El auge del policarbonato: Cómo una innovación de los 1950 moldeó los materiales modernos (Parte 11)

Durante la década de 1930, la industria de polímeros experimentó un auge, con PVC, poliestireno, polietileno, acrílicos y celulósicos moldeables pasando de curiosidades de laboratorio a productos comerciales.

En los 1940, la resistencia al impacto del poliestireno se mejoró mezclando con caucho butadieno —a costa de su transparencia. La copolimerización del poliestireno con acrilonitrilo produjo SAN, un material transparente, resistente al calor y químicamente. Añadir butadieno de nuevo dio ABS, que sacrificó claridad por tenacidad.

El policarbonato se ha convertido en el material de elección donde se requieren transparencia, resistencia al calor y tenacidad. (Foto: PolyOne)

Los primeros polímeros transparentes se dividían en dos campos: tipos duros y frágiles como SAN y acrílicos, y celulósicos blandos y tenaces. Los acrílicos, pioneros de químicos como Otto Rohm, surgieron como alternativa segura y resistente a la intemperie al vidrio. Sin embargo, la década de 1950 trajo una química revolucionaria que redefiniría el campo —el policarbonato.

El camino del policarbonato al mercado refleja el de muchos otros polímeros: un ciclo de desarrollo prolongado punteado de falsos inicios y descubrimientos fortuitos que finalmente convergieron mundialmente. Aunque su debut comercial se remonta a finales de los 1950, la primera síntesis en laboratorio data de 1898, cuando el químico alemán Alfred Einhorn —conocido por inventar la procaína— reaccionó hidroquinona con fosgeno para crear un pre‑polímero. Décadas de experimentación, sin embargo, no produjeron producto comercial.

En 1928, Wallace Carothers y su equipo de DuPont produjeron policarbonatos tempranos mientras trabajaban en poliésteres y nailons. Aunque los materiales de Carothers tenían una cadena principal alifática, sus propiedades térmicas, mecánicas y químicas fueron insatisfactorias, llevando al archivado de la investigación.

El punto de inflexión llegó en 1953 cuando el equipo de Hermann Schnell en la planta de Bayer en Uerdingen sintetizó el polímero comercialmente viable que luego se comercializaría como Makrolon. Una semana después, Dan Fox en General Electric descubrió independientemente el mismo compuesto mientras desarrollaba un nuevo material aislante para cables. Ambos polímeros eran químicamente idénticos pero diferían estructuralmente: el Makrolon de Bayer era lineal, la versión de GE era ramificada.

Ambas variantes eran transparentes —inicialmente con tinte ámbar hasta 1971, cuando se eliminaron impurezas. Su temperatura de transición vítrea superaba a cualquier polímero transparente existente en aproximadamente 50 °C (90 °F), y exhibían una ductilidad sin precedentes. El policarbonato expandió así el alcance de materiales transparentes y tenaces más allá de los límites previos.

Los descubrimientos simultáneos provocaron negociaciones legales, pero a diferencia de las largas disputas sobre HDPE y PP, un acuerdo rápido otorgó a Bayer la prioridad y una licencia a GE. Aunque el marketing de GE en los 1970 y 1980 hizo parecer que era el único propietario, Bayer finalmente mantuvo los primeros derechos.

Durante una visita a Pittsfield, Massachusetts, en 1978, noté el marcado contraste entre las discretas divisiones de transformadores de potencia y artillería naval de GE y la llamativamente decorada división de plásticos, una pista visual de dónde realmente residían las ganancias.

Hoy, ni Bayer ni GE conservan derechos exclusivos. GE vendió su División de Plásticos a Saudi Arabia Basic Industries (SABIC) en 2006, y Bayer escindió sus intereses en polímeros a Covestro en 2015, reflejando un cambio más amplio en la industria de rápido crecimiento a operaciones maduras e intensivas en capital.

La producción comenzó en Bayer en 1958 y en GE en 1960. El policarbonato encontró rápidamente aplicaciones en electrónica, construcción, envasado alimentario, automoción, aeroespacial y dispositivos médicos —cualquier aplicación que demandara claridad y tenacidad. Gafas, parabrisas, escudos de seguridad y cúpulas de cabina de aviones se convirtieron en componentes estándar de PC. La flexibilidad de fabricación permitió films, soplado, extrusión, moldeo por inyección y termoformado.

En 1981, el PC entró en el ámbito del almacenamiento de datos con los primeros discos compactos, seguidos pronto por DVDs. Su alta temperatura de transición vítrea lo hizo ideal para esterilización por vapor, mientras que su estructura aromática y amorfa se adaptaba a esterilización gamma y e‑beam. Grados especializados ahora cumplen estándares de biocompatibilidad y contacto alimentario; grados estabilizados UV extienden uso en exteriores, y grados retardantes de llama se introdujeron por primera vez en 1970.

El policarbonato se mezcla frecuentemente para mejorar el rendimiento. Mezclas con ABS, SAN, ASA, poliésteres y poliuretanos han ampliado su espectro de aplicaciones. La producción global alcanzó 10 mil millones de lb en 2016. Copolímeros con poliésteres elevan temperaturas de operación cercanas a 200 °C (392 °F), y la incorporación de química de siloxano mejora resistencia a hidrólisis y agrietamiento por tensión ambiental.

A pesar de sus triunfos, el camino del policarbonato no ha estado exento de desafíos —esos que exploraremos en la próxima entrega.

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