El primer plástico se origina como resultado de
un concurso realizado en 1860, cuando el fabricante
estadounidense de bolas de billar Phelan and Collander
ofreció una recompensa de 10.000 dólares a quien
consiguiera un sustituto aceptable del marfil natural, destinado
a la fabricación de bolas de billar. Una de las personas
que compitieron fue el inventor norteamericano Wesley Hyatt,
quien desarrolló un método de
procesamiento a presión de la piroxilina, un nitrato de
celulosa de baja nitración tratado previamente con
alcanfor y una cantidad mínima de disolvente de alcohol. Si
bien Hyatt no ganó el premio, su producto,
patentado con el nombre de celuloide, se utilizó para
fabricar diferentes objetos detallados a continuación. El
celuloide tuvo un notable éxito comercial a pesar de ser
inflamable y de su deterioro al exponerlo a la luz.
Otra cosa que Baekeland desconocía es que el alto
grado de entrecruzamiento de la estructura
molecular de la baquelita le confiere la propiedad de
ser un plástico termoestable, es decir que puede moldearse
apenas concluida su preparación. En otras palabras, una
vez que se enfría la baquelita no puede volver a
ablandarse. Esto la diferencia de los polímeros
termoplásticos, que pueden fundirse y moldearse varias
veces, debido a que las cadenas pueden ser lineales o ramificadas
pero no presentan entrecruzamiento.
Entre los productos
desarrollados durante este periodo están los
polímeros naturales alterados, como el rayón,
fabricado a partir de productos de celulosa.
Un polímero (del griego poly, muchos; meros,
parte, segmento) es una sustancia cuyas moléculas son, por
lo menos aproximadamente, múltiplos de unidades de peso
molecular bajo. La unidad de bajo peso molecular es el
monómero. Si el polímero es rigurosamente uniforme
en peso molecular y estructura molecular, su grado de
polimerización es indicado por un numeral griego,
según el número de unidades de monómero que
contiene; así, hablamos de dímeros,
trímeros, tetrámero, pentámero y sucesivos.
El término polímero designa una combinación
de un número no especificado de unidades. De este modo, el
trióximetileno, es el trímero del
formaldehído, por ejemplo.
Si el número de unidades es muy grande, se usa
también la expresión gran polímero. Un
polímero no tiene la necesidad de constar de
moléculas individuales todas del mismo peso molecular, y
no es necesario que tengan todas la misma composición
química y la misma estructura molecular. Hay
polímeros naturales como ciertas proteínas
globulares y policarbohidratos, cuyas moléculas
individuales tienen todas el mismo peso molecular y la misma
estructura molecular; pero la gran mayoría de los
polímeros sintéticos y naturales importantes son
mezclas de
componentes poliméricos homólogos. La
pequeña variabilidad en la composición
química y en la estructura molecular es el resultado de la
presencia de grupos finales,
ramas ocasionales, variaciones en la orientación de
unidades monómeras y la irregularidad en el orden en el
que se suceden los diferentes tipos de esas unidades en los
copolímeros. Estas variedades en general no suelen afectar
a las propiedades del producto final, sin embargo, se ha
descubierto que en ciertos casos hubo variaciones en
copolímeros y ciertos polímeros
cristalinos.
Los polímeros isómeros son
polímeros que tienen esencialmente la misma
composición de porcentaje, pero difieren en la
colocación de los átomos o grupos de átomos
en las moléculas. Los polímeros isómeros del
tipo vinilo pueden diferenciarse en las orientaciones relativas
(cabeza a cola, cabeza a cabeza, cola a cola, o mezclas al azar
de las dos) de los segmentos consecutivos (unidades
monómeras)
La isomería cis-trans puede ocurrir, y
probablemente ocurre, para cualquier polímero que tenga
ligaduras dobles distintas a las que existen en los grupos vinilo
pendientes (los unidos a la cadena principal).
Concepto de
Tacticidad
El término tacticidad se refiere al ordenamiento
espacial de las unidades estructurales.
El mejor ejemplo es el polipropileno, que antes de 1955
no tenía ninguna utilidad. En ese
año, Giulio Natta en Milán, utilizó para
hacer polipropileno, los catalizadores que Karl Ziegler
había desarrollado para el polietileno. Esos
catalizadores, hechos a base de cloruro de titanio y
tri-alquil-aluminio,
acomodan a los monómeros de tal manera que todos los
grupos metilos quedan colocados del mismo lado en la
cadena.
En esta forma, Natta creó el polipropileno
isotáctico, que tiene excelentes propiedades
mecánicas. Hasta ese momento, con los procedimientos
convencionales, sólo se había podido hacer
polímeros atácticos, sin regularidad
estructural.
El polipropileno atáctico es un material ceroso,
con pésimas propiedades mecánicas.
Otros catalizadores permiten colocar los grupos
alternadamente, formando polímeros que se llaman
sindiotácticos, los cuales, como los isotácticos,
tienen muy buenas propiedades.
Los materiales como el polietileno, el PVC, el
polipropileno, y otros que contienen una sola unidad estructural,
se llaman homopolímeros. Los homopolímeros,
además, contienen cantidades menores de irregularidades en
los extremos de la cadena o en ramificaciones.
Por otro lado los copolímeros contienen varias
unidades estructurales, como es el caso de algunos muy
importantes en los que participa el estireno.
Estas combinaciones de monómeros se realizan para
modificar las propiedades de los polímeros y lograr nuevas
aplicaciones. Lo que se busca es que cada monómero imparta
una de sus propiedades al material final; así, por
ejemplo, en el ABS, el acrilonitrilo aporta su resistencia
química, el butadieno su flexibilidad y el estireno
imparte al material la rigidez que requiera la aplicación
particular.
Evidentemente al variar las proporciones de los
monómeros, las propiedades de los copolímeros van
variando también, de manera que el proceso de
copolimerización permite hasta cierto punto fabricar
polímeros a la medida.
No solo cambian las propiedades al variar las
proporciones de los monómeros, sino también al
variar su posición dentro de las cadenas.
Las mezclas físicas de polímeros, que no
llevan uniones permanentes entre ellos, también
constituyen a la enorme versatilidad de los materiales
poliméricos. Son el equivalente a las aleaciones
metálicas.
En ocasiones se mezclan para mejorar alguna propiedad,
aunque generalmente a expensas de otra. Por ejemplo, el
óxido de polifenilo tiene excelente resistencia
térmica pero es muy difícil procesarlo. El
poliestireno tiene justamente las propiedades contrarias, de
manera que al mezclarlos se gana en facilidad de procedimiento,
aunque resulte un material que no resistirá temperaturas
muy altas. Sin embargo en este caso hay un efecto
sinergístico, en el sentido en que la resistencia
mecánica es mejor en algunos aspectos que a la de
cualquiera de los dos polímeros. Esto no es frecuente,
porque puede ocurrir únicamente cuando existe perfecta
compatibilidad ente los dos polímeros y por regla general
no la hay, así que en la mayoría de los casos debe
agregarse un tercer ingrediente para compatibilizar la mezcla. Lo
que se emplea casi siempre es un copolímero injertado, o
uno de bloque que contenga unidades estructurales de los dos
polímeros. Otras veces, se mezcla simplemente para reducir
el costo de
material.
En otros casos, pequeñas cantidades de un
polímero de alta calidad puede
mejorar la del otro, al grado de permitir una nueva
aplicación.
A continuación se citarán los
copolímeros y terpolímeros de mayor
aplicación en la industria:
SAN Copolímero de estireno-acrilonitrilo en los que
el contenido de estireno varía entre un 65 y 80%. Estos
materiales tienen buena resistencia a los aceites lubricantes, a
las grasas y a las gasolinas.
Asimismo, tiene mejores propiedades de impacto,
tensión y flexión, que los homopolímeros del
estireno. Los copolímeros son transparentes, pero con un
ligero color amarillo
que se vuelve más oscuro a medida que aumenta el contenido
en acrilonitrilo. Al mismo tiempo mejora la
resistencia química, la resistencia al agrietamiento
ambiental y la resistencia térmica al aumentar el
porcentaje en acrilonitrilo.
El SAN se usa cuando se requieren partes rígidas,
con buena estabilidad dimensional y buena resistencia
térmica, por ejemplo, en partes de las máquinas
lavaplatos y en piezas para radios o televisores.
Se lo emplea en grandes cantidades en la industria
alimenticia. los copolímeros con 30% estireno y 70%
acrilonitrilo, son excelentes barreras contra el oxígeno,
el CO2 y la humedad.
ABS Terpolímero acrilonitrilo-butadieno-estireno. Son
materiales heterogéneos formados por una fase
homogénea rígida y una
elastomérica.
Originalmente se mezclaban emulsiones de los dos
polímeros de SAN y polibutadieno. La mezcla era coagulada
para obtener ABS.
Hoy en día se prefiere polimerizar estireno y
acrilonitrilo en presencia de polibutadieno. De esa manera, una
parte del estireno y del acrilonitrilo se copolimerizan formando
SAN y otra porción se injerta sobre las moléculas
de polibutadieno.
El ABS se originó por la necesidad de mejorar
algunas propiedades del poliestireno de alto impacto. Este
material tiene tres desventajas importantes:
Baja temperatura de ablandamiento.
Baja resistencia ambiental.
Baja resistencia a los agentes
químicos.
La incorporación del acrilonitrilo en la fase
continua, imparte mayor temperatura de ablandamiento y mejora
considerablemente la resistencia química. Sin embargo, la
resistencia ambiental se vuelve todavía menor, pero este
problema se resuelve empleando aditivos. Las propiedades del ABS
son suficientemente buenas para varias aplicaciones:
Éstos son los hules sintéticos que han
sustituido prácticamente en su totalidad al natural, en
algunas aplicaciones como las llantas para
automóviles.
Los hules sintéticos contienen un 25% de estireno
y un 75% de butadieno; sus aplicaciones incluyen en orden de
importancia:
Llantas
Espumas
Empaques
Suelas para zapatos
Aislamiento de alambres y cables
eléctricos
Mangueras
Los copolímeros de estireno-butadieno con mayor
contenido de butadieno, hasta de 60%, se usan para hacer pinturas
y recubrimientos ahulados. Para mejorar la adhesividad, en
ocasiones se incorpora el ácido acrílico o los
ésteres acrílicos, que elevan la polaridad de los
copolímeros.
MBS: Se obtienen injertando metacrilato de metilo o
mezclas de metacrilato y estireno, en las cadenas de un hule de
estireno-butadieno.
Acrílicos: Copolímeros de
metacrilato-butilacrilato-estireno o de
metacrilato-hexilacrilato-estireno.
Otros copolímeros importantes del estireno, se
realizan polimerizando en suspensión, estireno en
presencia de divinil-benceno, para obtener materiales
entrecruzados, que por sulfonación y otras reacciones
químicas se convierten en las conocidas resinas de
intercambio iónico.
Los polietilenos clorados se obtienen clorando
polietileno de alta densidad con 30% a 40% de cloro. Tienen baja
cristalinidad y baja temperatura de transición
vítrea. Un nivel de cloro del 36% resultó
experimentalmente para un buen balance al
impacto-dispersabilidad-procesabilidad.
Los lubricantes mejoran la procesabilidad de los
polímeros, realizando varias importantes funciones.
Reducen la fricción entre las
partículas del material, minimizando el calentamiento
friccional y retrasando la fusión
hasta el punto óptimo.
Reducen la viscosidad del
fundido promoviendo el buen flujo del material.
Evitan que el polímero caliente se pegue a las
superficies del equipo de procesamiento.
A los lubricantes se los clasifica en:
Lubricantes externos, que son los que reducen la
fricción entre las moléculas del polímero
y disminuyen la adherencia polímero metal.
Ceras parafínicas, con pesos moleculares entre
300 y 1500, y temperaturas de fusión entre 65 y 75
°C. Las lineales son más rígidas, por su
mayor cristalinidad. En las ramificadas, la cristalinidad es
menor y los cristales más pequeños.
Ceras de polietileno, son polietilenos de muy bajo
peso molecular, ligeramente ramificadas, con temperaturas de
fusión de 100 a 130 °C. Son más efectivas que
las parafinas.
Ceras tipo éster, se trata de
glicéridos obtenidos de cebos y contienen ácidos
grasos con 16 a 18 átomos de carbono. El más
importante es el triesterato.
Los lubricantes internos y las amidas de los
ácidos también se emplean con este fin
Se han desarrollado nuevos métodos
interesantes para la síntesis de copolímeros de
bloque e injertos. Estos métodos han encontrado
aplicación practica en la preparación de
poliestireno de alta resistencia al impacto, de los cauchos de
elevada resistencia a la abrasión y de fibras
acrílicas.
Un principio de la copolimerización por injertos
consiste en polimerizar un monómero, el monómero-B,
en presencia de un polímero, el poli-A, de manera tal que
los centros iniciadores de las reacciones de la segunda
polimerización estén situados todos en el
polímero original. Una forma particularmente efectiva de
conseguir este resultado es someter el poli-A a la
degradación mecánica en presencia del mono-B. Si
las cadenas del polímero se rompen por la acción
mecánica, se forman dos radicales libres en el punto de
ruptura de la cadena. Estos dos radicales pueden utilizarse si se
evita que se recombinen o desproporcionen uno con el otro o que
sean consumidos por alguna otra impureza reactiva, como el
oxígeno y en presencia de un monómero
vinílico. Muchos tipos de agitación
mecánica, particularmente el prensado en calandria, la
molienda, la compresión en estado plástico y la
agitación y sacudimiento en solución, conducen a la
unión química del segundo monómero y el
primer polímero. Para que la degradación
mecánica sea efectiva, conviene que el poli-A tenga un
peso molecular relativamente alto. Se han hecho grandes progresos
en la injertación del estireno, ésteres
acrílicos y acrilonitrilo al caucho y a muchos
elastómeros sintéticos; los monómeros
vinílicos también se ha injertado a la celulosa y
derivados de esta, poliésteres, poliamidas,
poliéteres y proteínas. Los productos resultantes
combinan en forma muy interesante las propiedades de los dos
compuestos.
Los trabajos sobre la radiación de injertos han
progresado considerablemente, sobre todo mediante el empleo de
mejores fuentes de radiación penetrante (aparato de Van
der Graff, acelerador lineal, Co60 y Cs137)
y por el descubrimiento de que la luz ultravioleta es capaz
también de producir enlaces transversales e injertos en
presencia de sensibilizadores. En muchos casos se ha reducido
substancialmente la degradación indeseable del poli-A
producida por la acción de la radiación y
penetrante, mediante la aplicación de estabilizadores del
tipo amina aromática disulfuro
aromático.
Pueden obtenerse injertos muy efectivos de todos los
tipos de polímeros vinílicos si la cadena del
poli-A lleva un grupo amino aromático primario. Este grupo
es aislado primero,
después es nitrosilado.
La nitrosamina puede isomerizarse al diazoester, este a
su vez, se disocia con desprendimiento de hidrógeno y
produce un radical libre que se fija químicamente a la
cadena:
El radical acilo se transfiere rápidamente con
los átomos de hidrógeno disponibles y no inicia la
polimerización del mono-B. Por este método se ha
efectuado un injerto de monómeros vinílicos sobre
el poliestireno parcialmente aminado.
Una nueva forma de preparar los copolímeros de
bloque se basa en la protección de la cadena que crece por
propagación aniónica contra la terminación
por solvatacion del extremo de la cadena por el disolvente. Si el
sodio se hace reaccionar a baja temperatura en tetrahidrofurano
con naftaleno, se transfiere un electrón del sodio al
sistema
aromático:
La solución resultante es verde y muy sensible al
oxígeno. Si se le agrega estireno, el color cambia a rojo
debido a que el electrón solitario se transfiere al
monómero estireno, que se dimeriza inmediatamente para
formar un bis-anión conforme a la siguiente
reacción:
Las cargas negativas están compensadas por dos
iones de sodio, pero permanecen disociadas porque están
fuertemente solvatadas por el tetrahidrofurano. Las cargas
negativas del bis-ión son capaces de iniciar la
polimerización del estireno, y a cada lado del centro
iniciador crece una cadena hasta que es consumido todo el
monómero, puesto que la solvatacion por el disolvente
evita la terminación (polímeros vivientes).
Después de consumido el monoestireno puede agregarse otro
monómero, y como la polimerización continua, se
forman copolímeros de bloque cuya composición y
peso molecular pueden regularse fácilmente por la
adición de los componentes y por la terminación del
crecimiento posterior de la cadena con oxígeno u otro
interruptor de la etapa.
Existen diversos procesos para unir moléculas
pequeñas con otras para formar moléculas grandes.
Su clasificación se basa en el mecanismo por el cual se
unen estructuras monómeras o en las condiciones
experimentales de reacción.
La mayor parte de los polímeros orgánicos
se obtiene por reacciones de condensación o de
adición. En la reacción de condensación, los
monómeros se combinan con la formación y
pérdida de moléculas pequeñas, como agua,
alcohol, etc. Por ejemplo, en la formación de una
poliamida.
En las reacciones de adición, varias unidades
monoméricas se unen, en presencia de un catalizador, como
resultado de la reorganización de los enlaces C=C de cada
una de ellas. Por ejemplo, en la formación del
polietileno.
El caucho natural, constituido por cadenas de
poli-cis-isopreno, es un ejemplo de polímero de
adición formado por unidades de cis-isopreno o metil-1,3
butadieno. Otro polímero natural del isopreno es el
poli-trans-isopreno o gutapercha, el cual se utiliza para
recubrir cables submarinos, pelotas de golf,
etcétera.
La polimerización puede efectuarse por distintos
métodos o Mecanismos:
Adición de moléculas pequeñas de
un mismo tipo unas a otras por apertura del doble enlace sin
eliminación de ninguna parte de la molécula
(polimerización de tipo vinilo).
Adición de pequeñas moléculas de
un mismo tipo unas a otras por apertura de un anillo sin
eliminación de ninguna parte de la molécula
(polimerización tipo epóxido).
Adición de pequeñas moléculas de
un mismo tipo unas a otras por apertura de un doble enlace con
eliminación de una parte de la molécula
(polimerización alifática del tipo
diazo).
Adición de pequeñas moléculas
unas a otras por ruptura del anillo con eliminación de
una parte de la molécula (polimerización del tipo
-aminocarboxianhidro).
Adición de birradicales formados por
deshidrogenación (polimerización tipo
p-xileno).
Formación de poliésteres, poliamidas,
poliéteres, polianhidros, etc., por eliminación
de agua o alcoholes,
con moléculas bifuncionales, como ácidos o
glicoles, diaminas, diésteres entre otros
(polimerización del tipo poliésteres y
poliamidas).
Formación de polihidrocarburos, por
eliminación de halógenos o haluros de
hidrógeno, con ayuda de catalizadores metálicos o
de haluros metálicos (poli tópico del tipo de
Friedel-Craffts y Ullmann).
Formación de polisulfuros o poli-polisulfuros,
por eliminación de cloruro de sodio, con haluros
bifuncionales de alquilo o arilo y sulfuros alcalinos o
polisulfuros alcalinos o por oxidación de dimercaptanos
(policondensación del tipo Thiokol).
Polimerización en Suspensión,
Emulsión y Masa
polimerización en suspensión. En este caso
el peróxido es soluble en el monómero. La
polimerización se realiza en agua, y
como el monómero y polímero que se obtiene de
él son insolubles en , se obtiene una
suspensión. Para evitar que el polímero se
aglomere en el reactor, se disuelve en el agua
una pequeña cantidad de alcohol
polivinílico, el cual cubre la superficie de las
gotitas del polímero y evita que se peguen.En esas condiciones el monómero se emulsifica,
es decir, forma gotitas de un tamaño tan
pequeño que ni con un microscopio
pueden ser vistas. Estas micro gotitas quedan estabilizadas
por el jabón durante todo el proceso de
la polimerización, y acaban formando un látex
de aspecto lechoso, del cual se hace precipitar el
polímero rompiendo la emulsión. posteriormente
se lava, quedando siempre restos de jabón, lo que le
imprime características especiales de
adsorción de aditivos.
Polimerización en emulsión. La
reacción se realiza también en agua, con
peróxidos solubles en agua pero en lugar de agregarle un
agente de suspensión como el alcohol
polivinílico, se añade un emulsificante, que
puede ser un detergente o un jabón.
Polimerización en masa. En este tipo de
reacción, los únicos ingredientes son el
monómero y el peróxido.
El polímero que se obtiene es muy semejante al de
suspensión, pero es más puro que éste y
tiene algunas ventajas en la adsorción de aditivos porque
no esta contaminado con alcohol polivinílico. Sin embargo,
debido al gran tamaño de sus partículas no se
dispersa en los plastificantes y no se usa para
plastisoles.
El moldeo de los plásticos
consiste en dar las formas y medidas deseadas a un
plástico por medio de un molde. El molde es una pieza
hueca en la que se vierte el plástico fundido para que
adquiera su forma. Para ello los plásticos se introducen a
presión en los moldes. En función del tipo de
presión, tenemos estos dos tipos:
Se realiza mediante máquinas hidráulicas
que ejercen la presión suficiente para el moldeado de las
piezas. Básicamente existen tres tipos: compresión,
inyección y extrusión.
Compresión: en este proceso, el plástico
en polvo es calentado y comprimido entre las dos partes de un
molde mediante la acción de una prensa
hidráulica, ya que la presión requerida en este
proceso es muy grande.
Este proceso se usa para obtener pequeñas piezas
de baquelita, como los mangos aislantes del calor de los
y utensilios de .
Inyección: consiste en introducir el
plástico granulado dentro de un cilindro, donde se
calienta. En el del cilindro hay un tornillo
sinfín que actúa de igual manera que el
émbolo de una jeringuilla. Cuando el plástico se
reblandece lo suficiente, el tornillo sinfín lo inyecta a
alta presión en el interior de un molde de acero para darle
forma. El molde y el plástico inyectado se enfrían
mediante unos canales interiores por los que circula agua. Por su
economía y
rapidez, el moldeo por inyección resulta muy indicado para
la producción de grandes series de piezas. Por
este procedimiento se
fabrican palanganas, cubos, carcasas, componentes del
automóvil, etc.
Extrusión: consiste en moldear productos de
manera continua, ya que el material es empujado por un tornillo
sinfín a través de un cilindro que acaba en una
boquilla, lo que produce una tira de longitud indefinida.
Cambiando la forma de la boquilla se pueden obtener barras de
distintos perfiles. También se emplea este procedimiento
para la fabricación de tuberías, inyectando
aire a
presión a través de un orificio en la punta del
cabezal. Regulando la presión del aire se pueden conseguir
tubos de distintos espesores.
Se emplea para dar forma a láminas de
plástico mediante la aplicación de calor y
presión hasta adaptarlas a un molde. Se emplean,
básicamente, dos procedimientos:
El primero consiste en efectuar el vacío absorbiendo el
aire que hay entre la lámina y el molde, de manera que
ésta se adapte a la forma del molde. Este tipo de moldeado
se emplea para la obtención de envases de productos
alimenticios en moldes que reproducen la forma de los objetos que
han de contener.
El segundo procedimiento consiste en aplicar aire a
presión contra la lámina de plástico hasta
adaptarla al molde. Este procedimiento se denomina moldeo por
soplado, como el caso de la extrusión, aunque se trata de
dos técnicas totalmente diferentes. Se emplea para la
fabricación de cúpulas, piezas huecas,
etc.
Colada: La colada consiste en el vertido del material
plástico en estado
líquido dentro de un molde, donde fragua y se solidifica.
La colada es útil para fabricar pocas piezas o cuando
emplean moldes de materiales
baratos de poca duración, como escayola o madera. Debido
a su lentitud, este procedimiento no resulta útil para la
fabricación de grandes series de piezas.
Espumado: Consiste en introducir aire u otro gas en el
interior de la masa de plástico de manera que se formen
burbujas permanentes. Por este procedimiento se obtiene la espuma
de poliestireno, la espuma de poliuretano (PUR), etc. Con estos
materiales se fabrican colchones, aislantes
termo-acústicos, esponjas, embalajes, cascos de ciclismo y
patinaje, plafones ligeros y otros.
Calandrado: Consiste en hacer pasar el material
plástico a través de unos rodillos que producen,
mediante presión, láminas de plástico
flexibles de diferente espesor. Estas láminas se utilizan
para fabricar hules, impermeables o planchas de plástico
de poco grosor.
La fabricación de los plásticos y sus
manufacturas implica cuatro pasos básicos:
obtención de las primas, síntesis del
polímero básico, composición del
polímero como un producto
utilizable industrialmente y moldeo o deformación del
plástico a su forma definitiva.
En un principio, la mayoría de los
plásticos se fabricaban con resinas de origen vegetal,
como la celulosa (del algodón), el furfural (de la
cáscara de la avena), aceites (de semillas), derivados del
almidón o el carbón. La caseína de la
leche era uno
de los materiales no utilizados. A pesar de que la
producción del nylon se basaba originalmente en el
carbón, el aire y el agua, y de que el nylon 11 se
fabrique todavía con semillas de ricino, la mayoría
de los plásticos se elaboran hoy con derivados del
petróleo. Las materias primas derivadas del
petróleo son tan baratas como abundantes. No obstante,
dado que las existencias mundiales de petróleo tienen un
límite, se están investigando otras fuentes de
materias primas, como la gasificación del
carbón.
Con frecuencia se utilizan aditivos químicos para
conseguir una propiedad
determinada. Por ejemplo, los antioxidantes protegen el
polímero de degradaciones químicas causadas por el
oxígeno o el ozono. De una forma parecida, los
estabilizadores ultravioleta lo protegen de la intemperie. Los
plastificantes producen un polímero más flexible,
los lubricantes reducen la fricción y los pigmentos
colorean los plásticos. Algunas sustancias
ignífugas y antiestáticas se utilizan
también como aditivos.
Muchos plásticos se fabrican en forma de material
compuesto, lo que implica la adición de algún
material de refuerzo (normalmente fibras de vidrio o de
carbono) a la
matriz de la
resina plástica. Los materiales compuestos tienen la
resistencia y la
estabilidad de los metales, pero por lo general
son más ligeros. Las espumas plásticas, un material
compuesto de plástico y gas, proporcionan una masa de gran
tamaño pero muy ligera.
El color del
plástico
El puesto de un mercado en la
ciudad india de
Bombay ofrece una multicolor variedad de productos de
plástico. Los plásticos son resinas
sintéticas cuyas moléculas son polímeros,
grandes cadenas orgánicas. Los plásticos son
duraderos y ligeros. El
petróleo se refina para formar moléculas
orgánicas pequeñas, llamadas monómeros, que
luego se combinan para formar polímeros resinosos, que se
moldean o extruyen para fabricar productos de
plástico.
Al principio del proceso de fabricación se
remueven y funden pequeños gránulos de nylon (una
resina sintética). Una vez fundida, la mezcla de
plástico azul recibirá la forma deseada mediante un
proceso llamado extrusión.
Las técnicas empleadas para conseguir la forma
final y el acabado de los plásticos dependen de tres
factores: tiempo, temperatura y
fluencia (conocido como deformación). La naturaleza de
muchos de estos procesos es
cíclica, si bien algunos pueden clasificarse como
continuos o semicontinuos.
Una de las operaciones
más comunes es la extrusión. Una máquina de
extrusión consiste en un que bombea el
plástico a través de un molde con la forma deseada.
Los productos extrusionados, como por ejemplo los tubos, tienen
una sección con forma regular. La máquina de
extrusión también realiza otras operaciones, como
moldeo por soplado o moldeo por inyección.
Otros procesos utilizados son el moldeo por
compresión, en el que la presión fuerza al
plástico a adoptar una forma concreta, y el moldeo por
transferencia, en el que un pistón introduce el
plástico fundido a presión en un molde. El
calandrado es otra técnica mediante la que se forman
láminas de plástico. Algunos plásticos, y en
particular los que tienen una elevada resistencia a la
temperatura, requieren procesos de fabricación especiales.
Por ejemplo, el politetrafluoretileno tiene una viscosidad de
fundición tan alta que debe ser prensado para conseguir la
forma deseada, y sinterizado, es decir, expuesto a temperaturas
extremadamente altas que convierten el plástico en una
masa cohesionada sin necesidad de fundirlo.
Una de las aplicaciones principales del plástico
es el empaquetado. Se comercializa una buena cantidad de LDPE
(polietileno de baja densidad) en
forma de rollos de plástico transparente para envoltorios.
El polietileno de alta densidad (HDPE) se usa para
películas plásticas más gruesas, como la que
se emplea en las bolsas de basura. Se
utilizan también en el empaquetado: el polipropileno, el
poliestireno, el cloruro de polivinilo (PVC) y el cloruro de
polivinilideno. Este último se usa en aplicaciones que
requieren estanqueidad, ya que no permite el paso de gases (por
ejemplo, el oxígeno) hacia dentro o hacia fuera del
paquete. De la misma forma, el polipropileno es una buena barrera
contra el vapor de agua; tiene aplicaciones domésticas y
se emplea en forma de fibra para fabricar alfombras y
sogas.
El aislante de poliestireno instalado en este edificio
está lleno de pequeñas burbujas de aire que
dificultan el flujo de calor. La capa exterior refleja la
luz, lo que
aísla aún más el interior del
edificio.
La construcción es otro de los sectores que
más utilizan todo tipo de plásticos, incluidos los
de empaquetado descritos anteriormente. El HDPE se usa en
tuberías, del mismo modo que el PVC. Éste se emplea
también en forma de lámina como material de
construcción. Muchos plásticos se utilizan para
aislar cables e hilos, y el poliestireno aplicado en forma de
espuma sirve para aislar paredes y techos. También se
hacen con plástico marcos para puertas, ventanas y techos,
molduras y otros artículos.
Otros sectores industriales, en especial la
fabricación de motores, dependen
también de estas sustancias. Algunos plásticos muy
resistentes se utilizan para fabricar piezas de motores, como
colectores de toma de aire, tubos de combustible, botes de
emisión, bombas de
combustible y aparatos electrónicos. Muchas
carrocerías de automóviles están hechas con
plástico reforzado con fibra de vidrio.
Los plásticos se emplean también para
fabricar carcasas para equipos de oficina,
dispositivos electrónicos, accesorios pequeños y
herramientas.
Entre las aplicaciones del plástico en productos de
consumo se encuentran los juguetes, las maletas y
artículos deportivos.
Dado que los plásticos son relativamente inertes,
los productos terminados no representan ningún peligro
para el fabricante o el usuario. Sin embargo, se ha demostrado
que algunos monómeros utilizados en la fabricación
de plásticos producen cáncer. De igual forma, el
benceno, una materia prima
en la fabricación del nylon, es un carcinógeno. Los
problemas de
la industria del
plástico son similares a los de la industria química en
general.
La mayoría de los plásticos
sintéticos no pueden ser degradados por el entorno. Al
contrario que la madera, el papel, las
fibras naturales o incluso el metal y el vidrio, no se oxidan ni
se descomponen con el tiempo. Se han desarrollado algunos
plásticos degradables, pero ninguno ha demostrado ser
válido para las condiciones requeridas en la
mayoría de los vertederos de basuras. En definitiva, la
eliminación de los plásticos representa un problema
medioambiental. El método
más práctico para solucionar este problema es el
reciclaje, que se
utiliza, por ejemplo, con las botellas de bebidas gaseosas
fabricadas con tereftalato de polietileno. En este caso, el
reciclaje es un proceso bastante sencillo. Se están
desarrollando soluciones
más complejas para el tratamiento de los plásticos
mezclados de la basura, que constituyen una parte muy visible, si
bien relativamente pequeña, de los residuos
sólidos.
Muchas de las ventajas de los productos plásticos
se convierten en una desventaja en el momento que desechamos ya
sea el envase porque es descartable o bien cuando tiramos objetos
de plástico porque se nos han roto. Si bien los
plásticos podrían ser reutilizados o reciclados en
su gran mayoría, lo cierto es que hoy estos desechos son
un problema de difícil solución, fundamentalmente
en las grandes ciudades. Es realmente una tarea costosa y
compleja para los municipios encargados de la recolección
y disposición final de los residuos ya que a la cantidad
de envases se le debe sumar el volumen que
representan. Por sus características los plásticos
generan problemas en la recolección, traslado y
disposición final. Algunos datos nos alertan
sobre esto. Por ejemplo, un camión con una capacidad para
transportar 12 toneladas de desechos comunes, transportará
apenas 6 ó 7 toneladas de plásticos compactado, y
apenas 2 de plástico sin compactar. Dentro del total de
plásticos descartables que hoy van a la basura se destaca
en los últimos años el aumento sostenido de los
envases de PET, proveniente fundamentalmente de botellas
descartables de aguas de mesa, aceites y bebidas
alcohólicas y no alcohólicas. Las empresas,
buscando reducir costos y
amparadas en la falta de legislación, vienen sustituyendo
los envases de vidrio por los de plástico retornables en
un comienzo, y no retornables posteriormente. Esta
decisión implica un permanente cambio en la
composición de la basura montevideana y bonaerense. En
Uruguay este
proceso se ha acelerado desde mediados de 1996,
agravándose durante 1997 cuando además, muchos
envases retornables de vidrio se transformaron en vidrio
descartable.
¿Los Alimentos
Envasados En Plásticos Cambian Su Gusto?
Según el Ingeniero Químico y Master en
Ciencia y
Tecnología de Alimentos, Alejandro Ariosti, en la
revista
argentina ENFASIS
de junio de 1998, "los materiales plásticos están
constituidos por un polímero o resina base (alto peso
molecular e inerte respecto de los productos en contacto) y los
componentes no poliméricos (bajo peso molecular y
susceptibles de transferirse a dichos productos). Los componentes
no poliméricos comprenden los residuos de
polimerización (monómeros, oligómeros,
catalizadores, solventes de polimerización, entre otros) y
los aditivos (estabilizantes, antioxidantes, lubricantes,
plastificantes, agentes antibloqueo, deslizantes, pigmentos,
cargas, etcétera)".Por razones sanitarias los
polímeros y aditivos utilizados en envases de alimentos
deben ser los taxativamente autorizados y que se detallan en las
listas positivas del MERCOSUR
(Resoluciones Grupo Mercado
Común 87/93, 95/94, 5/95, 52/97 y 53/97). Según la
legislación MERCOSUR vigente (Resolución Grupo
Mercado Común 56/92), los fabricantes de envases y
equipamientos plásticos en contacto con alimentos
están obligados a aprobar sus productos ante las
autoridades competentes, siendo los límites de migración
total los siguientes: 8 mg/dm2 y 50mg/kg o 50 partes
por millón (ppm). La Unión
Europea acepta hasta 60 ppm. En los plásticos ocurre
un fenómeno conocido como "migraciones". O sea la
transferencia de componentes no poliméricos desde el
material plástico hacia el alimento que contiene. Los
factores que influyen en la migración según Ariosti
son:
Naturaleza fisicoquímica y
concentración de componentes no
poliméricos.
Condiciones de tiempo y temperatura. A mayor
temperatura mayor migración.
Propiedades estructurales de los materiales
plásticos
Si bien existen más de cien tipos de plásticos,
los más comunes son sólo seis, y se los identifica
con un número dentro de un triángulo a los efectos
de facilitar su clasificación para el reciclado, ya que
las características diferentes de los plásticos
exigen generalmente un reciclaje por separado.
TIPO / NOMBRE
CARACTERISTICAS
USOS /
APLICACIONES
PET
Polietileno
Tereftalato
Se produce a partir del Ácido
Tereftálico y Etilenglicol, por poli
condensación; existiendo dos tipos: grado textil y
grado botella. Para el grado botella se lo debe post
condensar, existiendo diversos colores para estos usos.
Envases para gaseosas, aceites, agua mineral,
cosmética, frascos varios (mayonesa, salsas,
etc.). Películas transparentes, fibras textiles,
laminados de barrera (productos alimenticios), envases al
vacío, bolsas para horno, bandejas para microondas, cintas de video
y audio, geotextiles (pavimentación /caminos);
películas radiográficas.
PEAD
Polietileno de Alta
Densidad
El polietileno de alta densidad es un
termoplástico fabricado a partir del etileno
(elaborado a partir del etano, uno de los componentes del
gas
natural). Es muy versátil y se lo puede
transformar de diversas formas: Inyección,
Soplado, Extrusión, o Rotomoldeo.
Envases para: detergentes, lavandina, aceites
automotor, shampoo, lácteos, bolsas para
supermercados, bazar y menaje, cajones para pescados,
gaseosas y cervezas, baldes para pintura, helados, aceites, tambores,
caños para gas, telefonía, agua potable,
minería, drenaje y uso sanitario,
macetas, bolsas tejidas.
PVC
Cloruro de
Polivinilo
Se produce a partir de dos materias primas
naturales: gas 43% y sal común (*) 57%. Para su procesado es necesario fabricar
compuestos con aditivos especiales, que permiten obtener
productos de variadas propiedades para un gran
número de aplicaciones. Se obtienen productos
rígidos o totalmente flexibles (Inyección -
Extrusión - Soplado). (*) Cloruro de Sodio (2 NaCl)
Envases para agua mineral, aceites, jugos,
mayonesa. Perfiles para marcos de ventanas, puertas,
caños para desagües domiciliarios y de
redes,
mangueras, blister para medicamentos, pilas,
juguetes, envolturas para golosinas, películas
flexibles para envasado (carnes, fiambres, verduras),
film cobertura, cables, cuerina, papel vinílico
(decoración), catéteres, bolsas para
sangre.
PEBD
Polietileno de Baja
Densidad
Se produce a partir del gas natural. Al igual
que el PEAD es de gran versatilidad y se procesa de
diversas formas: Inyección, Soplado,
Extrusión y Rotomoldeo. Su transparencia, flexibilidad, tenacidad y
economía hacen que esté presente en una
diversidad de envases, sólo o en conjunto con
otros materiales y en variadas aplicaciones.
Bolsas de todo tipo:
supermercados, boutiques, panificación,
congelados, industriales, etc. Películas
para: Agro (recubrimiento de Acequias), envasamiento
automático de alimentos y productos industriales
(leche, agua, plásticos, etc.). Streech film, base
para pañales descartables. Bolsas para suero,
contenedores herméticos domésticos. Tubos y
pomos (cosméticos, medicamentos y alimentos),
tuberías para riego.
PP
Polipropileno
El PP es un termoplástico que se obtiene
por polimerización del propileno. Los
copolímeros se forman agregando etileno durante el
proceso. El PP es un plástico rígido de
alta cristalinidad y elevado punto de fusión, excelente resistencia
química y de más baja densidad. Al
adicionarle distintas cargas (talco, caucho, fibra de
vidrio, etc.), se potencian sus propiedades hasta
transformarlo en un polímero de ingeniería. (El PP es transformado
en la industria por los procesos de inyección,
soplado y extrusión/termoformado)
Película/Film (para alimentos, snacks,
cigarrillos, chicles, golosinas, indumentaria). Bolsas
tejidas (para papas, cereales). Envases industriales (Big
Bag). Hilos cabos, cordelería. Caños para
agua caliente. Jeringas descartables. Tapas en general,
envases. Bazar y menaje. Cajones para bebidas. Baldes
para pintura, helados. Potes para margarina. Fibras para
tapicería, cubrecamas, etc. Telas no tejidas
(pañales descartables). Alfombras. Cajas de
batería, paragolpes y autopartes.
PS
Poliestireno
PS Cristal: Es un polímero de estireno
monómero (derivado del petróleo),
cristalino y de alto brillo. PS Alto Impacto: Es un polímero de
estireno monómero con oclusiones de Polibutadieno
que le confiere alta resistencia al impacto. Ambos PS son fácilmente moldeables a
través de procesos de: Inyección,
Extrusión/Termoformado, Soplado.
Potes para lácteos (yoghurt, postres,
etc.), helados, dulces, etc. Envases varios, vasos,
bandejas de supermercados y rotiserías.
Heladeras: contrapuertas, anaqueles. Cosmética:
envases, máquinas de afeitar descartables. Bazar:
platos, cubiertos, bandejas, etc. Juguetes, cassetes,
blisters, etc. Aislantes: planchas de PS
espumado.
La clasificación previa y la recolección
diferenciada es el primer paso en el camino hacia la
recuperación de plásticos. A los efectos de reducir
significativamente los costos, la clasificación debe
realizarse en origen, es decir en los lugares en los que se
genera el desecho, como ser los hogares, centros educativos,
centros de salud,
oficinas, etcétera. Existen distintos criterios para
clasificar los plásticos. Si consideramos su capacidad
para volver a ser fundidos mediante el uso de calor, entonces los
plásticos pueden clasificarse en termofijos y
termoplásticos. Los termoplásticos son los de uso
más común en la vida diaria. Son muchas las
experiencias de recuperación de plásticos que hace
años se desarrollan tanto en Uruguay como en otros
países del mundo. Mencionemos por ejemplo algunos: bolsas,
caños y mangueras, baldes, cerdas para cepillos y escobas,
hilo para la industria textil, láminas, útiles
escolares, muebles, piezas de máquinas y vehículos,
relleno asfáltico y bancos.
También los plásticos pueden ser utilizados como
fuente de energía, aunque la quema de los mismos no es
aconsejable ya que algunos de ellos —por ejemplo el
PVC— despide cloro, pudiendo generar la formación de
corrosivos como el ácido clorhídrico, así
como sustancias tóxicas y cancerígenas como las dioxinas y furanos.
Actualmente en Uruguay las empresas embotelladoras vienen
sustituyendo los envases de plástico retornables por los
no retornables o descartables, generando de esta forma un
impacto
ambiental negativo permanente en las ciudades. La adopción
del envase descartable le permite a las empresas transferir
costos a la comunidad y el
ambiente. Al
dejar de ser retornables las botellas no vuelven al circuito de
venta y a
la empresa
embotelladora para su lavado y rellenado. De esta manera las
embotelladoras evitan la recepción de envases
vacíos, el almacenamiento y
lavado de los mismos. Existen también distintas
posibilidades de reutilización de plásticos. Una de
las más interesantes es la recuperación de vasos
descartables para ser usados como macetines. El cultivo de
distintas hortalizas en estos vasos permite un desarrollo
mayor de los plantines, tanto en tamaño como en rapidez de
crecimiento, logrando reducir hasta en 15 días la etapa de
almácigo. Incluso los plantines, al contar con tierra
suficiente, pueden mantenerse en el vaso más tiempo en
caso de que no estén dadas las condiciones para su
trasplante a la tierra
donde crecerá hasta su cosecha.
A principios de la
década del 70, Hideki Shirikawa, del Instituto de Tecnología de Tokio,
confundió las cantidades requeridas en la fórmula
para obtener poliacetileno y añadió mil veces
más catalizador del que correspondía. El producto
que obtuvo fue una película lustrosa de color plateado
similar al papel de aluminio, pero
que se estiraba como el filme que sirve para proteger los
alimentos.
Cuando Alan G. Mc. Diarmid observó las
propiedades de este polímero pensó que podía
utilizarse como "metal sintético", es decir como una
sustancia capaz de conducir la electricidad.
Shirikawa, Mc. Diarmid y Alan J. Heeger se unieron formando un
grupo de investigación que trabajó en los
laboratorios de la Universidad de
Pennsylvania a partir de 1977.
Uno de los descubrimientos que hizo el grupo fue que la
conductividad del producto aumentaba varios millones de veces con
el agregado de yodo.
Hasta aquí se conocían las propiedades
aislantes de estos polímeros sintéticos, ya que sus
moléculas no disponen de electrones libres para
transportar la corriente.
Para lograr que se conviertan en conductores se recurre
a una técnica denominada contaminación o dopado, muy conocida en la
industria de los semiconductores.
Esta técnica consiste en el agregado de átomos que
tienen propiedades electrónicas. Estos átomos
pueden actuar cediendo electrones libres a los enlaces
poliméricos o sustrayendo electrones, lo que equivale a
generar cargas positivas o huecos. En ambos casos la cadena del
polímero se torna eléctricamente inestable y, al
aplicar una diferencia de potencial, los electrones se desplazan
por el polímero.
Además del poliacetileno, se han descubierto
otros polímeros capaces de conducir la corriente
eléctrica cuando son dopados: polipirrol, politiofeno y
polianilina.
Aunque no se conozcan aún con precisión
los mecanismos físicos que convierten los polímeros
en conductores, la pureza y la
organización de las cadenas poliméricas parecen
tener mucha importancia. Así, cuando se modifica la
organización estructural del
polímero, se puede mejorar la conductividad.
La polianilina es uno de los polímeros preferidos
para muchas aplicaciones, ya que se conocen muy bien sus
propiedades: es de fácil fabricación, muy estable
en el aire y es el polímero conductor más
económico que existe. Sin embargo, presenta algunas
desventajas: su capacidad para conducir la corriente es cien mil
veces menor que la del cobre y cuesta
el doble que este metal.
Se ha demostrado que estos polímeros pueden tener
interesantes aplicaciones. A continuación, se detallan las
más prometedoras:
La malla trenzada de los cables coaxiles -que se
utilizan, por ejemplo, en la
televisión por cable- proporciona flexibilidad a los
mismos permitiendo su mejor maniobrabilidad. La materia
prima de estas mallas es el cobre, pero su trenzado es lento y
trabajoso. Por eso, se está intentando construir una
malla en base a un polímero conductor que se pueda
extruir, al mismo tiempo que se forra el cable con aislante, lo
que haría bajar los costos de
producción.
Los LEDS o diodos
luminiscentes se emplean como indicadores
de determinadas funciones en
una gran cantidad de equipos electrónicos (aparatos
telefónicos, equipos de audio, computadoras, monitores,
impresoras,
hornos de microondas, relojes despertadores, etc.). En la
actualidad se construyen con materiales semiconductores
inorgánicos, por lo común arseniuro
de_galio.
Se interconectan dos estratos dopados para que actúen
como electrodo positivo y negativo. Cuando la electricidad pasa
a través de ellos, uno de los electrodos cede electrones
y el otro, huecos con carga positiva. Las cargas positivas y
negativas coinciden en la zona de unión, donde se
combinan emitiendo luz. El color de la luz depende de las
propiedades del semiconductor y del dopante; por lo general,
los colores más fáciles de obtener son el rojo y
el verde.
Los LEDS de base orgánica prometen abaratar los costos
de su fabricación debido a la materia prima más
económica y a la disminución del número de
conexiones entre diodos, ya que las películas
orgánicas pueden colocarse en grandes extensiones, a
diferencia de los de arseniuro de galio, que dependen del
tamaño de las obleas del cristal.
La polianilina, que es soluble en agua, podría
reemplazar las aleaciones
de plomo que se utilizan actualmente para soldar y que son
tóxicas. Sólo falta multiplicar su conductividad
por diez mil.
La propiedad de disipar las cargas
electrostáticas que poseen los polímeros los hace
útiles para el apantallamiento electromagnético.
Esto es, sirven como protección para evitar
interferencias entre las señales eléctricas que
producen distintos aparatos como, por ejemplo, el instrumental
de un avión y los equipos portátiles
electrónicos que poseen los pasajeros (por eso, durante
el despegue y el aterrizaje, se les pide a los pasajeros que
apaguen sus equipos electrónicos).
Los transistores de
película delgada, que son componentes flexibles y
transparentes, podrían servir como excitadores de las
actuales pantallas de las computadoras portátiles, que
en un futuro podrán ser hechas en su totalidad con
plásticos conductores.
Las ventanas "listas" o "inteligentes" que
serán ventanas que puedan cambiar de manera
automática la transparencia y el color. En la actualidad
ya existen algunos modelos de
automóviles de lujo que las usan.
Las pilas y baterías recargables. Ya se
realizaron varios intentos para fabricar pilas de botón
que no han tenido mucho éxito, pero se espera la
fabricación de nuevos modelos con mejor eficiencia.
Los materiales antiestáticos que se emplean
como pavimentos y embalajes de microcircuitos podrán
fabricarse con plásticos conductores debido a que este
material disipa la carga electrostática.
Los sensores
biológicos. Ya se fabrican etiquetas de polímeros
que se colocan en lugares estratégicos de determinada
mercadería y que se modifican con el tiempo de
exposición y la temperatura. Son capaces de detectar
determinados aromas, la presencia de pesticidas, de enzimas o de
drogas.
Las pantallas flexibles serán uno de los
logros más importantes. ¡Leer en una pantalla de
computación como si fuera un diario!
Estas pantallas podrían reemplazar a las pantallas de
cristales líquidos debido a que los plásticos
conductores tienen propiedades de flexibilidad, conductividad y
capacidad fotoemisora inigualables.
Quizá la aplicación más
ambiciosa sea la creación de músculos
artificiales que puedan emplearse como prótesis. Al
respecto, ya se han construido pinzas simples utilizando tiras
de polímeros de diferentes conductividades; para hacer
un músculo completo el requerimiento es que las tiras
plásticas actúen de manera
coordinada.
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