Un polímero es cualquier compuesto químico, ya sea natural o sintético, que está formado esencialmente por una o varias unidades estructurales o monómeros que se concatenan a modo de secuencia. El polímero se produce mediante un tipo de reacción química que se denomina polimerización, en la que los distintos monómeros se van uniendo entre sí mediante enlaces covalentes para dar lugar al polímero, cuya estructura puede ser muy diversa. Atendiendo a esta definición, los polímeros son compuestos moleculares, y en muchos casos de naturaleza orgánica, por lo que en general no conducen la electricidad. En el contexto de la ciencia de materiales los materiales poliméricos son aquellos cuya estructura a nivel molecular concuerda con esta definición de monómeros concatenados.
Existen polímeros naturales y sintéticos. Los primeros se encuentran en la naturaleza, ya sea en determinados seres vivos, que los producen, como puede ser el caso de la celulosa, la lana, el algodón, la seda, el hule o el caucho natural, o a nivel celular en todos los seres vivos, como serían los ácidos nucleicos (ADN y ARN) o las proteínas. Por el contrario, los polímeros sintéticos son relativamente recientes, los primeros de principios del siglo XX, y muchos de uso cotidiano en la actualidad se desarrollaron durante la segunda mitad del siglo pasado. De hecho, no fue hasta 1920 cuando el químico alemán H. Staudinger postuló que los primeros polímeros sintetizados estaban constituidos por largas cadenas moleculares unidas mediante enlaces covalentes. En la actualidad, se producen en los laboratorios o en plantas químicas a gran escala siguiendo métodos de síntesis orgánica. Los polímeros sintéticos son ampliamente utilizados para fabricar muchos objetos de uso cotidiano, como los que se muestran en la figura 1.9. Cabe destacar también que existen polímeros semisintéticos, que se obtienen a partir de un polímero natural al que se somete a un tratamiento químico, como sería el caso de la nitrocelulosa o el caucho vulcanizado.
Según el mecanismo por el cual se produce la reacción de polimerización puede distinguirse entre polímeros de condensación, en los que en cada unión de dos monómeros se pierde una molécula de bajo peso molecular como el agua, y polímeros de adición, en cuya síntesis no se libera ninguna molécula y la masa molecular de la cadena es un múltiplo entero de la masa molecular del monómero. Esta clasificación fue introducida por Carrothers en 1929 y posteriormente se creó otra clasificación atendiendo a la cinética de las reacciones, según la cual puede hablarse de polimerización en cadena (que requiere de un iniciador para comenzar la reacción) o por etapas (el crecimiento de la cadena se produce paulatinamente).
Aparte de la distinción entre polímeros naturales y sintéticos y según las reacciones de polimerización, hay muchas otras clasificaciones, ya que existen muchos tipos de polímeros y con muy diversas propiedades. Por ejemplo, desde el punto de vista químico hay gran variedad, pues las posibilidades que ofrecen los monómeros orgánicos son muy amplias, tal y como se muestra en los ejemplos de la figura 1.10.
Muchos polímeros se obtienen a partir de monómeros derivados del vinilo (CH2=CH–), ya que a partir del doble enlace pueden producirse diversas reacciones químicas. Reciben el nombre genérico de vinílicos, como el polietileno, el polipropileno, el poliestireno, el poli(cloruro de vinilo) o el poli(metacrilato de metilo). Por otro lado, están los polímeros no vinílicos. Estos pueden contener también otros átomos como oxígeno o nitrógeno en sus monómeros, como es el caso de las poliamidas, los poliésteres o los poliuretanos. Y hay que mencionar también que, aunque la mayoría de polímeros son orgánicos, existen también polímeros inorgánicos como la silicona o los más recientemente estudiados redes metaloorgánicas, que son polímeros de coordinación formados por la combinación de iones metálicos y ligandos orgánicos.
Desde el punto de vista de la ciencia de materiales, donde predomina más el estudio de las propiedades mecánicas, la variabilidad también es grande, pudiéndose distinguir entre varios tipos de polímeros según su comportamiento mecánico. Entre ellos están los elastómeros, que poseen un módulo de Young bajo y son capaces de experimentar deformaciones enormes sin llegar al límite plástico; como su propio nombre indica, se comportan de manera fundamentalmente elástica. Los adhesivos son sustancias que poseen una cohesión interna muy elevada, lo que les permite unir dos o más cuerpos por contacto superficial. Las fibras, constituidas por filamentos o hebras con una longitud mucho más grande que la sección perpendicular, presentan un módulo de Young elevado y una baja extensibilidad. Dadas estas características pueden emplearse para confeccionar tejidos o como refuerzo mecánico para otros materiales, como es el caso de la fibra de vidrio o de carbono. Por último, los plásticos, en contraposición a los elastómeros, son aquellos polímeros que ante un esfuerzo suficientemente intenso se deforman irreversiblemente. Hay que resaltar que a menudo se usa incorrectamente el término plástico para referirse a la totalidad de los polímeros.
Muchas de las características de los polímeros que acabamos de describir son una consecuencia directa de su estructura microscópica, que se basa en largas cadenas que pueden llegar a presentar pesos moleculares elevados. Dado el gran tamaño de estas cadenas, los polímeros son frecuentemente amorfos o a veces coexisten regiones amorfas y cristalinas en distinta proporción dada por el grado de cristalinidad del polímero. Como se explicaba en el apartado 1.3, en ocasiones los polímeros tienen características intermedias entre los líquidos y los sólidos como la viscoelasticidad, encajando eventualmente con la definición de cristal líquido.
Las propiedades de los plásticos, y de los polímeros en general, se ven muy influenciadas por la temperatura. A este respecto se distingue entre termoplásticos y termoestables. Los primeros empiezan a fluir por encima de una cierta temperatura llamada de transición vítrea, y al enfriarse de nuevo vuelven a endurecerse. Dada su naturaleza eminentemente amorfa, esta transición de fase es distinta de una fusión, cambio físico en el que existe un salto discontinuo de la entalpía de la sustancia; en vez de eso, se trata de una transición continua o de segundo orden. Por el contrario, los termoestables no presentan esta transición, sino que al calentarse se descomponen sin llegar a fundir.
La forma de disponerse las cadenas a nivel microscópico ejerce mucha influencia en las propiedades finales del polímero. A veces esas cadenas están orientadas de forma más o menos paralela y se encuentran unidas por enlaces covalentes. También pueden tener ramificaciones. La estructura molecular de un termoplástico presenta muy pocos entrecruzamientos, mientras que un termoestable sí posee entrelazamientos covalentes.
Como hemos visto, los materiales poliméricos son de creación relativamente reciente, y su uso se ha extendido de forma imparable durante la segunda mitad de siglo XX, especialmente en envases, bolsas y otros productos desechables, aunque sin olvidar otras aplicaciones en diversos ámbitos como en el textil, la construcción, el mobiliario, los recubrimientos o los adhesivos. Se está comprobando que la elevada producción de polímeros, especialmente de plásticos, supone ya un serio problema ambiental. Por eso, en los últimos años se están proponiendo medidas para disminuir el consumo de plásticos e incentivar su reciclado (apartados 6.1 y 6.2).
Este texto pertenece al libro:
Carlos Romero Muñiz, José M.ª Gavira Vallejo: Noventa materiales de ingeniería para la enseñanza de Física y Química. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/90mi/.
