Monografias | Los plásticosLos plásticosResumen: Etimología, Origen e Historia Evolutiva del Plástico. Origen. Evolución. Características Generales de los Plásticos. Tipos De Polímeros. Concepto de Tacticidad. Homopolímeros y Copolímeros. Copolímeros y Terpolímeros. Copolímeros estireno-butadieno. Lubricantes. Polímeros de Bloque e Injertos. Procesos de polimerización. Polimerización en Suspensión, Emulsión y Masa. Forma y acabado. ¿Los Alimentos Envasados En Plásticos Cambian Su Gusto?. Reciclaje y Reuso del Plástico. Plásticos conductores. Índice 1. Nota del Autor En el siguiente trabajo he tratado de exponer la mayorcantidad de información referente a los plásticos, pero con una profundidadmoderada lo más cercana posible al nivel de instrucción al que el trabajocorresponde. Hubo varias especificidades que fueron omitidas debido a sunaturaleza avanzada, ajena a la isotopía estilística del trabajo, cuyafinalidad es más bien explicativa, e intenta afrontar el tema abordándolo dela manera más sencilla y abarcativa posible. Así, gran número deespecificaciones técnicas y detalles de procesos industriales han sido pasadospor alto, con el afán de conseguir un desarrollo más sencillo desde el puntode vista interpretativo, y un enfoque conceptual y práctico del tema. Con respecto a la organización de este estudio, consideréapropiado incluir un índice para hacer más fácil el acceso a un tópicodeterminado. 2. Etimología,Origen e Historia Evolutiva del Plástico El término Plástico, en su significación mas general, seaplica a las sustancias de distintas estructuras y naturalezas que carecen de unpunto fijo de ebullición y poseen durante un intervalo de temperaturaspropiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas adiferentes formas y aplicaciones. Sin embargo, en sentido restringido, denotaciertos tipos de materiales sintéticos obtenidos mediante fenómenos depolimerización o multiplicación artificial de los átomos de carbono en laslargas cadenas moleculares de compuestos orgánicos derivados del petróleo yotras sustancias naturales.
Materiales poliméricos orgánicos (los compuestos por moléculasorgánicas gigantes) que son plásticos, es decir, que pueden deformarse hastaconseguir una forma deseada por medio de extrusión, moldeo o hilado. Las moléculaspueden ser de origen natural, por ejemplo la celulosa, la cera y el caucho(hule) natural, o sintéticas, como el polietileno y el nylon. Los materialesempleados en su fabricación son resinas en forma de bolitas o polvo o endisolución. Con estos materiales se fabrican los plásticos terminados. Etimología El vocablo plástico deriva del griego plastikos, que setraduce como moldeable. Los polímeros, las moléculas básicas de los plásticos,se hallan presentes en estado natural en algunas sustancias vegetales y animalescomo el caucho, la madera y el cuero, si bien en el ámbito de la modernatecnología de los materiales tales compuestos no suelen encuadrarse en el grupode los plásticos, que se reduce preferentemente a preparados sintéticos. El primer plástico se origina como resultado de un concursorealizado en 1860, cuando el fabricante estadounidense de bolas de billar Phelanand Collander ofreció una recompensa de 10.000 dólares a quien consiguiera unsustituto aceptable del marfil natural, destinado a la fabricación de bolas debillar. Una de las personas que compitieron fue el inventor norteamericanoWesley Hyatt, quien desarrolló un método de procesamiento a presión de lapiroxilina, un nitrato de celulosa de baja nitración tratado previamente conalcanfor y una cantidad mínima de disolvente de alcohol. Si bien Hyatt no ganóel premio, su producto, patentado con el nombre de celuloide, se utilizó parafabricar diferentes objetos detallados a continuación. El celuloide tuvo unnotable éxito comercial a pesar de ser inflamable y de su deterioro alexponerlo a la luz. El celuloide se fabricaba disolviendo celulosa, un hidrato decarbono obtenido de las plantas, en una solución de alcanfor y etanol. Con élse empezaron a fabricar distintos objetos como mangos de cuchillo, armazones delentes y película cinematográfica. Sin éste, no hubiera podido iniciarse laindustria cinematográfica a fines del siglo XIX. Puede ser ablandadorepetidamente y moldeado de nuevo mediante calor, por lo que recibe elcalificativo de termoplástico. En 1909 el químico norteamericano de origen belga LeoHendrik Baekeland (1863-1944) sintetizó un polímero de interés comercial, apartir de moléculas de fenol y formaldehído. Este producto podía moldearse amedida que se formaba y resultaba duro al solidificar. No conducía laelectricidad, era resistente al agua y los disolventes, pero fácilmentemecanizable. Se lo bautizó con el nombre de baquelita (o bakelita), el primerplástico totalmente sintético de la historia. Baekeland nunca supo que, en realidad, lo que habíasintetizado era lo que hoy conocemos con el nombre de copolímero. A diferenciade los homopolímeros, que están formados por unidades monoméricas idénticas(por ejemplo, el polietileno), los copolímeros están constituidos, al menos,por dos monómeros diferentes. Otra cosa que Baekeland desconocía es que el alto grado deentrecruzamiento de la estructura molecular de la baquelita le confiere lapropiedad de ser un plástico termoestable, es decir que puede moldearse apenasconcluida su preparación. En otras palabras, una vez que se enfría labaquelita no puede volver a ablandarse. Esto la diferencia de los polímerostermoplásticos, que pueden fundirse y moldearse varias veces, debido a que lascadenas pueden ser lineales o ramificadas pero no presentan entrecruzamiento.
Entre los productos desarrollados durante este periodo estánlos polímeros naturales alterados, como el rayón, fabricado a partir deproductos de celulosa. Los resultados alcanzados por los primeros plásticosincentivaron a los químicos y a la industria a buscar otras moléculassencillas que pudieran enlazarse para crear polímeros. En la década del 30, químicosingleses descubrieron que el gas etileno polimerizaba bajo la acción del calory la presión, formando un termoplástico al que llamaron polietileno (PE).Hacia los años 50 aparece el polipropileno (PP). Al reemplazar en el etileno un átomo de hidrógeno por unode cloruro se produjo el cloruro de polivinilo (PVC), un plástico duro yresistente al fuego, especialmente adecuado para cañerías de todo tipo. Alagregarles diversos aditivos se logra un material más blando, sustitutivo delcaucho, comúnmente usado para ropa impermeable, manteles, cortinas y juguetes.Un plástico parecido al PVC es el politetrafluoretileno (PTFE), conocidopopularmente como teflón y usado para rodillos y sartenes antiadherentes. Otro de los plásticos desarrollados en los años 30 enAlemania fue el poliestireno (PS), un material muy transparente comúnmenteutilizado para vasos, potes y hueveras. El poliestireno expandido (EPS), unaespuma blanca y rígida, es usado básicamente para embalaje y aislante térmico. También en los años 30 se crea la primera fibra artificial,el nylon. Su descubridor fue el químico Walace Carothers, que trabajaba para laempresa Dupont. Descubrió que dos sustancias químicas como elhexametilendiamina y ácido adípico, formaban polímeros que bombeados a travésde agujeros y estirados formaban hilos que podían tejerse. Su primer uso fue lafabricación de paracaídas para las fuerzas armadas estadounidenses durante laSegunda Guerra Mundial, extendiéndose rápidamente a la industria textil en lafabricación de medias y otros tejidos combinados con algodón o lana. Al nylonle siguieron otras fibras sintéticas como por ejemplo el orlón y el acrilán. En la presente década, principalmente en lo que tiene quever con el envasado en botellas y frascos, se ha desarrollado vertiginosamenteel uso del tereftalato de polietileno (PET), material que viene desplazando alvidrio y al PVC en el mercado de envases. Durante la Segunda Guerra Mundial, tanto los aliadoscomo las fuerzas del Eje sufrieron reducciones en sus suministros de materiasprimas. La industria de los plásticos demostró ser una fuente inagotable desustitutos aceptables. Alemania, por ejemplo, que perdió sus fuentes naturalesde látex, inició un gran programa que llevó al desarrollo de un caucho sintéticoutilizable. La entrada de Japón en el conflicto mundial cortó los suministrosde caucho natural, seda y muchos metales asiáticos a Estados Unidos. Larespuesta estadounidense fue la intensificación del desarrollo y la producciónde plásticos. El nylon se convirtió en una de las fuentes principales defibras textiles, los poliésteres se utilizaron en la fabricación de blindajesy otros materiales bélicos, y se produjeron en grandes cantidades varios tiposde caucho sintético. Durante los años de la posguerra se mantuvo el elevado ritmode los descubrimientos y desarrollos de la industria de los plásticos. Tuvieronespecial interés los avances en plásticos técnicos, como los policarbonatos,los acetatos y las poliamidas. Se utilizaron otros materiales sintéticos enlugar de los metales en componentes para maquinaria, cascos de seguridad,aparatos sometidos a altas temperaturas y muchos otros productos empleados enlugares con condiciones ambientales extremas. En 1953, el químico alemán KarlZiegler desarrolló el polietileno, y en 1954 el italiano Giulio Natta desarrollóel polipropileno, que son los dos plásticos más utilizados en la actualidad.En 1963, estos dos científicos compartieron el Premio Nobel de Química por sus estudios acerca de los polímeros. 5. Características Generales de los Plásticos Los plásticos se caracterizan por una relaciónresistencia/densidad alta, unas propiedades excelentes para el aislamiento térmicoy eléctrico y una buena resistencia a los ácidos, álcalis y disolventes. Lasenormes moléculas de las que están compuestos pueden ser lineales, ramificadaso entrecruzadas, dependiendo del tipo de plástico. Las moléculas lineales yramificadas son termoplásticas (se ablandan con el calor), mientras que lasentrecruzadas son termoendurecibles (se endurecen con el calor). La materia esta formada por moléculas que pueden ser de tamañonormal o moléculas gigantes llamadas polímeros. Los polímeros se producen por la unión de cientos de milesde moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de lasformas más diferentes. Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones,otras, globos, etc. Algunas se asemejan a las escaleras de mano y otras son comoredes tridimensionales. La mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vidadiaria son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas. Lo que distingue a los polímeros de los materialesconstituidos por moléculas de tamaño normal son sus propiedades mecánicas. Engeneral, los polímeros tienen una muy buena resistencia mecánica debido a quelas grandes cadenas poliméricas se atraen. Las fuerzas de atracciónintermoleculares dependen de la composición química del polímero y pueden serde varias clases. Las más comunes, denominadas Fuerzas de Van der Waals, sedetallan a continuación: También llamadas fuerzas de dispersión, están en las moléculasde muy baja polaridad, generalmente en los hidrocarburos. Estas fuerzasprovienen de dipolos transitorios: como resultado de los movimientos deelectrones, en cierto instante una porción de la molécula se vuelveligeramente negativa, mientras que en otra región aparece una carga positivaequivalente. Así se forman dipolos no-permanentes. Estos dipolos producenatracciones electrostáticas muy débiles en las moléculas de tamaño normal,pero en los polímeros, formados por miles de estas pequeñas moléculas, lasfuerzas de atracción se multiplican y llegan a ser enormes. Fuerzas de Atracción dipolo-dipolo. Debidas a dipolos permanentes, como en el caso de los poliésteres.Estas atracciones son mucho más potentes y a ellas se debe la gran resistenciatensil de las fibras de los poliésteres. Como en las poliamidas (nylon), estas interacciones son tanfuertes, que una fibra obtenida con estas poliamidas tiene resistencia tensilmayor que la de una fibra de acero de igual masa. Hay atracciones de tipo iónico que son las más intensas. Se llaman ionómeros y se usan, por ejemplo, para hacer películastransparentes de alta resistencia.
Energía Requerida Para Romper CadaEnlace La fuerza total de atracción entre las moléculas del polímero,dependería del número de las interacciones. Como máximo, sería igual a laenergía de enlace según la tabla, multiplicada por el número de átomos decarbono en el caso del polietileno o por el número de carbonílicos C = O enlos poliésteres, etc. Rara vez se alcanza este valor máximo, porque lascadenas de los polímeros no pueden, por lo general, acomodarse con la perfecciónque sería requerida. Un polímero (del griego poly, muchos; meros, parte,segmento) es una sustancia cuyas moléculas son, por lo menos aproximadamente, múltiplosde unidades de peso molecular bajo. La unidad de bajo peso molecular es el monómero.Si el polímero es rigurosamente uniforme en peso molecular y estructuramolecular, su grado de polimerización es indicado por un numeral griego, segúnel número de unidades de monómero que contiene; así, hablamos de dímeros, trímeros,tetrámero, pentámero y sucesivos. El término polímero designa una combinaciónde un número no especificado de unidades. De este modo, el trióximetileno, esel trímero del formaldehído, por ejemplo. Si el número de unidades es muy grande, se usa también laexpresión gran polímero. Un polímero no tiene la necesidad de constar de moléculasindividuales todas del mismo peso molecular, y no es necesario que tengan todasla misma composición química y la misma estructura molecular. Hay polímerosnaturales como ciertas proteínas globulares y policarbohidratos, cuyas moléculasindividuales tienen todas el mismo peso molecular y la misma estructuramolecular; pero la gran mayoría de los polímeros sintéticos y naturalesimportantes son mezclas de componentes poliméricos homólogos. La pequeñavariabilidad en la composición química y en la estructura molecular es elresultado de la presencia de grupos finales, ramas ocasionales, variaciones enla orientación de unidades monómeras y la irregularidad en el orden en el quese suceden los diferentes tipos de esas unidades en los copolímeros. Estasvariedades en general no suelen afectar a las propiedades del producto final,sin embargo, se ha descubierto que en ciertos casos hubo variaciones en copolímerosy ciertos polímeros cristalinos. Los polímeros isómeros son polímeros que tienenesencialmente la misma composición de porcentaje, pero difieren en la colocaciónde los átomos o grupos de átomos en las moléculas. Los polímeros isómerosdel tipo vinilo pueden diferenciarse en las orientaciones relativas (cabeza acola, cabeza a cabeza, cola a cola, o mezclas al azar de las dos) de lossegmentos consecutivos (unidades monómeras): Cabeza a cola CH2 CHXCH2 CHX CH2 CHXCH2 CHX Cabeza a cabeza CH2 CH2CHX CHX CH2 CH2CHX CHX CH2 y cola a cola o en la orientación de sustituyentes o cadenaslaterales con respecto al plano de la cadena axial hipotéticamente extendida. La isomería cis-trans puede ocurrir, y probablemente ocurre,para cualquier polímero que tenga ligaduras dobles distintas a las que existenen los grupos vinilo pendientes (los unidos a la cadena principal). El término tacticidad se refiere al ordenamiento espacial delas unidades estructurales. El mejor ejemplo es el polipropileno, que antes de 1955 notenía ninguna utilidad. En ese año, Giulio Natta en Milán, utilizó parahacer polipropileno, los catalizadores que Karl Ziegler había desarrollado parael polietileno. Esos catalizadores, hechos a base de cloruro de titanio ytri-alquil-aluminio, acomodan a los monómeros de tal manera que todos losgrupos metilos quedan colocados del mismo lado en la cadena. En esta forma, Natta creó el polipropileno isotáctico, quetiene excelentes propiedades mecánicas. Hasta ese momento, con losprocedimientos convencionales, sólo se había podido hacer polímeros atácticos,sin regularidad estructural. El polipropileno atáctico es un material ceroso, con pésimaspropiedades mecánicas. Otros catalizadores permiten colocar los gruposalternadamente, 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. Loshomopolímeros, además, contienen cantidades menores de irregularidades en losextremos de la cadena o en ramificaciones. Por otro lado los copolímeros contienen varias unidadesestructurales, como es el caso de algunos muy importantes en los que participael estireno. Estas combinaciones de monómeros se realizan para modificarlas propiedades de los polímeros y lograr nuevas aplicaciones. Lo que se buscaes que cada monómero imparta una de sus propiedades al material final; así,por ejemplo, en el ABS, el acrilonitrilo aporta su resistencia química, elbutadieno su flexibilidad y el estireno imparte al material la rigidez querequiera la aplicación particular. Evidentemente al variar las proporciones de los monómeros,las propiedades de los copolímeros van variando también, de manera que elproceso de copolimerización permite hasta cierto punto fabricar polímeros a lamedida. No solo cambian las propiedades al variar las proporciones delos monómeros, sino también al variar su posición dentro de las cadenas. Las mezclas físicas de polímeros, que no llevan unionespermanentes entre ellos, también constituyen a la enorme versatilidad de losmateriales poliméricos. Son el equivalente a las aleaciones metálicas. En ocasiones se mezclan para mejorar alguna propiedad, aunquegeneralmente a expensas de otra. Por ejemplo, el óxido de polifenilo tieneexcelente resistencia térmica pero es muy difícil procesarlo. El poliestirenotiene justamente las propiedades contrarias, de manera que al mezclarlos se ganaen facilidad de procedimiento, aunque resulte un material que no resistirátemperaturas muy altas. Sin embargo en este caso hay un efecto sinergístico, enel sentido en que la resistencia mecánica es mejor en algunos aspectos que a lade cualquiera de los dos polímeros. Esto no es frecuente, porque puede ocurrirúnicamente cuando existe perfecta compatibilidad ente los dos polímeros y porregla general no la hay, así que en la mayoría de los casos debe agregarse untercer ingrediente para compatibilizar la mezcla. Lo que se emplea casi siemprees un copolímero injertado, o uno de bloque que contenga unidades estructuralesde los dos polímeros. Otras veces, se mezcla simplemente para reducir el costode material. En otros casos, pequeñas cantidades de un polímero de altacalidad puede mejorar la del otro, al grado de permitir una nueva aplicación. A continuación se citarán los copolímeros y terpolímerosde mayor aplicación en la industria: Copolímero de estireno-acrilonitrilo en los que el contenidode estireno varía entre un 65 y 80%. Estos materiales tienen buena resistenciaa los aceites lubricantes, a las grasas y a las gasolinas. Asimismo, tiene mejores propiedades de impacto, tensión yflexión, que los homopolímeros del estireno. Los copolímeros sontransparentes, pero con un ligero color amarillo que se vuelve más oscuro amedida que aumenta el contenido en acrilonitrilo. Al mismo tiempo mejora laresistencia química, la resistencia al agrietamiento ambiental y la resistenciatérmica al aumentar el porcentaje en acrilonitrilo. El SAN se usa cuando se requieren partes rígidas, con buenaestabilidad dimensional y buena resistencia térmica, por ejemplo, en partes delas máquinas lavaplatos y en piezas para radios o televisores. Se lo emplea en grandes cantidades en la industriaalimenticia. los copolímeros con 30% estireno y 70% acrilonitrilo, sonexcelentes barreras contra el oxígeno, el CO2 y la humedad. Terpolímero acrilonitrilo-butadieno-estireno. Son materialesheterogéneos formados por una fase homogénea rígida y una elastomérica. Originalmente se mezclaban emulsiones de los dos polímerosde SAN y polibutadieno. La mezcla era coagulada para obtener ABS. Hoy en día se prefiere polimerizar estireno y acrilonitriloen presencia de polibutadieno. De esa manera, una parte del estireno y delacrilonitrilo se copolimerizan formando SAN y otra porción se injerta sobre lasmoléculas de polibutadieno. El ABS se originó por la necesidad de mejorar algunaspropiedades del poliestireno de alto impacto. Este material tiene tresdesventajas importantes:
La incorporación del acrilonitrilo en la fase continua,imparte mayor temperatura de ablandamiento y mejora considerablemente laresistencia química. Sin embargo, la resistencia ambiental se vuelve todavíamenor, pero este problema se resuelve empleando aditivos. Las propiedades delABS son suficientemente buenas para varias aplicaciones:
10. Copolímerosestireno-butadieno Éstos son los hules sintéticos que han sustituido prácticamenteen 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:
Los copolímeros de estireno-butadieno con mayor contenido debutadieno, hasta de 60%, se usan para hacer pinturas y recubrimientos ahulados.Para mejorar la adhesividad, en ocasiones se incorpora el ácido acrílico o losésteres acrílicos, que elevan la polaridad de los copolímeros. Otros Copolímeros del Estireno. MBS: Se obtienen injertando metacrilato de metilo o mezclasde metacrilato y estireno, en las cadenas de un hule de estireno-butadieno. Acrílicos: Copolímeros demetacrilato-butilacrilato-estireno o de metacrilato-hexilacrilato-estireno. Otros copolímeros importantes del estireno, se realizanpolimerizando en suspensión, estireno en presencia de divinil-benceno, paraobtener materiales entrecruzados, que por sulfonación y otras reacciones químicasse convierten en las conocidas resinas de intercambio iónico. Para hacer este material, se dispersa un elastómero en unamatriz que puede ser de poliestireno o de algunos de sus copolímeros. Las variables importantes de la fase continua son:
Las variables importantes de la fase elastomérica son:
Existen dos procedimientos para obtener poliestireno de altoimpacto:
Los polietilenos clorados se obtienen clorando polietileno dealta densidad con 30% a 40% de cloro. Tienen baja cristalinidad y bajatemperatura de transición vítrea. Un nivel de cloro del 36% resultóexperimentalmente para un buen balance alimpacto-dispersabilidad-procesabilidad. Copolímero del etileno y acetato de vinilo con 30% a 50% delacetato, posee propiedades elastoméricas. Los lubricantes mejoran la procesabilidad de los polímeros,realizando varias importantes funciones.
A los lubricantes se los clasifica en:
Los lubricantes internos y las amidas de los ácidos tambiénse emplean con este fin. 12. Polímeros deBloque e Injertos Se han desarrollado nuevos métodos interesantes para la síntesisde copolímeros de bloque e injertos. Estos métodos han encontrado aplicaciónpractica en la preparación de poliestireno de alta resistencia al impacto, delos cauchos de elevada resistencia a la abrasión y de fibras acrílicas. Un principio de la copolimerización por injertos consiste enpolimerizar un monómero, el monómero-B, en presencia de un polímero, elpoli-A, de manera tal que los centros iniciadores de las reacciones de lasegunda polimerización estén situados todos en el polímero original. Unaforma particularmente efectiva de conseguir este resultado es someter el poli-Aa la degradación mecánica en presencia del mono-B. Si las cadenas del polímerose rompen por la acción mecánica, se forman dos radicales libres en el puntode ruptura de la cadena. Estos dos radicales pueden utilizarse si se evita quese recombinen o desproporcionen uno con el otro o que sean consumidos por algunaotra 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 sacudimientoen solución, conducen a la unión química del segundo monómero y el primerpolímero. Para que la degradación mecánica sea efectiva, conviene que elpoli-A tenga un peso molecular relativamente alto. Se han hecho grandesprogresos en la injertación del estireno, ésteres acrílicos y acrilonitriloal caucho y a muchos elastómeros sintéticos; los monómeros vinílicos tambiénse ha injertado a la celulosa y derivados de esta, poliésteres, poliamidas,poliéteres y proteínas. Los productos resultantes combinan en forma muyinteresante las propiedades de los dos compuestos. Los trabajos sobre la radiación de injertos han progresadoconsiderablemente, sobre todo mediante el empleo de mejores fuentes de radiaciónpenetrante (aparato de Van der Graff, acelerador lineal, Co60 y Cs137)y por el descubrimiento de que la luz ultravioleta es capaz también de producirenlaces transversales e injertos en presencia de sensibilizadores. En muchoscasos se ha reducido substancialmente la degradación indeseable del poli-Aproducida por la acción de la radiación y penetrante, mediante la aplicaciónde 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 átomosde hidrógeno disponibles y no inicia la
polimerización del mono-B. Por este métodose ha efectuado un injerto de monómeros
vinílicos sobre el poliestirenoparcialmente aminado. Una nueva forma de preparar
los copolímeros de bloque sebasa en la protección de la cadena que crece por
propagación aniónica contrala terminación por solvatacion del extremo de la
cadena por el disolvente. Siel sodio se hace reaccionar a baja temperatura en
tetrahidrofurano connaftaleno, 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 desodio, pero permanecen disociadas porque están fuertemente solvatadas por eltetrahidrofurano. Las cargas negativas del bis-ión son capaces de iniciar lapolimerización del estireno, y a cada lado del centro iniciador crece unacadena hasta que es consumido todo el monómero, puesto que la solvatacion porel disolvente evita la terminación (polímeros vivientes). Después deconsumido el monoestireno puede agregarse otro monómero, y como la polimerizacióncontinua, se forman copolímeros de bloque cuya composición y peso molecularpueden regularse fácilmente por la adición de los componentes y por laterminación del crecimiento posterior de la cadena con oxígeno u otrointerruptor de la etapa. Existen diversos procesos para unir moléculas pequeñas conotras para formar moléculas grandes. Su clasificación se basa en el mecanismopor el cual se unen estructuras monómeras o en las condiciones experimentalesde reacción. La mayor parte de los polímeros orgánicos se obtiene porreacciones de condensación o de adición. En la reacción de condensación, losmonómeros 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 monoméricasse unen, en presencia de un catalizador, como resultado de la reorganización delos enlaces C=C de cada una de ellas. Por ejemplo, en la formación delpolietileno.
El caucho natural, constituido por cadenas depoli-cis-isopreno, es un ejemplo de polímero de adición formado por unidadesde cis-isopreno o metil-1,3 butadieno. Otro polímero natural del isopreno es elpoli-trans-isopreno o gutapercha, el cual se utiliza para recubrir cablessubmarinos, pelotas de golf, etcétera. La polimerización puede efectuarse por distintos métodos oMecanismos:
Polimerización por Condensación
14. Polimerización en Suspensión, Emulsión y Masa
El polímero que se obtiene es muy semejante al de suspensión,pero es más puro que éste y tiene algunas ventajas en la adsorción deaditivos porque no esta contaminado con alcohol polivinílico. Sin embargo,debido al gran tamaño de sus partículas no se dispersa en los plastificantes yno se usa para plastisoles.
Técnicas de Moldeo de los Plásticos El moldeo de los plásticos consiste en dar las formas ymedidas deseadas a un plástico por medio de un molde. El molde es una piezahueca en la que se vierte el plástico fundido para que adquiera su forma. Paraello los plásticos se introducen a presión en los moldes. En función del tipode presión, tenemos estos dos tipos: Se realiza mediante máquinas hidráulicas que ejercen lapresión suficiente para el moldeado de las piezas. Básicamente existen trestipos: compresión, inyección y extrusión. Compresión: en este proceso, el plástico en polvo escalentado y comprimido entre las dos partes de un molde mediante la acción deuna prensa hidráulica, ya que la presión requerida en este proceso es muygrande. Este proceso se usa para obtener pequeñas piezas debaquelita, como los mangos aislantes del calor de los recipientes y utensiliosde cocina. Inyección: consiste en introducir el plástico granuladodentro de un cilindro, donde se calienta. En el interior del cilindro hay untornillo sinfín que actúa de igual manera que el émbolo de una jeringuilla.Cuando el plástico se reblandece lo suficiente, el tornillo sinfín lo inyectaa alta presión en el interior de un molde de acero para darle forma. El molde yel plástico inyectado se enfrían mediante unos canales interiores por los quecircula agua. Por su economía y rapidez, el moldeo por inyección resulta muyindicado para la producción de grandes series de piezas. Por este procedimientose 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 cilindroque acaba en una boquilla, lo que produce una tira de longitud indefinida.Cambiando la forma de la boquilla se pueden obtener barras de distintosperfiles. 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 laaplicación de calor y presión hasta adaptarlas a un molde. Se emplean, básicamente,dos procedimientos: El primero consiste en efectuar el vacío absorbiendo elaire que hay entre la lámina y el molde, de manera que ésta se adapte a laforma del molde. Este tipo de moldeado se emplea para la obtención de envasesde productos alimenticios en moldes que reproducen la forma de los objetos quehan de contener. El segundo procedimiento consiste en aplicar aire a presióncontra la lámina de plástico hasta adaptarla al molde. Este procedimiento sedenomina moldeo por soplado, como el caso de la extrusión, aunque se trata dedos técnicas totalmente diferentes. Se emplea para la fabricación de cúpulas,piezas huecas, etc. Colada: La colada consiste en el vertido del material plásticoen estado líquido dentro de un molde, donde fragua y se solidifica. La coladaes útil para fabricar pocas piezas o cuando emplean moldes de materialesbaratos de poca duración, como escayola o madera. Debido a su lentitud, esteprocedimiento no resulta útil para la fabricación de grandes series de piezas. Espumado: Consiste en introducir aire u otro gas en elinterior de la masa de plástico de manera que se formen burbujas permanentes.Por este procedimiento se obtiene la espuma de poliestireno, la espuma depoliuretano (PUR), etc. Con estos materiales se fabrican colchones, aislantestermo-acústicos, esponjas, embalajes, cascos de ciclismo y patinaje, plafonesligeros y otros. Calandrado: Consiste en hacer pasar el material plástico através de unos rodillos que producen, mediante presión, láminas de plásticoflexibles 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 implicacuatro pasos básicos: obtención de las materias primas, síntesis del polímerobásico, composición del polímero como un producto utilizable industrialmentey moldeo o deformación del plástico a su forma definitiva. En un principio, la mayoría de los plásticos se fabricabancon resinas de origen vegetal, como la celulosa (del algodón), el furfural (dela cáscara de la avena), aceites (de semillas), derivados del almidón o elcarbón. La caseína de la leche era uno de los materiales no vegetalesutilizados. A pesar de que la producción del nylon se basaba originalmente enel carbón, el aire y el agua, y de que el nylon 11 se fabrique todavíacon semillas de ricino, la mayoría de los plásticos se elaboran hoy conderivados del petróleo. Las materias primas derivadas del petróleo son tanbaratas como abundantes. No obstante, dado que las existencias mundiales de petróleotienen un límite, se están investigando otras fuentes de materias primas, comola gasificación del carbón. Con frecuencia se utilizan aditivos químicos para conseguiruna propiedad determinada. Por ejemplo, los antioxidantes protegen el polímerode degradaciones químicas causadas por el oxígeno o el ozono. De una formaparecida, los estabilizadores ultravioleta lo protegen de la intemperie. Losplastificantes producen un polímero más flexible, los lubricantes reducen lafricción y los pigmentos colorean los plásticos. Algunas sustancias ignífugasy 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 devidrio o de carbono) a la matriz de la resina plástica. Los materialescompuestos tienen la resistencia y la estabilidad de los metales, pero por logeneral son más ligeros. Las espumas plásticas, un material compuesto de plásticoy 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. 15. Forma y acabado
Gránulos de plástico y extrusión Al principio del proceso de fabricación se remueven y fundenpequeños gránulos de nylon (una resina sintética). Una vez fundida, la mezclade plástico azul recibirá la forma deseada mediante un proceso llamado extrusión. Las técnicas empleadas para conseguir la forma final y elacabado de los plásticos dependen de tres factores: tiempo, temperatura yfluencia (conocido como deformación). La naturaleza de muchos de estos procesoses cíclica, si bien algunos pueden clasificarse como continuos o semicontinuos. Una de las operaciones más comunes es la extrusión. Una máquinade extrusión consiste en un aparato que bombea el plástico a través de unmolde con la forma deseada. Los productos extrusionados, como por ejemplo lostubos, tienen una sección con forma regular. La máquina de extrusión tambiénrealiza otras operaciones, como moldeo por soplado o moldeo por inyección. Otros procesos utilizados son el moldeo por compresión, enel que la presión fuerza al plástico a adoptar una forma concreta, y el moldeopor transferencia, en el que un pistón introduce el plástico fundido a presiónen un molde. El calandrado es otra técnica mediante la que se forman láminasde plástico. Algunos plásticos, y en particular los que tienen una elevadaresistencia a la temperatura, requieren procesos de fabricación especiales. Porejemplo, el politetrafluoretileno tiene una viscosidad de fundición tan altaque debe ser prensado para conseguir la forma deseada, y sinterizado, es decir,expuesto a temperaturas extremadamente altas que convierten el plástico en unamasa cohesionada sin necesidad de fundirlo. Los plásticos tienen cada vez más aplicaciones en lossectores industriales y de consumo. Una de las aplicaciones principales del plástico es elempaquetado. Se comercializa una buena cantidad de LDPE (polietileno de bajadensidad) en forma de rollos de plástico transparente para envoltorios. Elpolietileno de alta densidad (HDPE) se usa para películas plásticas másgruesas, como la que se emplea en las bolsas de basura. Se utilizan también enel empaquetado: el polipropileno, el poliestireno, el cloruro de polivinilo(PVC) y el cloruro de polivinilideno. Este último se usa en aplicaciones querequieren 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 esuna buena barrera contra el vapor de agua; tiene aplicaciones domésticas y seemplea en forma de fibra para fabricar alfombras y sogas.
Aislamiento térmico El aislante de poliestireno instalado en este edificio estálleno de pequeñas burbujas de aire que dificultan el flujo de calor. La capaexterior refleja la luz, lo que aísla aún más el interior del edificio. La construcción es otro de los sectores que más utilizantodo tipo de plásticos, incluidos los de empaquetado descritos anteriormente.El HDPE se usa en tuberías, del mismo modo que el PVC. Éste se emplea tambiénen forma de lámina como material de construcción. Muchos plásticos seutilizan para aislar cables e hilos, y el poliestireno aplicado en forma deespuma sirve para aislar paredes y techos. También se hacen con plásticomarcos para puertas, ventanas y techos, molduras y otros artículos. Otros sectores industriales, en especial la fabricación demotores, dependen también de estas sustancias. Algunos plásticos muyresistentes se utilizan para fabricar piezas de motores, como colectores de tomade aire, tubos de combustible, botes de emisión, bombas de combustible yaparatos electrónicos. Muchas carrocerías de automóviles están hechas con plásticoreforzado con fibra de vidrio. Los plásticos se emplean también para fabricar carcasaspara equipos de oficina, dispositivos electrónicos, accesorios pequeños yherramientas. Entre las aplicaciones del plástico en productos de consumo seencuentran los juguetes, las maletas y artículos deportivos. Salud y riesgos para el entorno Dado que los plásticos son relativamente inertes, losproductos terminados no representan ningún peligro para el fabricante o elusuario. Sin embargo, se ha demostrado que algunos monómeros utilizados en lafabricación de plásticos producen cáncer. De igual forma, el benceno, unamateria prima en la fabricación del nylon, es un carcinógeno. Los problemas dela industria del plástico son similares a los de la industria química engeneral. La mayoría de los plásticos sintéticos no pueden serdegradados por el entorno. Al contrario que la madera, el papel, las fibrasnaturales o incluso el metal y el vidrio, no se oxidan ni se descomponen con eltiempo. Se han desarrollado algunos plásticos degradables, pero ninguno hademostrado ser válido para las condiciones requeridas en la mayoría de losvertederos de basuras. En definitiva, la eliminación de los plásticosrepresenta un problema medioambiental. El método más práctico para solucionareste problema es el reciclaje, que se utiliza, por ejemplo, con las botellas debebidas gaseosas fabricadas con tereftalato de polietileno. En este caso, elreciclaje es un proceso bastante sencillo. Se están desarrollando soluciones máscomplejas para el tratamiento de los plásticos mezclados de la basura, queconstituyen una parte muy visible, si bien relativamente pequeña, de losresiduos sólidos. Muchas de las ventajas de los productos plásticos seconvierten en una desventaja en el momento que desechamos ya sea el envaseporque es descartable o bien cuando tiramos objetos de plástico porque se noshan roto. Si bien los plásticos podrían ser reutilizados o reciclados en sugran mayoría, lo cierto es que hoy estos desechos son un problema de difícilsolución, fundamentalmente en las grandes ciudades. Es realmente una tareacostosa y compleja para los municipios encargados de la recolección y disposiciónfinal de los residuos ya que a la cantidad de envases se le debe sumar elvolumen que representan. Por sus características los plásticos generanproblemas en la recolección, traslado y disposición final. Algunos datos nosalertan sobre esto. Por ejemplo, un camión con una capacidad para transportar12 toneladas de desechos comunes, transportará apenas 6 ó 7 toneladas de plásticoscompactado, y apenas 2 de plástico sin compactar. Dentro del total de plásticosdescartables que hoy van a la basura se destaca en los últimos años el aumentosostenido de los envases de PET, proveniente fundamentalmente de botellasdescartables 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 uncomienzo, y no retornables posteriormente. Esta decisión implica un permanentecambio en la composición de la basura montevideana y bonaerense. En Uruguayeste proceso se ha acelerado desde mediados de 1996, agravándose durante 1997cuando además, muchos envases retornables de vidrio se transformaron en vidriodescartable. 16. ¿Los AlimentosEnvasados En Plásticos Cambian Su Gusto? El Fenómeno Conocido Como"Migraciones" Según el Ingeniero Químico y Master en Ciencia y Tecnologíade Alimentos, Alejandro Ariosti, en la revista argentina ENFASIS de junio de1998, "los materiales plásticos están constituidos por un polímero oresina base (alto peso molecular e inerte respecto de los productos en contacto)y los componentes no poliméricos (bajo peso molecular y susceptibles detransferirse a dichos productos). Los componentes no poliméricos comprenden losresiduos de polimerización (monómeros, oligómeros, catalizadores, solventesde polimerización, entre otros) y los aditivos (estabilizantes, antioxidantes,lubricantes, plastificantes, agentes antibloqueo, deslizantes, pigmentos,cargas, etcétera)".Por razones sanitarias los polímeros y aditivosutilizados en envases de alimentos deben ser los taxativamente autorizados y quese detallan en las listas positivas del MERCOSUR (Resoluciones Grupo Mercado Común87/93, 95/94, 5/95, 52/97 y 53/97). Según la legislación MERCOSUR vigente(Resolución Grupo Mercado Común 56/92), los fabricantes de envases yequipamientos plásticos en contacto con alimentos están obligados a aprobarsus productos ante las autoridades competentes, siendo los límites de migracióntotal 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 fenómenoconocido como "migraciones". O sea la transferencia de componentes nopoliméricos desde el material plástico hacia el alimento que contiene. Losfactores que influyen en la migración según Ariosti son:
Otros materiales tampoco son absolutamente inertes, en todosse verifican el pasaje de sustancias del envase alproducto. 17. Reciclaje y Reuso del Plástico Si bien existen más de cien tipos de plásticos, los máscomunes son sólo seis, y se los identifica con un número dentro de un triánguloa los efectos de facilitar su clasificación para el reciclado, ya que lascaracterísticas diferentes de los plásticos exigen generalmente un reciclajepor separado.
La clasificación previa y la recolección diferenciada es elprimer paso en el camino hacia la recuperación de plásticos. A los efectos dereducir significativamente los costos, la clasificación debe realizarse enorigen, es decir en los lugares en los que se genera el desecho, como ser loshogares, centros educativos, centros de salud, oficinas, etcétera. Existendistintos criterios para clasificar los plásticos. Si consideramos su capacidadpara volver a ser fundidos mediante el uso de calor, entonces los plásticospueden clasificarse en termofijos y termoplásticos. Los termoplásticos son losde uso más común en la vida diaria. Son muchas las experiencias de recuperaciónde plásticos que hace años se desarrollan tanto en Uruguay como en otros paísesdel mundo. Mencionemos por ejemplo algunos: bolsas, caños y mangueras, baldes,cerdas para cepillos y escobas, hilo para la industria textil, láminas, útilesescolares, muebles, piezas de máquinas y vehículos, relleno asfáltico ybancos. También los plásticos pueden ser utilizados como fuente de energía,aunque la quema de los mismos no es aconsejable ya que algunos de ellos —porejemplo el PVC— despide cloro, pudiendo generar la formación de corrosivoscomo el ácido clorhídrico, así como sustancias tóxicas y cancerígenas comolas dioxinas y furanos. Actualmente en Uruguay las empresas embotelladorasvienen sustituyendo los envases de plástico retornables por los no retornableso descartables, generando de esta forma un impacto ambiental negativo permanenteen las ciudades. La adopción del envase descartable le permite a las empresastransferir costos a la comunidad y el ambiente. Al dejar de ser retornables lasbotellas no vuelven al circuito de venta y a la empresa embotelladora para sulavado y rellenado. De esta manera las embotelladoras evitan la recepción deenvases vacíos, el almacenamiento y lavado de los mismos. Existen tambiéndistintas posibilidades de reutilización de plásticos. Una de las másinteresantes es la recuperación de vasos descartables para ser usados comomacetines. El cultivo de distintas hortalizas en estos vasos permite undesarrollo mayor de los plantines, tanto en tamaño como en rapidez decrecimiento, logrando reducir hasta en 15 días la etapa de almácigo. Inclusolos plantines, al contar con tierra suficiente, pueden mantenerse en el vaso mástiempo en caso de que no estén dadas las condiciones para su trasplante a latierra donde crecerá hasta su cosecha.
A principios de la década del 70, Hideki Shirikawa, delInstituto de Tecnología de Tokio, confundió las cantidades requeridas en la fórmulapara obtener poliacetileno y añadió mil veces más catalizador del quecorrespondía. El producto que obtuvo fue una película lustrosa de colorplateado similar al papel de aluminio, pero que se estiraba como el filme quesirve para proteger los alimentos. Cuando Alan G. Mc. Diarmid observó las propiedades de estepolímero pensó que podía utilizarse como "metal sintético", esdecir como una sustancia capaz de conducir la electricidad. Shirikawa, Mc.Diarmid y Alan J. Heeger se unieron formando un grupo de investigación quetrabajó en los laboratorios de la Universidad de Pennsylvania a partir de 1977. Uno de los descubrimientos que hizo el grupo fue que laconductividad del producto aumentaba varios millones de veces con el agregado deyodo. Hasta aquí se conocían las propiedades aislantes de estospolímeros sintéticos, ya que sus moléculas no disponen de electrones librespara transportar la corriente. Para lograr que se conviertan en conductores se recurre a unatécnica denominada contaminación o dopado, muy conocida en la industria de lossemiconductores. Esta técnica consiste en el agregado de átomos que tienenpropiedades electrónicas. Estos átomos pueden actuar cediendo electroneslibres a los enlaces poliméricos o sustrayendo electrones, lo que equivale agenerar cargas positivas o huecos. En ambos casos la cadena del polímero setorna eléctricamente inestable y, al aplicar una diferencia de potencial, loselectrones se desplazan por el polímero. Además del poliacetileno, se han descubierto otros polímeroscapaces de conducir la corriente eléctrica cuando son dopados: polipirrol,politiofeno y polianilina. Aunque no se conozcan aún con precisión los mecanismos físicosque convierten los polímeros en conductores, la pureza y la organización delas cadenas poliméricas parecen tener mucha importancia. Así, cuando semodifica la organización estructural del polímero, se puede mejorar laconductividad. La polianilina es uno de los polímeros preferidos paramuchas aplicaciones, ya que se conocen muy bien sus propiedades: es de fácilfabricación, muy estable en el aire y es el polímero conductor más económicoque existe. Sin embargo, presenta algunas desventajas: su capacidad paraconducir la corriente es cien mil veces menor que la del cobre y cuesta el dobleque este metal. Se ha demostrado que estos polímeros pueden tenerinteresantes aplicaciones. A continuación, se detallan las más prometedoras:
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.
19. Bibliografíay Fuentes de Información Consultadas
Autor: Compartir Publicación enviada por Facundo Peláez Contactar Código ISPN de la Publicación EpVAlVlAZZPNwtTtGa Publicado Saturday 2 de August de 2003 Ultimas Publicaciones en ilustrados.com
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