La ciencia de los materiales al rescate: chicles fácilmente despegables Understand article

Traducido por Íñigo Ferradás Echeveste y Gabriel Pinto (Universidad Politécnica de Madrid). Halina Stanley investiga la historia del chicle, cómo la composición química de la goma de mascar afecta a sus propiedades, y cómo los científicos están valiéndose de este conocimiento para…

Querido u odiado, mascar chicle es una omnipresente y normalmente beneficiosa actividad. Beneficiosa, esto es, hasta que un gracioso decide pegarte uno en el pelo. ¿No estaría bien que los chicles no se pegaran a las alfombras, los zapatos y la parte interior de los pupitres? Terry Cosgrove, profesor de química de la Universidad de Bristol, Reino Unido, ha decidido entrar en acción; puede que su chicle fácilmente separable ahorre millones en las facturas de limpieza^w1.

La adherencia del chicle podría ser un inconveniente^w2, pero la elasticidad es una propiedad deseada. Los fabricantes de chicles – y antiguas historias – sugieren que mascar chicle puede ser beneficioso para mejorar la concentración, reducir el estrés y perder peso; incluso existen versiones de los que nos ayudan a dejar de fumar y a evitar el mareo. Así mismo, hay reivindicaciones acerca de que mascar chicle puede reducir significativamente el deterioro de los dientes y los problemas respiratorios. Sin embargo, una encuesta “científica” de estudiantes de dos institutos, llevada a cabo por el autor, muestra que, de hecho, los niños mascan chicle como un sustituto de morder bolígrafos y lápices: mascar parece ser una necesidad humana.

Así que, ¿qué es un chicle? Históricamente era simplemente una resina extraída de los árboles. Por ejemplo, en la Península de Yucatán en Centroamérica, los nativos extraían una goma de un árbol tropical de hoja perenne llamado “chicle Manilkara”. Hace más de mil años se hacían cortes en los troncos, se recogía la resina y se calentaba hasta que se alcanzaba una consistencia apta para mascar. La palabra “chicle” simplemente significa “cosa pegajosa” en el antiguo lenguaje azteca Nahuatl.

No obstante, mascar chicle no es (ni siquiera originariamente) una costumbre únicamente americana: los europeos de la Edad de Piedra también solían mascar chicle. En 2007, Sarah Pickin, de la Universidad de Derby, Reino Unido, encontró un chicle de 5000 años de antigüedad con unas marcas de dientes fosilizadas, y algo parecido se encontró en una excavación arqueológica en Finlandia^w3. Esta resina fue obtenida de abedules por coetáneos de la Edad de Piedra y la calentaron para formar una especie de pasta que debía ser sólida en frío pero más débil con calor. Parece ser que se empleaba como pegamento para reparar los enseres de cocina o para unir las puntas de flecha; obviamente se utilizaba asimismo para mascar. El profesor Trevor Brown, tutor de Sarah en la Universidad de Derby, afirma que esta goma contiene componentes antisépticos, así que los habitantes del Neolítico habrían poseído su propia medicina para tratar infecciones bucales.

La resina y otras savias de los árboles – incluyendo el látex, a partir del cual se fabrica el caucho – son polímeros naturales. Estos polímeros – politerpenos- están compuestos de miles de unidades de C₅H₈^w4. Dependiendo de las especies del árbol o la planta los polímeros naturales pueden ramificarse más o menos, tener diferentes tamaños (peso molecular) y se pueden mezclar con aceites volátiles fundamentales, cada uno de los cuales proporciona diferente textura y elasticidad. (El efecto de la estructura química en las propiedades físicas de los polímeros puede investigarse fácilmente en las aulas^w5.) Estos líquidos viscosos se pueden solidificar estableciendo enlaces cruzados en los polímeros; este proceso se puede analizar añadiendo una disolución de tetraborato sódico sobre cola “blanca” de alcohol polivinilíco. Las guías de trabajo para estos experimentos se pueden encontrar en varias páginas web^w6 y resulta interesante observar el efecto de variar la densidad de los enlaces cruzados (cambiando la proporción de tetraborato sódico respecto de la cola).

A pesar de que la primera fábrica de chicles, que abrió en Estados Unidos en 1870, empleaba la savia de los árboles para obtener la base del chicle Manilkara, los chicles de hoy en día son polímeros sintéticos. Con un asombroso consumo de 50 millones de chicles cada año, únicamente en Estados Unidos (en torno a 170 chicles por persona al año), no es una opción viable depender de los bosques tropicales para proveerse de materia prima. Puede que algunas formulaciones incluyan ingredientes naturales pero resulta difícil suministrar la información – ya que son secretos comerciales celosamente guardados -. Así, los polímeros sintéticos utilizados en los chicles comerciales poseen unas propiedades similares o incluso mejores que los polímeros naturales: son inertes, insolubles y en absoluto nutritivos. Estos polímeros se sintetizan a partir de derivados petrolíferos y se añade azúcar (o un edulcorante) y otros condimentos. Los colorantes (tradicionalmente de color rosa claro para los chicles) son los únicos ingredientes adicionales, a no ser que el chicle se use como una terapia médica, como por ejemplo, para ayudar a dejar de fumar; en este caso, los chicles obviamente también contienen un principio farmacéutico (como la nicotina) en forma diluida.

La fórmula de la base del chicle, para que tenga la elasticidad idónea, es compleja y varía dependiendo de las propiedades elásticas deseadas (por ejemplo, los chicles de pompas son más elásticos que los normales). Contiene varios elastómeros (para provocar elasticidad), resinas, cargas (que contribuyen a alcanzar una textura uniforme y ayudan a crear chicles con un bajo grado calorífico, rellenándolos sin añadir ingredientes nutritivos) y plastificantes (para ablandar la mezcla)^w7.

El componente principal es habitualmente una mezcla de elastómero sintético, como el poliisobutileno, copolímeros de isobutileno-isopreno (goma butílica), copolímeros estireno-butadieno y polivinilacetato – habrá oído alguno de estos nombres en relación a los neumáticos de los automóviles. Estos polímeros son insolubles en agua y no biodegradables. Esto explica por qué cuando se lava una alfombra con agua, no se eliminan los chicles. Tampoco se solucionará poniéndola en remojo. Y si el chicle está pegado en una pared o en un suelo de baldosa, la lluvia no lo limpiará.

Cuando se masca un chicle, la parte acuosa (azúcar y demás condimentos) se libera gradualmente, mientras que el polímero permanece. Después de un rato, la goma pierde sabor porque se han perdido todos los condimentos acuosos; la base del chicle no se disuelve nunca. El calor de la boca ablanda la goma y la vuelve más flexible; sin embargo, el chicle no se ha modificado y vuelve a endurecerse en frío (a pesar de que puede volverse realmente duro si se pierde algún plastificante). Para formar las pompas más grandes debes mascar el chicle hasta que se mezcla el azúcar y se pierde el polímero elástico: el azúcar no es un polímero, no se estira y puede hacer que las pompas se rompan prematuramente.

Así que, volviendo a la cuestión inicial: ¿por qué el chicle se pega tan bien a la mayoría de las superficies? La ciencia de la adhesión es complicada (ver cuadro) y en el caso del chicle probablemente conlleva tanto efectos mecánicos como químicos. Sin embargo, independientemente del mecanismo adhesivo, ambas superficies deben encontrarse en contacto cercano, con el fin de “impregnarse” mutuamente (esta impregnación es el contacto entre un líquido y una superficie sólida debido a las fuerzas intermoleculares) antes de adherirse. El chicle blando se ajusta perfectamente a esa situación. Y una vez está pegado, la energía que empleas en tirar de él no se traduce en romper el enlace que une el chicle a la superficie (como desearías), sino que sólo extiendes las moléculas del polímero en el chicle. Esta es una propiedad general de los polímeros (por encima de una cierta temperatura): las moléculas enredadas tienden a formar curvaturas, pudiéndose enderezarse al tirar de ellas. (Se puede demostrar la extensión de los polímeros usando bolsas de polietileno^w8). Así que, ¿cómo nos ayuda este conocimiento a fabricar chicles de forma que sean menos pegajosos?

Reducir la facilidad de extensión de los chicles no es una estrategia sensata: ¿quién querría mascar una bola rígida? En su lugar, el profesor Cosgrove ha incorporado un polímero hidrofílico en la base del chicle. Cuando se masca el chicle, este polímero absorbe saliva y ablanda el chicle. También migra a la superficie. Esto significa que siempre existe una fina capa de agua en la superficie del chicle tras mascarlo. Esta persistente capa de agua termina entre la goma y cualquier superficie, evitando un contacto directo y que el chicle se pegue. ¿Sencillo? En realidad no. Si simplemente se añadiera un polímero acuoso no se mezclaría con la base del chicle (así como tampoco se pueden mezclar el aceite y el agua). En su lugar, se debería utilizar un copolímero (un polímero compuesto de dos tipos de monómero o bloques de construcción) que posee tanto una parte hidrofílica como otra hidrofóbica que deben emplearse; incluso se debe tener cuidado al añadirlo para evitar la separación de fases^w9. Los fabricantes de pinturas emplean un procedimiento similar: mezclan el polímero(s) elastómero, que se secará para convertirse en una capa resistente al agua, usando también agua con este copolímero^w10.

La adición del polímero hidrófilo tiene otro beneficio. Los chicles comunes son bastante resistentes al medio ambiente: no se disuelven con la lluvia y el clima tiende a endurecerlos, lo que los convierte en contaminantes muy persistente (piensa en esas manchas grises en las aceras). Por el contrario, la goma que contiene el polímero hidrófilo (la variedad de chicles antiadherentes) se desintegra lentamente en presencia de agua.

A pesar de que el copolímero utilizado en los chicles antiadherentes ha sido patentado^w11, el equipo todavía está perfeccionando la composición exacta de la base. Hasta el momento han experimentado con 200 fórmulas diferentes – entiendo que Violet Beauregarde fue una de las primeras empleadas (lea “Charlie y la fábrica de chocolate” de Roald Dahl). Además de los parámetros normales de peso molecular de los polímeros, grado de ramificación y densidad de entrecruzamiento molecular, el equipo tiene que optimizar su “esquizofrénico” copolímero hidrófilo/hidrófobo. Demasiado polímero hidrófilo y el chicle será demasiado suave. Una mala composición y puede que el chicle se deshaga en la boca o se adhiera a las superficies. El equipo parece confiar en que el producto estará disponible para la venta en un futuro cercano. Cruzo los dedos para que resulte popular – de lo contrario ¡solamente pondremos chicles antiadherentes en la base de los pupitres de todos los colegios!.

Agradecimientos

Me gustaría agradecer al profesor Cosgrove por ayudarme con útiles discusiones y por leer este texto con un punto de vista crítico.

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