¿Por qué los plásticos se vuelven amarillos con el tiempo?

¿Podrían las nanoestructuras quirales superficiales ser la razón por la que el polietileno se vuelve amarillo a medida que envejece?

 

Si posees una videoconsola de los años 80 o tienes un viejo rollo de cinta de embalaje, habrás notado cómo las partes plásticas se han ido poniendo amarillas con el paso del tiempo.

El término plástico, en su significación más general, se aplica a las sustancias de distintas estructuras y naturalezas que carecen de un punto fijo de ebullición y poseen durante un intervalo de temperaturas propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones.

Sin embargo, en sentido restringido, denota ciertos tipos de materiales sintéticos obtenidos mediante fenómenos de polimerización o multiplicación artificial de los átomos de carbono en las largas cadenas moleculares de compuestos orgánicos derivados del petróleo y otras sustancias naturales.

La longevidad del plástico es una de las cualidades que lo convierte en un material tan útil, y una de las razones por las que tratamos de mantenerlo fuera de los vertederos y vías fluviales. La mayoría de los plásticos (polímeros) son bastante estables y duraderos. Pero el plástico no es perfecto. Con el tiempo, puede cambiar de color (que es lo que le sucedió a la vieja videoconsola) o volverse quebradizo.

Cuando ocurre cualquiera de los efectos, puede cambiar la forma en que se comporta el plástico en la vida real, y es posible que el producto hecho con el polímero ya no haga lo que estaba destinado

Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las formas más diferentes. Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones, otros globos, etc. Algunas se asemejan a las escaleras de mano y otras son como redes tridimensionales.

La mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas.

Lo que distingue a los polímeros de los materiales constituidos por moléculas de tamaño normal son sus propiedades mecánicas. En general, los polímeros tienen una muy buena resistencia mecánica debido a que las grandes cadenas poliméricas se atraen. Las fuerzas de atracción intermoleculares dependen de la composición química del polímero y pueden ser de varias clases.

Volviendo al cambio de coloración del plástico, hasta ahora este cambio de tonalidad se ha atribuido durante mucho tiempo a la formación de moléculas que actúan como tintes, los cambios químicos reales que tienen lugar siguen sin poder explicarse.

Recientemente se ha publicado un estudio donde han identificado nanoestructuras quirales basadas en superficies como posibles responsables del cambio de coloración de los productos fabricados con plástico.

Comprender cómo y por qué los polímeros se degradan con el tiempo es clave para diseñar alternativas que puedan evitar estas vías, permitiendo que los productos plásticos tengan una vida útil más larga.

Para uno de los plásticos más utilizados, el polietileno, se ha sugerido durante mucho tiempo que la luz ultravioleta (UV), la misma luz que nos quema el sol, inicia reacciones en la columna vertebral de la estructura del polímero que provoca el cambio de color amarillo. Sin embargo, aunque se han observado cambios químicos en la columna vertebral polimérica del polietileno después de la exposición a la luz ultravioleta, esas nuevas estructuras no pueden explicar el amarillamiento del polietileno.

Una forma emergente de modificar intencionalmente el color y las formas en que los plásticos interactúan con la luz es crear estructuras "supramoleculares" de tamaño nanométrico en sus superficies que impacten las propiedades de los plásticos de una manera controlable.

Inspirándose en estas tecnologías basadas en la superficie, Margaret M. Elmer-Dixon, de la Universidad de Minnesota, y sus colegas querían ver si tales nanoestructuras formadas accidentalmente por la luz ultravioleta podrían ser la causa del amarillamiento del polietileno.

Los investigadores primero investigaron si las estructuras potenciales formadas en las superficies de las películas de polietileno amarillentas interactuaban con la luz polarizada circularmente, un tipo de luz cuyas ondas viajan con una rotación hacia la derecha o hacia la izquierda.

La cantidad de luz polarizada circularmente absorbida por la película en estos experimentos cambió según la orientación de la película, lo que sugiere que el plástico amarillento contiene nuevas estructuras químicas que son quirales, es decir, son direccionales y no son idénticas a sus imágenes especulares.

Experimentos adicionales mostraron que la mayor parte de la degradación durante el amarillamiento de la película se produjo en la superficie de las películas. El equipo concluyó que las estructuras químicas quirales en las superficies de las películas de polietileno se forman durante la exposición a la luz ultravioleta y son una posible causa del color amarillo de los plásticos viejos.

Los científicos aseguran que estos conocimientos podrían ayudar a los investigadores a diseñar productos de plástico que duren más antes de volverse antiestéticos o inutilizables.

Referencia:

Margaret M. Elmer-Dixon. et al. Could Superficial Chiral Nanostructures Be the Reason Polyethylene Yellows as It Ages?. ACS Publications 2022. https://doi.org/10.1021/acsapm.2c00877  

Doctor Fisión

Doctor Fision

Divulgador científico especialista en física y astrofísica, y apasionado de la ciencia en general. Autor del bestseller "El Universo Explicado" y de "La Nueva Carrera Espacial". Tiene más de 3 millones de seguidores en redes sociales.

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