Tema 3 · 2020-02-17 · la madera y el algodón de donde se obtiene la celulosa, así como otros...

Departamento de Tecnología IES El Tablero I (Aguañac) 2019 - 2020

Tema 3

Los plásticos

Departamento de Tecnología IES El Tablero (Aguañac) 2019 – 2020 2

Tabla de contenido

1. ¿Qué vas a aprender? ................................................................................................................. 4

2. Introducción. .............................................................................................................................. 4

3. Qué son los plásticos .................................................................................................................. 4

4. Propiedades generales y características de los plásticos .............................................................. 5

5. Procedencia de los plásticos ....................................................................................................... 5

6. Obtención de los plásticos .......................................................................................................... 6

6.1 Materias primas ....................................................................................................................................... 7

6.2 Reacciones de síntesis ............................................................................................................................. 7

6.3 Modificación con aditivos ........................................................................................................................ 7

7. Composición de los plásticos: elementos químicos que los forman. .............................................. 8

8. Estructura interna que presentan................................................................................................ 8

9. Tipos de plásticos ....................................................................................................................... 9

9.1 Termoplásticos ....................................................................................................................................... 10

9.2 Termoestables ........................................................................................................................................ 10

9.3 Elastómeros ............................................................................................................................................ 11

10. Propiedades y aplicaciones de los plásticos por grupo ............................................................... 12

10.1 Termoplásticos ....................................................................................................................................... 12 10.1.1 Polietileno ......................................................................................................................................... 12 10.1.2 Poliestireno ....................................................................................................................................... 13 10.1.3 Policloruro de vinilo .......................................................................................................................... 13 10.1.4 Acrílicos ............................................................................................................................................. 13 10.1.5 Poliamidas ......................................................................................................................................... 13

10.2 Termoestables ........................................................................................................................................ 14 10.2.1 La Baquelita ...................................................................................................................................... 14 10.2.2 La Melanina ....................................................................................................................................... 15 10.2.3 Urea-Formaldehído ........................................................................................................................... 15 10.2.4 Poliéster ............................................................................................................................................ 15

10.3 Elastómeros ............................................................................................................................................ 16 10.3.1 Caucho natural y sintético ................................................................................................................ 16 10.3.2 Neopreno .......................................................................................................................................... 16 10.3.3 Silicona .............................................................................................................................................. 16

11. Ensayos de identificación .......................................................................................................... 17

12. Métodos de fabricación industrial con plásticos. ....................................................................... 18

12.1 La extrusión ............................................................................................................................................ 18

12.2 La inyección ............................................................................................................................................ 19

12.3 El soplado a partir de la extrusión y la inyección. .................................................................................... 20

12.4 El calandrado .......................................................................................................................................... 21

12.5 El termoconformado ............................................................................................................................... 22


12.6 La compresión ........................................................................................................................................ 22

12.7 El espumado ........................................................................................................................................... 23

12.8 Colada o impregnación de resinas .......................................................................................................... 23

13. Objetos de uso cotidiano con su tipo de plástico y su método de fabricación .............................. 23

14. El reciclado de plásticos ............................................................................................................ 24

14.1 Etapas para reciclar el plástico ................................................................................................................ 25

14.2 Reciclado Mecánico ................................................................................................................................ 25

14.3 Reciclado Químico .................................................................................................................................. 25 14.3.1 Pirolisis .............................................................................................................................................. 26 14.3.2 Hidrogenación ................................................................................................................................... 26 14.3.3 Gasificación ....................................................................................................................................... 26 14.3.4 Quimiolisis......................................................................................................................................... 26 14.3.5 Metanólisis ........................................................................................................................................ 26

15. Perspectivas del reciclado químico ............................................................................................ 27

16. Problemática medioambiental de los plásticos .......................................................................... 27


1. ¿Qué vas a aprender?

- Como se obtienen los plásticos.

- Qué tipos de plásticos hay.

- Cómo se forman los plásticos.

- Cómo se trabajan los plásticos en el taller.

- Por qué se necesita reciclar todo el plástico que utilizamos.

2. Introducción.

Son los materiales de uso técnico utilizados en la actualidad. A pesar de su reciente descubrimiento, ha

evolucionado a la magnitud que no ha evolucionado ningún otro material. El hombre ha utilizado

materiales similares con aplicaciones parecidas a lo largo de la historia. Los primeros plásticos elásticos se

fabricaron en 1840, pero se empezaron a usar en 1865 cuando se produjo el celuloide, que se obtuvo de

la celulosa de la madrea por la reacción del ácido nítrico.

El celuloide es un producto elástico a temperatura ambiente y se empleó durante mucho tiempo en la

industria cinematográfica, aunque más adelante se sustituiría por otros materiales. La industria de rápida

fabricación de plásticos tuvo gran expansión a partir del año 1909 con materiales como baquelita y el

nailon, que sustituirían a productos hechos de madera o metal ligero.

3. Qué son los plásticos

Los plásticos son materiales orgánicos compuestos

fundamentalmente de carbono y otros elementos como el

hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno o el azufre. En la

actualidad, la mayoría de los plásticos que se comercializan

provienen de la destilación del petróleo. La industria de

plásticos utiliza el 6% del petróleo que pasa por las

refinerías.

DEFINICIÓN

El plástico es un material formado por polímeros,

cadenas de carbono junto con otros elementos como el

hidrógeno, oxígeno, etc.


4. Propiedades generales y características de los plásticos

Los plásticos se caracterizan por una relación resistencia/densidad alta, unas propiedades excelentes

para el aislamiento térmico y eléctrico y una buena resistencia a los ácidos, álcalis y disolventes. Las

enormes moléculas de las que están compuestos pueden ser lineales, ramificadas o entrecruzadas,

dependiendo del tipo de plástico. Las moléculas lineales y ramificadas son termoplásticos (se ablandan

con el calor), mientras que las entrecruzadas son termoestables (se endurecen con el calor).

Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas

monómeros que forman enormes cadenas de las formas más diferentes. Algunas parecen fideos, otras

tienen ramificaciones, otras, globos, etc. Algunas se asemejan a las escaleras de mano y otras son como

redes tridimensionales.

La mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria son materiales sintéticos con

propiedades y aplicaciones variadas.

Lo que distingue a los polímeros de los materiales constituidos por moléculas de tamaño normal son sus

propiedades mecánicas. En general, los polímeros tienen una muy buena resistencia mecánica debido a

que las grandes cadenas poliméricas se atraen. Las fuerzas de atracción intermoleculares dependen de la

composición química del polímero y pueden ser de varias clases. Las más comunes, denominadas Fuerzas

de Van der Waals.

Son características de la mayoría de los plásticos, aunque no siempre se cumplen en determinados

plásticos especiales:

- Son baratos. (tienen un bajo costo en el mercado).

- Tienen una baja densidad.

- Existen materiales plásticos permeables e impermeables, Difusión en materiales termoplásticos.

- Son aislantes eléctricos.

- Son aislantes térmicos, aunque la mayoría no resisten temperaturas muy elevadas.

- Su quema es muy contaminante.

- Son resistentes a la corrosión y a estar a la intemperie.

- Resisten muchos factores químicos.

- Algunos se reciclan mejor que otros, que no son biodegradables ni fáciles de reciclar.

- Son fáciles de trabajar.

- Buena resistencia mecánica.

5. Procedencia de los plásticos

En el año 1864, un norteamericano consiguió el primer plástico al añadir a una solución de nitrocelulosa

y alcanfor; lo que intentaba era descubrir un material idóneo para sustituir el marfil de las bolas de billar.


El resultado obtenido era un material muy duro que se podía moldear y al mismo tiempo se le podía añadir

colorante.

Este material fue patentado con el nombre de celuloide y se empezó a utilizar en la fabricación de

juguetes, joyería, películas de fotografía y cine… El problema principal de este nuevo material era su alta

inflamabilidad e investigaciones posteriores dieron como resultado la aparición del acetato de celulosa

con propiedades semejantes a la anterior pero no era tan inflamable. Se utilizó para la fabricación de

películas de fotografía. Hoy en día una de las aplicaciones más características es en la fabricación de

pelotas de ping-pong.

En el año 1897, los físicos alemanes descubrieron que añadiéndole formol a la caseína esta se endurecía,

pudiéndose moldear fácilmente, lo que dio lugar a la aparición de un plástico barato, que se empleó en la

fabricación de botones, aislantes térmicos… En la actualidad se emplea para fabricar mangos de cubiertos,

reglas de medición, botones, peines…

En el año 1909, se descubrió que se podía controlar una reacción entre el fenol y el formol para producir

arcina, en forma de polvo, que después podía moldearse cuando se le aplicaba calor y presión. Este fue el

primer plástico sintético, llamado baquelita. Hoy en día se le denomina termoestable o irreversible, y se

emplea en la fabricación de plumas y bolígrafos de calidad.

6. Obtención de los plásticos


6.1 Materias primas

La materia prima más importante para la fabricación de

plásticos es el petróleo, ya que de él se derivan los productos

que originan diferentes tipos de plásticos. Es importante

mencionar que también hay otras materias primas para la

fabricación de plásticos son algunas sustancias naturales como

la madera y el algodón de donde se obtiene la celulosa, así

como otros plásticos se obtienen del carbón y el gas natural.

Todas las materias primas mencionadas tienen en común el

hecho de contener Carbono (C) e Hidrógeno (H). También

pueden estar presentes el Oxígeno (O), Nitrógeno (N), Azufre

(S) o el Cloro (Cl). En general, se considera al etileno, propileno

y butadieno como materias primas básicas para la fabricación

de una extensa variedad de monómeros, que son la base de

todos los plásticos.

En la siguiente sección se presentan los diferentes mecanismos

químicos utilizados para la unión de las materias primas

mencionadas, que es el punto de partida para la síntesis de

resinas plásticas.

6.2 Reacciones de síntesis

Como se ha mencionado, los polímeros son el resultado de la modificación de productos naturales o

bien de reacciones de síntesis partiendo de las materias primas más elementales. Son reacciones

químicas llevadas a cabo con un catalizador, calor o luz, cu las cuales dos o más moléculas

relativamente sencillas (monómeros) se combinan para producir moléculas muy grandes. A esta

reacción se le llama Polimerización.

Para que la mezcla sea coherente y más o menos homogénea se agregan compatibilizadores. Puede

suceder que las mezclas de polímeros tengan propiedades especiales que ninguno de sus componentes

posea y generalmente se buscan resultados de sinergia. Otros procesos de modificación física

consisten en aumentar el ordenamiento de las moléculas. Esto se puede lograr mediante un proceso

de "Orientación" y el "Estirado".

Algunos productos de plástico como láminas, película o cuerpos huecos como botellas sopladas, se

someten a un estiramiento durante el proceso de la fabricación, aplicándoles fuerzas cuyo efecto

consiste en el alineamiento de las macromoléculas en estado termoplástico, preferentemente en la

misma dirección del estiraje, con esta operación se aumenta la resistencia mecánica, la transparencia

y la barrera a los gases.

6.3 Modificación con aditivos

El hecho de incorporar aditivos antes de la transformación de los plásticos es una práctica necesaria. En

realidad, un plástico es un polímero en conjunto con pequeñas cantidades de otras sustancias como son


catalizadores y emulsificantes. Posteriormente es necesario utilizar aditivos que tienen el objetivo de

mejorar sus propiedades y facilitar su transformación.

Las funciones de los aditivos y la cantidad de éstos son muy grande, y en la actualidad juegan un papel

muy importante para que los productos terminados de plástico cumplan con las especificaciones que el

mercado demanda.

Un ejemplo: el PVC o Policloruro de vinilo El PVC: 57% de cloro (obtenido por electrólisis de la sal) 43% de

etileno (hidrocarburo procedente del petróleo).

7. Composición de los plásticos: elementos químicos que los forman.

Materiales poliméricos orgánicos (los compuestos por moléculas orgánicas gigantes) que son plásticos, es

decir, que pueden deformarse hasta conseguir una forma deseada por medio de extrusión, moldeo o

hilado. Las moléculas pueden ser de origen natural, por ejemplo, la celulosa, la cera y el caucho (hule)

natural, o sintéticas, como el polietileno y el nylon. Los materiales empleados en su fabricación son resinas

en forma de bolitas o polvo o en disolución. Con estos materiales se fabrican los plásticos terminados.

8. Estructura interna que presentan

Estructuralmente, los plásticos son materiales poliméricos, es decir que sus moléculas se obtienen por la

reacción de un gran número de otras moléculas más pequeñas. Como resultado de una polimerización se

forman macromoléculas (moléculas grandes), que se pueden asimilar a largas cadenas.


9. Tipos de plásticos


9.1 Termoplásticos

Son aquellos que al ser calentados a temperaturas

determinadas (50-200ºC), vuelven a un estado de

plasticidad que les permite ser moldeados, con lo cual; este

tipo de plásticos de desecho, se pueden reciclar y formar

otros nuevos objetos. Los termoplásticos se pueden

comparar con la cera, que a temperatura ambiente tiene

una forma sólida, y cuando se calienta, se ablanda y se

puede moldear de nuevo con una forma distinta a la

anterior. Generalmente, estos plásticos son flexibles y

resistentes a los golpes.

9.2 Termoestables

Los polímeros termoestables, termofraguantes o

termorígidos son aquellos que solamente son blandos o

"plásticos" al calentarlos por primera vez. Después de

enfriados no pueden recuperarse para transformaciones

posteriores.

Esto se debe a su estructura molecular, de forma reticular

tridimensional. En otras palabras, constituyen una red con

enlaces transversales. La formación de estos enlaces es

activada por el grado de calor, el tipo y cantidad de catalizadores y la proporción de formaldehído en

el preparado base. Esta característica puede verse en los esquemas de las fórmulas químicas que aquí

se exponen.

- Material compacto y duro

- Fusión dificultosa (la temperatura los afecta muy poco)

- Insoluble para la mayoría de los solventes

- Crecimiento molecular en proporción geométrica frente a la

- Reacción de polimerización (generalmente es una Policondensación).

Clasificación de los materiales termoestables:

- Resinas fenólicas

- Resinas ureicas

- Resinas de melamina

- Resinas de poliéster

- Resinas epoxídicas


9.3 Elastómeros

Un elastómero es un polímetro que cuenta con la particularidad de ser muy elástico pudiendo incluso,

recuperar su forma luego de ser deformado. Debido a estas características, los elastómeros, son el

material básico de fabricación de otros materiales como la goma, ya sea natural o sintética, y para algunos

productos adhesivos.

A modo más específico, un elastómero, es un compuesto químico formado por miles de moléculas

denominadas monómeros, los que se unen formando enormes cadenas. Es gracias a estas grandes

cadenas que los polímeros son elásticos ya que son flexibles y se encuentran entrelazadas de manera muy

desordenada.

Cuando un elastómero es estirado, sus moléculas se alinean, permitiendo que muchas veces tomen un

aspecto cristalino. Sin embargo, una vez que se suelta, rápidamente, vuelve a su estado original de elástico

desorden. Lo anterior distingue a los elastómeros de los polímeros plásticos.

La mayoría de estos polímeros son hidrocarbonos, por lo tanto, están conformados por hidrógeno y

carbono, y se obtiene en forma natural del polisopreno que proviene del látex de la goma de los árboles.

Otra manera de obtener un elastómero es a partir de la síntesis de petróleo y gas natural.

Para modificar algunas de las características de los elastómeros, es posible añadir otros elementos como

el cloro, obteniendo así el neopreno tan utilizado en los trajes húmedos para bucear.

Para poder darle un uso más práctico a los elastómeros, estos deben ser sometidos a diversos

tratamientos. A través de la aplicación de átomos de azufre, este polímero se hace más resistente gracias

a un proceso denominado vulcanización. Si además se le agrega otro tipo de sustancias químicas es

posible lograr un producto final bastante resistente a las amenazas corrosivas presentes en el medio

ambiente.

Como se mencionaba con anterioridad, los elastómeros pueden ser utilizados para la fabricación de

adhesivos. Para ello son disueltos en una solución de solventes orgánicos y luego, se le añaden ciertos

adhesivos que mejoran su capacidad de adhesión y su durabilidad.


10. Propiedades y aplicaciones de los plásticos por grupo

10.1 Termoplásticos

10.1.1 Polietileno

Se le llama con las siglas PE. Existen fundamentalmente tres tipos de polietileno:

A. PE de Alta Densidad: Es un polímero obtenido del etileno en cadenas con moléculas

bastantes juntas. Es un plástico incoloro, inodoro, no toxico, fuerte y resistente a golpes

y productos químicos. Su temperatura de ablandamiento es de 120º C. Se utiliza para

fabricar envases de distintos tipos de fontanería, tuberías flexibles, prendas textiles,

contenedores de basura, papeles, etc... Todos ellos son productos de gran resistencia y

no atacables por los agentes químicos.

B. PE de Mediana Densidad: Se emplea en la fabricación de tuberías subterráneas de gas

natural los cuales son fáciles de identificar por su color amarillo.


C. PE de Baja Densidad: Es un polímero con cadenas de moléculas menos ligadas y más

dispersas. Es un plástico incoloro, inodoro, no toxico, más blando y flexible que el de alta

densidad. Se ablanda a partir de los 85 ºC. Por tanto, se necesita menos energía para

destruir sus cadenas, por otro lado es menos resistente. Aunque en sus más valiosas

propiedades se encuentran un buen aislante. Lo podemos encontrar bajo las formas de

transparentes y opaco. Se utiliza para bolsas y sacos de los empleados en comercios y

supermercados, tuberías flexibles, aislantes para conductores eléctricos (enchufes,

conmutadores), juguetes, etc.… que requieren flexibilidad.

10.1.2 Poliestireno

Se designa con las siglas PS. Es un plástico más frágil, que se puede colorear y tiene una buena

resistencia mecánica, puesto que resiste muy bien los golpes. Sus formas de presentación más

usuales son la laminar. Se usa para fabricar envases, tapaderas de bisutería, componentes

electrónicos y otros elementos que precisan una gran ligereza, muebles de jardín, mobiliario de

terraza de bares, etc... La forma esponjosa también se llama PS expandido con el nombre

POREXPAN o corcho blanco, que se utiliza para fabricar embalajes y envases de protección, así

como en aislamientos térmicos y acústicos en paredes y techos. También se emplea en las

instalaciones de calefacción.

10.1.3 Policloruro de vinilo

Se designa con las siglas PVC. El PVC es el material plástico más versátil, pues puede ser fabricado

con muy diversas características, añadiéndole aditivos que se las proporcionen. Es muy estable,

duradero y resistente, pudiéndose hacer menos rígido y más elástico si se le añaden un aditivo

más plastificante.

Se ablanda y deforma a baja temperatura, teniendo una gran resistencia a los líquidos

corrosivos, por lo que es utilizado para la construcción de depósitos y cañerías de desagüe.

El PVC en su presentación más rígida se emplea para fabricar tuberías de agua, tubos aislantes

y de protección, canalones, revestimientos exteriores, ventanas, puertas y escaparates,

conducciones y cajas de instalaciones eléctricas.

10.1.4 Acrílicos

En general se trata de polímetros en forma de gránulos preparados para ser sometidos a

distintos procesos de fabricación. Uno de los más conocidos es el POLIMETACRILATO DE METILO.

Suele denominarse también con la abreviatura PMMA. Tiene buenas características mecánicas

y de puede pulir con facilidad. Por esta razón se utiliza para fabricar objetos de decoración.

También se emplean como sustitutivo del vidrio para construir vitrinas, dada su resistencia a los

golpes.

10.1.5 Poliamidas

Se designan con las siglas PA. La poliamida más conocida es el NYLON (NAILON). Puede

presentarse de diferentes formas, aunque los dos más conocidos son la rígida y la fibra. Es duro

y resiste tanto al rozamiento y al desgaste como a los agentes químicos.


En su presentación rígida se utiliza para fabricar piezas de transmisión de movimientos tales

como ruedas de todo tipo (convencionales, etc.…), tornillos, piezas de maquinaria, piezas de

electrodomésticos, herramientas y utensilios caseros, etc...

En su presentación como fibra, debido a su capacidad para formar hilos, se utiliza este plástico

en la industria textil y en la cordelería para fabricar medias, cuerdas, tejidos y otros elementos

flexibles.

10.2 Termoestables

Los plásticos termoestables son aquellos que una vez moldeados no pueden reblandecerse con el

calor, ya que experimentan una transformación química llamada FRAGUADO; por este proceso las

moléculas se enlazan permanentemente y el polímetro queda rígido.

Antes del fraguado, los productos termoestables son líquidos pastosos o sólidos, pero capaces de

adquirir la forma adecuada mediante la aplicación de calor y de presión.

Estos plásticos una vez fraguados no es posible darles otra forma ni someterlos a temperaturas

elevadas, puesto que sus moléculas se degradan por el calor. Los principales plásticos termoestables

son:

10.2.1 La Baquelita

También se conoce con el nombre del FENOL - FORMALDEHÍDO y con la denominación

FENOPLASTOS. Se le otorga las siglas (PF), fue uno de los primeros plásticos que se obtuvieron.

Se trata de un plástico oscuro, duro y frágil, de color oscuro, brillante, con aspecto metálico. Por

esta razón, las piezas de Baquelita se confunden a veces con piezas mecánicas, como las

empleadas en la fabricación de electrodomésticos y en la industria del automóvil. La Baquelita

tiene también propiedades aislantes por lo que se emplea en la fabricación de elementos

eléctricos y electrónicos: Interruptores, enchufes, placa de soporte para circuitos impresos. Al

no ablandarse por el calor y por aprovechar sus propiedades aislantes tanto térmicas como


eléctricas, la Baquelita también se emplea para mangos de utensilios y aparatos sometidos al

calor, aparatos de mandos eléctricos, tapones.

10.2.2 La Melanina

También se conoce con el nombre de MELAMINA-FORMALDEHÍDO porque se designa con las

siglas (MF). Tiene propiedades muy parecidas a la de la Baquelita y además tiene cualidades de

resistencia a los golpes y posibilidades refractarias que lo hacen apropiada para uso doméstico

en cocinas y como recubrimiento por sus cualidades estéticas. La Melanina es un plástico duro

y ligero que se puede colorear. Se utiliza en la fabricación de elementos que requieren dureza y

resistencia como vajillas, tableros de madera contrachapados o madera aglomerada.

10.2.3 Urea-Formaldehído

Es un polímetro incoloro que se puede tintar con más facilidades que la baquelita, es también

más duro y resalta un magnifico aislante térmico y eléctrico. Se designa con las siglas (UF). Se

emplea en la fabricación de aparatos de mando y control, elementos de circuitos eléctricos,

elementos decorativos, carcasa de pequeños aparatos, etc...

10.2.4 Poliéster

También puede denominar RESINA - POLIÉSTER. Se designa con la abreviatura RP. Su principal

propiedad es que polimeriza a temperatura ambiente con ayuda de un elemento químico

endurecedor, lo que confiere gran facilidad para utilizarlo en elementos con un proceso de

fabricación sencillo. Este tipo de plástico es rígido, duro y frágil.

El poliéster puede obtenerse en formas de kilos. Se emplea en la fabricación de fibras sintéticas

textiles, TERGAL, TERYLENE, TERLENKA. Estos tejidos son adecuados para prendas de vestir,

puesto que no se arrugan, no encogen y se secan fácilmente. El poliéster mejora sus

características mecánicas al ser reforzado con fibra de vidrio, lo que le convierte en un material

muy resistente, empleado en la fabricación de depósitos, contenedores, bidones y piscinas.

El poliéster reforzado con fibra de vidrio u otras fibras se emplea también en la aeronáutica y en

la industria del automóvil en forma de paneles para construir carrocerías, así como tapicerías y

accesorios del vehículo.


10.3 Elastómeros

Destaca su elasticidad y adherencia. Los más importantes son:

10.3.1 Caucho natural y sintético

El caucho natural se extrae de la savia del árbol del caucho, haciendo una incisión en el tronco.

Se utiliza para la fabricación de las ruedas de los coches por medio de un proceso industrial

llamado vulcanización, que consiste en adicionar azufre y calentar el caucho a unos 140º C.

El caucho sintético es parecido al natural, pero le supera en resistencia a los agentes químicos y

aislamiento térmico y eléctrico. Se emplea para la fabricación de suelas de zapato, mangueras,

etc.

10.3.2 Neopreno

Es parecido al caucho artificial, pero de propiedades extraordinarias. Se utiliza para la fabricación

de trajes.

10.3.3 Silicona

Es un plástico de gran elasticidad, hidrófugo e inalterable a agentes químicos. Por sus cualidades

dermatológicas se utiliza para la fabricación de cosméticos y prótesis mamarias.


11. Ensayos de identificación

El comportamiento mecánico: para conocer el comportamiento mecánico de los materiales se realizan

habitualmente ensayos de tracción, compresión o flexión, donde se evalúa la resistencia del plástico a ser

deformado y la magnitud de esa deformación en el punto donde se rompe la materia, si es el caso, y en

el punto donde se cambia su comportamiento, pasando de un comportamiento elástico a plástico.

También obtenemos información de su módulo de elasticidad, el cual indica si el material es rígido o

flexible.

Mediante ensayos de impacto se determina la cantidad de energía que es capaz de absorber el material

cuando recibe un golpe. Otra característica, como la dureza de la materia se puede determinar mediante

un durómetro o el método Rockwell. El comportamiento mecánico de los plásticos reforzados es diferente

según la cantidad y tipo de carga que contengan.

Caracterización térmica: dada la gran sensibilidad que presentan los plásticos frente a la temperatura, la

caracterización térmica es tan importante como la mecánica. Las técnicas de termoanálisis

proporcionarán cantidad de información sobre la estructura y composición del plástico.

Por ejemplo, mediante termogravimetría se puede conocer si el material es puro o contiene cargas u otras

materias inorgánicas. La estructura amorfa o cristalina de los termoplásticos observa claramente

mediante DCS, así como la temperatura de fusión, en el caso de los parcialmente cristalinos, la

temperatura de transición vítrea, el calor especifico, entalpías de fusión etc. La determinación del índice

de fluidez proporciona información sobre el peso molecular del polímetro y su fluidez en estado fundido;

y otra de las características interesantes en vista a una aplicación práctica es la temperatura de

reblandecimiento del material, el cual nos da una idea sobre el intervalo de temperatura de uso. Esta

temperatura la podemos obtener mediante el método Vicat, análisis termomecánico o de flexión bajo

carga.


Envejecimiento acelerado: Estos ensayos sirven de gran ayuda para conocer la potencial duración y/o

comportamiento de una pieza o producto acabado, cuando están sometidos a un ambiente o condiciones

determinadas. Dependiendo de la estructura del plástico y del medio en el que se encuentre, éste se

comportara de forma diferente. Utilizando cámaras de ensayo se puede reproducir la influencia de la

radiación solar, la temperatura, la lluvia, la humedad, etc. Y comprobar si el material se degrada, cambia

de color, si presenta tensiones en su estructura, si el recubrimiento o pintura es atascado o no está bien

adherido, etc.

Composición cualitativa y cuantitativa de las formulaciones: Se analiza mediante otras técnicas más

sofisticadas, las cuales requieren una preparación de muestra más elaborada y que permite identificar los

diversos aditivos que contienen los plásticos, como colorantes, plastificantes, estabilizantes, perfumes, y

otros.

Para ello se dispone de técnicas, espectroscópicas, cromatográficas, espectrometría de masas, extractor

de fluidos supercríticos, microondas. Además, mediante espectroscopia IR y HPLC se identifica la

estructura y componentes del material plástico pudiendo conocer si se trata de una mezcla de plásticos.

12. Métodos de fabricación industrial con plásticos.

12.1 La extrusión

La extrusión de polímeros es un proceso industrial, basado en el mismo principio de la extrusión general,

sin embargo, la ingeniería de polímeros ha desarrollado parámetros específicos para el plástico, de

manera que se estudia este proceso aparte de la extrusión de metales u otros materiales.

El polímero fundido (o en estado ahulado) es forzado a pasar a través de un Dado también llamado

boquilla, por medio del empuje generado por la acción giratoria de un husillo (tornillo de Arquímedes)

que gira concéntricamente en una cámara a temperaturas controladas llamada cañón, con una separación

milimétrica entre ambos elementos. El material polimérico es alimentado por medio de una tolva en un

extremo de la máquina y debido a la acción de empuje se funde, fluye y mezcla en el cañón y se obtiene

por el otro lado con un perfil geométrico preestablecido.


12.2 La inyección

En ingeniería, el moldeo por inyección es un proceso semicontinuo que consiste en inyectar un polímero

en estado fundido (o ahulado) en un molde cerrado a presión y frío, a través de un orificio pequeño

llamado compuerta. En ese molde el material se solidifica, comenzando a cristalizar en polímeros

semicristalinos. La pieza o parte final se obtiene al abrir el molde y sacar de la cavidad la pieza moldeada.

El moldeo por inyección es una técnica muy popular para la fabricación de artículos muy diferentes. Sólo

en los Estados Unidos, la industria del plástico ha crecido a una tasa de 12% anual durante los últimos 25

años, y el principal proceso de transformación de plástico es el moldeo por inyección, seguido del de

extrusión. Un ejemplo de productos fabricados por esta técnica son los famosos bloques interconectables

LEGO y juguetes Playmobil, así como una gran cantidad de componentes de automóviles, componentes

para aviones y naves espaciales.

Los polímeros han logrado sustituir otros materiales como son madera, metales, fibras naturales,

cerámicas y hasta piedras preciosas; el moldeo por inyección es un proceso ambientalmente más

favorable comparado con la fabricación de papel, la tala de árboles o cromados. Ya que no contamina el

ambiente de forma directa, no emite gases ni desechos acuosos, con bajos niveles de ruido. Sin embargo,

no todos los plásticos pueden ser reciclados y algunos susceptibles de ser reciclados son depositados en

el ambiente, causando daños a la ecología.

La popularidad de este método se explica con la versatilidad de piezas que pueden fabricarse, la rapidez

de fabricación, el diseño escalable desde procesos de prototipos rápidos, altos niveles de producción y

bajos costos, alta o baja automatización según el costo de la pieza, geometrías muy complicadas que

serían imposibles por otras técnicas, las piezas moldeadas requieren muy poco o nulo acabado pues son

terminadas con la rugosidad de superficie deseada, color y transparencia u opacidad, buena tolerancia

dimensional de piezas moldeadas con o sin insertos y con diferentes colores.


12.3 El soplado a partir de la extrusión y la inyección.

12.3.1 Extrusión-soplado

Es un proceso industrial empleado para la fabricación de objeto huecos como botellas, frascos,

juguetes, etc., que consiste en que por la boquilla de la extrusionadora sale una preforma hueca

que se introduce en estado pastoso en el interior de un molde.

Una vez dentro, se inyecta aire a presión para que el plástico se expansione hasta adaptarse a la

forma de este.

12.3.2 Inyección-soplado

La inyección-estirado-soplado nació para dar una respuesta objetiva a la obtención de envases

para bebidas carbónicas en materiales transparentes. Por sus características mecánicas, el

poliéster termoplástico es el material más adecuado, pero al tratarse de un polímero cristalino

era preciso un proceso con una gran rapidez de transformación y enfriamiento que permitiera

evitar la formación de cristalitas durante el paso a la fase sólida.


A este efecto, se desarrolló un proceso en el que se producen las preformas (parison) con

espesores de pared variables controlados, lo que hacía necesario moldearlas por inyección. En

una segunda fase, la preforma caliente es estirada de forma también controlada y se inyecta

finalmente aire para que el contacto con las paredes frías del molde endurezca el envase de modo

casi instantáneo. El uso de PET exige un secado previo de la granza, puesto que cualquier traza de

humedad invalida el proceso. En los últimos años se han puesto en el mercado equipos que

realizan esta operación en secuencia con el proceso.

Los moldes de preforma se fabrican con cavidades múltiples, hasta 96, de modo que posibilite

cadencias de la zona de soplado más rápidas que las de las máquinas de inyección. El producto

final de PET tiene un coste algo mayor que los productos de inyección o extrusión soplado,

realizados muchas veces con poliolefinas, por lo que no es previsible que su aplicación se extienda

a muchos campos fuera del de las bebidas carbónicas.

El proceso de inyección soplado se utiliza también para producir capacidades huecas con otros

materiales, como las botellas de PVC y de otros plásticos, como las destinadas a perfumería y

farmacia en que se obtienen capacidades moldeadas con precisión sin líneas aparentes de

soldadura. Otros productos incluyen manguitos, y otras piezas de gran precisión, con tolerancias

en el espesor de pared del orden de 0,03 mm, que no sería posible obtener por extrusión soplado

con preformas colgando libremente.

El núcleo del molde de inyección se construye como mandrín de soplado. Las preformas se

inyectan cíclicamente sobre el mandrín con un cuello formado con precisión y un espesor de pared

variable que depende del ahuecamiento de las mitades del molde. Donde es apropiado, se

dispone de una estación de acondicionamiento para el estirado biaxial.

12.4 El calandrado

Es un proceso de conformado que consiste en hacer pasar un material sólido a presión entre

rodillos de metal generalmente calientes que giran en sentidos opuestos. La finalidad puede ser

obtener láminas de espesor controlado o bien modificar el aspecto superficial de la lámina.

Este proceso se aplica a una gran variedad de materiales, incluyendo metales, fibras textiles, papel

y polímeros.


12.4.1 Calandrado de termoplásticos

Consiste en pasar el plástico en estado líquido por una serie de rodillos para producir una hoja

continua. Alguno de los rodillos puede estar grabado para dar una textura a la hoja resultante. El

espesor de la lámina esta dado por la distancia existente entre dos rodillos. Con este proceso se

producen láminas que se utilizan como materia prima para otros procesos secundarios, pero

también productos como cortinas de baño, alfombras e impermeables.

12.5 El termoconformado

Es un término genérico para la manufactura de componentes plásticos, los cuales son elaborados

mediante un proceso de vacío. Consiste en calentar una lámina termoplástica hasta su

reblandecimiento y en forzar el material caliente y maleable contra las paredes de un molde.

12.6 La compresión

Un gran porcentaje de los moldes usados para los termoestables son de compresión. Los primeros

moldes empleados fueron manuales, pero, debido a su elevado coste, han sido progresivamente

sustituidos por otros desarrollos. No obstante, los moldes manuales son los más adecuados para

el moldeo de prototipos.

El moldeo por compresión consiste en comprimir un compuesto para que adopte la geometría

deseada, manteniendo este compuesto bajo la acción de presión y temperatura mientras tiene

lugar una reacción química. El molde debe ser diseñado para que ello se realice de la forma más

simple y económica, para que los insertos puedan ser colocados con facilidad y para que la pieza

pueda se extraída sin sufrir deformaciones.


12.7 El espumado

En la producción de espumas de polímeros, el CO2 y el nitrógeno ya sustituyen ventajosamente,

como agentes espumantes, a componentes nocivos para el medio ambiente. El CO2 es un

espumante físico con las propiedades deseadas de un espumante ideal, procura eficacia, calidad

y inocuidad hacia el medio ambiente.

un periodo más largo. El éxito de la tecnología del CO2 en el espumado de polímeros depende de

la habilidad en encontrar los justos parámetros de funcionamiento. Entre todo, lo más importante

es poder suministrar el espumante hacia el proceso en fase gas, líquida o supercrítica, a la presión

requerida y un flujo estable. Podemos ofrecerle la solución más adecuada para cada tecnología d

espumado. Nuestra oferta de suministro incluye diferentes sistemas de abastecimiento del CO2

líquido, equipos de bombeo y de dosificación, para procesos continuos y discontinuos, asistencia

a la puesta en marcha y soporte técnico. La selección del sistema dependerá del caudal medio de

CO2 y de la presión utilizada en el proceso de espumado.

12.8 Colada o impregnación de resinas

La colada consiste en el vertido del material plástico en estado líquido dentro de un molde, donde

fragua y se solidifica. La colada es útil para fabricar pocas piezas o cuando emplean moldes de

materiales baratos de poca duración, como escayola o madera. Debido a su lentitud, este

procedimiento no resulta útil para la fabricación de grandes series de piezas.

13. Objetos de uso cotidiano con su tipo de plástico y su método de

fabricación

La botella de plástico es un envase ligero muy utilizado en la comercialización, entre otros, de lácteos,

bebidas y limpia hogares. Sus ventajas respecto al vidrio son básicamente su menor precio y su

versatilidad. Hecho de PET (Polietilentereftalato de etilenglicol).

Las botellas de plástico (así como los botes y otros envases en general) se fabrican por tres métodos

básicos:


- Extrusión-soplado. La granza se vuelca en una tolva que desemboca en un tornillo sin fin. Esta

gira con la finalidad de calentar y unir el plástico. Cuando llega a la boquilla, se inicia la fase de

inyección con aire comprimido que lo expande hasta tomar la forma de un molde de dos piezas.

Una vez enfriado, el envase permanece estable y sólo resta cortar las rebabas.

- Inyección-soplado. En primer lugar, se realiza la inyección del material en un molde como

preforma. Posteriormente, se transfiere ésta al molde final y se procede al soplado con aire

comprimido. En el momento en que se ha enfriado, se retira el envase extrayendo el molde.

- Inyección-soplado-estirado. El primer paso es el acondicionamiento de una preforma. Luego, se

introduce en el molde y se pasa a la fase de soplado y estiramiento secuencial. se espera a que se

enfríe y se procede a la retirada del molde.

14. El reciclado de plásticos

Uno de los problemas es que el acento debe ponerse en cómo generar cada vez menos residuos, de

cualquier índole como residuos plásticos.

La reducción en la fuente se refiere directamente al diseño y a la etapa productiva de los productos,

principalmente envases, antes de ser consumidos. Es una manera de concebir los productos con un nuevo

criterio ambiental; generar menos residuos. Y esto es aplicable a todas las materias primas: vidrio, papel,

cartón, aluminio y plásticos.

En el caso de estos últimos residuos, la reducción en la fuente es responsabilidad de la industria

petroquímica (fabricante de los diferentes tipos de plásticos), de la industria transformadora (que toma

esos plásticos para fabricar los diferentes productos finales), y de quien diseña el envase (envasador).

Aunque podría decirse que al consumidor también le cabe una buena parte de la responsabilidad: en las

góndolas de los supermercados es él quien tiene la facultad de elegir entre un producto que ha sido

concebido con criterio de reducción en la fuente y otro que derrocha materia prima y aumenta

innecesariamente el volumen de los residuos.

Reducir en la fuente significa referirse a la investigación, desarrollo y producción de objetos utilizando

menos recursos (materia prima). De ahí su denominación porque se aplica a la faz productiva. Al utilizar

menos materia prima se producen menos residuos y además se aprovechan mejor los recursos naturales.

Minimizar el volumen y peso de los residuos es el primer paso para resolver el problema global de los

mismos. Todo gerenciamiento de los Residuos Sólidos Urbanos debe comenzar por la reducción en la

fuente.

Las principales ventajas de la reducción en la fuente:

- Disminuye la cantidad de residuos; es mejor no producir residuos que resolver qué hacer con

ellos.

- Ayuda a que los rellenos sanitarios no se saturen rápidamente.

- Se ahorran recursos naturales - energía y materia prima- y recursos financieros

- La reducción en la fuente aminora la polución y el efecto invernadero. Requiere menos energía

transportar materiales más livianos. Menos energía significa menos combustible quemado, lo que

implica a su vez menor agresión al ambiente.


14.1 Etapas para reciclar el plástico

• Recolección: Todo sistema de recolección diferenciada que se implemente descansa en un

principio fundamental, que es la separación, en el hogar, de los residuos en dos grupos básicos:

residuos orgánicos por un lado e inorgánicos por otro; en la bolsa de los residuos orgánicos irían

los restos de comida, de jardín, y en la otra bolsa los metales, madera, plásticos, vidrio, aluminio.

Estas dos bolsas se colocarán en la vía pública y serán recolectadas en forma diferenciada,

permitiendo así que se encaucen hacia sus respectivas formas de tratamiento.

• Centro de reciclado: Aquí se reciben los residuos plásticos mixtos compactados en fardos que son

almacenados a la intemperie. Existen limitaciones para el almacenamiento prolongado en estas

condiciones, ya que la radiación ultravioleta puede afectar a la estructura del material, razón por

la cual se aconseja no tener el material expuesto más de tres meses.

• Clasificación: Luego de la recepción se efectúa una clasificación de los productos por tipo de

plástico y color. Si bien esto puede hacerse manualmente, se han desarrollado tecnologías de

clasificación automática, que se están utilizando en países desarrollados. Este proceso se ve

facilitado si existe una entrega diferenciada de este material, lo cual podría hacerse con el apoyo

y promoción por parte de los municipios.

14.2 Reciclado Mecánico

El reciclado mecánico es el más difundido en la opinión pública en la Argentina, sin embargo, este

proceso es insuficiente por sí solo para dar cuenta de la totalidad de los residuos.

El reciclado mecánico es un proceso físico mediante el cual el plástico post-consumo o el industrial

(scrap) es recuperado, permitiendo su posterior utilización.

Los plásticos que son reciclados mecánicamente provienen de dos grandes fuentes:

-Los residuos plásticos proveniente de los procesos de fabricación, es decir, los residuos que quedan

al pie de la máquina, tanto en la industria petroquímica como en la transformadora. A esta clase de

residuos se la denomina scrap. El scrap es más fácil de reciclar porque está limpio y es homogéneo en

su composición, ya que no está mezclado con otros tipos de plásticos. Algunos procesos de

transformación (como el termoformado) generan el 30-50% de scrap, que normalmente se recicla.

-Los residuos plásticos proveniente de la masa de Residuos Sólidos Urbanos (RSU).

Estos se dividen a su vez en tres clases:

• Residuos plásticos de tipo simple: han sido clasificados y separados entre sí los de distintas

clases.

• Residuos mixtos: los diferentes tipos de plásticos se hallan mezclados entre sí.

• Residuos plásticos mixtos combinados con otros residuos: papel, cartón, metales.

14.3 Reciclado Químico

Se trata de diferentes procesos mediante los cuales las moléculas de los polímeros son craqueadas

(rotas) dando origen nuevamente a materia prima básica que puede ser utilizada para fabricar

nuevos plásticos.


Minimizar el volumen y peso de los residuos es el primer paso para resolver el problema global de

los mismos.

El reciclado químico comenzó a ser desarrollado por la industria petroquímica con el objetivo de

lograr las metas propuestas para la optimización de recursos y recuperación de residuos. Algunos

métodos de reciclado químico ofrecen la ventaja de no tener que separar tipos de resina plástica, es

decir, que pueden tomar residuos plásticos mixtos reduciendo de esta manera los costos de

recolección y clasificación. Dando origen a productos finales de muy buena calidad.

Principales procesos existentes:

14.3.1 Pirolisis

Es el craqueo de las moléculas por calentamiento en el vacío. Este proceso genera hidrocarburos

líquidos o sólidos que pueden ser luego procesados en refinerías.

14.3.2 Hidrogenación

En este caso los plásticos son tratados con hidrógeno y calor. Las cadenas poliméricas son rotas y

convertidas en un petróleo sintético que puede ser utilizado en refinerías y plantas químicas.

14.3.3 Gasificación

Los plásticos son calentados con aire o con oxígeno. Así se obtienen los siguientes gases de

síntesis: monóxido de carbono e hidrógeno, que pueden ser utilizados para la producción de

metanol o amoníaco o incluso como agentes para la producción de acero en hornos de venteo.

14.3.4 Quimiolisis

Este proceso se aplica a poliésteres, poliuretanos, poliacetales y poliamidas. Requiere altas

cantidades separadas por tipo de resinas. Consiste en la aplicación de procesos solvolíticos como

hidrólisis, glicólisis o alcohólisis para reciclarlos y transformarlos nuevamente en sus monómeros

básicos para la repolimerización en nuevos plásticos.

14.3.5 Metanólisis

Es un avanzado proceso de reciclado que consiste en la aplicación de metanol en el PET. Este

poliéster (el PET), es descompuesto en sus moléculas básicas, incluido el dimetiltereftalato y el

etilenglicol, los cuales pueden ser luego repolimerizados para producir resina virgen. Varios

productores de polietilentereftalato están intentando de desarrollar este proceso para utilizarlo

en las botellas de bebidas carbonadas. Las experiencias llevadas a cabo por empresas como

Hoechst-Celanese, DuPont e Eastman han demostrado que los monómeros resultantes del

reciclado químico son lo suficientemente puros para ser reutilizados en la fabricación de nuevas

botellas de PET.

Estos procesos tienen diferentes costos y características. Algunos, como la chemolysis y la

metanólisis, requieren residuos plásticos separados por tipo de resina. En cambio, la pirólisis

permite utilizar residuos plásticos mixtos.


15. Perspectivas del reciclado químico

- El reciclado químico se encuentra hoy en una etapa experimental avanzada. Es de suponer que

en los próximos años pueda transformarse en una poderosa y moderna herramienta para tratar

los residuos plásticos. El éxito dependerá del entendimiento que pueda establecerse entre todos

los actores de la cadena: petroquímicas, transformadores, grandes usuarios, consumidores y

municipios, a los fines de asegurar la unidad de reciclado y que la materia prima llegue a una

planta de tratamiento.

- La sociedad debe estar preparada para tal cambio de tecnología en lo que hace al tratamiento de

los residuos plásticos. Por su parte, la industria petroquímica está trabajando en la definición de

especificaciones técnicas a los fines de garantizar la calidad de los productos obtenidos a través

del reciclado químico.

- Si bien el reciclado mecánico se halla en un estado más evolucionado, éste solo no alcanza para

resolver el problema de los residuos. No sería inteligente desdeñar cualquier otra forma de

tratamiento por incipiente que fuera. Lo que hoy parece muy lejano puede que dentro de las

próximas dos décadas se convierta en una realidad concreta. En el caso de los plásticos se debe

tener en cuenta que se trata de hidrocarburos, por lo que, para un recurso no renovable como el

petróleo, es especialmente importante desarrollar técnicas como el reciclado químico para

generar futuras fuentes de recursos energéticos. Los plásticos post-consumo de hoy pueden

considerarse como los combustibles o las materias primas del mañana. Además, el reciclado

químico contribuirá con la optimización y ahorro de los recursos naturales al reducir el consumo

de petróleo crudo para la industria petroquímica.

- De todas las alternativas de valorización quizá ninguna esté hecha tan a medida de los plásticos

como el reciclado químico. Es muy probable que se transforme en la vía más apropiada de

recuperación de los residuos plásticos, tanto domiciliarios como los provenientes del scrap (post-

industrial), obteniéndose materia prima de calidad idéntica a la virgen. Esto contrasta con el

reciclado mecánico, donde no siempre se puede asegurar una buena y constante calidad del

producto final. El reciclado químico ofrece posibilidades que resuelven las limitaciones del

reciclado mecánico, que necesita grandes cantidades de residuos plásticos limpios, separados y

homogéneos para poder garantizar la calidad del producto final. Los residuos plásticos

domiciliarios suelen estar compuestos por plásticos livianos, pequeños, fundamentalmente

provenientes de los envases, pueden estar sucios y presentar substancias alimenticias. Todo esto

dificulta la calidad final del reciclado mecánico, ya que se obtiene un plástico más pobre

comparado con la resina virgen. Por lo tanto, los productos hechos de plástico así reciclado se

dirigen a mercados finales de precios bajos. Por el contrario, el reciclado químico supera estos

inconvenientes, ya que no es necesaria la clasificación de los distintos tipos de resinas plásticas

proveniente de los residuos. En este proceso pueden se tratados en forma mixta, reduciendo

costos de recolección y clasificación. Además, lleva a productos finales de alta calidad que sí

garantizan un mercado.

16. Problemática medioambiental de los plásticos

Dado que los plásticos son relativamente inertes, los productos terminados no representan ningún peligro

para el fabricante o el usuario. Sin embargo, se ha demostrado que algunos monómeros utilizados en la

fabricación de plásticos producen cáncer. De igual forma, el benceno, una materia prima en la fabricación


del nylon, es un carcinógeno. Los problemas de la industria del plástico son similares a los de la industria

química en general.

La mayoría de los plásticos sintéticos no pueden ser degradados por el entorno. Al contrario que la

madera, el papel, las fibras naturales o incluso el metal y el vidrio, no se oxidan ni se descomponen con el

tiempo. Se han desarrollado algunos plásticos degradables, pero ninguno ha demostrado ser válido para

las condiciones requeridas en la mayoría de los vertederos de basuras. En definitiva, la eliminación de los

plásticos representa un problema medioambiental. El método más práctico para solucionar este problema

es el reciclaje, que se utiliza, por ejemplo, con las botellas de bebidas gaseosas fabricadas con tereftalato

de polietileno. En este caso, el reciclaje es un proceso bastante sencillo. Se están desarrollando soluciones

más complejas para el tratamiento de los plásticos mezclados de la basura, que constituyen una parte

muy visible, sí bien relativamente pequeña, de los residuos sólidos.

Tema 3 · 2020-02-17 · la madera y el algodón de donde se obtiene la celulosa, así como otros...

Documents

Transcript of Tema 3 · 2020-02-17 · la madera y el algodón de donde se obtiene la celulosa, así como otros...