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UNIDAD

INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98

1. LOS POLÍMEROS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100

1.1. Clasificación de los polímeros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102

1.2. Técnicas de conformación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108

2. LOS PLÁSTICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112

3. LOS LUBRICANTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114

4. LOS DERIVADOS DEL PETRÓLEO EN LA VIDA ORDINARIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114

Í N D I C E D E C O N T E N I D O S

Productos petroquímicos yderivados4

En esta Unidad vamos a introducirnos en el mundo del petróleo y sus derivados.Las posibilidades de aplicación de derivados del petróleo siguen aumentando,a pesar de sus reservas limitadas. En tu vida profesional o en tus estudiosacadémicos posteriores al bachillerato harás amplio uso de los contenidos quevas a estudiar.

A pesar de que, como verás en esta Unidad y, posteriormente en la Unidad7, el petróleo es un producto escaso (su ritmo de consumo es muy superior al deformación), el desarrollo de tecnologías para conseguir nuevos derivados no cesa:las publicaciones técnicas nos informan a diario de hallazgos de nuevos productos,o de modificaciones sustanciales de otros ya existentes consiguiendo mejoresprestaciones o usos.

Por eso es fundamental que te queden claros los conceptos que se exponen:constituyen la base de los conocimientos que ampliarás posteriormente.

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APLICACIONES FINALES

PETROQUÍMICASAbonos nitrogenadosMaterias plásticasDisolventesFibras sintéticas y artificia-lesAnticongelantesCauchos sintéticosDetergentesPlastificantesInsecticidasColorantesExplosivosResinasMedicinas

Materiasprimas

BencenoToluenoXilenosAromáticosParafinas

FRACCIONES LÍQUIDAS

MAT

ERIA

S PR

IMA

SFRACCIONES GASEOSAS Productos

detransformación

AcetilenoAcetaldehídoAcetonaAcrilonitriloAlcohol butílicoAlcohol etílicoAlcohol metílicoCloruro de viniloDicloroetanoEtilenglicolEtilbencenoEstirenoFenolFormaldehídoIsoprenoÓxido de etilenoPropilenglicolTetracloruro de car-bono

Materiasprimas

MetanoEtanoPropanoButanoEtilenoPropilenoButilenosButadieno

aplicaciones importantes, no petroquímicas COMBUSTIBLE

Productosde

transformaciónEtilbencenoEstirenoFenol CiclohexanoÁcido adípicoDodecilbencenoÁcido acéticoNegro de humoResinas de petróleoAditivosParafinas cloradasPE

TRÓ

LEO

BR

UTO

(C

RU

DO

)

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PRODUCTOS PETROQUÍMICOS Y DERIVADOS

4UNIDAD

IntroducciónCuando comenzó a utilizarse el petróleo, recibió inicialmente el nombre de "acei-

te de roca" o "de piedra". A causa de esta primera denominación se dio el nombre depetroquímica a la ciencia y la tecnología referidas a procesos y productos derivadosde esta sustancia.

El petróleo es un líquido viscoso cuyo color varía entre el amarillo y pardo oscu-ro hasta el negro, con reflejos verdes. Además tiene un olor característico. Flota enel agua. Químicamente es, casi en su totalidad, una mezcla de hidrocarburos, com-puestos que contienen en su estructura molecular únicamente carbono e hidrógeno.Otros elementos químicos distintos a estos dos son impurezas.

El número de átomos de carbono y la forma en que están colocados dentro delas moléculas proporciona al petróleo diferentes propiedades físicas y químicas. Loshidrocarburos que contienen entre uno y cuatro átomos de carbono en su moléculason gaseosos a presión y temperatura normales; los que contienen de cinco a vein-te son líquidos y los de más de veinte son sólidos a la temperatura ambiente.

El petróleo crudo (o simplemente "crudo") varía mucho en su composición, quedepende del tipo de yacimiento de donde provenga, pero podemos considerar quecontiene, aproximadamente, entre el 83 y el 86% de carbono y entre el 11 y el 13%de hidrógeno. En su composición también aparecen productos que contienen azufreen su molécula -que son los responsables del olor característico a "huevo podrido"-,además del carbono e hidrógeno.

Por lo general, el petróleo, tal como se extrae de los pozos, no sirve como pro-ducto energético ya que requiere de altas temperaturas para arder y su combustióndirecta es altamente contaminante. Es necesario, pues, proceder a distintas transfor-maciones.

¿Qué es el octanaje en una gasolina?Hace 50 años se llegó a descubrir que, de todos los compuestos que forman la

gasolina, el heptano normal (un hidrocarburo con siete átomos de carbono forman-do una cadena lineal) es el que provoca la peor detonación -explosión anómala delcombustible dentro del cilindro del motor-. Por lo tanto se le asignó un valor de ceroen la escala correspondiente.

El compuesto que detonaba menos era uno de ocho átomos de carbono, for-mando un cadena ramificada llamada isooctano. Se le dio un valor de 100 y asínacieron los índices de octano u octanajes de las gasolinas.

Existen aparatos que miden las detonaciones que provoca una determinadagasolina. El resultado se compara con mezclas de heptano e isooctano hastaencontrar aquélla que produzca un efecto semejante. Por ejemplo, si cierta gasoli-na tiene características detonantes parecidas a las de una mezcla de 90% de iso-octano y 10% de heptano, se le asigna un índice de octano 90.

El poder explosivo de una gasolina puede ser moderado mediante la adición deantidetonantes. El tetraetilplomo ha sido uno de los más utilizados. Era un consti-tuyente de las llamadas gasolinas "con plomo", pero por su elevado efecto conta-minante fue prohibido en la mayoría de los países desarrollados, entre ellos todoslos pertenecientes a la Unión Europea. En su lugar se utiliza otra sustancia, elMetiltercbutileter, conocido con las siglas (MTBE), que cumple la misma función.

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¿Qué pensarías si te propusieran talar todos los bosques del mundo para transfor-mar sólo el 10% de la madera en muebles y papel y el resto convertirlo en leña y carbón?

Pues eso es lo que se está haciendo actualmente con el petróleo.Alrededor del 90% de esta materia prima se usa como combustible para producir la

energía que requieren los coches, aviones, barcos, etc. y sólo en torno al 10% se empleapara obtener productos petroquímicos.

Aunque el petróleo es importante como fuente de obtención de lubricantes y carbu-rantes para motores de combustión interna (motores de explosión) y de fuel para sucombustión en centrales termoeléctricas -como veremos en la Unidad 7- los subproduc-tos de las refinerías se utilizan como punto de partida para la obtención de nuevas sus-tancias. Estos subproductos se han convertido en las principales materias primas de lasque se obtiene una amplia gama de compuestos orgánicos complejos, en particular delos polímeros sintéticos que nos permiten fabricar una amplísima gama de productosconocidos genéricamente como plásticos.

En sus orígenes, la industria química obtenía sus productos acabados a partir desustancias naturales de origen vegetal o animal. Pero al desarrollarse el conocimiento delos procesos de síntesis, se vio la posibilidad de utilizar industrialmente lo que entonceseran residuos del refino del petróleo, sobre todo los hidrocarburos gaseosos, que sonseparados de los componentes sólidos y líquidos del petróleo cuando éste se destila.

Entre los compuestos más importantes que se obtienen por este procedimiento figu-ran el etileno, el propileno, el butileno y el butadieno. Posteriormente, procesos de poli-merización o agregación de moléculas, darán lugar a la fabricación industrial de los plás-ticos.

Hasta los años 50 del siglo pasado, para cubrir las necesidades del hombre en mate-ria de vestido, la industria textil contaba principalmente con las fibras naturales como lalana, el lino, el algodón o la seda.

En la actualidad el ser humano, desde que nace, entra en contacto con los materia-les derivados del petróleo.

En los países económicamente desarrollados, los pañales que se utilizan para losniños recién nacidos no son totalmente de algodón (fibra natural, compuesta únicamen-te por celulosa) sino que están fabricados de tres materiales distintos: polietileno en laparte exterior, polipropileno en la parte que está en contacto con la piel del bebé y el relle-no, de celulosa.

Si se leen las etiquetas de las camisas, vestidos, trajes y toda clase de prendas devestir, se comprueba que están hechas de fibras sintéticas solas o mezcladas con algu-na de las fibras naturales antes mencionadas.

Las prendas deportivas como los trajes de baño y equipos de gimnasia se fabricande Lycra ®, que es una fibra elástica; de Nylon ® se fabrican, además de muchos tiposde prendas de vestir, productos como cojinetes, bisagras, ruedas de engranajes, etc.1

Habrás podido deducir de lo dicho hasta aquí que la petroquímica es la parte de laindustria del petróleo responsable de la transformación de los crudos para obtener unaenorme gama de productos de uso doméstico e industrial, es decir, aquellos que no seutilizan como combustibles.1 Muchos de los plásticos que utilizamos habitualmente han sido resultado de ingentes tra-bajos de investigación, muy costosos y que, en consecuencia, fueron patentados por los des-cubridores. El primero de los dos citados aquí (Lycra) fue desarrollado por Bayer y el segun-do, Nylon, por Dupont.

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PRODUCTOS PETROQUÍMICOS Y DERIVADOS

4UNIDAD

1. Los polímerosLa denominación de polímero se ha generalizado por su asociación con sustancias

plásticas sintéticas como, por ejemplo, polietileno, cloruro de polivinilo, poliestire-no, etc. Hay un gran número de polímeros en la naturaleza tales como el almidón, lacelulosa o las proteínas.

En un principio esta denominación se aplicó sólo a moléculas que se originaban apartir otras más simples (monómeros2), todas iguales, que se unían mediante unareacción química. (Formación de una cadena más o menos larga y más o menos rami-ficada, pero con todos los eslabones iguales, o bien, cadenas por unión de dos o mástipos de eslabones). Son los polímeros llamados de adición.

Otra posibilidad de formación de polímeros es la reacción entre dos tipos de monó-meros (iguales o distintos) dando lugar a una nueva molécula, pero con desprendi-miento de agua u otra sustancia simple. En este caso, lógicamente, no podemos hablarde adición, sino de condensación.

La química macromolecular, o de altos polímeros, y sus aplicaciones tecnológicasen productos industriales y domésticos, ha experimentado un desarrollo extraordinarioen los últimos años. Hasta la década de 1920-1930 poco o nada se sabía de la natu-raleza de las macromoléculas y fueron los trabajos del químico alemán Staudinger(Premio Nóbel de Química de 1953) los que la lanzaron.

El algodón, la lana o la goma son cadenas moleculares fabricadas por los animales olas plantas, a partir de moléculas simples.Hay materias primas naturales, como la leche, el látex o la madera de las que puedenobtenerse plásticos aptos para la fabricación de objetos de uso corriente.

1.- El octanaje de una gasolina es:a) La potencia liberada.b) La medida de la detonación.c) La coloración.d) La equivalencia de isooctanos en una gasolina de referencia.

A c t i v i d a d e s

R e c u e r d a

Un ejemplo de polimerización por condensación nos lo ofrece la naturaleza con la funciónclorofílica: el anhídrido carbónico del aire y el agua asimilada a través de las raíces de las plan-tas, reacciona en presencia de la clorofila y de la luz solar obteniendo glucosa y oxígeno quees devuelto a la atmósfera. A continuación la glucosa se polimeriza dando lugar a almidón ocelulosa, y con desprendimiento de una molécula de agua por cada dos moléculas de gluco-sa que se “encadenan”.

E j e m p l o

2 En la Unidad 7 hablaremos con más extensión de cómo se obtienen los monómeros a par-tir de los crudos.

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Los polímeros son grandes moléculas, de peso molecular elevado, formadas porrepetición de grupos más pequeños unidos entre sí por enlaces químicos y presen-tando en su conjunto una cadena de forma alargada y, la inmensa mayoría de lasveces, ramificada.

La mayor parte de los polímeros contienen aditivos que les proporcionan carac-terísticas especiales. Algunos de éstos son:

Rellenos: Los rellenos se pueden agregar con fines distintos. Uno de losejemplos más conocidos es la adición de negro de humo al caucho, paraconseguir la resistencia mecánica y al desgaste de las cubiertas de automó-vil. Algunos rellenos, como las fibras cortas o escamas de materiales inorgá-nicos mejoran las propiedades mecánicas del polímero. Otros, llamadosextensores, permiten aumentar considerablemente el volumen de materialcon menos cantidad de polímero, reduciendo así el costo. El carbonato decalcio, la sílice, el talco y la arcilla son extensores de uso frecuente que debentener la cualidad de ser baratos. Pigmentos. Se utilizan para colorear el polímero, son partículas finamentemolidas que quedan uniformemente dispersas en él. Deben tener un granpoder cromático para colorear toda la masa de la macromolécula aunque seañadan en pequeñísimas proporciones. Agentes antiestáticos. La mayoría de los polímeros, puesto que son malosconductores, acumulan electricidad estática. Estas sustancias atraen lahumedad del aire hacia la superficie del polímero mejorando la conductividadsuperficial del mismo y reduciendo la probabilidad de que se produzcan chis-pas o descargas.Retardantes de llama. Dado que se trata de materiales orgánicos, la mayo-ría de los polímeros son inflamables. Aditivos que contienen cloro, bromo, oalgunas sales de metales disminuyen el riesgo de que se produzca o extien-da la combustión.Plastificantes. Pequeñas moléculas o cadenas de bajo peso molecular,conocidas como plastificantes, reducen la rigidez de algunas macromolécu-las, dotándolas de más flexibilidad y reduciendo, en consecuencia, el riesgode ruptura por flexión.Reforzantes. La tenacidad (importante propiedad de los materiales, de laque se habló extensamente en la Unidad 2) de los polímeros se mejora alintroducir filamentos de vidrio o carbono como reforzantes.Bactericidas. Se añaden para eliminar la aparición de mohos y otros tipos demicroorganismos que perjudicarían el uso de los polímeros en condicionesambientales que favorecen su reproducción: ambientes húmedos y tempera-turas templadas.

A pesar de su reciente desarrollo, el hombre viene utilizando las macromólecu-las naturales (polímeros naturales), desde la más remota antigüedad, como es elcaso del asfalto, el ámbar o la goma arábiga. Incluso el caucho y la celulosa seusaron antes de conocerse su naturaleza.

El uso de polímeros naturales se remonta a la antigüedad. Es el caso del asfalto, elámbar, la goma arábiga, el caucho y la celulosa.

R e c u e r d a

102

PRODUCTOS PETROQUÍMICOS Y DERIVADOS

4UNIDAD

Las dos últimas etapas en el desarrollo de la ingeniería química de los polímerosla constituyen, por una parte, el descubrimiento de los procesos industriales de polime-rización y por otra, el reconocimiento de la naturaleza macromolecular de gran núme-ro de sustancias biológicas de las que se ha empezado a conocer su constitución quí-mica y física y que son el campo de exploración para un futuro desarrollo de nuevosproductos de muy probable aplicación industrial. (El hombre trata de imitar a la natura-leza).

En la mayoría de los casos, las propiedades que buscamos en la utilización demacromoléculas o polímeros son de carácter mecánico, aparte de su excelente resis-tencia a la corrosión:

elasticidadflexibilidaddurezaresistencia al impactoresistencia a la roturaresistencia al paso de la corriente eléctricaresistencia al calentamiento

1.1. Clasificación de los polímerosPodemos establecer clasificaciones de polímeros atendiendo a diversos paráme-

tros: según la manera en que se sintetizan las moléculas; en función de su estructuramolecular, o dependiendo de la función química predominante (si una macromoléculatiene ocho funciones alcohol por cada función cetona, se la considera alcohólica).

Sin embargo, el método más usado para clasificar los polímeros está relacionadocon su comportamiento mecánico y térmico, que vamos a ver a continuación:

Polímeros termoplásticos. Son plásticos con cadenas poco ramificadas. Tienenun comportamiento plástico y dúctil. Al ser calentados a temperaturas elevadas estospolímeros se ablandan y modifican su forma sin descomponerse. Los polímeros termo-plásticos se pueden reciclar con facilidad ya que un nuevo calentamiento los devuelvea su forma blanda y reutilizable. Es un comportamiento análogo al que tiene la cera: apartir de su estado sólido puede ser fundida, enfriada y nuevamente solidificada conuna forma distinta de una manera prácticamente indefinida. Reblandecen cuando secalientan y vuelven a endurecer cuando se enfrían, pudiéndose repetir ese procesopuesto que el calor les produce una alteración física pero no química (al igual que ocu-rre con los metales).

Polímeros termoestables. Están compuestos por largas cadenas de moléculasmuy ramificadas y, por tanto, muy entrecruzadas formando estructuras típicamente tri-dimensionales. Estos polímeros son más resistentes, aunque más frágiles, que los ter-moplásticos. Los termoestables se descomponen antes de fundirse y no es posiblereprocesarlos una vez que alcanzan una determinada temperatura, característica decada uno.

Al ser calentados, sufren una alteración físico-química irreversible y cuando vuel-ven a enfriarse ya no se pueden fundir y solidificar de nuevo, quedando definitivamen-te endurecidos e inservibles.

Elastómeros. Tienen una estructura intermedia entre los termoplásticos y lostermoestables compartiendo características de ambos. Pueden sufrir grandes defor-maciones elásticas que no producen cambios permanentes de forma.

103

A partir de lo que acabamos de exponer, ya podríamos hacer una primera elec-ción del tipo de plástico a utilizar para estos usos:

Dentro de los tres tipos de polímeros tratados, los productos más significativosson:Termoplásticos:

Polietileno (PE): Se obtiene a partir de etileno sometido a presión y polimeriza-do. Tiene un tacto sedoso y es flexible, tenaz y ligero. Es soldable aunque de difí-cil pegado. Según la presión de polimerización, se obtiene la variedad blanda, uti-lizada para fabricar envases, bolsas, etc. o la dura empleada para hacer juguetes,mangos de herramientas, menaje, ruedas dentadas, etc.

Politetrafluoroetileno o Teflón ® (PTFE): Obtenido por Roy J. Plunkett en 1938cuando estaba trabajando con TFE (Freón, utilizado como anticongelante) y éstepolimerizó inesperadamente. Es capaz de soportar temperaturas por encima de300ºC durante largos periodos sin apenas sufrir modificaciones. Es resistente a lamayoría de ácidos y bases y resulta insoluble en muchos disolventes orgánicos.Su coeficiente de fricción es el más bajo de todos los materiales sólidos conoci-dos, es decir, es un gran autolubricante.

Aplicaciones del Polietileno

Guantes de cirujano: El guante debe ser capaz de estirarse mucho a fin de deslizarsesobre la mano y, al mismo tiempo, seguir íntimamente el contorno de la misma, para tenerla máxima sensación de tacto durante la cirugía, es decir, no perder sensibilidad. Un mate-rial con grandes deformaciones elásticas, particularmente ante una tensión relativamentepequeña, puede resultar adecuado: este requisito lo cumple un elastómero.

Recipientes para bebidas: El recipiente para bebidas debe producirse fácilmente y serde bajo costo. Debe tener algo de ductilidad y tenacidad de manera que no se rompa acci-dentalmente dejando escapar el contenido. Un termoplástico tiene la procesabilidad y ducti-lidad necesarias para esta aplicación.

Poleas: La polea puede estar sometida a tensión y desgaste al pasar una banda porencima de ella. Para evitar el desgaste es necesario un material relativamente resistente,rígido y duro por lo que un polímero termoestable puede ser muy apropiado.

E j e m p l o s

accesoriosde ducha

aislamiento decable eléctrico

algunos impermeables

forro interior

bandeja dehielo

botella que se puedaestrujar tacos de juguete

taza de bebécubo

bolsas

barreño parafregar

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PRODUCTOS PETROQUÍMICOS Y DERIVADOS

4UNIDAD

Sus propiedades se deben, básicamente, a que los átomos de flúor del teflóncrean una especie de barrera que dificulta el ataque de agentes químicos sobre laestructura carbonada del mismo. Resulta un excelente aislante eléctrico y se utili-za en aislamientos (en motores), utensilios de cocina (como antiadherente recu-briendo, por ejemplo, las superficies interiores de las sartenes), en rodamientos yjuntas de fontanería.

Tiene un gran inconveniente: es muy blando, muy poco resistente a la abrasión,rayándose con suma facilidad.Polipropileno (PP): Sus principales características son la ligereza y la tenacidad.Se utiliza para carcasas de electrodomésticos, salpicaderos de automóviles, teji-dos para la fabricación de prendas de vestir, sillas apilables, cubiertos, piezas defontanería, etc.

Poliestireno (PS): Obtenido apartir del benceno y del etileno. Suresistencia a la humedad y, en gene-ral, a los agentes externos, lo hacenmuy apto para fabricar envases deartículos de alimentación que norequieran gran resistencia, como, porejemplo, los envases de yogur.

Poliestireno expandido (EPS):Su nombre comercial es porexpan ® yse presenta en forma de espuma o decorcho. Se fabrica esponjando congas los nódulos del poliestireno. Seusa para bandejas de alimentos y,granulado, como relleno de protec-ción en los embalajes de mercancíasfrágiles.

Cloruro de polivinilo (PVC): Seobtiene por polimerización del acetile-no y en su estado natural se presentaduro y frágil, por lo cual se destina ala fabricación de tuberías, mobiliario,envases, impermeables y los anti-guos discos. Admite la adición dereblandecedores que lo hacen aptopara la fabricación de mangueras yrecubrimientos de conductores eléc-tricos.

Por su negativo impacto ambien-tal – debido a que se desprende cloroen su lento, pero continuo procesonatural de descomposición – está enfranco declive. Existen ya paíseseuropeos donde está prohibida su uti-lización y es lógico pensar que ennuestro país esta prohibición se pro-ducirá a no largo plazo.

Fabricados de PVC

Algunos objetos fabricados con Polipropileno

cubiertos

tacos apresión

botellaspieza de fontanería casco de seguridadloción de bebé

silla apilable

bobina de hilo

cuenco de amasar

juguete de empujar

caja con bisagrade cinta

bisagraflexible

tapasherméticas

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(Su precio es muy bajo en relación con los productos alternativos, y de ahí laresistencia de los usuarios a no utilizarlo).

Polimetacrilato de metilo (PMMA): También conocido como metacrilato, plexi-glás o vidrio acrílico. Se obtiene a partir del acetileno y presenta tres variedades:duro, semiduro y blando. En ocasiones sustituye al vidrio, con el que tiene granparecido y también se utiliza para mobi-liario, lentes de contacto o faros deautomóvil.

España es uno de los mayores fabri-cantes europeos de este polímero, condos plantas para su producción, una enTarragona y otra en Huelva.

Policarbonatos (PC): Caracterizadospor su gran resistencia mecánica, tér-mica y química, son utilizados en lafabricación de cascos, raquetas detenis, engranajes, etc.

Termoestables:Resinas de urea. (también llamadas“resinas de urea-formaldehído”).Producto insensible a la luz y, por tanto,apto para la fabricación de objetos blan-cos como vajillas o aparellaje eléctrico.Utilizado en recubrimientos de superfi-cies de muebles, a los que da un aca-bado liso y brillante. Su uso se extiendea los envases de la industria alimenta-ria puesto que no tiene olor ni saboralguno. Otra aplicación que consumeun elevado porcentaje de estas resinases como cohesionante de las maderasaglomeradas.

Resinas de poliéster. Obtenidas a par-tir del alquitrán y el estirol. Son transpa-rentes (por lo que se les puede colore-ar fácilmente con aditivos) y, con la adi-ción de fibra de vidrio, se logran plan-chas de considerable resistencia conlas que se fabrican cascos de embarca-ciones, elementos de la carrocería delos coches, depósitos, etc.

Es mucho más impermeable que elpolipropileno, utilizándose para enva-ses de productos como aceites comes-tibles.

Objetos de metacrilato

Objetos de resina de urea-formaldehido

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PRODUCTOS PETROQUÍMICOS Y DERIVADOS

4UNIDAD

Resinas fenólicas. Se obtienen por combinación de fenol y formaldehído. Tienenun característico olor a fenol lo que las inutiliza para usos relacionados con laindustria de alimentación. Sometidas a un procedimiento de fabricación por pren-sado, dan lugar a un material duro capaz de ser utilizado para piezas industrialescomo cuerpos de teléfono o pequeños electrodomésticos. El nombre comercial esbaquelita.

Resinas de epóxido. Conocidas abreviadamente como resinas epoxi, se obtienena partir del acetileno y se utilizan para la confección de pegamentos y barnices dealta resistencia al desgaste (recubrimientos de parquet).

Elastómeros:

Una de las propiedades más fascinantes de estos materiales es la elasticidad. Esdecir, tienen la posibilidad de experimentar grandes deformaciones y de recuperar elás-ticamente su forma primitiva. Probablemente este comportamiento se observó por pri-mera vez en los cauchos naturales; sin embargo, la industria ha conseguido sintetizargran número de elastómeros con características muy distintas.

En ausencia de esfuerzos, las cadenas moleculares son laberínticas, dobladas yplegadas. La deformación elástica causada por la aplicación de un esfuerzo de trac-ción origina enderezamiento, desplegado y alargamiento de las cadenas en la direc-ción del esfuerzo. Tras eliminar el esfuerzo, las cadenas recuperan la configuración ori-ginal y las piezas vuelven a la forma primitiva.

Los principales tipos de elastómeros son:

Siliconas. Son polímeros inorgánicos obtenidos a partir del silicio; muy resistentea los agentes atmosféricos y a los ácidos en un amplio intervalo de temperaturas(desde –100ºC a 250ºC). Se utilizan como recubrimientos y juntas de estanquei-dad.Poliuretanos. Obtenidos a partir del benceno. Se obtienen con textura esponjosa

Ejemplos de productos fabricados con baquelita

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(colchones, esponjas, goma espuma etc.) y con textura maciza elástica (correasde transmisión, juntas, ruedas de fricción, etc.).Cauchos. Se extraen del látex que, a su vez, procede de la corteza de un árboltropical llamado hevea. Durante el proceso de coagulación (que es muy rápido)ha de agregársele ácido fórmico para evitar que se deterioren sus cualidadeselásticas, con lo cual obtenemos caucho crudo que ha de ser estabilizado parasu uso posterior mediante el proceso conocido por vulcanizado que consiste entriturarlo, mezclarlo con azufre y someter la mezcla a altas temperaturas (unos140ºC) y una presión de alrededor de 5 atmósferas. Cuanto más azufre conten-ga la mezcla más dureza tendrá el producto obtenido, que irá desde lo que sedenomina goma blanda (las típicas gomas en anillo que tanto se usan en las ofi-cinas); la goma dura o ebonita (manivelas, volantes de automóvil) y la gomaesponjosa (colchones, esponjas de baño, etc.)Neopreno. Es un caucho sintético que tiene como propiedad más valorada la deser resistente a agentes químicos y, sobre todo, al fuego. Sus aplicaciones sederivan de esas cualidades y entre ellas están la confección de prendas espe-ciales como los trajes de submarinista o de bombero.

La mayoría de los polímeros que se utilizan en la actualidad son termoplásticosy de ellos, principalmente cloruro de polivinilo (PVC), polietileno (PE), polipropileno(PP) y poliestireno (PS). Pueden volverse a conformar de manera repetida utilizandocalor y presión por lo que se transforman en productos acabados con rapidez y eco-nomía. El precio de esta “reformabilidad” es su relativa sensibilidad a la temperaturay, en particular, su tendencia a sufrir fluencia si se les aplica una carga. Fuera de laindustria eléctrica, donde se aprovechan su alta resistividad y sus propiedades die-léctricas desde un principio, estos materiales se hicieron populares debido a su eco-nomía como sustitutos de otros materiales ya que su costo por unidad de volumenes bajo, se procesan con facilidad y tienen buenas propiedades decorativas.

Las largas moléculas que constituyen los polímeros se pueden formar por adición opor condensación. Los polímeros termoplásticos se ablandan a temperaturas elevadas, endureciendo alenfriarse. Un nuevo calentamiento les devuelve a su forma blanda y reutilizable.Los polímeros termoestables, una vez calentados hasta el punto de deformación yposteriormente enfriados, ya no admiten nuevos procesos de calentamiento/deformación.Los elastómeros se caracterizan, como su nombre indica, por su gran elasticidad. Elmás antiguo es el caucho, que se obtiene del látex procedente, a su vez, del árbolllamado hevea. Otros elastómeros de gran importancia y aplicación práctica son: lassiliconas, el poliuretano y el neopreno.

R e c u e r d a

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PRODUCTOS PETROQUÍMICOS Y DERIVADOS

4UNIDAD

1.2. Técnicas de conformaciónEn la conformación de los materiales poliméricos se emplea una gran variedad

de técnicas. El procedimiento utilizado para conformar un polímero específico depen-de de varios factores:

Si el material es termoplástico o termoestable.Si es termoplástico, de la temperatura de ablandamiento.La estabilidad atmosférica del material a conformar.La geometría y el tamaño del producto acabado.

Hay numerosas similitudes entre estas técnicas y las utilizadas para la conforma-ción de metales y cerámicas.

La fabricación de estos materiales se lleva a cabo normalmente a elevada tem-peratura y con aplicación de presión. Los termoplásticos se conforman a tempera-turas superiores a la de comienzo de solidificación y la presión aplicada se debemantener a medida que la pieza se enfría para que conserve la forma mientras per-manece blanda y en estado plástico. Un significativo beneficio económico que seobtiene al utilizar termoplásticos es que éstos son reciclables: las piezas termoplás-ticas inservibles se vuelven a fundir y conformar, con lo que su impacto medioam-biental queda muy reducido.

La conformación de los polímeros termoestables generalmente se realiza endos etapas. En la primera se prepara un polímero en fase líquida (un “prepolímero”de cadena más corta y menos ramificada que la que tendrá como producto termina-do) y se introduce en un molde. En la segunda etapa este material se endurece. Estaetapa, denominada “curado”, puede ocurrir durante el calentamiento y, frecuente-mente, bajo presión. Durante el curado se producen, a nivel molecular, transforma-ciones químicas y estructurales, que dan lugar a nuevas macromoléculas más entre-cruzadas y reticuladas. Después del curado, el polímero termoestable se extrae delmolde aún caliente, ya que son dimensionalmente estables.

Los termoestables no son reciclables, ya que antes de fundir se decomponenquímicamente. Son más inertes químicamente que los termoplásticos y soportantemperaturas de trabajo más elevadas.

El moldeo es el procedimiento más común para conformar los polímeros plásti-cos. Las técnicas de moldeo son:

por compresión;por transferencia;por soplado;por inyección;por extrusión.

109

Moldeo por compresión. En el moldeo por compresión, se coloca una cantidadadecuada de polímeros y aditivos entre las piezas superior e inferior del molde.

Ambas partes se calientan pero sólo una se desplaza. El molde se cierra y el calory la presión aplicados hacen que el material plástico se convierta en viscoso y adquie-ra la forma del molde. Antes del moldeo, la materia prima se puede mezclar y prensaren frío en forma de un disco denominado “pro forma”: Esta técnica de moldeo se utili-za para conformar polímeros tanto termoplásticos como termoestables; sin embargo,el de los primeros necesita más tiempo y es más caro.

Moldeo por transferencia. En este procedimiento loscomponentes sólidos se funden en una cámara de transfe-rencia calentada. Después el plástico fundido se inyecta den-tro del molde y, al aplicar presión, éste se distribuye uniforme-mente sobre toda la superficie. Este procedimiento se utilizapara conformar polímeros termoestables y para obtener pie-zas de geometría complicada.

Moldeo por inyección. El moldeo por inyección de losplásticos, análogo al moldeo en coquilla de los metales –quetrataremos con más detalle en la Unidad 9–, es una técnicamuy utilizada para conformar materiales termoplásticos.

Una cantidad adecuada de material granulado pasadesde la tolva de alimentación al cilindro por el movimientodel émbolo. Esta carga se arrastra hasta el interior de unacámara de calentamiento en la cual el material termoplásticofunde dando lugar a un líquido viscoso. A continuación elplástico fundido se impulsa mediante el movimiento delémbolo a través de la boquilla para que entre en la cavidaddel molde, y se mantiene la presión hasta que la masa hasolidificado. Finalmente se abre el molde, se retira la pieza,se cierra de nuevo el molde y se vuelve a repetir el ciclo com-pleto.

Aparato de moldeo por compresión Tipos de moldes por compresión

Moldeo por transferencia

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PRODUCTOS PETROQUÍMICOS Y DERIVADOS

4UNIDAD

Una característica muy importante deesta técnica es la velocidad de produc-ción. Para los termoplásticos, la solidifica-ción de la masa inyectada es casi inme-diata y por consiguiente los periodos deeste proceso son cortos (del orden de 20a 30 segundos). Los polímeros termoes-tables también se pueden moldear porinyección; el “curado” (proceso de enfria-miento y solidificación) se realiza mien-tras se mantiene el material bajo presión

en el molde caliente y por este motivo la duración de los ciclos es mayor que enel caso de los termoplásticos.

Moldeo por extrusión. La mayoría de los plásticos cuyas formas finales sonláminas, tubos, barras, filamentos, película y otras de sección transversal unifor-me, se fabrican por extrusión. Se parte de gránulos de resina que son calentadoshasta fundir y, una vez en estado líquido, éste es arrastrado por unos mecanismosde Tornillo de Arquímedes (como el de la figura) situado en la parte inferior deldepósito que lo contiene, que obliga a la masa fundida a pasar a través de unaboquilla cuyo agujero define la forma del producto.

Una modalidad muy importante de la extrusión es la “extrusión con soplado”en la cual el plástico que sale de la boquilla se introduce en un molde que le con-fiere la forma de un tubo; éste es soplado de dentro a fuera (como hinchamos unglobo) hasta que se ajusta a las paredesdel molde, que le proporciona la formafinal. Este procedimiento se utiliza parafabricar envases y también para las fun-das aislantes, “macarrones” de los con-ductores eléctricos.

Moldeo por inyección

Extrusión de plástico

Los procedimientos de conformación de los polímeros tienen muchas analogías con losque se aplican a los metales.El moldeo por inyección de los termoplásticos es un proceso de muy alto rendimiento(del orden de 20 ó 30 segundos por ciclo, equivalente a 2 ó 3 piezas por minuto).

R e c u e r d a

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2.- Los polímeros son:

a) Una asociación se sustancias plásticas.b) Una agrupación en grandes cadenas de moléculas.c) Resultado de un proceso de síntesis.d) Una cadena truncada de monómeros.

3.- Los polímeros termoplásticos:

a) Son más resistentes que los termoestables.b) Al ser calentados sufren una alteración físico-química irreversible.c) Se pueden reciclar con facilidad.d) Se denominan comercialmente "baquelita".

4.- Los polímeros termoestables:

a) Resisten a la luz y, por tanto, son aptos para fabricar objetos blancos.b) Se denominan también polímeros "epoxi".c) Se comportan de una manera análoga a la cera.d) No admiten nuevos procesos de calentamiento/deformación.

5.- ¿Qué material escogerías para fabricar unos guantes de cirujano?

a) Polietileno.b) Resina "epoxi".c) Neopreno.d) Poliestireno.

6.- Las siliconas son:

a) Polímeros inorgánicos.b) Materiales isotrópìcos.c) Materiales de relleno.d) Derivados sintéticos del latex.

7.- ¿Qué uso se da al politetrafluoretileno (teflón)?

a) Confección de pegamentos.b) Antiadherente en utensilios de cocina.c) Recubrimientos de parquets.d) Colchones.

A c t i v i d a d e s

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PRODUCTOS PETROQUÍMICOS Y DERIVADOS

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2. Los plásticosLa palabra plástico se deriva de la palabra griega “plastikos”, que significa ade-

cuado para el moldeo. Muchos de los materiales llamados plásticos, tales como lospegamentos, no se moldean del todo. Muchos metales y la mayoría de las cerámi-cas se moldean a veces. Una definición adecuada y rigurosa de plásticos es la de“compuestos orgánicos de moléculas grandes, manufacturados principalmente comoun producto químico y susceptible de conformarse bajo combinaciones de presión ycalor”.

Consideremos una cantidad de alfileres de gancho (de los que llamamos “imper-dibles”) y pensemos en las diversas formas distintas en que pueden ser encadena-dos. Podemos formar una cadena larga, o varias cadenas unidas, o cadenas ramifi-cadas, etc. Es fácil ver que hay miles de formas de constituir una cadena.

Los animales y las plantas también construyen macromoléculas semejantes par-tiendo de moléculas más pequeñas. El algodón, la lana o el caucho natural han sidofabricados por el animal o la planta a partir de moléculas más simples. La realidad esla inversa: los materiales plásticos son el resultado del intento del hombre de imitara la naturaleza; no es la naturaleza la que imita al hombre. El primer plástico, la sedaartificial, era una imitación directa de la forma en que el gusano de seda fabrica suhilo. Algunas materias primas naturales que pueden proporcionar plásticos, a travésde un proceso químico, son la leche (caseina), el látex (caucho virgen) o la madera(celulosa), aparecen en el esquema siguiente:

ELEMENTO NATURAL

DERIVADO OBTENIDO

PLÁSTICO APLICACIONES

leche caseina galatitabotones, peines, …

látex caucho virgencaucho vulcani-zadogomas

neumáticosjuntas, colchones, …

madera celulosaceluloidecelofáncellón

hojas finas, películasenvases no rígidosmonturas de gafas, ...

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La moderna industria del plástico rara vez trata de fabricar copias exactas de lasfibras y resinas naturales. Su objetivo es llenar los vacíos dejados por la naturaleza,empleando la idea original de construir moléculas largas a partir de otras pequeñas.Las moléculas plásticas están destinadas a trabajos para los cuales no se encuen-tran materiales naturales realmente adecuados.

Los plásticos están presentes en muchas de nuestras actividades cotidianasdebido a que proporcionan unas prestaciones muy ventajosas respecto a materialesclásicos como la madera, los productos textiles y cerámicos y los metales. Los plás-ticos son económicos, fáciles de manipular para obtener formas, son ligeros, resis-ten la corrosión y los ataques químicos y pueden incorporar un colorido atractivo yde amplia variedad.

En el aspecto lingüístico merece la pena señalar la diferencia entre la idea deplasticidad (capacidad de deformación) y el término plástico referido a un productode naturaleza sintética y determinadas características.

La mayoría de los plásticos son polímeros obtenidos por síntesis química a los que se leshan agregado elementos complementarios como los pigmentos y los rellenos.

8.- En el proceso de conformado de los polímeros termoestables, se conoce por "curado":

a) A la extracción en caliente del material situado en el molde.b) Al endurecimiento del material dentro del molde.c) A la incorporación de aditivos.d) Al proceso de coloración experimentado.

9.- La caseína contenida en la leche puede proporcionarnos:

a) Galatita.b) Celuloide.c) Celofán.d) Goma.

A c t i v i d a d e s

R e c u e r d a

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PRODUCTOS PETROQUÍMICOS Y DERIVADOS

4UNIDAD

3. Los lubricantes¿Imaginas la vida actual sin la presencia de lubricantes? A poco que reflexiones

te vendrán a la mente la enorme variedad de aplicaciones de estos productos.

Los primeros lubricantes fueron los aceites vegetales y las grasas animales. Sinembargo, desde finales del siglo XIX más del 90% de los lubricantes se derivan delpetróleo, es decir, son productos petroquímicos.

Como veremos con más detalle en la Unidad 7, en una refinería compleja, el resi-duo de la destilación atmosférica o primaria, llamado crudo reducido, se continúafraccionando a vacío para seguir separando distintas fracciones sin modificar suestructura química, obteniendo gamas de productos básicos para la elaboración delubricantes. Este residuo es refinado con disolvente en otra parte de la refinería cono-cida como “Unidad de desasfaltado”, donde se mezcla con propano en estado líqui-do, para separar las resinas asfálticas y otros componentes que perjudican la calidadde los aceites.

Las etapas siguientes son: la separación del propano utilizado, nuevas purifica-ciones de los aceites con disolventes como tolueno y metil-etil-cetona, filtración yrefrigeración.

A partir de aquí ya se producen modificaciones químicas en los aceites para con-seguir las prestaciones deseadas en función del uso a que van a ser destinados. Enestas reacciones químicas tienen vital importancia los catalizadores que, en muchoscasos, están protegidos por patentes.

Un buen lubricante tiene que tener cuerpo (la viscosidad adecuada), ser resis-tente a los ácidos, tener un grado de fluidez adecuado, presentar una resistenciamínima al rozamiento, así como unas elevadas temperaturas de combustión e infla-mación, y estar libre de productos que se oxiden. En los lubricantes actuales suelenañadirse, también, bactericidas para evitar que enmohezcan. La mayoría cumplencon la misión añadida de actuar como refrigerantes.

4. Los derivados del petróleo enla vida ordinaria

En la alimentación.

No es fácil imaginarse en el mercado, al contemplar la carne fresca, frutas, ver-duras y granos como el maíz, trigo, arroz, cebada, etc., cómo intervienen los produc-tos petroquímicos en los alimentos frescos. Aparentemente estos productos 100%naturales no tienen nada que ver con los compuestos artificiales salvo por sus envol-turas.

Sin embargo, en realidad la petroquímica desempeña un papel muy importantetanto en la agricultura como en la ganadería y en la cría de animales domésticos usa-dos en la alimentación.

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En la producción de alimentos agrícolas es necesario el uso de fertilizantes,insecticidas, herbicidas y fumigantes, muchos de ellos fabricados a partir de produc-tos petroquímicos.

Algunos productos petroquímicos secundarios, como pueden ser ciertos deriva-dos del etileno, tienen aplicaciones muy interesantes. Por ejemplo, el óxido de etile-no se usa para madurar las frutas, como herbicida y como fumigante; anticongelan-te para radiadores de automóvil, el poliuretano para fabricar espumas rígidas –usa-das en embalajes– o flexibles –para hacer colchones y cojines–.

Otro uso de los derivados del óxido de etileno lo constituye la fabricación deadhesivos y selladores que se emplean para pegar toda clase de superficies comocartón, papel, piel, vidrio, aluminio, telas, etc.

El alcohol etílico, o etanol, es otro derivado del etileno de gran importancia indus-trial para usos farmacéuticos y en la fabricación de detergentes. Ahora bien, cuandoeste producto está formando parte de las bebidas alcohólicas, es absolutamente obli-gatorio obtenerlo por fermentación de los azúcares contenidos en la caña de azúcar,remolacha o en frutas como la uva.

En la salud.

La petroquímica participa activamente en la salud de personas y animales. En lapreparación de medicamentos genera los reactivos químicos que sirven para hacerproductos fisiológicamente activos como el ácido acetilsalicílico que es el analgésico(calmante del dolor) conocido como aspirina y la benzocaína, un anestésico local deamplia aplicación.

También se utilizan productos petroquímicos en la fabricación de vitaminas. Laglicerina, que se emplea en la fabricación de supositorios y la nitroglicerina (comovasodilatador en afecciones del corazón) son algunos ejemplos.

La preparación de antibióticos, vacunas, etc., requiere de disolventes para laextracción de los principios activos de las plantas y otros productos naturales. Estosdisolventes, por lo general, son productos petroquímicos.

Los polímeros también se utilizan en cirugía y en prótesis: sirven para hacerórganos artificiales tales como huesos, arterias, dientes, etc.