PLÁSTICOS

1 DEFINICIÓN

Son, materiales polímeros orgánicos que son compuestos formados por moléculas orgánicas gigantes que pueden ser lineales, ramificadas o entrecruzadas, dependiendo del tipo de plástico. Las moléculas lineales y ramificadas son termoplásticas (se ablandan con el calor), y las entrecruzadas son termoestables (no se ablandan con el calor).

El color del plásticoHay una variedad multicolor 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.

Se deforman hasta conseguir una forma deseada por medio de extrusión, moldeo o hilado. Las moléculas pueden ser de origen natural: la celulosa, la cera y el caucho (hule), o sintéticas: polietileno y el nailon.

Caracterizándose por una alta relación resistencia/densidad, aislamiento térmico y eléctrico y resistencia a los ácidos, álcalis y disolventes.

El término plástico en su significado más general, se aplica a las sustancias de similares estructuras que carecen de un punto fijo de evaporación y poseen, durante un intervalo de temperaturas, propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a

diferentes formas y aplicaciones. Sin embargo, en sentido concreto, nombra ciertos tipos de materiales sintéticos obtenidos mediante fenómenos de polimerización o multiplicación seminatural de los átomos de carbono en las largas cadenas moleculares de compuestos orgánicos derivados del petróleo y otras sustancias naturales.

La palabra plástico se usó originalmente como adjetivo para denotar un escaso grado de movilidad y facilidad para adquirir cierta forma, sentido que se conserva en el término plasticidad.

Objetos cotidianos de plástico.

HISTORIA

El invento del primer plástico se origina como resultado de un concurso realizado en 1860, cuando el fabricante estadounidense de bolas de billar Phelan and Collarder ofreció una recompensa de 10 000 dólares a quien consiguiera un sustituto del marfil natural, destinado a la fabricación de bolas de billar. Una de las personas que compitieron fue el inventor norteamericano John Wesley Hyatt, quien desarrolló el celuloide disolviendo celulosa (material de origen natural) en una solución de alcanfor y etanol. Si bien Hyatt no ganó el premio, consiguió un producto muy comercial que sería vital para el posterior desarrollo de la industria cinematográfica de finales de siglo XIX.

En 1909 el químico norteamericano de origen belga Leo Hendrik Baekeland sintetizó un polímero de gran interés comercial, a partir de moléculas de fenol y formaldehído. Se bautizó con el nombre de baquelita y fue el primer plástico totalmente sintético de la historia, fue la primera de una serie de resinas sintéticas que revolucionaron la tecnología moderna iniciando la «era del plástico». A lo largo del siglo XX el uso del plástico se hizo popular y llegó a sustituir a otros materiales tanto en el ámbito doméstico, como industrial y comercial.

En 1919 se produjo un acontecimiento que marcaría la pauta en el desarrollo de los materiales plásticos. El químico alemán Hermann Staudinger aventuró que éstos se componían en realidad de moléculas gigantes o macromoléculas. Los esfuerzos realizados para probar estas afirmaciones iniciaron numerosas investigaciones científicas que produjeron enormes avances en esta parte de la química.

PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS

Botella de plástico.

Los plásticos son sustancias químicas sintéticas denominadas polímeros, de estructura macromolecular que puede ser moldeada mediante calor o presión y cuyo componente principal es el carbono. Estos polímeros son grandes agrupaciones de monómeros unidos mediante un proceso químico llamado polimerización. Los plásticos proporcionan el balance necesario de propiedades que no pueden lograrse con otros materiales, por ejemplo: color, poco peso, tacto agradable y resistencia a la degradación ambiental y biológica.

De hecho, plástico se refiere a un estado del material, pero no al material en sí: los polímeros sintéticos habitualmente llamados plásticos, son en realidad materiales sintéticos que pueden alcanzar el estado plástico, esto es cuando el material se encuentra viscoso o fluido, y no tiene propiedades de resistencia a esfuerzos mecánicos. Este estado se alcanza cuando el material en estado sólido se transforma en estado plástico generalmente por calentamiento, y es ideal para los diferentes procesos productivos ya que en este estado es cuando el material puede manipularse de las distintas formas que existen en la actualidad. Así que la palabra plástico es una forma de referirse a materiales sintéticos capaces de entrar en un estado plástico, pero plástico no es necesariamente el grupo de materiales a los que cotidianamente hace referencia esta palabra.

Las propiedades y características de la mayoría de los plásticos (aunque no siempre se cumplen en determinados plásticos especiales) son estas:

fáciles de trabajar y moldear,

tienen un bajo costo de producción,

poseen baja densidad,

suelen ser impermeables,

buenos aislantes eléctricos,

aceptables aislantes acústicos,

buenos aislantes térmicos, aunque la mayoría no resisten temperaturas muy elevadas,

resistentes a la corrosión y a muchos factores químicos;

algunos no son biodegradables ni fáciles de reciclar, y si se queman, son muy contaminantes.

Proceso productivo

La primera parte de la producción de plásticos consiste en la elaboración de polímeros en la industria química. Hoy en día la recuperación de plásticos post-consumidor es esencial también. Parte de los plásticos determinados por la industria se usan directamente en forma de grano o resina. Más frecuentemente, existen varias formas de procesado de plásticos. Una de ellas es la extrusión de perfiles o hilos, la cual permite generar un producto extenso y continuo. Otra forma de procesado es por moldeo (por inyección, compresión, rotación, inflación, etc.). También existe el termoconformado, un proceso que usa un material termoplástico previamente producido a través del procesado de extrusión. Este tipo de procesado tiene diferentes variantes: termoconformado al vacío, a presión y el termoconformado mecánico.

1.1 FABRICACIÓN

Implica cuatro pasos básicos: obtención de las materias primas, síntesis del polímero básico, obtención del polímero como un producto utilizable industrialmente y moldeo o deformación del plástico hasta su forma definitiva.

1.1.1 Materias primas

La mayoría de los plásticos se fabricaban a partir de resinas de origen vegetal, como la celulosa (del algodón), el furfural (de la cáscara de la avena), aceites de semillas y derivados del almidón o del carbón. La caseína de la leche era uno de los materiales no vegetales utilizados. A pesar de que la producción del nailon se basaba originalmente en el carbón, el aire y el agua, y de que el nailon 11 se fabrica 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.

1.1.2 Síntesis del polímero

El primer paso en la fabricación de un plástico es la polimerización. Como se comentaba anteriormente, los dos métodos básicos de polimerización son las reacciones de condensación y las de adición. Estos métodos pueden llevarse a cabo de varias maneras. En la polimerización en masa se polimeriza sólo el monómero, por lo general en una fase gaseosa o líquida, si bien se realizan también algunas polimerizaciones en estado sólido. Mediante la polimerización en disolución se forma una emulsión que se coagula seguidamente. En la polimerización por interfase los monómeros se disuelven en dos líquidos inmiscibles y la polimerización tiene lugar en la interfase entre los dos líquidos.

1.1.3 Aditivos

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 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, compuestas de plástico y gas, proporcionan una masa de gran tamaño pero muy ligera.

1.1.4 Forma y acabado

Las técnicas empleadas para conseguir la forma final y el acabado de los plásticos dependen de tres factores: tiempo, temperatura y 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 aparato 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.

1.2 APLICACIONES

Los plásticos tienen cada vez más aplicaciones en los sectores industriales y de consumo.

1.2.1 Empaquetado

Una de las aplicaciones principales del plástico es el empaquetado. Se comercializa una buena cantidad de polietileno de baja densidad en forma de rollos de plástico transparente para envoltorios. El polietileno de alta densidad 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 policloruro de vinilo (PVC) y el policloruro de vinilideno. 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.

1.2.2 Construcción

La construcción es otro de los sectores que más utilizan todo tipo de plásticos, incluidos los de empaquetado descrito anteriormente. El polietileno de alta densidad se usa en tuberías, del mismo modo que el PVC. Éste se emplea también en forma de láminas 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.

1.2.3 Otras aplicaciones

Otros sectores industriales, en especial la fabricación de motores, dependen también de estos materiales. 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.

1.3 SALUD Y RIESGOS PARA EL ENTORNO

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 nailon, 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.

2 CLASIFICACIÓN

Clasificación de los plásticos

Según el monómero base

En esta clasificación se considera el origen del monómero del cual parte la producción del polímero.

Naturales: Son los polímeros cuyos monómeros son derivados de productos de origen natural con ciertas características como, por ejemplo, la celulosa, la caseína y el caucho. Dentro de dos de estos ejemplos existen otros plásticos de los cuales provienen:

Los derivados de la celulosa son: el celuloide, el celofán y el cellón.

Los derivados del caucho son: la goma y la ebonita.

Sintéticos: Son aquellos que tienen origen en productos elaborados por el hombre, principalmente derivados del petróleo como lo son las bolsas de polietileno

Según su comportamiento frente al calor

Termoplásticos

Un termoplástico es un plástico que, a temperatura ambiente, es plástico o deformable, se convierte en un líquido cuando se calienta y se endurece en un estado vítreo cuando se enfría suficiente. La mayoría de los termoplásticos son polímeros de alto peso molecular, los que poseen cadenas asociadas por medio de débiles fuerzas Van der Waals (Polietileno); fuertes interacciones dipolo-dipolo y enlace de hidrógeno; o incluso anillos aromáticos apilados (poliestireno). Los polímeros termoplásticos difieren de los polímeros termoestables en que después de calentarse y moldearse éstos pueden recalentarse y formar otros objetos, ya que en el caso de los termoestables o termoduros, su forma después de enfriarse no cambia y este prefiere incendiarse..

Sus propiedades físicas cambian gradualmente si se funden y se moldean varias veces.

Los principales son:

Resinas celulósicas: obtenidas a partir de la celulosa, el material constituyente de la parte leñosa de las plantas. Pertenece a este grupo el rayón.

Polietilenos y derivados: Emplean como materia prima el etileno obtenido del craqueo del petróleo que, tratado posteriormente, permite obtener diferentes monómeros como acetato de vinilo, alcohol vinílico, cloruro de vinilo, etc. Pertenecen a este grupo el PVC, el poliestireno, el metacrilato, etc.

Derivados de las proteínas: Pertenecen a este grupo el nailon y el perlón, obtenidos a partir de las diamidas.

Derivados del caucho: Son ejemplo de este grupo los llamados comercialmente pliofilmes, clorhidratos de caucho obtenidos adicionando ácido clorhídrico a los polímeros de caucho.

Termoestables

Los plásticos termoestables son materiales que una vez que han sufrido el proceso de calentamiento-fusión y formación-solidificación, se convierten en materiales rígidos que no vuelven a fundirse. Generalmente para su obtención se parte de un aldehído.

Polímeros del fenol: Son plásticos duros, insolubles e infusibles pero, si durante su fabricación se emplea un exceso de fenol, se obtienen termoplásticos.

Resinas epoxi.

Resinas melamínicas.

Baquelita.

Aminoplásticos: Polímeros de urea y derivados. Pertenece a este grupo la melamina.

Poliésteres: Resinas procedentes de la esterificación de polialcoholes, que suelen emplearse en barnices. Si el ácido no está en exceso, se obtienen termoplásticos.

Según la reacción de síntesis

También pueden clasificarse según la reacción que produjo el polímero:

Polímeros de adición

Implican siempre la ruptura o apertura de una unión del monómero para permitir la formación de una cadena. En la medida que las moléculas son más largas y pesadas, la cera parafínica se vuelve más dura y más tenaz. Ejemplo:

2n H2C=CH2 → [-CH2-CH2-CH2-CH2-]n

Polímeros de condensación

Son aquellos donde los monómeros deben tener, por lo menos, dos grupos reactivos por monómero para darle continuidad a la cadena. Ejemplo:

R-COOH + R'-OH → R-CO-OR' + H2O

Polímeros formados por etapas

La cadena de polímero va creciendo gradualmente mientras haya monómeros disponibles, añadiendo un monómero cada vez. Esta categoría incluye todos los polímeros de condensación de Carothers y además algunos otros que no liberan moléculas pequeñas pero sí se forman gradualmente, como por ejemplo los poliuretanos

Según su estructura molecular

Amorfos

Son amorfos los plásticos en los que las moléculas no presentan ningún tipo de orden; están dispuestas desordenadamente sin corresponder a ningún orden. Al no tener orden entre cadenas se crean unos huecos por los que la luz pasa, por esta razón los polímeros amorfos son transparentes.

Semicristalinos

Los polímeros semicristalinos Tienen zonas con cierto tipo de orden junto con zonas amorfas. En este caso al tener un orden existen menos huecos entre cadenas por lo que no pasa la luz a no ser que posean un espesor pequeño.

Cristalizables

Según la velocidad de enfriamiento, puede disminuirse (enfriamiento rápido) o incrementarse (enfriamiento lento) el porcentaje de cristalinidad de un polímero semicristalino, sin embargo, un polímero amorfo, no presentará cristalinidad aunque su velocidad de enfriamiento sea extremadamente lenta.

Comodities

Son aquellos que tienen una fabricación, disponibilidad, y demanda mundial, tienen un rango de precios internacional y no requieren gran tecnología para su fabricación y procesamiento.

De ingeniería

Son los materiales que se utilizan de manera muy específica, creados prácticamente para cumplir una determinada función, requieren tecnología especializada para su fabricación o su procesamiento y de precio relativamente alto.

Elastómeros o cauchos

Los elastómeros se caracterizan por su gran elasticidad y capacidad de estiramiento y rebote, recuperando su forma original una vez que se retira la fuerza que los deformaba. Comprenden los cauchos naturales obtenidos a partir del látex natural y sintéticos; entre estos últimos se encuentran el neopreno y el polibutadieno.

Los elastómeros son materiales de moléculas grandes las cuales después de ser deformadas a temperatura ambiente, recobran en mayor medida su tamaño y geometría al ser liberada la fuerza que los deformó.

Codificación de plásticos

Existe una gran variedad de plásticos y para clasificarlos, se usa un sistema de codificación que se muestra en la Tabla 1. Los productos llevan una marca que consiste en el símbolo

internacional de reciclado   con el código correspondiente en medio según el material específico. El objetivo principal de este código es la identificación del tipo de polímero del que esta hecho el plástico para su correcto reciclaje.

El número presente en el código, está designado arbitrariamente para la identificación del polímero del que esta hecho el plástico y no tiene nada que ver con la dificultad de reciclaje ni dureza del plástico en cuestión.

Tabla 1. Codificación internacional para los distintos plásticos.

Tipo de plástico:

Polietileno Tereftalato

Polietileno de alta densidad

Policloruro de vinilo

Polietileno de baja densidad

Polipropileno

Poliestireno

Otros

Acrónimo

PETPEAD/ HDPE

PVCPEBD/ LDPE

PP PSOtros

Código 1 2 3 4 5 6 7

Usos más comunes

Aplicaciones en el sector industrial: piezas de motores, aparatos eléctricos y electrónicos, carrocerías, aislantes eléctricos, etc.

En construcción: tuberías, impermeabilizantes, espumas aislantes de poliestireno, etc.

Industrias de consumo y otras: envoltorios, juguetes, envoltorios de juguetes, maletas, artículos deportivos, fibras textiles, muebles, bolsas de basura, etc.

Se puede establecer la siguiente clasificación de los plásticos: por el proceso de polimerización, por la forma en que pueden procesarse y por su naturaleza química.

Principales materiales plásticos

NOMBRE FÓRMULA PROPIEDADES APLICACIONES

Polietileno (PE) - CH2 - CH2 -

Termoplástico, traslúcido en lámina, flexible, permeable a los hidrocarburos, alcoholes y gases, resistente a los rayos X y los agentes químicos.

Láminas, bolsas, tuberías, revestimientos aislantes, tapones, tapas, envases, juguetes.

Polipropileno (PP) CH3

|- CH2 - CH -

Termoplástico, baja densidad, rigidez elevada, resistente a los rayos X, muy poco permeable al agua, resistente a las temperaturas elevadas (<135 °C) y a los golpes.

Artículos domésticos, envases, carrocerías moldeadas, baterías, parachoques, muebles de jardín, jeringuillas, frascos, prótesis.

Poliestireno (PS) C6H5

|- CH2 - CH -

Termoplástico, transparente en lámina, no tóxico por ingestión, buenas propiedades ópticas y eléctricas, fácil de teñir, resistente a los rayos X, a los aceites y a las grasas.

Envases, utensilios de cocina, difusores ópticos, revestimientos de muebles, aislamiento térmico, juguetes, artículos de oficina, maquinillas de afeitar desechables.

Policloruro de vinilo (PVC)

Cl|- CH2 - CH -

Termoplástico, flexible o rígido, opaco o transparente, resistente a los rayos X, los ácidos, las bases, los aceites, las grasas y los alcoholes.

Artículos domésticos, envases, aislamiento de cables eléctricos, conducciones de agua, revestimientos de suelos, contraventanas y puertas plegables, maletas, marroquinería, piel sintética, artículos de deporte y camping, industria química y automoción.

Politetrafluoroetileno (PTFE) o teflón

- CF2 - CF2

-Químicamente inerte, antiadherente, impermeable al agua y a las grasas, excelente resistencia al calor y a la corrosión.

Prótesis, juntas, piezas mecánicas en medios corrosivos, aislamiento eléctrico, revestimiento de sartenes.

Polimetacrilato de metilo (PMMA) o plexiglás

CH3

|- CH2 - C -|OCOCH3

Termoplástico, transparente, excelentes propiedades ópticas, buena resistencia al envejecimiento y a la intemperie.

Material sustitutivo del vidrio, letreros luminosos, cristaleras, ventanillas, vitrinas, fibras ópticas, odontología, prótesis, lentes de contacto.

Poliamidas (PA) (ejemplo: nailon)

Ejemplo :

- NH - (CH2)a - CO -

siendo a un número entero natural

Termoplásticos, excelentes propiedades mecánicas, resistentes a los rayos X y a los carburantes, impermeables a los olores y a los gases.

Envases para productos alimenticios, mecanismos de contadores de agua, gas y electricidad, canalización de carburantes, botas y fijaciones de esquí, sillines de bicicleta.

Siliconas R|- O - Si -|R

Ejemplos : R = CH3 o C6H5

Fluidas, lubricantes, antiadherentes, débilmente tóxicas.

Fluidos para transformadores eléctricos, masillas, moldeados complejos, revestimientos antiadherentes, barnices, ceras, tratamiento de quemaduras, cirugía estética.

Poliésteres - R - C - O - R' - O - C - R -|| ||O O

siendo R y R' dos grupos de átomos

Termoendurecibles, transparentes, buenas propiedades mecánicas a temperaturas elevadas, propiedades eléctricas, resistentes a los golpes, fáciles de mecanizar.

Productos textiles, envases, botellas, interruptores, tomas y fusibles para circuitos de alta tensión, prótesis.

2.1 Polimerización

Por el proceso de polimerización, los plásticos se pueden clasificar en polímeros de condensación y polímeros de adición. Las reacciones de condensación producen diferentes longitudes de polímeros, mientras que las reacciones de adición producen longitudes específicas. Por otro lado, las polimerizaciones por condensación generan pequeñas cantidades de subproductos, como agua, amoníaco y etilenglicol, mientras las reacciones de adición no producen ningún subproducto. Algunos polímeros típicos de condensación son el nailon, los poliuretanos y los poliésteres. Entre los polímeros de adición se encuentran el polietileno, el polipropileno, el policloruro de vinilo y el poliestireno. Las masas moleculares medias de los polímeros de adición son generalmente mayores que las de los polímeros de condensación.

2.2 Posibilidades de procesado

El plástico se procesa de formas distintas, según sea termoplástico o termoestable. Los termoplásticos, formados por polímeros lineales o ramificados, pueden fundirse. Se ablandan cuando se calientan y se endurecen al enfriarse. Lo mismo ocurre con los plásticos termoestables que están poco entrecruzados. No obstante, la mayoría de los termoestables ganan en dureza cuando se calientan; el entrecruzado final que los vuelve rígidos se produce cuando se ha dado forma al plástico.

2.3 Naturaleza química

La naturaleza química de un plástico depende del monómero (la unidad repetitiva) que compone la cadena del polímero. Por ejemplo, las poliolefinas están compuestas de monómeros de olefinas, que son hidrocarburos de cadena abierta con al menos un doble enlace. El polietileno es una poliolefina. Su monómero es el etileno. Otros tipos de polímeros son los acrílicos (como el polimetacrilato), los poliestirenos, los halogenuros de vinilo (como el policloruro de vinilo), los poliésteres, los poliuretanos, las poliamidas (como el nailon), los poliéteres, los acetatos y las resinas fenólicas, celulósicas o de aminas.

3. MATERIALES TERMOPLÁSTICOS

Un termoplástico es un plástico que, a temperaturas relativamente altas, se vuelve deformable o flexible, se derrite cuando se calienta y se endurece en un estado de transición vítrea cuando se enfría lo suficiente. La mayor parte de los termoplásticos son polímeros de alto peso molecular, los cuales poseen cadenas asociadas por medio de fuerzas de Van der Waals débiles (polietileno); fuertes interacciones dipolo-dipolo y enlace de hidrógeno, o incluso anillos aromáticos apilados (poliestireno). Los polímeros termoplásticos difieren de los polímeros termoestables o termofijos en que después de calentarse y moldearse pueden recalentarse y formar otros objetos.

Características

Sus propiedades físicas cambian gradualmente si se funden y se moldean varias veces (historial térmico), generalmente disminuyendo estas propiedades al debilitar los enlaces. Los más usados son el polietileno (PE), el polipropileno (PP), el polibutileno (PB), el poliestireno (PS), el polimetilmetacrilato (PMMA), el policloruro de vinilo (PVC), el politereftalato de etileno (PET), elteflón (o politetrafluoroetileno, PTFE) y el nailon (un tipo de poliamida).

Se diferencian de los termoestables o termofijos (baquelita, goma vulcanizada) en que éstos últimos no funden al elevarlos a altas temperaturas, sino que se queman, siendo imposible volver a moldearlos.

Muchos de los termoplásticos conocidos pueden ser resultado de la suma de varios polímeros, como es el caso del vinilo, que es una mezcla de polietileno y polipropileno.

Cuando se enfrían, partiendo del estado líquido y dependiendo de la temperatura a la cual se expongan durante el proceso de solidificación (aumento o disminución), podrán formarse estructuras sólidas cristalinas o no cristalinas.

Este tipo de polímero está caracterizado por su estructura, está formado por cadenas de hidrocarburos cómo la mayoría de los polímeros, específicamente encontramos cadenas de tipo lineal o ramificadas. 

Ensayos

Para realizar ensayos en termoplásticos, se puede proceder de las siguientes maneras:

Ensayo de tracción

Ensayo de flexión en 3 puntos

Ensayo con Péndulo de Charpy.

4. MATERIALES TERMOFRAGUANTES

Los termofraguantes son polímeros en red, por lo cual están compuestos por distintas cadenas que se miran entre ellas, es decir, están conformados por uniones primarias.Su conformación se genera en dos etapas; primero se forman las cadenas y luego los entrecruzamientos entre ellas, teniendo así dos reacciones:

A + B ---> C + DC + (A, B, X) ---> Tf + D

Todos los termofraguantes son resinas.Son termoresistentes, ya que por la acción del calor se queman sin llegar a fundirse. Por esta razón no son reciclables.Frente a la acción del calor adquieren una forma rígida, y luego de ello las piezas conformadas cuentan con una excelente resistencia térmica.Carecen de plasticidad.Las uniones primarias son tan fuertes que hace que no disuelvan con solventes comunes

5. PLÁSTICOS DE CELULOSA

El celuloide es el nombre comercial del material plástico nitrato de celulosa, que se obtiene usando nitrocelulosa y alcanfor.

Fue descubierto en 1863 o en 1868 (aún no hay un acuerdo al respecto) por John Wesley Hyatt. Su primera patente para el nuevo material para las bolas de billar es de 10.10.1865. Una historia que se repite, aunque no está documentada, dice que accidentalmente se cortó un dedo y cuando fue a buscar un vendaje se le derramaron dos líquidos y se dio cuenta de que era una extraña mezcla pegajosa y la denominó celuloide. (Starkey, Nueva York, Estados Unidos, 28 de noviembre de 1837 - Short Hills, Nueva Jersey, Estados Unidos, 10 de mayo de 1920).

El celuloide es un material flexible, transparente y resistente a la humedad, pero también es extremadamente inflamable, lo que limita su uso. Sustancia conocida por sólida, casi transparente y muy elástica, que se emplea en la industria fotográfica y cinematográfica.

Película fotográfica y cinematográfica

En 1887, Hannibal Williston Goodwin (Taughannock, Nueva York, Estados Unidos, 21 de abril de 1822 - 31 de diciembre de 1900) utilizó el material como soporte para película fotográfica, con lo que revolucionó el campo de la fotografía y abrió el camino para el nacimiento del cine. Es por esa razón que se conoce al cine popularmente como el celuloide.

Celuloide (40 mm).

El celuloide fue usado como soporte cinematográfico hasta el año 1940. A partir de ese año comenzó a usarse triacetato de celulosa, con lo que se evitó el alto peligro de incendios en los cines y en los almacenes de películas. En la actualidad el triacetato de celulosa está siendo sustituido por el poliéster por ser este material más económico, aunque reduce la calidad de la imagen y de la proyección.

Otros usos típicos del celuloide son: juguetes, artículos sanitarios, objetos para la casa y en las artes para imitar el marfil, la concha y el coral.

6. PLÁSTICOS DE CASEÍNA PLÁSTICOS DE UREA

Los plásticos de caseína son una proteína que contiene fósforo natural que se encuentra en la leche. Al tratar de hacer una capa impermeable en 1897, Adolph Spitteler y socio W. Krische de Alemania descubrieron que la caseína se vuelve dura e insoluble cuando se trata con formaldehído. Plásticos de caseína se utilizaron para objetos pequeños como botones, cuentas, hebillas, peines, plumas, mangos de paraguas, mangos de cubiertos, y agujas de tejer, que a menudo están pigmentados para simular marfil, cuerno, o caparazón de tortuga.

La caseína (del latín caseus, "queso") es una fosfoproteína (un tipo de heteroproteína) presente en la leche y en algunos de sus derivados (productos fermentados como el yogur o el queso). En la leche, se encuentra en la fase soluble asociada al calcio (fosfato de calcio) en un complejo que se ha denominado caseinógeno. La tabla 1 recoge el contenido de esta proteína en la leche de distintas especies de mamíferos.

Tabla 1. Contenido proteico y caseínico de la leche de algunas especies animales.

componenteespecie

humana bovina ovina caprina

proteínas (% del total lácteo) 1,3-1,5 3,2-3,5 5,4-6,0 3,1-4,0

caseínas (% del total proteico) 44,9 82,5 84,8 81,3

De los datos de dicha tabla se deduce que la leche de la especie humana no solo contiene menor proporción de proteínas, sino que además, contiene menos cantidad de caseínas que las restantes especies.

Características de las caseínas

Figura 1. Patrón de electroforésis que se obtiene con las proteínas lácteas procedentes de las especies humana (calle 2) y bovina (calle 3). La calle 1 muestra las proteínas de referencia para los pesos moleculares y la flecha indica el sentido de migración de las proteínas. Se ha elaborado a partir de datos de diversas fuentes bibliográficas.

Figura 2. Estructura primaria de la κ-caseína bovina.

Las caseínas es un conjunto heterogéneo de aminoácidos por lo que es difícil fijar una definición. Sin embargo, todas las proteínas englobadas en lo que se denomina caseína tienen

una característica común: precipitan cuando se acidifica la leche a pH 4,6. Por ello, a la caseína también se le suele denominar proteína insoluble de la leche. Por otra parte, y aunque las proteínas que se denominan caseínas son específicas de cada especie, se clasifican en los siguientes grandes grupos de acuerdo con su movilidad electroforética: αs1-caseína, αs2-caseína, β-caseína y κ-caseína (véase la Figura 1). Esta última es de especial interés en la industria quesera, ya que su hidrólisis enzimática por el cuajo (la enzima quimosina) genera una nueva proteína, denominada para-κ-caseína. Cuando esta última reacciona con el calcio genera paracaseinato de calcio. Durante el proceso de maduración del queso, y a partir de la para-κ-caseína, se forman unos macropéptidos denominados γ-caseínas, responsables de las características reológicas y organolépticas de los quesos.

Química y física de las caseínas

A diferencia de muchas otras proteínas, incluso del queso, las caseínas no precipitan por acción del calor. Por el contrario, precipita por la acción de una enzima proteasa presente en el estómago de los mamíferos llamada rennina y forma un precipitado denominado paracaseína. Si la precipitación se realiza por la acción de ácidos, se le llama caseína ácida. En la elaboración de los quesos tienen lugar ambos tipos de precipitaciones.

Cuando se emplea la enzima tripsina, la caseína se hidroliza a una molécula fosfatada llamado pepto.

Las características de las caseínas de la leche de vaca se resumen en la tabla 2. La secuencia aminoacídica (ver Figura 2) de la caseína contiene un número inusual de residuos del aminoácido prolina: entre 10 en la αs2-caseína y 35 en la β-caseína. Como resultado, las caseínas son relativamente hidrofóbicas (poco soluble en agua) y carecen de estructura secundaria o terciaria bien definidas. En la leche se encuentra como suspensión de partículas que asemeja a las micelas de surfactantes (pequeñas esferas hidrofílicas en el exterior e hidrófobicas en el interior). Estas micelas de caseína se estabilizan por iones de calcio e interacciones hidrofóbicas.

Otro dato interesante, utilizado para separar las caseínas del resto de las proteínas lácteas mediante su precipitación, es que su punto isoeléctrico (pI) promedio es de 4,6. A este pH, las caseínas se encuentra en su punto de menor solubilidad debido a la reducción de las repulsiones intermoleculares, por lo que precipitan (vulgarmente se dice que coagulan). Ahora bien, el pI es diferente para cada una de las fracciones caseínicas, ya que varía entre el 4,44-4.97 para la αs1-caseína y el 5,3-5,8 en la variante genética B de la κ-caseína.

Tabla 2. Algunas de las características fisicoquímicas de las caseínas bovinas.

Característicacaseína

αs1 αs2 β κ

Concentración en leche (g/L) 12-15 3-4 9-11 2-4

Variantes genéticas B y C A A1 y A² A y B

Masa molecular 23.545 - 23.615

25.22623.983 - 24.023

19.006 - 19.037

Punto isoeléctrico (pI) 4,44 - 4,76 ... 4,83 - 5,07 5,45 - 5,77

Restos de aminoácidos (n.º) 199 207 209 169

Estructura micelar de las caseínas

Figura 3. Estructura propuesta para una micela de caseína.

Las caseínas interaccionan entre sí formando una dispersión coloidal que consiste en partículas esféricas llamadas micelas(ver Figura 3) con un diámetro que suele variar entre 60 a 450 nm poseyendo un promedio de 130 nm. A pesar de la abundante literatura científica sobre la posible estructura de una micela, no hay consenso sobre el tema.

Figura 4. Estructura propuesta para la organización de las micelas de caseína a partir de unas subunidades denominadas submicelas.

Se han propuesto diversos modelos fisicoquímicos de organización de las micelas, en los que estas se encuentran a su vez constituidas por subunidades (submicelas), con un diámetro de entre 10 y 20 nm (véase la Figura 4). En tales modelos se considera que las subunidades se enlazan entre sí gracias a los iones de calcio. Se sugiere que el fosfato de calcio se une a los grupos NH2

- de la lisina; el calcio interacciona con el grupo carboxilo ionizado (COO-). Las submicelas se constituyen a partir de la interacción constante entre las caseínas α, β y κ. Hay que resaltar la función de la κ-caseína para estabilizar las micelas,11 especialmente contra la precipitación de las otras fracciones proteínicas por la acción del calcio o de los enzimas.12 En todos estos se establece que las unidades hidrófobas entre las moléculas de proteínas aseguran la estabilidad de la micela.

Usos y aplicaciones

Además de usarse directamente como adhesivo en la elaboración de productos alimentarios (derivados lácteos y cárnicos, panes y productos de repostería, etc.), la caseína se utiliza en la elaboración de productos no alimentarios: pegamentos y pinturas, cubiertas protectoras, plásticos (véase la tabla 3).

Otros usos tecnológicos son la clarificación de vinos o como ingrediente en preparados de biología molecular y microbiología (medios enriquecidos para el cultivo microbiano).

En la alimentación especial, la caseína sirve para la elaboración de preparados médicos y concentrados proteicos destinados a la alimentación de los deportistas, especialmente después de su entrenamiento. Así, se ha observado que la digestión de las caseínas es más lenta que la

de las lactoproteínas solubles (también denominadas seroproteínas) y, por ello, más apropiada para reparar el anabolismo de los aminoácidos durante el período que sigue a una comida.

Tabla 3. Algunos usos tecnológicos de la caseína.

Producto Propiedad Aplicación

Envoltura

Capacidad de formar películas

Adherencia

Pintura

Tinta

Papel

Embalaje

Acabado del cuero

Envoltura textil

Adhesivo

Manejabilidad

Fuerza de adhesión

Resistencia al agua

Cola con base acuosa

Plástico

Buen procesado

Resistencia mecánica

Resistencia al agua

Plástico rígido

Plástico desechable

Fibra

Película/ lámina de envoltura en embalajes

Surfactante

Tensión superficial

Estabilidad de interfase Emulgente, detergente

6. PLASTICOS DE UREA

La urea-formaldehído (UF), también conocido como urea-metanal, llamado así por su vía de síntesis y estructura general común, es una resina o plástico termoestable, hecho a partir de urea y formaldehído se calienta en presencia de una base débil, tales como amoníaco o piridina. Estas resinas se utilizan en adhesivos, acabados, MDF (tableros de densidad media) y objetos moldeados. Por sus grupos amino en su estructura química, constituye una de las resinas denominadas comúnmente como amino-plásticas.

6.1 Historia Las patentes de resinas termoestables duras y transparentes basados en urea y formaldehído se les concedió a los químicos alemanes y británicos en la década de 1920. En 1925 la British

Cyanides Company, Ltd., (ahora British Industrial Plastics, Ltd.) presentó una mesa de luz irrompible hecha de su resina urea-formaldehído bajo la marca registrada Beetle, y dentro de dos años, la American Cyanamid Company había adquirido los derechos para producir Beetleware en los Estados Unidos Estados. Clara en su estado puro, la urea-formaldehído podría fortalecerse con celulosa y teñirse con pigmentos numerosos para hacer artículos de luz, delgado, duro, fuerte, colorido y translucidos para el hogar y la cocina. Su resistencia a muchos productos químicos lo hacía adecuado para frascos de cosméticos y otros recipientes, y su resistencia eléctrica deseable para productos tales como los tomacorrientes de pared y placas de interruptores. La urea-formaldehído comenzó a ser sustituido en artículos moldeados en los años 1950 porresina de melamina-formaldehído y por nuevas resinas termoplásticas tales comopoliestireno. Al igual que las resinas fenólicas y de melamina, la urea-formaldehído se emplean ahora sobre todo como adhesivos para madera. Son menos duraderas que las otras dos resinas y no tienen resistencia a la intemperie suficiente para ser utilizadas en aplicaciones exteriores. Debido a que las resinas de urea-formaldehído son de color más claro que las resinas de fenol-formaldehído, tradicionalmente están reservadas para contrachapado interior y el revestimiento decorativo. Pero la preocupación por la liberación de formaldehído al aire han conducido a la sustitución, incluso allí, por resinas fenólicas.

6.2 Estructura química y síntesis La estructura química de las resinas de UF se puede describir como la de grupos metileno unidos a los nitrógenos del grupo diamida. Esta descripción deja los detalles de la estructura indeterminada, que puede variar entre lineal y ramificado. Éstos se agrupan por su promedio de masa molar y el contenido de grupos funcionales diferentes. Los cambios de las condiciones de síntesis de las resinas dan buenas posibilidades para el diseño de la estructura y propiedades de la resina.

Estructura química de la resina urea-formaldehído

 Las resinas de urea-formaldehído se obtienen, como se ha dicho, por condensación de la urea (diamida del ácido carbónico) y el formaldehído obtenidos del amonio y el metanol respectivamente. Ambos pueden ser sintetizados a partir del gas natural.

Síntesis de resina urea-formaldehído

6.3 Propiedades Los atributos de la resina urea-formaldehído incluyen alta resistencia a la tracción, módulo de flexión y la temperatura de distorsión por calor, baja absorción de agua y contracción de moldeo, alta dureza superficial, alargamiento a la rotura y resistencia de volumen. La identificación genérica de las melaminas y ureas como resinas induce a pensar que son materiales de naturaleza polimérica. Sin embargo, no son polímeros ya que su distribución de pesos moleculares promedio indica que son monómeros, dímeros, trímeros y excepcionalmente tetrámeros y pentámeros. Estos materiales no tienen adecuadas propiedades como formadores de película ya que éstas son duras y quebradizas. En consecuencia, se combinan con resinas alquídicas, acrílicas, poliésteres o epoxis para generar sistemas termoestables o termo convertibles (curado químico a alta temperatura, es decir horneables).

6.4 Producción En la producción industrial, las resinas están hechas por la condensación de formaldehído y urea en una solución acuosa, utilizando amoniaco como un catalizador alcalino. La reacción de condensación da una solución incolora, como melaza, que puede ser secada por pulverización para dar un polvo para su posterior uso en revestimientos o adhesivos, también puede ser mezclado con celulosa como relleno para producir polvos para el moldeo de objetos sólidos. Bajo la influencia de calor y presión, la resina, que en este punto se compone en gran parte de polímeros intermedios o prepolímeros de bajo peso molecular, se cura a su estado final, que consiste en una red tridimensional de polímeros interrelacionados.

Obtención de resinas UF y MF a partir del gas natural

Aproximadamente, 1 millón de toneladas métricas de urea-formaldehído son producidas cada año. Más del 70% de esta producción es destinada al uso de productos de la industria maderera. En la cual constituye una resina apropiada para la unión de tableros de partículas o aglomerado (61%), tablero de fibra de densidad media (27%), madera contrachapada de madera dura (5%) y adhesivo de laminación (7%).

Producción de tableros de partículas (aglomerado)

6.5 Usos generales La urea-formaldehído está en todas partes y se utiliza en muchos procesos de fabricación debido a sus propiedades útiles. Los ejemplos incluyen laminados decorativos, textiles, papel, moldes de fundición de arena, telas antiarrugas, mezclas de algodón, rayón, pana, etc. También se utiliza para pegar madera juntos. La urea formaldehído se utiliza habitualmente cuando se producen revestimiento de aparatos eléctricos (por ejemplo, lámparas de escritorio). La UF también ha sido utilizada como resina de moldeo de adornos y otros utensilios similares, aunque hoy en día se utiliza en muy poca medida siendo reemplazado por materiales termoplásticos.

Articulos moldeados de resina

UF

Las resinas ureicas se especifican para lacas y barnices para maderas (curado térmico) y para recubrimientos plastificantes para pisos (dos componentes de curado catalizado por ácidos). El producto es ampliamente elegido como una resina adhesiva debido a su alta reactividad, buen rendimiento, y bajo precio.

Recubrimiento plastificante de UF para pisos de madera

 También se preparan adhesivos fenol-urea-formaldehído modificados con taninos (PUFT) por copolimerización a temperatura ambiente de taninos de corteza de pino con prepolímeros fenol-urea-formaldehído (PUF) previamente elaborados. La adición de taninos a los prepolímeros PUF modifica su comportamiento reológico, que pasa de prácticamente newtoniano a pseudoplástico. Esta es una característica muy deseable ya que los adhesivos se vuelven más fluidos durante su aplicación, aumentando posteriormente su viscosidad aparente. Además, el consumo de adhesivo en la preparación de los tableros contrachapados se reduce significativamente.

Adhesivo de urea-formaldehido para trabajos de carpintería

6.6 Uso agrícola La urea-formaldehído también se usa en la agricultura como fuente de liberación controlada

de fertilizantes de nitrógeno. La tasa de descomposición de la urea-formaldehído en CO2 y NH3 está determinada por la acción de los microbios que se encuentran naturalmente en la mayoría de los suelos. La actividad de estos microbios, y, por lo tanto, la velocidad de liberación de nitrógeno, es dependiente de la temperatura. La temperatura óptima para la actividad microbiana es de aproximadamente 70-90°F (20-30°C aproximadamente). 

6.7Aislamiento de espuma El aislamiento de espuma de urea-formaldehído (UFFI) puede constituir un gran aislamiento sintético. Se trata básicamente de una espuma parecida a la crema de afeitar y fácilmente inyectable en paredes con una manguera. Se hace mediante el uso de un conjunto de una bomba y manguera con una pistola de mezcla para mezclar el agente de formación de espuma y la resina. La espuma líquida se pulveriza en las áreas con necesidad de aislamiento. Se endurece en pocos minutos, pero se cura en una semana. El UFFI es generalmente visto en casas construidas antes de los años setenta, utilizado en los sótanos, espacios entre paredes y áticos. Visualmente parece un líquido escurrido que se ha endurecido. Con el tiempo, tiende a variar a tonos caramelo pero el UFFI nuevo es de un color amarillo claro. Las primeras formas de UFFI tendían a contraerse de manera significativa aunque con los actuales catalizadores y tecnologías de espumado han reducido el encogimiento a niveles mínimos (entre 2-4%). La espuma se seca con un color mate sin brillo. Presentando una textura seca y quebradiza.

UFFI

El aislamiento de espuma de urea-formaldehído (UFFI) comenzó a ser utilizado en la década de 1970. En la década de 1980, las preocupaciones comenzaron a desarrollarse sobre el vapor de formaldehído tóxico emitido en el proceso de curado, así como por la descomposición de la espuma con el tiempo. Las tasas de emisión de más de 0,1 partes por millón (ppm) causa daños a la salud en los seres humanos. Por lo tanto, su uso fue descontinuado. La disminución emisiones de la urea-formaldehído con el tiempo y los niveles significativos ya no debería estar presente en los hogares de hoy. Opciones modernas, de reemplazo, incluyen resina de melamina formaldehído y poliuretano.

Aplicación de UFFI

7. PLASTICOS FENOL-FORMALDEHIDO

El plástico fenol-formaldehído:

 

Resina fenol-formaldehído

Bakelit Struktur.png

Estructura química de la Baquelita

Fórmula molecular ?

Propiedades físicas

Índice de refracción (nD) de 1.50-1.70, a 20 °C

Propiedades químicas

Producto de solubilidad e

Termoquímica

Valores en el SI y en condiciones estándar(25 °C y 1 atm), salvo que se indique lo contrario.

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La resina fenol-formaldehído es una resina sintética termoestable, obtenida como producto de la reacción de los fenoles con el formaldehído. A veces, los precursores son otros aldehídos u otro fenol. Las resinas fenólicas se utilizan principalmente en la producción de tableros de circuitos. Éstos son más conocidos sin embargo, para la producción de productos moldeados como bolas de billar, encimeras de laboratorio, revestimientos y adhesivos. Un ejemplo bien conocido es la Baquelita, el más antiguo material industrial de polímeros sintéticos.

Formación y estructura

El fenol es reactivo frente a formaldehído en el sitio de "orto" y "para" (sitios 2, 4 y 6) que permite hasta 3 unidades de formaldehído para insertarse en el anillo. La reacción inicial en todos los casos implica la formación de un fenol hidroximetilo:

HOC6H5 + H2CO → HOC6H4CH2OH

El grupo hidroximetilo es capaz de reaccionar con cualquier otro sitio orto o para libre, o con otro grupo hidroximetilo. La primera reacción da un puente de metileno, y el segundo forma un puente éter:

HOC6H4CH2OH + HOC6H5 → (HOC6H4)2CH2 + H2O

El difenol (HOC6H4)2CH2 (a veces llamado un "dímero") es llamado bisfenol F, el cual es un monómero importante en la producción de resinas epoxi. El bisfenol-F se puede vincular aún más generando tri- y tetra- y superiores oligómeros de fenol.

2 HOC6H4CH2OH → (HOC6H4CH2)2O + H2O

Novolac

El novolac (originalmente Novolak, nombre dado por Leo Baekland), es una resina de fenol-formaldehído hecha donde la proporción molar de formaldehído a fenol es menor a uno. La polimerización se llevó a cabo con ácido-catálisis. Las unidades de fenol se vinculan principalmente por grupos metileno. Los novolacs se utilizan comúnmente como fotosensibles. Véase también la fotolitografía. Los pesos moleculares son miles de veces más bajos, que corresponde a alrededor de 10 a 20 unidades de fenol.

Hexametilentetramina o "hexamina" es un endurecedor que se agrega al entrecruzamiento novolac. A ≥ 180 ° C, las formas de hexamina se entrecruzan para formar puentes de metileno y dimetileno amino.

Estructura química del Novolak.

Resoles

Las resinas de fenol-formaldehído base-catalizadas se hacen con una proporción de formaldehído a fenol de más de uno (generalmente alrededor de 1,5). Estas resinas se llaman resoles. El Fenol, formaldehído, agua y catalizador se mezclan en la cantidad deseada, dependiendo de la resina que se forme, y se calienta. La primera parte de la reacción, a 70 ° C, constituye un espesor de color marrón rojizo de material pegajoso, que es rico en grupos éter hidroximetilo y bencílico.

La velocidad de la reacción base-catalizada inicialmente aumenta con el pH, y alcanza un máximo alrededor de pH = 10. La especie reactiva es el anión fenóxido (C6H5O-) formado por desprotonación del fenol. La carga negativa está deslocalizada sobre el anillo aromático, la activación de los sitios 2, 4 y 6, que a su vez reaccionan con el formaldehído.

Siendo termoestables, los fenoles hidroximetílicos se entrecruzan al calentarlos intensamente a unos 120 ° C para formar puentes de metileno y éter metílico. A este punto la resina es una red de tres dimensiones, que es típico de resinas fenólicas polimerizadas. El alto entrecruzamiento da este tipo de resina fenólica que posee dureza, buena estabilidad térmica, química e impermeabilidad.

Entrecruzamiento y la proporción fenol / formaldehído

Cuando la proporción molar de formaldehído:fenol alcanza uno (Fo: Fe = 1), en teoría todos los fenoles están enlazados entre sí mediante puentes de metileno, generando una sola molécula, y el sistema está completamente entrecruzado. Esta es la razón por que las baquelitas (Fo: Fe < 1) no se endurecen sin la adición de un agente entrecruzante, y por eso las resinas con la fórmula Fo: Fe > 1 si se endurecen.

Aplicaciones

Las bolas de billar están hechas con resina fenol-formaldehído.

Las resinas fenólicas se encuentran en infinidad de productos industriales. Los laminados fenólicos se realizan mediante la impregnación de una o más capas de un material de base, tales como papel, fibra de vidrio o de algodón con resina fenólica y el laminado de la resina saturada de material base bajo calor y presión. La resina polimeriza (cura) completamente durante este proceso. La elección de material base depende de la aplicación prevista del producto terminado. Los fenólicos de papel se utilizan en la fabricación de componentes eléctricos. Los fenólicos de vidrio son especialmente adecuados para su uso en el mercado de rodamiento de alta velocidad. Los fenólicos micro-globos son utilizados para el control de la densidad. Las Bolas de billar, así como las bolas de muchos otros juegos de balón de mesa también están hechos de resina de fenol-formaldehído. Otras importantes aplicaciones industriales de las resinas fenólicas son la fabricación de Materiales de Fricción, Materiales

Abrasivos (rígidos y flexibles), Materiales Refractarios, Aislamientos Acústicos y Térmicos, Filtros para automoción, etc.

El falsificador holandés Han van Meegeren mezcló el fenol formaldehído con sus pinturas de aceite antes de hornear el lienzo terminado con el fin de simular el secado de una pintura en siglos.

Nombres comerciales

El bakelaque es un laminado rígido o tubo de resina fenólica en un sustrato de algodón tejido, papel o vidrio.3

Bakelita es creada de la resina de fenol y harina de madera.

Novotext es el algodón reforzado con fibra fenólica, utilizando fibras orientadas al azar.

Oasis es "Una espuma fenólica de celdas abiertas que absorbe fácilmente el agua y se utiliza como base para los arreglos florales"

Paxolin Paperstone5 y Richlite están hechos de resina fenólica y papel.

Trymer Green es un aislante térmico rígido fenólico celular.

Tufnol está hecho de resina fenólica y tejido de algodón o de tejido de lino.6

8. RESINAS

Resina

Resina englobando a un insecto.

La resina es una secreción orgánica que producen muchas plantas, particularmente los árboles del tipo conífera. Es muy valorada por sus propiedades químicas y sus usos asociados, como por ejemplo la producción de barnices, adhesivos y aditivos alimenticios. También es un constituyente habitual de perfumes o incienso. En muchos países, entre ellos España, es frecuente referirse a la "resina" como "resina de pino" ya que esta conífera es su principal fuente.

Definiciones

No existe acuerdo en la denominación de la resina y sus derivados. En este artículo se utilizará la aceptada por la Academia de la Lengua Española.Cuando pueda dar origen a confusión se incluyen los sinónimos utilizados con más frecuencia.

Resina: es la sustancia sólida o de consistencia pastosa, insoluble en el agua, soluble en el alcohol y en los aceites esenciales, y capaz de arder en contacto con el aire, obtenida naturalmente como producto que fluye de varias plantas.

Trementina: es un jugo casi líquido, pegajoso, odorífero y de sabor picante, que fluye de los pinos, abetos, alerces y terebintos. Se emplea principalmente como disolvente en la industria de pinturas y barnices.

También se conoce como miera y algunas veces como resina.

Aguarrás: Aceite volátil de trementina, usado principalmente como disolvente de pinturas y barnices.

También se la conoce como trementina o esencia de trementina.

Colofonia: Resina sólida, producto de la destilación de la trementina, empleada en farmacia y para otros usos.

A veces se utiliza el término resina para nombrar a este producto sólido.

Pez (femenino): Sustancia resinosa, sólida, lustrosa, quebradiza y de color pardo amarillento, que se obtiene echando en agua fría el residuo que deja la trementina al acabar de sacarle el aguarrás.

Es una colofonia más o menos impurificada.

El término incluye también sustancias sintéticas con propiedades similares a las resinas naturales. De esta forma las resinas se dividen en: resinas naturales y resinas sintéticas.

Resinas naturales

Ámbar

Resina verdadera

Gomorresinas

Oleorresinas

Bálsamos

Lactorresinas

Resinas sintéticas

8.1 Clasificación:

Poliéster

Poliuretano

Resina epoxi

Acrílicos

Viniléster

Composites

Composición

La resina es una mezcla compleja de terpenos, ácidos resínicos, ácidos grasos y otros componentes complejos: alcoholes, ésteres... La proporción de cada componente es función de la especie arbórea y el origen geográfico. Valores típicos son:

60-75 % de ácidos resínicos.

10-15 % de terpenos.

5-10 % de sustancias varias y agua.

Por destilación a presión ambiente, es posible separar dos fracciones:

60 - 75 % de Colofonia.

15 - 25 % de aguarrás y agua.

Resinas acrílicas

Son productos termoplásticos , notables por su elevada transparencia  y excelente claridad.  El principal componente acrílico es el metacrilato o polimetacrilato de metilo (PMM), conocido con el nombre comercial de plexiglás y vidrio sintético o vidrio orgánico, ( isotrópico, densidad un tercio de la del vidrio y diez veces menos frágil).

Propiedades: Es un buen aislante eléctrico, térmico y acústico; excelente estabilidad dimensional; inalterable a la luz; elevada resistencia al envejecimiento; alto punto de reblandecimiento; a bajas temperaturas suelen ser materiales frágiles; pueden moldearse por inyección y compresión; se descomponen por el calor  y se queman con lentitud, sin producirse ignición. La superficie es fácilmente rayable.

Aplicación: Las planchas endurecidas y preparadas  en distintos espesores y tamaños, para sustituir al vidrio, colores, desde el transparente al opaco. Se utiliza en vanos, barandas de escalera, claraboyas, cajas de luz, anuncios luminosos. Las resinas de esta familia se presentan en emulsiones para la base de grupos de pinturas esmalte, cuyo disolvente es el agua.

Resinas Fenólicas

Resultan de la condensación  de fenoles o derivados de los mismos denominados fenoplastos.

- Grupo por moldeo .- Dentro de este grupo tenemos las duritas que se utilizan por moldeos a compresión y transferencia, prefabricados por inyección, barnices, pinturas y decapantes. Dentro de este grupo está la bakelita.

Propiedades del grupo por moldeo: Variaciones amplias; bajo costo; resistencia al envejecimiento; presencia dura y rígida, buena estabilidad dimensional , hasta los 600°C; fácilmente moldeables; aislamientos eléctrico; malos conductores del calor; resinas termoestables queman con dificultad.

Aplicaciones del grupo por moldeo: interruptores, enchufes, cajas de empalme.

Grupo  por laminados y de los adhesivos .- Dan origen a los tableros estratificados conocidos popularmente como la fórmica.  Estos están compuestos  de una serie de  láminas delgadas

que pueden ser de papel Kraft, de fibra textil, de celulosa, etc, impregnadas con una solución de resinas sintéticas de fenol-formol. El material impregnado se seca  y se apila , para posteriormente ser objeto de prensado hasta que la resina endurezca. La base más empleada es el papel Kraft.

Propiedades del grupo por laminado: similares al grupo anterior , pero aumentan el grado de resistencia al impacto  y al de su estabilidad dimensional.

- Grupo de resinas fenólicas  de fraguado en frío .- se mantiene en consistencia de fluido cremoso a la temperatura  ambiente, al agregársele ácido se estimula la polimerzación  y la resina fragua . Es la base de muchos adhesivos de aplicación inmediata , de taller o domésticos. En la industria se usa  como colas de gran adherencia.

Fluoroplásticos

Proceden del enlace fluor-carbono, que da lugar a cuatro tipo , todos con acusadas propiedades químicas, térmicas y dieléctricas. Los cuatro tipos son: Resinas fluorocarbonadas  Teflón PTFE ( politetrafluor- etileno); Teflón FEP (fluoretileno-propileno); Teflón PFA ( perfluoralcoxi); Fluoropolímero Tefzel  ETFE modificado( etileno-tetrafluoretileno).

Propiedades: resistencia a la acción de la luz solar y  al calor, no es inflamable, bajo coeficiente  de fricción y propiedades antiadhesivas.

Aplicaciones: como material aislante de cables eléctricos , de recubrimiento en tejidos de fibra de vidrio  para arquitecturas .

Resinas de Hidrocarburos

Derivan de la polimerización de constituyentes no saturados de alquitrán  de hulla, colofonia o petróleo. Originan un plástico gomoso y quebradizo. Dentro de este grupo están las resinas de cumarona.

Propiedades de las resinas de cumarona:  el índice de reblandecimiento está comprendido entre 50 y 150°C. Son termoplásticos y solubles en disolventes aromáticos, ya que aparece como un producto sólido, color ambarino  y frágil.

Aplicación: en la fabricación de pinturas y barnices , como materia prima en la industrialización de losetas para revestimientos de suelos y recubrimientos impermeables, etc.

Otro grupo serían los politerpenos , obtenidos a partir de la trementina, usado para la elaboración de pinturas al aceite.

Resinas Melamínicas

Son trímeros de la ciananida de calcio o sea tienen tres grupos de moléculas. Reaccionan en presencia del formol, formando plásticos de fraguado térmico o sea termoestables.

Propiedades comparadas con resinas de la familia de la urea: buena resistencia al calor, soportan el agua hirviendo y resisten temperaturas para el trabajo continuo de hasta 400°C; menor absorción de agua, resistencia a la humedad; menor tendencia a la fragilidad después del moldeo; mayor grado de dureza y resistencia al impacto; mejor nitidez de color y brillo

más agradable; alta resistencia frente a agentes químicos en general. Son altamente mecanizables.

Aplicación: se recomienda su uso para la fabricación de materiales electrotécnico, eléctrico para instalaciones en lugares húmedos, piezas sometidas a grandes requerimientos térmicos o con problemas de estabilidad dimensional.

Se presenta en  tres variantes: resinas fluidas, que se usan como material de recubrimiento;  polvos para moldes, para moldeo a compresión, inyección o por transferencia; laminados  para la elaboración industrial de laminados decorativos similares a la familia fenólica, así como para la formulación de adhesivos especiales.

Resinas de Poliamidas

Se obtienen a partir de ciertos poliácidos o ácidos dibásicos. Los productos  de esta familia forman dos grupos : fibras, conocido como el nylon, y polímeros fluidos de baja media y alta viscosidad, para su cristalización durante la etapa de moldeo.

El grupo de las fibras ( nylon)   tiene aplicación en la industria textil por las buena resistencia , flexibilidad y duración.

El grupo de  los polímeros poliamídicos, resinas en polvo o jarabe empleados para la fabricación de piezas moldeadas para maquinaria o mecanismos estén sometidas a elevada fricción.

Aplicaciones :  cojinetes, engranajes, rodamientos , etc.

Las propiedades de productos elaborados con poliamidas: buenas propiedades  mecánicas como:  facultad de amortiguación, bajo coeficiente de rozamiento, resistencia a la abrasión  y agentes químicos  y disolventes,  buen comportamiento al calor, ininflamabilidad, alta elasticidad. A su vez estos polímeros  cristalizan rápida y homogéneamente por medio del calor a temperaturas de 220 – 240 °C , los de baja viscosidad y 265 – 285 °C  los de alta viscosidad. La solidificación es importante pues guarda relación con  las propiedades de la pieza posteriormente moldeada. En general las piezas  de moldeo para maquinaria son resistentes a la flexión, tracción, esfuerzos mecánicos, compresión, etc, muy elásticos y resistentes al calor.

8.2 RESINAS ACRÍLICAS Y METACRILICAS

El término resina acrílica está vinculado a todos aquellos materiales que se elaboran por polimerización de diferentes monómeros constituidos por ésteres de los ácidos acrílico y metil acrílico con alcoholes diversos, Figura II.28. Los citados ésteres pueden presentar o no grupos funcionales reactivos remanentes, Tabla II.7.

 La reacción de polimerización de los monómeros acrílicos es una típica reacción de adición a través de las dobles ligaduras de los monómeros correspondientes; esta reacción de adición es similar a la que tiene lugar entre el estireno (vinil benceno) y el metacrilato de etilo que se presenta posteriormente.

 Los alcoholes que se emplean usualmente para esterificar los ácidos acrílico y metacrílico pueden ser de bajo o alto peso molecular y a la vez mono o poli hidroxilados; la selección depende del tipo de resina acrílica que se desee manufacturar.

 Las resinas acrílicas puras consisten sólo en homopolímeros o a veces en copolímeros obtenidos a partir de monómeros acrílicos; se caracterizan por su buena resistencia química y a la exposición en exteriores.

 Las propiedades están determinadas por el peso molecular medio, la distribución del peso molecular y la temperatura de transición vítrea (Tg); esta última es en realidad un pequeño rango de temperatura para la mayoría de los polímeros en el que la estructura amorfa viscosa o similar a un caucho evoluciona hacia un estado quebradizo característico de un vidrio.

 El peso molecular y su distribución dependen de las variables de polimerización; bajos valores (1000 a 3000) se emplean en pinturas para altos sólidos y de algunas decenas de mil para pinturas convencionales.

 Una estrecha distribución de tamaño molecular es deseable para alcanzar soluciones de menor viscosidad y por lo tanto de mayor contenido de sólidos.

 En las resinas acrílicas de secado físico (termoplásticas), la Tg debe ser igual o ligeramente mayor a la temperatura ambiente; a medida que se incrementa su valor aumenta la dureza de la película. En general la Tg de los metacrilatos es más alta que la de los acrilatos correspondientes.

Tabla II.7. Monómeros acrílicos

1. Ésteres sin grupos funcionales reactivos

Acrilato y metacrilato de metilo, etilo, n-butilo, 2-etilhexilo, dodecilo, etc.

2. Ésteres con grupos funcionales reactivos

Acrilato y metacrilato de 2-hidroxietilo, glicerilo, etc

3. Ácidos acrílico y metacrílico

Figura II.28. Estructura de los ácidos acrílicos

Los acrilatos y metacrilatos son copolimerizados (también a través de reacciones de adición) con estireno (vinil benceno) o sus derivados (por ejemplo α-metil estireno) para producir acrilatos estirenados; estos productos disminuyen el costo de las resinas acrílicas y promueven la dureza, la resistencia al agua y a los álcalis pero simultáneamente incrementan la susceptibilidad al amarillamiento y al tizado de la película.

8.3 POLIETILENO

El polietileno (PE) es químicamente el polímero más simple. Se representa con su unidad repetitiva (CH2-CH2)n. Es uno de los plásticos más comunes debido a su bajo precio y simplicidad en su fabricación, lo que genera una producción mundial de aproximadamente 60 millones detoneladas anuales alrededor del mundo. Es químicamente inerte. Se obtiene de la polimerización del etileno (de fórmula química CH2=CH2 y llamado eteno por la IUPAC), del que deriva su nombre.

Polietileno

Nombre IUPAC

Polietileno o Poli(metileno)

General

Otros nombres Politeno1

Fórmula molecular ?

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Estructura química del polietileno, a veces representada sólo como(CH2-CH2)n

Este polímero puede ser producido por diferentes reacciones de polimerización, como por ejemplo: Polimerización por radicales libres,polimerización aniónica, polimerización por coordinación de iones o polimerización catiónica. Cada uno de estos mecanismos de reacción produce un tipo diferente de polietileno.

Es un polímero de cadena lineal no ramificada. Aunque las ramificaciones son comunes en los productos comerciales. Las cadenas de polietileno se disponen bajo la temperatura de reblandecimiento Tg en regiones amorfas y semicristalinas.

Historia

El polietileno fue sintetizado por primera vez por el químico alemán Hans von Pechmann quien por accidente lo preparó en 1898 mientras se calentaba en la estufa diazometano. Cuando sus compañeros Eugen Bamberger y Friedrich Tschirner investigaron la sustancia grasosa y blanca creada, descubrieron largas cadenas compuestas por -CH2- y lo llamaron polimetileno.

El 27 de marzo de 1933, en Inglaterra, fue sintetizado tal como lo conocemos hoy en día, por Reginald Gibson y Eric Fawcett que trabajaban para los Laboratorios ICI. Lo lograron aplicando una presión de aproximadamente 1400 bar y una temperatura de 170 °C en un autoclave, obteniendo el material de alta viscosidad y color blanquecino que se conoce hoy en día como "polietileno de baja densidad" (PEBD o, en inglés, LDPE).

La altísima presión requerida para lograr la polimerización del etileno era un inconveniente económico. Por ello varios investiadores comenzaron a buscar catalizadores que permitiesen

la polimerización a presión más reducida. Esto dio origen a los catalizadores Ziegler-Natta, por los cuales Karl Ziegler y Giulio Natta recibieron el premio Nobel de química en 1963.

Procesamiento

El polietileno se usa para diferentes tipos de productos finales, para cada uno de ellos se utilizan también diferentes procesos, entre los más comunes se encuentran las siguientes:

Extrusión: Película, cables, hilos, tuberías.

Co-Extrusión: Películas y láminas multicapa.

Moldeo por inyección: Partes en tercera dimensión con formas complicadas

Inyección y soplado: Botellas de diferentes tamaños

extrusión y soplado: Bolsas o tubos de calibre delgado

extrusión y soplado de cuerpos huecos: Botellas de diferentes tamaños

Rotomoldeo: Depósitos y formas huecas de grandes dimensiones

El polietileno tiene un color lechoso translúcido, este color se puede modificar con tres procedimientos comunes:

Añadir pigmento polvo al PE antes de su procesamiento

Colorear todo el PE antes de su procesamiento

Usar un concentrado de color (conocido en inglés como masterbatch), el cual representa la forma más económica y fácil de colorear un polímero.

Aditivos necesarios para el uso final son importantes, dependiendo de la función final se recomiendan por ejemplo: Antioxidantes, antiflama, antiestáticos, antibacteriales.

Aplicaciones

PEBD:

Bolsas de todo tipo: supermercados, boutiques, panificación, congelados, industriales, etc.;

Películas para agropecuaria;

Recubrimiento de acequias;

Envasado automático de alimentos y productos industriales: leche, agua, plásticos, etc.;

Stretch film;

Base para pañales desechables;

Bolsas para suero;

Contenedores herméticos domésticos;

Bazar;

Tubos y pomos: cosméticos, medicamentos y alimentos;

Tuberías para riego.

PEAD:

Envases para: detergentes, lejía, aceites automotor, champú, lácteos;

Bolsas para supermercados;

Bazar y menaje;

Cajones para pescados, gaseosas, cervezas;

Envases para pintura, helados, aceites;

Tambores;

Tuberías para gas, telefonía, agua potable, minería, láminas de drenaje y uso sanitario;

Bolsas tejidas;

Guías de cadena, piezas mecánicas.

También se usa para recubrir lagunas, canales, fosas de neutralización, depósitos de agua, recubrimientos interiores de depósitos, plantas de tratamiento de aguas, lagos artificiales, canalones de lámina, etc.;

Biberones para bebé;

Juguetes;

Cubos.

Aplicaciones modernas

El polietileno puede formar una red tridimensional cuando éste es sometido a una reacción covalente de vulcanizado (cross-linking en inglés). El resultado es un polímero con efecto de memoria. El Efecto de memoria en el polietileno y otros polímeros consiste en que el material posee una forma estable o permanente y a cierta temperatura, conocida como temperatura de obturación, ya sea Tg o Tm, o una combinación, se puede obtener una forma temporal, la cual puede ser modificada simplemente al calentar el polímero a su temperatura de obturación. El Efecto térmico de memoria en los polímeros es diferente del efecto térmico de memoria en los metales, encontrado en 1951 por Chang y Read en el cual hay un cambio en el arreglo cristalino por medio de un reacomodo martensítico, en los polímeros este efecto se basa en fuerzas entrópicas y puntos de estabilidad física (nudos entre cadenas) o química (vulcanizado).

Otros polímeros que presentan el efecto térmico de memoria son: Poli (norborneno), poliuretanos, poliestireno modificado y casi cualquier polímero o copolímero que sea cristalino o amorfo que pueda formar una red tridimensional.

Polímeros con problemas para el efecto térmico de memoria: polipropileno.

El rotomoldeo es un proceso joven el cual utiliza polvo de polietileno como materia prima, este es colocado en un molde, por medio de rotación bi-axial y calentamiento el polietileno se adhiere a la pared del molde, para formar una pieza hueca, un ejemplo son los tinacos para agua.

Otras nuevas aplicaciones de PE incluyen el compuesto de harina de madera y PE en porcentajes que van desde 10% de madera hasta 70% de esta en peso. El resultado es un compuesto estable de mayor densidad que el PE. Equipo especial para su procesamiento es recomendado así como aditivos de acoplamiento y ayudas de proceso, en piezas grandes.

Resinero

Tronco de pino resinero en los montes de Molinicos (Albacete).

El oficio de resinero era muy común entre los pueblos de montaña durante gran parte del siglo pasado. De los extensos pinares se extraía la resina que era vendida a buen precio en el mercado, puesto que su utilización en la industria era muy variada. Las nuevas técnicas de producción, y los nuevos materiales han relegado este oficio al olvido.

La provincia de Segovia, por estar encuadrada dentro de la comarca Tierra de Pinares, ha sido la mayor productora de resina en España, destacando la villa de Cuéllar, que su alta producción permitía el abastecimiento de parte de Castilla y Andalucía. Además, en el año 1958, la imagen de la Virgen del Henar, patrona de la Comunidad de Villa y Tierra de Cuéllar fue proclamada patrona de los resineros de España por el sumo pontífice Pío XII.4 Otro importante foco de producción en la provincia fue la villa de Coca, y ambas volvieron a restablecer la industria en la zona en el siglo XXI.

En Molinicos (Albacete) la industria resinera extraía grandes cantidades de este material de los extensos pinares existentes en el municipio. Aún hoy podemos observar la huella de esta industria en los troncos de los pinos.

8.4 RECICLADO DE PLASTICOS

Cestas para clasificación de desperdicios que pueden ser reciclados.

Camión transportador de botellas y envases de plástico (Av. Patriotismo y Eje 4 Sur Benjamín Franklin, en la ciudad de México, D. F.).

Los desechos plásticos no son susceptibles de asimilarse de nuevo en la naturaleza. Debido a esto, se ha establecido el reciclado de tales productos de plástico, que ha consistido básicamente en recolectarlos, limpiarlos, seleccionarlos por tipo de material y fundirlos de nuevo para usarlos como materia prima adicional, alternativa o sustituta para el moldeado de otros productos.

De esta forma la humanidad ha encontrado una forma adecuada para luchar contra la contaminación de productos que por su composición, materiales o componentes, no son fáciles de desechar de forma convencional. Su efectividad y aceptación social se pueden considerar discutibles.

8.5 REHUSO DE LOS PLASTICOS

Se pueden salvar grandes cantidades de recursos naturales no renovables cuando en los procesos de producción se utilizan materiales "reciclados". En correcto uso, estos materiales reciclados pueden evitar la sobreexplotación de recursos aun considerados renovables como los bosques, evitando impactos graves para los ecosistemas como la deforestación, erosión y desertificación. La utilización de productos reciclados disminuye el consumo de energía. Cuando se consumen menos combustibles fósiles, se genera menos dióxido de carbono y se previene el efecto invernadero. Además, la producción de otros gases nocivos provenientes de dichas combustiones también se reducen, tales como los óxidos de azufre y nitrógeno productores de la lluvia ácida o la contaminación de ozono troposférico.

Desde el punto de vista financiero: Un buen proceso de reciclaje es capaz de generar ingresos. Por lo anteriormente expuesto, se hace ineludible mejorar y establecer nuevas tecnologías en cuanto a los procesos de recuperación de plásticos y buscar solución a este problema tan nocivo para la sociedad y que día a día va en aumento deteriorando al medio ambiente. En las secciones siguientes se plantea el diseño de un fundidor para polietileno de baja densidad, su

uso, sus características, recomendación y el impacto positivo que proporcionará a la comunidad.

Algunos plásticos no son recuperables, como el poliestireno cristal o la baquelita.

Plásticos biodegradables

A fines del siglo XX el precio del petróleo disminuyó, y de la misma manera decayó el interés por los plásticos biodegradables. En los últimos años esta tendencia se ha revertido, además de producirse un aumento en el precio del petróleo, se ha tomado mayor conciencia de que las reservas petroleras se están agotando de manera alarmante. Dentro de este contexto, se observa un marcado incremento en el interés científico e industrial en la investigación para la producción de plásticos biodegradables o EDPs (environmentally degradable polymers and plastics). La fabricación de plásticos biodegradables a partir de materiales naturales, es uno de los grandes retos en diferentes sectores; industriales, agrícolas, y de materiales para varios servicios. Ante esta perspectiva, las investigaciones que involucran a los plásticos obtenidos de otras fuentes han tomado un nuevo impulso y los polihidroxialcanoatos aparecen como una alternativa altamente prometedora.

La sustitución de los plásticos actuales por plásticos biodegradables es una vía por la cual el efecto contaminante de aquellos, se vería disminuido en el medio ambiente. Los desechos de plásticos biodegradables pueden ser tratados como desechos orgánicos y eliminarlos en los depósitos sanitarios, donde su degradación se realice en exiguos períodos de tiempo.

Los polímeros biodegradables se pueden clasificar de la siguiente manera:

Polímeros extraídos o removidos directamente de la biomasa: polisacáridos como almidón y celulosa. Proteínas como caseína, queratina, y colágeno.

Polímeros producidos por síntesis química clásica utilizando monómeros biológicos de fuentes renovables.

Polímeros producidos por microorganismos, bacterias productoras nativas o modificadas genéticamente.

Dentro de la última categoría se hallan los plásticos biodegradables producidos por bacterias, en este grupo encontramos a los PHAs y al ácido poliláctico (PLA). Los PHAs debido a su origen de fuentes renovables y por el hecho de ser biodegradables, se denominan “polímeros doblemente verdes”. El PLA, monómero natural producido por vías fermentativas a partir de elementos ricos en azúcares, celulosa y almidón, es polimerizado por el hombre.

Los bioplásticos presentan propiedades fisicoquímicas y termoplásticas iguales a las de los polímeros fabricados a partir del petróleo, pero una vez depositados en condiciones favorables, se biodegradan.

Ácido poliláctico (PLA)

El almidón es un polímero natural, un gran hidrato de carbono que las plantas sintetizan durante la fotosíntesis que sirve como reserva de energía. Los cereales como el maíz y trigo contienen gran cantidad de almidón y son la fuente principal para la producción de PLA. Los

bioplásticos producidos a partir de este polímero tienen la característica de una resina que puede inyectarse, extruirse y termoformarse.

La producción de este biopolímero empieza con el almidón que se extrae del maíz, luego los microorganismos lo transforman en una molécula más pequeña de ácido láctico o 2 hidroxi-propiónico (monómero), la cual es la materia prima que se polimeriza formando cadenas, con una estructura molecular similar a los productos de origen petroquímico, que se unen entre sí para formar el plástico llamado PLA.

El PLA es uno de los plásticos biodegradables actualmente más estudiados, se encuentra disponible en el mercado desde 1990. Es utilizado en la fabricación de botellas transparentes para bebidas frías, bandejas de envasado para alimentos, y otras numerosas aplicaciones.

Polihidroxialcanoatos

Historia

Los PHAs son producidos generalmente por bacterias Gram negativas, aunque existen bacterias Gram positivas también productoras en menor escala. El primer PHA descubierto fue el PHB, que fue descrito en el instituto Pasteur en 1925 por el microbiólogo Lemoigne quien observó la producción de PHB por Bacillus megaterium. Posteriormente, en 1958 Macrae e Wildinson observaron que Bacillus megaterium acumulaba el polímero cuando la relación glucosa/nitrógeno en el medio de cultivo no se encontraba en equilibrio y observaron su degradación cuando existía falta o deficiencia de fuentes de carbono o energía. A partir de este hecho, se encontraron inclusiones de PHA en una extensa variedad de especies bacterianas. En la actualidad se conocen aproximadamente 150 diferentes polihidroxialcanoatos.

La primera patente de PHB fue pedida en los Estados Unidos por J. N. Baptist en 1962. En 1983 ocurrieron dos acontecimientos importantes, primero fue el descubrimiento por De Smet, de una cepa de Pseudomonas oleovorans (ATCC 29347) productora de PHB, y consecutivamente se dio la primera producción del primer biopoliéster de uso comercial. Un copolímero formado por monómeros de cuatro y cinco carbonos, denominados PHB y PHV, respectivamente, este producto se denominó comercialmente “Biopol” y se produce utilizando Ralstonia eutropha, a partir de glucosa y ácido propiónico. Este bioplástico en la actualidad ya es sintetizado a partir de una sola fuente de carbono en bacterias recombinantes; y exhibe un alto potencial de biodegradabilidad y propiedades termomecánicas mejores que el PHB puro.

En general los PHAs son insolubles en agua, biodegradables, no tóxicos, por lo cual uno de los principales beneficios que se obtienen de la aplicación de PHAs, es el ambiental. La utilización de estos productos, reduce la dependencia del petróleo por parte de la industria plástica, provoca una disminución de los residuos sólidos y se observaría una reducción de la emisión de gases que provocan el efecto invernadero.

Los puntos de interés en cuanto a aplicaciones de bioplásticos, de acuerdo con la IBAW (Asociación Internacional y Grupo de Trabajo de Polímeros Biodegradables) se centran en los sectores de empaque, medicina, agricultura y productos desechables. Sin embargo, con el avance de esta industria se ha ampliado la utilización de biomateriales aplicándose en:

teléfonos celulares, computadores, dispositivos de audio y video. De acuerdo a esta información se ha establecido que el 10 % de los plásticos que actualmente se emplean en la industria electrónica pueden ser reemplazados por biopolímeros.

Problemas relacionados con el plástico

En la vida moderna el plástico ha constituido un fenómeno de indudable trascendencia. Hoy en día el hombre vive rodeado de objetos plásticos que en siglos anteriores no eran necesarios para la vida cotidiana. Los plásticos se han fabricado para satisfacer las demandas de una gran variedad de usos, dando lugar a una vasta industria donde la civilización debería llamarse la civilización del plástico, debido al papel determinante que ha desempeñado este material en su desarrollo, en el mejoramiento de las condiciones de la vida del hombre y el acelerado crecimiento de la ciencia y la tecnología.

En general, las personas tienen muy poco conocimiento sobre lo que es un plástico, cómo se obtiene, cuáles son los tipos de plástico y sus aplicaciones, y cuales son los procesos de transformación del mismo. Estas informaciones son importantes para quienes trabajan en la comercialización de plásticos, e industrias de producción o trasformación del plástico, o apenas curiosos por el asunto. De tal forma surge como necesidad en este proyecto mostrar a una parte importante de la población las graves consecuencias del mal uso del plástico que va desde la manera de obtención, hasta los procesos que se utilizan para reciclarlos.

Cabe destacar que el plástico es una sustancia muy importante para el desarrollo de la industria ya que su material sintético o natural que contiene como ingredientes esenciales sustancias orgánicas de elevada masa molecular llamada polímero.

Problemas medioambientales

La sopa de plástico, situada en elgiro oceánico del Pacífico norte, es el mayor vertedero de materiales plásticos del mundo. Se estima que tiene un tamaño de 1.400.000 km².

Actualmente estos plásticos son muy utilizados como envases o envolturas de sustancias o artículos alimenticios que al desecharse sin control, tras su utilización, han originado gigantescos basureros marinos, como la llamada «sopa de plástico», el mayor vertedero del mundo.

De este modo, surge el problema asociado la contaminación ambiental, muchas veces producto del desecho de los plásticos de alta y baja densidad. Las características moleculares (tipos de polímeros) del plástico contribuyen a que presenten una gran resistencia a la degradación ambiental y con mayor razón a la biodegradación. La radiación UV del sol es la

única forma de degradación natural que hace sentir sus efectos en el plástico a mediano plazo, destruyendo los enlaces poliméricos y tornándolo frágil y quebradizo.

Como es evidente el desecho acumulativo de estos plásticos al ambiente trae graves consecuencias a las comunidades como lo son las enfermedades entre las cuales se encuentra el dengue; producida por el acumulamiento de basura y estancamiento de aguas negras sirviendo éstos como criaderos del zancudo patas blancas. Entre otras de las consecuencias importantes se pueden mencionar son las obstrucciones de las tuberías de aguas negras. Aunado a ello el desecho de estos materiales plásticos al ambiente provoca la disminución del embellecimiento de algunas áreas, establecimientos, municipios, ciudades y estados.

Los plásticos arrojados al mar que presentan flotabilidad son un gran problema en las zonas de calmas ecuatoriales, ya que se van reuniendo en esos sectores acumulándose en grandes cantidades.

En Chile, durante una grave sequía producida en 1967 en la IV región de La Serena, una gran cantidad ganado caprino de las estancias rurales aledañas a la Ruta Panamericana se alimentó en los restos plásticos (bolsas de polietileno) que se desechaban a las orillas por los usuarios, provocando la muerte en masa al cabo de unas pocas horas después de la ingesta.

Restos de un albatros muerto a causa de la ingesta de restos plásticos.

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 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 5 o 6 toneladas de plásticos compactados, 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 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. 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.

De esta manera, resulta claro que el abandono de estos materiales al medio ambiente representa un grave problema ambiental.

Por consiguiente existe la inquietud de elaborar un equipo con la capacidad de recuperar dichos plásticos que han sido desechados por la sociedad, los cuales son considerados no reutilizables.

De este modo surge como propósito diseñar un equipo que utilice energía térmica por inducción fundiendo el polietileno de baja densidad que se encuentren depositados en el mismo, una vez fundidos, aglomerados y en estado líquido pasan a ser vertidos a un molde para elaborar otros productos que serán utilizados en otras aplicaciones.

Un material candidato a sustituir al petróleo es el cáñamo, utilizable para todos los usos petroquímicos, pero que además es 100 % biodegradable y altamente reciclable.

Madera plástica

Otra de las soluciones que se han planteado ante la acumulación de residuos plásticos ha sido la madera plástica. Esta ha sido una innovación desde hace ya una década, surgiendo del abandono de desperdicio de madera como tarimas de carga, muebles deteriorados y desde luego la acumulacion de desechos plásticos en nuestros vertederos. Los materiales compuestos de madera (MCM) y plástico son materiales formados generalmente por plástico reciclado y maderas como pino, cedro, etc. Su composición tiene una mezcla plástica continua denominada matriz (incluye PE, PP, PVC, etc.) y otra constituida de fibra o polvo de madera. Ambas son construidas en hornos a 230 °C para la fusión de ambas. Además de fibras de madera y plástico, pueden contener otros materiales de relleno (ligno-celulósico o inorgánico). Por otro lado algunas fibras que pueden sustituir un porcentaje de la madera o/y el plástico pueden ser rellenos a base de fibras, ejemplo fibras de celulosa, cáscara de maní, bambú, paja, etc.

Además cabe resaltar que se ha disminuido la tala de árboles para la construcción de muebles para el hogar y cocina, haciendo estos materiales ecológicos y más duraderos en comparación con los elaborados de madera en su totalidad.

Este tipo de madera es utilizada para elaborar bases para pizarrones escolares, escritorios, etc.