Rastreando la historia de los materiales poliméricos, Parte 13: Cómo el nylon y los poliésteres reescribieron la innovación textil

La misma ola de innovación que dio origen al nylon también impulsó la creación de poliésteres sintéticos. En la década de 1930, Julian Hill, miembro clave del equipo de DuPont dirigido por Wallace Carothers, sintetizó por primera vez fibras de poliéster, mucho antes que el propio nylon. Sin embargo, una vez que surgieron las propiedades excepcionales del nylon, la investigación sobre poliésteres se puso en pausa. Las historias entrelazadas del nylon y el poliéster se comprenden mejor mediante un análisis más detallado de su química.

Tanto los nylons de primera generación como los primeros poliésteres pertenecen a la familia de los polímeros de condensación. Carothers comenzó a explorar estas reacciones ya en 1926, mientras aún estaba en la academia. Con los recursos de los laboratorios de DuPont a su disposición, tradujo rápidamente la teoría a la práctica. Los polímeros de condensación se forman cuando dos moléculas —cada una con grupos funcionales reactivos en ambos extremos— reaccionan liberando una molécula pequeña (a menudo agua) y creciendo en ambas direcciones, produciendo una cadena larga.

Los ésteres surgen cuando un alcohol reacciona con un ácido carboxílico, como se muestra en la Figura 1, donde el alcohol etílico y el ácido acético forman acetato de etilo. El enlace característico carbonilo-oxígeno define el grupo funcional éster. Las amidas se forman de manera similar, pero una amina reemplaza al alcohol. En la Figura 2, el ácido propanoico reacciona con urea para producir propanamida.

En las síntesis típicas de ésteres y amidas, solo participa un extremo reactivo, terminando la reacción. Carothers descubrió que cuando ambos extremos de una molécula llevan grupos reactivos, el proceso puede continuar, generando una macromolécula de cadena larga —un polímero. La Figura 3 ilustra este principio aplicado al nylon 66.

El enlace amida —compuesto por un grupo carbonilo (C=O) y un enlace N–H— crea un dipolo que facilita fuertes enlaces de hidrógeno intermoleculares. El oxígeno lleva una carga parcial negativa, mientras que el hidrógeno unido al nitrógeno lleva una carga parcial positiva. Cuando las cadenas poliméricas adyacentes se alinean, estos dipolos se atraen, confiriendo al nylon su alta resistencia a la tracción y un punto de fusión de 260 °C (500 °F). Esta red de enlaces de hidrógeno es la piedra angular del rendimiento mecánico superior del nylon.

En cambio, los enlaces éster carecen del componente N–H, por lo que no pueden formar los mismos enlaces de hidrógeno robustos. Como resultado, los poliésteres alifáticos exhiben puntos de fusión más bajos —típicamente alrededor de 80 °C (176 °F) para un polímero con peso molecular comparable al nylon 66— y son más propensos a la hidrólisis. Estas propiedades no cumplían los objetivos de DuPont para fibras de alto rendimiento, llevando a la empresa a centrar su enfoque completamente en el nylon.

Tres años después, los químicos británicos John Rex Whinfield y James Tennant Dickson revisaron los datos de DuPont e identificaron una forma de mejorar las propiedades del poliéster incorporando anillos aromáticos. Las estructuras aromáticas, como el benceno o xileno, son planas, rígidas y mejoran significativamente el comportamiento térmico y mecánico cuando se incorporan en una cadena polimérica.

En 1939, Whinfield y Dickson combinaron el ácido tereftálico aromático con glicol etileno para producir el primer poliéster comercialmente viable —tereftalato de polietileno (PET). Junto con W.K. Birtwhistle y C.G. Ritchie, patentaron el PET e introdujeron una fibra bajo la marca Terylene, lanzada por Imperial Chemical Industries (ICI) en 1941.

Este avance inauguró la era moderna de las fibras de poliéster, una historia que continuaremos en la próxima entrega.

Sobre el autor
Michael Sepe es consultor independiente de materiales y procesamiento con sede en Sedona, Arizona. Con más de 45 años en la industria del plástico, asesora a clientes en Norteamérica, Europa y Asia sobre selección de materiales, diseño para fabricabilidad, optimización de procesos, resolución de problemas y análisis de fallos. Contacto: (928) 203‑0408 | mike@thematerialanalyst.com