Los polímeros son materiales hechos de moléculas largas obtenidos a partir de la unión de moléculas pequeñas llamadas monómero. Los polímeros tienen propiedades únicas, según el tipo de monómeros que se unen y cómo se unen. Algunos polímeros se doblan y estiran, como el hule y otros son duros y resistentes, como los epóxicos.

La sociedad humana está ampliamente relacionada con el término polímero, el cual se aplica a los plásticos, que son polímeros sintéticos. Sin embargo, también existen polímeros naturales, como el caucho y la madera. La piel y el cabello están hechos de proteínas, que también son polímeros naturales compuestos de aminoácidos.

Los polímeros se obtienen a partir de un proceso denominado “polimerización”, en el cual las moléculas de monómero se unen entre sí e involucra la aplicación de calor y algunas veces presión. Estas moléculas largas también suelen llamarse “macromoléculas” debido a su alto peso molecular.

USOS DE LOS POLÍMEROS. Los polímeros se utilizan en casi todas las áreas de la vida moderna. Las bolsas de supermercado, las botellas de refrescos y agua, las fibras textiles, los teléfonos, las computadoras, los envases de alimentos, las piezas de automóviles y los juguetes contienen polímeros. Tal vez una de las aplicaciones más extensas de los polímeros es en recubrimientos para cables eléctricos. Es decir, los polímeros son excelentes aislantes eléctricos (dieléctricos), debido a que estos compuestos no tienen electrones libres para transportar electrones, ya que en estos materiales todos los ellos son mantenidos firmemente por los átomos que forman las moléculas.

Sin embargo, no todos los polímeros son aislantes eléctricos; existe una clase especial de polímeros que permiten el flujo de electrones gracias a su estructura conjugada y que se denominan polímeros conductores. La conjugación, en términos lingüísticos, se refiere a un vínculo entre dos cosas separadas. Esencialmente, lo que se obtiene en un esqueleto conjugado de un polímero es una superposición de orbitales-π, lo que permite la deslocalización de electrones a lo largo de esos orbitales; por ejemplo, secuencias de enlaces de carbón con un enlace simple y un doble “C-C=C-C=C-C”. Por lo tanto, los electrones deslocalizados pueden actuar como portadores de carga, ya que son libres de moverse por todo el sistema. La deslocalización electrónica es también el mecanismo responsable de la conductividad eléctrica de los metales.

Los polímeros conductores como el polipirrol, el politiofeno y la polianilina son estructuras complejas que cautivan la imaginación de quienes realizan investigación en materiales inteligentes. La polianilina es el polímero conductor mejor estudiado, se obtiene a partir de la polimerización del monómero denominado anilina.

En el Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S.C. (CIMAV) el Grupo de Polímeros trabaja en el desarrollo de aplicaciones para la polianilina y en el diseño de nuevos monómeros derivados de la anilina que permitan obtener polianilinas con propiedades nuevas para diversificar las aplicaciones.

Las aplicaciones que se encuentran en desarrollo en el CIMAV incluyen el diseño de sensores químicos, por ejemplo, un sensor colorimétrico para el monitoreo de la calidad de filete de tilapia fresco, el cual se basa en un copolímero de anilina y orto-fenilendiamina. Este sensor indica cuándo el filete ya no es apto para el consumo humano, con base en las emanaciones producidas por el deterioro del alimento. Los gases, que incluyen amoniaco, son producidos por bacterias encargadas de la descomposición, generando el aroma característico del pescado. Cuando la concentración de emanaciones o gases alcanza una concentración determinada el sensor cambia de color, indicando que la vida de anaquel del producto ha terminado.

También se desarrolló un sensor de acetona a base de polianilina y un óxido metálico semiconductor. El sensor detecta el aumento en la resistividad del material provocado por el aumento en la concentración de acetona. Este sensor, después de sus debidas mejoras, es un desarrollo prometedor para en un futuro aplicarse a la detección de glucosa en la sangre, ya que un enfermo de diabetes emite en el aliento cierta concentración de acetona que está relacionada con el contenido de glucosa.

También se estudian en el CIMAV polianilinas para el diseño de electrodos para almacenamiento de energía. Se han estudiado electrodos para supercapacitores a base de copolímeros de anilina con orto-fenilendiamina y difenilamina, los cuales han mostrado alta estabilidad y una rápida transferencia de carga eléctrica. Ambos estudios mostraron que al combinar la anilina con otro monómero precursor de polímero electroconductor, se produce un efecto sinergístico, en el cual se combinan las mejores propiedades de los materiales base.

Recientemente, el Grupo de Polímeros del CIMAV se ha enfocado en el diseño de monómeros derivados de la anilina para obtener polianilinas con propiedades nuevas (Proyecto CB2016-288802-Q). Se ha modificado la anilina para tener propiedades de superficie activa para el desarrollo de compuestos con estructura núcleo-coraza (core-­she­ll), combinando las bondades de los polímeros termoplásticos, como el poliestireno, con las del polímero conductor, lo cual se puede aprovechar, por ejemplo, en el tratamiento de aguas contaminadas con iónes metálicos dañinos. También se encuentran en desarrollo, monómeros que tienen la capacidad de producir dos polímeros diferentes dependiendo del mecanismo de síntesis empleado, de manera que se puede obtener un polímero termoplástico si se aplica un iniciador de radicales libres o una polianilina electroconductiva si se aplica un agente oxidante. Este tipo de estrategia se aprovechará para aplicaciones en diseño de sensores químicos en los cuales el uso de la polianilina convencional no ha sido exitoso.

*El doctor E. Armando Zaragoza es Investigador Titular C, SIN nivel II. Corro: armando.zaragoza@cimav.edu.mxGrupo de Polímeros del Centro de Investigación de Materiales
Avanzados, S.C. (CIMAV)También se estudian polianilinas para el diseño de electrodos para almacenamiento de energía