Los homopolímeros son aquellas macromoléculas que están formados por un solo tipo de unidad repetitiva o monómero. La gran mayoría de los plásticos usados en las aplicaciones cotidianas (tereftalato de polietileno, polietileno de alta y baja densidad, poli(cloruro de vinilo), polipropileno y poliestireno) son homopolímeros. Pero la búsqueda de nuevos materiales hizo que se combinaran monómeros diferentes para fabricar heteropolímeros. Lo son, por ejemplo, la polieteretercetona (apartado 6.8) y el poliuretano (apartado 6.9), que también se dice que son copolímeros. Lo que se perseguía era aunar las propiedades de cada especie participante o bien encontrar propiedades nuevas. Un gran éxito en este objetivo sinérgico lo constituye el terpolímero acrilonitrilo-butadieno-estireno. Consideremos primero los tres homopolímeros correspondientes. En la figura 6.34 puede verse la estructura de sus monómeros, las correspondientes macromoléculas formadas por esos monómeros y un ejemplo de aplicación.
El poliacrilonitrilo se fabrica en forma de fibras con las que se pueden tejer jerséis. Se sintetiza partir de acrilonitrilo (prop-2-enonitrilo), que es un líquido incoloro de olor penetrante soluble en agua y muy volátil. El polibutadieno es un tipo de caucho sintético muy empleado en la producción de neumáticos. Se obtiene polimerizando 1,3-butadieno, que es un gas de olor parecido al de la gasolina. (El polímero de butadieno que se ha representado en la figura 6.34 se llama también polibutadieno 1-4 para indicar los carbonos por los que se produce la unión de los monómeros, ya que también existe un polibutadieno 1-2). Además, este polímero puede tener dos isómeros geométricos: cis y trans. El dibujado es el trans. En cuanto al poliestireno, se obtiene del estireno o vinilbenceno, que es un líquido incoloro, volátil, de aroma dulzón. El material conocido popularmente como corcho blanco (o poliespán, poliexpán, porexpán…) es poliestireno en una de sus variedades (expandido).
La unión de estos tres ingredientes forma el acrilonitrilo-butadieno-estireno, un termoplástico que se suele llamar por sus siglas en inglés: ABS. No resiste mucho el calor (su temperatura de transición vítrea es algo superior a 100 oC), pero tiene otras propiedades que hacen que sea considerado un plástico de altas prestaciones en ingeniería.
Aunque se aplican distintos procedimientos de fabricación que dan lugar a productos algo diferentes, este material es básicamente un polímero de injerto que tiene aproximadamente la estructura que se muestra en la figura 6.35. Un polímero de injerto consiste en una cadena principal (que en este caso es el polibutadieno) de la que penden ramas de otro polímero (que aquí es el copolímero poli(acrilonitrilo-co-estireno)).
Los materiales de acrilonitrilo-butadieno-estireno tienen una microestructura formada de nódulos dispersos en una matriz, razón por la que en cierto modo podrían considerarse materiales compuestos (capítulo 8). Los nódulos tienen propiedades elastoméricas y consisten en polibutadieno injertado con poli(acrilonitrilo-co-estireno). La presencia de acrilonitrilo y estireno en el polímero de injerto es lo que hace que los nódulos se puedan dispersar en la matriz, que está formada solo de poli(acrilonitrilo-co-estireno) (pequeñas cantidades de este copolímero están incluidas también dentro de los nódulos). Si no fuera así, existiría una incompatibilidad fisicoquímica que los haría inmiscibles. Por otro lado, dada su falta de homogeneidad, este material es esencialmente amorfo.
Como hemos dicho, existen varias formas de sintetizar este plástico, pero todas implican la polimerización de monómeros de estireno y acrilonitrilo en presencia de polibutadieno (o bien de un copolímero de butadieno), lo que hace que parte del poli(acrilonitrilo-co-estireno) que se forma se injerte en el polibutadieno. Uno de los métodos de síntesis más comunes consiste en disolver polibutadieno en una mezcla de monómeros de acrilonitrilo y estireno líquidos y agregar iniciadores de radicales libres para inducir la polimerización. Otra es emulsionar una suspensión acuosa de polibutadieno con estireno y acrilonitrilo.
Las propiedades del material se las dan los tres componentes. El acrilonitrilo le aporta resistencia química y estabilidad térmica, además de dureza y rigidez porque los grupos nitrilo son polares, lo que proporciona cohesión adicional a las cadenas. El estireno también otorga rigidez y resistencia mecánica y facilita la procesabilidad. Pero el copolímero de acrilonitrilo y estireno es frágil. La contribución del polibutadieno, que es un elastómero, es fundamental, ya que a él se debe la tenacidad (capacidad de absorber o acumular mucha energía de deformación antes de romperse) incluso en ambientes fríos en los que otros plásticos se vuelven quebradizos[2]. Las proporciones de cada monómero, la longitud de las cadenas macromoleculares, el grado de injerto y otras variables pueden ajustarse para conseguir modular las propiedades del material. Este se puede moldear muy bien, tanto por inyección como por soplado y extruido.
En conjunto, las propiedades más destacadas de este polímero son la resistencia al impacto y la tenacidad. Por eso, una de sus aplicaciones es en parachoques de automóviles (además de en otros componentes del vehículo, como el salpicadero, o incluso toda la carrocería, como la del coche que se muestra en la imagen 6.36-izqda.). El material tiene la peculiaridad de que admite muy bien el electrochapado, especialmente el cromado, adquiriendo así una apariencia metálica muy atractiva. La sustitución de metales por este plástico disminuye el peso del vehículo. También se usa en cascos de motociclistas.
En general, se trata de un material opaco porque el índice de refracción de las partículas elastoméricas normalmente no coincide con el de la matriz de poli(acrilonitrilo-co-estireno). No obstante, esta variable se puede ajustar y conseguir que el material sea transparente.
Es también aislante, resistente a la abrasión y la presión y, no menos importante, presenta una superficie brillante y de aspecto atractivo, por lo que se emplea para fabricar la mayoría de las piezas del conocido juguete de construcción Lego. Estas se elaboraban inicialmente con acetato de celulosa, pero tal material fue sustituido por ABS por ser este más resistente al pandeo (curvado) y al desvanecimiento del color. Como tiene una baja temperatura de fusión, también se emplea en impresión tridimensional. Otros usos son la fabricación de electrodomésticos como planchas (figura 6.36-dcha), carcasas de televisores, ordenadores e impresoras, teclados y ratones e incluso algunos instrumentos musicales, como flautas.
Es un plástico que se recicla muy bien y que no es tóxico. Pero también tiene sus desventajas. Entre ellas hay que contar que su resistencia a la intemperie es pobre, que cuando le afecta un fuego abierto arde con una llama difícil de extinguir, que se araña fácilmente y que ofrece poca resistencia a disolventes orgánicos y a grasas.
[1] Imagen: A. Masoumi et al. RSC Adv. 5 (2015) 1735-1744. https://doi.org/10.1039/C4RA10830B.
[2] Acrilonitrilo butadieno estireno. Wikipedia. https://es.wikipedia.org/wiki/Acrilonitrilo_butadieno_estireno.
[3] Imagen: Citroën Méhari offen.jpg. Wikimedia Commons. https://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=File:Citro%C3%ABn_M%C3%A9hari_offen.jpg&oldid=678615557.
[4] Imagen: varios sitios de Internet.
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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/.
