Hola, en este vídeo se abordarán problemas ambientales relacionados con la industria de los polímeros. También se hará alusión al desarrollo en materiales poliméricos avanzados, como es el caso de los polímeros naturales modificados y las nanoestructuras de carbono. Comencemos hablando de la contaminación por polímeros. Cómo se ha revisado, los polímeros constituyen uno de los campos más fructíferos y representativos con los que cuenta la química. Su impacto en el ámbito económico, tecnológico y social es enorme. Específicamente, los plásticos están presentes en la mayoría de los materiales y artefactos que usamos en la vida cotidiana. Sin embargo, su exacerbado uso está provocando severos problemas de contaminación ambiental. La producción de plásticos ha crecido de forma exponencial en los últimos años, ya que se ha pasado de dos millones de toneladas a mediados del siglo XX a más de 500 millones de toneladas en la actualidad. Estudios indican que cerca del 60 por ciento del plástico producido por la actividad industrial se encuentra en rellenos sanitarios o como contaminantes residuales en las ciudades y entornos naturales. Los polímeros plásticos se caracterizan por su baja densidad, lo que les permite desplazarse fácilmente por extensas regiones, y su bajo índice de degradación. Se estima que estos materiales tardan entre cientos y miles de años en degradarse. Entre los daños que pueden ocasionar la contaminación por plásticos en entornos naturales, se puede mencionar la obstrucción de grandes extensiones de suelo, impidiendo el cumplimiento o culminación de los ciclos naturales que ocurren en él; la contaminación de importantes franjas marinas y cuerpos de agua dulce; la ingesta de materiales diminutos por diversos organismos vivos causando su intoxicación; la invasión de plásticos en cavidades corporales de algunas especies acuáticas que les generan lesiones o le impiden realizar sus funciones; y también pueden convertirse en trampas que cobran la vida de peces, aves, pequeños mamíferos e insectos. Otro problema asociado con los plásticos es que estos son derivados del petróleo, un recurso no renovable cuya disputa ha generado diversas crisis en el mundo. Actualmente, en distintos ámbitos existe el consenso de disminuir el uso de combustibles y materiales provenientes del petróleo con el propósito de incentivar un uso más racional de este recurso. Para el cumplimiento de esta importante meta se han consolidado dos cursos de acción, el reciclaje y la creación de nuevos materiales más amigables con el planeta, que sustituyan o mejoran el desempeño que se obtiene con los polímeros tradicionales. El reciclaje se puede definir como el proceso mediante el cual los desechos se transforman en materias nuevas reutilizables, un curso de acción que está contribuyendo a aminorar el consumo de materias primas y contaminantes residuales. En la siguiente infografía del programa EcoPUMA de la UNAM, se muestra la relevancia que posee en México el reciclaje de las botellas de plástico, elaboradas con el polímero PET. Ahora hablaremos sobre algunos materiales poliméricos del futuro. Para atender los severos problemas de contaminación que está ocasionando el uso de polímeros tradicionales, se están sintetizando y comercializando materiales biodegradables. Un polímero biodegradable es aquel que puede ser transformado en dióxido de carbono, agua o biomasa, completamente por acción de microorganismos presentes en el ambiente. Algunos ejemplos de polímeros biodegradables son los derivados del algodón y la celulosa. El almidón es una sustancia natural, un carbohidrato que puede ser obtenido de cereales como el maíz o vegetales como las papas. Una vez aislado, es modificado por sustancias químicas específicas para formar polímeros, en donde los grupos hidroxilos del almidón son inducidos a formar enlaces tipo éster. Esta modificación química les proporciona mayor rigidez y les permite ser utilizados en la sustitución del polietileno y algunas fibras como el algodón, así como la elaboración de materiales para embalaje. La celulosa también es un carbohidrato complejo, formado por más de 3.000 unidades de glucosa y constituyen más del 30 por ciento de la composición de los organismos vegetales. Por tal es considerado el compuesto orgánico más abundante en el planeta. El primer polímero obtenido con esta sustancia orgánica fue el celuloide, un material utilizado en la fabricación de películas fotográficas y cinematográficas. Cuando la celulosa es modificada por químicos como el anhídrido acético o agentes oxidantes, se produce el acetato de celulosa y la celulosa oxidada. Este par de materiales poliméricos son utilizados en la elaboración de termoplásticos que son empleados en la envoltura de medicamentos y material quirúrgico. Los polímeros biodegradables hechos a base de celulosa también se están utilizando en la fabricación de papel, fibras textiles, rayón, emulsiones para alimentos y en recubrimientos a prueba de fuego. Ahora, haremos alusión a las nanoestructuras de carbono. Otra línea de investigación que ha avanzado notablemente en los últimos años es el diseño y la síntesis de materiales nanoestructurados hechos a base de carbono. El término "nano" alude a un orden de magnitud extremadamente pequeño. Específicamente, un nanómetro se puede definir como una mil millonésima parte de un metro. Esto es, uno por diez a la menos nueve metros. Las nanociencias se encargan de caracterizar y explicar el comportamiento de las nanoestructuras cuya dimensión oscila entre uno y 100 nanómetros, por lo que su marco de acción puede situarse en el mundo de los átomos y las moléculas. Por su parte, la nanotecnología utiliza los conocimientos de las nanociencias para diseñar y fabricar materiales o dispositivos con propiedades fisicoquímicas a la medida. La investigación en nanoestructuras de carbono es una de las líneas más importantes en el campo de la nanotecnología, ya que están cubriendo importantes aplicaciones tecnológicas y haciendo contribuciones importantes en el cuidado del medio ambiente. Son tres las nanoestructuras de carbono más importantes: los fullerenos, los nanotubos de carbono y el grafeno. Estos tres materiales tienen su origen en el grafito, un hecho que representa una enorme ventaja porque el grafito es un material abundante, barato y manipulable. Recordemos que el grafito es un alótropo del carbono y está constituido por varias capas o láminas con arreglos hexagonales de átomos de carbono. Cuando láminas de grafito se enrollan para formar estructuras cerradas tipo jaulas, se obtienen los fullerenos. Cuando el enrollamiento de las láminas de grafito genera estructuras cilíndricas con cavidades en los extremos, se tienen los nanotubos de carbono y, finalmente, cuando se logra aislar una sola capa o lámina de grafito, se obtiene un material bidimensional de un átomo de grosor denominado grafeno. Hablemos de la primera nanoestructura en cuestión, los fullerenos. Los fullerenos fueron descubiertos en 1985 en la Universidad de Rice por un equipo de investigación dirigido por el químico Harold Kroto. Esto, al vaporizar grafito a altas temperaturas. Los fullerenos son nanoestructuras cerradas tipo jaula, el más común es el fullereno de 60 átomos de carbono, también conocido como C60, cuya estructura es muy parecida a un balón de fútbol soccer, ya que está conformado por 12 pentágonos y 20 hexágonos. Su diámetro aproximado es de 0.7 nanómetros. A estas nanoestructuras se les denominó fullerenos por su parecido con las bóvedas geodésicas diseñadas por el connotado arquitecto Richard Buckminster Fuller. Los fullerenos se utilizan como aditivos en los lubricantes de autos, cuando se adicionan metales a su interior son buenos conductores de electricidad, por lo que se han convertido en un componente de los paneles solares y se investiga su posible uso como nanocápsulas en la industria farmacéutica. El descubrimiento de los fullerenos, fue motivo del otorgamiento del Premio Nobel de Química a Harold Kroto y su equipo de investigación en el año de 1996. La segunda nanoestructura importante son los nanotubos de carbono. La síntesis de los nanotubos de carbono fue reportada en 1991 por el físico japonés Sumio Iijima. Son arreglos cilíndricos de una o varias capas de grafito, su diámetro oscila entre 0.4 y los 100 nanómetros. Son en su mayoría buenos conductores de la electricidad, muy resistentes a la tracción y uno de los materiales más duros que existe. Se están utilizando en la fabricación de sondas de microscopios sofisticados como los de barrido, en el diseño de plásticos conductores y como refuerzos estructurales de materiales poliméricos. La tercera nanoestructura en cuestión es el grafeno. El grafeno está constituido por una sola capa de grafito. Es tan delgado que puede considerarse un material bidimensional, ya que posee un espesor de tan solo 0.33 nanómetros. El grafeno es un material transparente, escalable, flexible, elástico, resistente a la tracción y a la corrosión, así como un excelente conductor de electricidad. El aislamiento del grafeno fue reportado en el año de 2004 por los físicos rusos de la Universidad de Manchester Andre Geim y Konstantin Novoselov, un trabajo por el que les fue otorgado el Premio Nobel de Física en el año 2010. Por sus inusitadas propiedades, el grafeno es un nanomaterial que está generando investigaciones y aplicaciones en la industria de los electrónicos. La más destacada es su utilización en la fabricación de pantallas y celulares flexibles. Por ser un material muy resistente, como los nanotubos de carbono, también está siendo investigado su uso como material de refuerzo en polímeros inteligentes. En lo referente a aplicaciones ambientales, el grafeno se está utilizando para crear filtros que permitan eliminar con mayor eficiencia metales y sales en procesos de potabilización de agua. Adicionalmente, se ha reportado que al ser funcionalizado con elementos como titanio puede ser un buen absorbente de gases presentes en la atmósfera, como el dióxido de carbono, el metano y el ácido sulfúrico. Como cierre de este video, se puede aseverar que el campo de los materiales poliméricos avanzados se encuentra abierto y se espera que haga contribuciones valiosas en un lapso corto de tiempo en el ámbito tecnológico y en el cuidado del medio ambiente.