícil prescindir de los plásticos, no sólo por su utilidad sino también por la importancia económica que tienen. Esto se refleja en los índices de crecimiento a nivel industrial que desde principios del siglo pasado, supera a casi todas las actividades industriales.Como en nuestra vida son muy necesarios los polímeros también afectan, principalmente a nuestro medio ambiente. Sin embargo hay materiales muy necesarios hechos de polímeros no degradables y de los cuales solo unos pocos pueden reciclarse y son un problema ecológico. Durante las últimas décadas ha aumentado la demanda de polímeros sintéticos debido a su amplia aplicación como: aditivos de pinturas, aislantes, telas, envases, etc., son de bajo costo, y resistentes a agentes físicos y ataques biológicos.

Aunque los seres humanos han tomado medidas para reducir el impacto medioambiental de los polímeros sintéticos, los avances recientes han ido un paso más allá. La producción de polímeros ahora puede tener lugar con materiales totalmente biológicos, haciendo que los productos finales sean biodegradables y renovables, lo que elimina la necesidad del petróleo por parte de la industria.

Por otro lado, es importante enfatizar que la generación de nuevos esquemas de gestión y coordinación, de nuevas metodologías para el reciclaje y de novedosas tecnologías para la fabricación de plásticos biodegradables, serían contribuciones que permitirían, por un lado, seguir utilizando los plásticos tradicionales, pero evitando su introducción al ambiente y asegurando su reciclaje; y por el otro, la posibilidad de utilizar nuevos materiales que no impacten al ambiente.

CONCLUSIONES

En la actualidad, la industria cada vez más crea innovadores productos alimenticios o los que son utilizados para estética o fármacos, que son de beneficio para la sociedad en general pero forman parte de la contaminación medio ambiental debido a que los desechos que produce en forma de basura que se genera a diario.

Con la biotecnología se busca solucionar problemas que son causados por la creación de los polímeros sintéticos en general, como los plásticos, estos son difíciles de degradarse en poco tiempo debido a que su estructura están formadas por cadenas largar que tardan hasta más de 10, 1000, 4000 o más años en degradarse como son los casos de las bolsas de plásticos, botellas u botes de vidrio y hoy en día es un gran problemas.

La solución que se propone para reducir la contaminación es reciclar, reutilizar e informar a la población sobre estos sucesos que han traído como consecuencia el calentamiento global causado por la contaminación y por ende fenómenos naturales que son difíciles de predecir.

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