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Plasticos

HISTORIA DEL PLASTICO

El primer plástico se origina como resultado de un concurso realizado en 1860 en los Estados Unidos, cuando se ofrecieron 10.000 dólares a quien produjera un sustituto del marfil (cuyas reservas se agotaban) para la fabricación de bolas de billar. Ganó el premio John Hyatt, quien inventó un tipo de plástico al que llamó celuloide.

El celuloide se fabricaba disolviendo celulosa, un hidrato de carbono obtenido de las plantas, en una solución de alcanfor y etanol. Con él se empezaron a fabricar distintos objetos como mangos de cuchillo, armazones de lentes y película cinematográfica. Sin el celuloide no hubiera podido iniciarse la industria cinematográfica a fines del siglo XIX. El celuloide puede ser ablandado repetidamente y moldeado de nuevo mediante calor, por lo que recibe el calificativo de termoplástico.

En 1907 Leo Baekeland inventó la baquelita, el primer plástico calificado como termofijo o termoestable: plásticos que puede ser fundidos y moldeados mientras están calientes, pero que no pueden ser ablandados por el calor y moldeados de nuevo una vez que han fraguado. La baquelita es aislante y resistente al agua, a los ácidos y al calor moderado. Debido a estas características se extendió rápidamente a numerosos objetos de uso doméstico y componentes eléctricos de uso general.

Los resultados alcanzados por los primeros plásticos incentivó a los químicos y a la industria a buscar otras moléculas sencillas que pudieran enlazarse para crear polímeros. En la década del 30, químicos ingleses descubrieron que el gas etileno polimerizaba bajo la acción del calor y la presión, formando un termoplástico al que llamaron polietileno (PE). Hacia los años 50 aparece el polipropileno (PP).

Al reemplazar en el etileno un átomo de hidrógeno por uno de cloruro se produjo el cloruro de polivinilo (PVC), un plástico duro y resistente al fuego, especialmente adecuado para cañerías de todo tipo. Al agregarles diversos aditivos se logra un material más blando, sustitutivo del caucho, comúnmente usado para ropa impermeable, manteles, cortinas y juguetes. Un plástico parecido al PVC es el politetrafluoretileno (PTFE), conocido popularmente como teflón y usado para rodillos y sartenes antiadherentes.

Otro de los plásticos desarrollados en los años 30 en Alemania fue el poliestireno (PS), un material muy transparente comúnmente utilizado para vasos, potes y hueveras. El poliestireno expandido (EPS), una espuma blanca y rígida, es usado básicamente para embalaje y aislante térmico.

También en los años 30 se crea la primera fibra artificial, el nylon. Su descubridor fue el químico Walace Carothers, que trabajaba para la empresa Du Pont. Descubrió que dos sustancias químicas como el hexametilendiamina y ácido adípico podían formar un polímero que bombeado a través de agujeros y estirados podían formar hilos que podían tejerse. Su primer uso fue la fabricación de paracaídas para las fuerzas armadas estadounidenses durante la Segunda Guerra Mundial, extendiéndose rápidamente a la industria textil en la fabricación de medias y otros tejidos combinados con algodón o lana. Al nylon le siguieron otras fibras sintéticas como por ejemplo el orlón y el acrilán.

En la presente década, principalmente en lo que tiene que ver con el envasado en botellas y frascos, se ha desarrollado vertiginosamente el uso del tereftalato de polietileno (PET), material que viene desplazando al vidrio y al PVC en el mercado de envases.

OBTENCIÓN O FABRICACIÓN DEL PLASTICO

La fabricación de los plásticos y sus manufacturados implica cuatro pasos básicos: obtención de las materias primas, síntesis del polímero básico, obtención del polímero como un producto utilizable industrialmente y moldeo o deformación del plástico hasta su forma definitiva.

Materias primas.

En un principio, la mayoría de los plásticos se fabricaban a partir de resinas de origen vegetal, como la celulosa (del algodón), el furfural (de la cáscara de la avena), aceites de semillas y derivados del almidón o del carbón. La caseína de la leche era uno de los materiales no vegetales utilizados. A pesar de que la producción del nailon se basaba originalmente en el carbón, el aire y el agua, y de que el nailon 11 se fabrica todavía con semillas de ricino, la mayoría de los plásticos se elaboran hoy con derivados del petróleo. Las materias primas derivadas del petróleo son tan baratas como abundantes. No obstante, dado que las existencias mundiales de petróleo tienen un límite, se están investigando otras fuentes de materias primas, como la gasificación del carbón.

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

Aditivos.

Con frecuencia se utilizan aditivos químicos para conseguir una propiedad determinada. Por ejemplo, los antioxidantes protegen el polímero de degradaciones químicas causadas por el oxígeno o el ozono. De una forma parecida, los estabilizadores lo protegen de la intemperie. Los plastificantes producen un polímero más flexible, los lubricantes reducen la fricción y los pigmentos colorean los plásticos. Algunas sustancias ignífugas y antiestáticas se utilizan también como aditivos.

Muchos plásticos se fabrican en forma de material compuesto, lo que implica la adición de algún material de refuerzo (normalmente fibras de vidrio o de carbono) a la matriz de la resina plástica. Los materiales compuestos tienen la resistencia y la estabilidad de los metales, pero por lo general son más ligeros. Las espumas plásticas, compuestas de plástico y gas, proporcionan una masa de gran tamaño pero muy ligera.

Forma y acabado
Las técnicas empleadas para conseguir la forma final y el acabado de los plásticos dependen de tres factores: tiempo, temperatura y deformación. La naturaleza de muchos de estos procesos es cíclica, si bien algunos pueden clasificarse como continuos o semicontinuos.

Una de las operaciones más comunes es la extrusión. Una máquina de extrusión consiste en un aparato que bombea el plástico a través de un molde con la forma deseada. Los productos extrusionados, como por ejemplo los tubos, tienen una sección con forma regular. La máquina de extrusión también realiza otras operaciones, como moldeo por soplado o moldeo por inyección.

Otros procesos utilizados son el moldeo por compresión, en el que la presión fuerza al plástico a adoptar una forma concreta, y el moldeo por transferencia, en el que un pistón introduce el plástico fundido a presión en un molde. El calandrado es otra técnica mediante la que se forman láminas de plástico. Algunos plásticos, y en particular los que tienen una elevada resistencia a la temperatura, requieren procesos de fabricación especiales. Por ejemplo, el politetrafluoretileno tiene una viscosidad de fundición tan alta que debe ser prensado para conseguir la forma deseada, y sinterizado, es decir, expuesto a temperaturas extremadamente altas que convierten el plástico en una masa cohesionada sin necesidad de fundirlo.

TIPOS DE PLÁSTICOS:

 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, mas 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.

 

2. POLIPROPILENO:

Se conoce con las siglas PP. Es un plástico muy duro y resistente. Es opaco y con gran resistencia al calor pues se ablanda a una temperatura mas elevada (150 ºC). Es muy resistente a los golpes aunque tiene poca densidad y se puede doblar muy fácilmente, resistiendo múltiples doblados por lo que es empleado como material de bisagras. También resiste muy bien los productos corrosivos. Se emplean en la fabricación de estuches, y tuberías para fluidos calientes, jeringuillas, carcasa de baterías de automóviles, electrodomésticos, muebles (sillas, mesas), juguetes, y envases. Otra de sus propiedades es la de formar hilos resistentes aptos para la fabricación de cuerdas, zafras, redes de pesca.

 

3. 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.

 

 

 

4. 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.

         

5. LOS ACRÍLICOS:

En general se trata de polímetros en forma de gránulos preparados para ser sometidos a distintos procesos de fabricación. Uno de los mas 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.

En su presentación traslucida o transparente se usa para fabricar letreros, paneles luminosos y gafas protectoras.

Otras aplicaciones del metacrilato las encontramos en ventanas  de alion, piezas de óptica, accesorios de baño, o muebles. También es muy practico en la industria del automóvil. A partir del polvo plástico acrílico se fabrican aparatos sanitarios (bañeras, lavabos, fregaderos).

Antiguamente se designaba comercial de plexiglas. Pero uno de los principales inconvenientes de este utilísimo es su elevado precio.

 

6. LAS POLIAMIDAS:

Se designan con las siglas PA. La poliamida mas conocida es el nylon. Puede presentarse de diferentes formas aunque los dos mas 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.

 

¿ Qué son los polímeros ?

La materia esta formada por moléculas que pueden ser de tamaño normal o moléculas gigantes llamadas polímeros.

Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las formas más diversas. Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones. algunas más se asemejan a las escaleras de mano y otras son como redes tridimensionales.

Existen polímeros naturales de gran significación comercial como el algodón, formado por fibras de celulosas. La celulosa se encuentra en la madera y en los tallos de muchas plantas, y se emplean para hacer telas y papel. La seda es otro polímero natural muy apreciado y es una poliamida semejante al nylon. La lana, proteína del pelo de las ovejas, es otro ejemplo. El hule de los árboles de hevea y de los arbustos de Guayule, son también polímeros naturales importantes.

Sin embargo, 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 excelente 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.

 

Principales Polímetros

Polietileno (PE)   

Las olefinas como el etileno, en estado gaseoso, tienen poca tendencia a polimerizar, pero las investigaciones de los ingleses Perrin y Swallow realizadas en 1931 en los laboratorios de la Imperial Chemical Industries, les permitieron observar que el etileno sometido a temperaturas de unos 170 º centígrados y 1.400 atmósferas  de presión, se transformaba en polímeros de etileno con el aspecto de polvillo blanco .

Este plástico tenía una gran flexibilidad, y una extraordinaria resistencia química y dieléctrica, lo que le hacía muy adecuado para el aislamiento de cables .

El alemán Ziegler, del instituto de Investigación del Carbón, de Mülheim/Ruhr , basándose en los trabajos iniciados por el italiano Natta , consiguió la polimerización de etileno a presión atmosférica y a temperaturas inferiores a 70 ºC . Pero las propiedades de este plástico eran muy diferentes a las del obtenido por Perrin y Swallow .

Ello era debido a que el primero tenía una estructura muy ramificada ( amorfa ) y el segundo tenía estructura lineal ( de tipo cristalino ) La primera consecuencia era que la densidad del primero comprendida entre 0′ 91-0,93 era más baja que la del último que estaba entre 0,94 y 0´96 .

Internacionalmente se denominan Baja Densidad Polietileno , los ramificados , y Alta Densidad Polietileno los de cadena lineal o estructura cristalina .

Todos estos materiales tienen una gran resistencia a los productos químicos , ácidos , bases, aceites, grasas, disolventes… Sin embargo, su resistencia es moderada para los hidrocarburos normales.

El PEBD , polietileno de baja densidad , o LDPE (low density polietylene) , como se conoce internacionalmente , se utiliza para  fabricar bolsas flexibles , embalajes industriales, techos de invernaderos agrícolas, etc.
También gracias a su resistencia dieléctrica se utilizan para aislante de cables eléctricos .

El PEAD , polietileno de alta densidad , o HDPE (High density polyetilene) , se utiliza también para bolsas ( grandes almacenes , mercados …) también gracias a su resistencia al impacto se utiliza para cajas de botellas , de frutas , pescado ..Tuberías , juguetes, cascos de seguridad laboral .
Gracias a su estructura lineal sirve para cuerdas y redes ( estacas de barcos y redes de pesca), lonas para hamacas. La resistencia térmica permite usarlo para envases que deban ser esterilizados en autoclave ( leche , sueros …)

Debido a su gran facilidad de extrusión para filmes, los polietilenos son muy utilizados para recubrimientos de otros materiales, papel, cartón, aluminio…y para embalajes  ( fundas de plástico)

Poliamida (PA)

En 1930 Carothers y J.Hill trabajando en los laboratorios de la empresa química Du Pont de Nemours descubrieron un polímero con el que se podían hacer hebras de gran resistencia , era la primera poliamida 6,6, que se comercializó diez años más tarde con el nombre de Nylon .

En 1938 Schlack en los laboratorios de la empresa alemana Farbenindustrie conseguía la polimerización de la PA 6, que se comercializó con el nombre de marca Perlon.

Las poliamidas se consiguen por la poliadición de un producto (PA 6), o la policondensación de dos productos distintos(PA6,6). El número se refiere al número de átomos de carbono de que se compone la molécula básica de la cadena.
La PA 6 es la policaprolactama, la caprolactama tiene 6 carbonos. Y la PA 6,6 es la obtenida por la policondensación de la hexametilendiamina ( 6 átomos de carbono ) y el acido adípico ( 6 átomos de carbono )

Las poliamidas presentan unas propiedades físicas próximas a las de los metales como la resistencia a la tracción entre 400 – 600 Kg./ cm2 . Tienen un coeficiente de rozamiento muy bajo no necesitando lubricantes las piezas sometidas a fricción .  Bajo peso específico entre 1′ 04 y 1′ 15 , buena resistencia química , fácil moldeo , y resistencia a temperaturas de trabajo de hasta 1200 ºC . Todas estas propiedades las hace apropiadas para engranajes , cojinetes, cremalleras , palas de ventiladores industriales , tornillos …

Tienen un inconveniente, su higroscopidad . Absorben agua en un porcentaje variable , esto hace que disminuyan sus propiedades mecánicas , y aumentan el volumen al hincharse .
El refuerzo con fibra de vidrio mejora sus propiedades mecánicas y disminuye el riesgo de variaciones de volumen .

La poliamida 11 se utiliza para el recubrimiento de piezas metálicas mediante el sistema de sinterización en lecho fluidificado conocido popularmente con el nombre de rilsanización
(Rilsan es una marca comercial de poliamida 11)

Por ejemplo muchas cerraduras y manillas de puertas tienen este recubrimiento , también piezas de barcos

Policloruro de Vinilo (PVC)

Comenzó a fabricarse industrialmente en 1931, en la empresa alemana IG Farbenindustrie, gracias a los trabajos de Hubert y Schönburg.

A este plástico es necesario añadirle aditivos, plastificantes, plastificantes, cargas, otros polímeros, para que adquiera las propiedades que permitan su utilización en las diversas aplicaciones .

Su capacidad para admitir todo tipo de aditivos permite que pueda adquirir propiedades muy distintas y teniendo en cuenta su precio relativamente bajo  le hace ser un material muy apreciado y utilizado para fabricar multitud de productos .

Así puede ser flexible o rígido; transparente, translúcido o completamente opaco; frágil o tenaz; compacto o espumado.

El PVC es el plástico más versátil .

El PVC rígido no lleva aditivos plastificantes. El flexible o plastificado, sí los lleva.

Es un polímero amorfo. Se utiliza para fabricar  botellas de agua ,vinagre , aceite , envases de mantequilla, margarina,  tuberías, suelas de zapatos, juguetes, mangueras, pavimentos, aislante de cables eléctricos, perfiles de ventanas, etc.
Polimetacrilato (PMMA)

Caspary y Tollens lo obtuvieron en 1873, pero no se utilizó a gran escala hasta que el alemán Röm lo fabricó y comercializó bajo la marca Plexiglas.

Este plástico tiene una gran transparencia, además de elevada rigidez y tenacidad, buena resistencia química,  fácil moldeo, y buen comportamiento dieléctrico.

Se utiliza en múltiples aplicaciones, accesorios para cuartos de baño, parabrisas y ventanas de aviones, portillos de barcos, claraboyas .

También se puede moldear por colada. Se pueden obtener planchas por colada entre dos planchas de vidrio.
Y después pueden ser fácilmente mecanizadas .

Al ser un material muy transparente , se utiliza también en óptica , lentes de máquinas fotográficas, gafas.
Para aumentar la dureza y evitar el rayado de las lentes se les da un tratamiento de fluoración.
Polipropileno (PP) 

Los trabajos de Natta y Ziegler que les permitieron conseguir polímeros de etileno a partir de las olefinas, abrieron el camino para la obtención de otros polímeros .

La fabricación del polipropileno se inicia en 1957.

Este plástico, también con una estructura semicristalina, superaba en propiedades mecánicas al polietileno, su densidad era la más baja de todos los plásticos, y su precio también era muy bajo, pero tenía una gran sensibilidad al frío, y a la luz ultravioleta , lo que le hacía envejecer rápidamente. Por este motivo su uso se vio reducido a unas pocas aplicaciones .

Pero el descubrimiento de nuevos estabilizantes a la luz, y la mayor resistencia al frío conseguida con la polimerización propileno-etileno, y la facilidad del PP a admitir cargas reforzantes, fibra de vidrio, talco, amianto, etc. y el bajo precio de dieron gran auge a la utilización de este material .

Se utiliza para muchas piezas de automóviles, como por ejemplo los parachoques , en carcasas de electrodomésticos  y cajas de baterías, y otras máquinas .

Al tener una estructura lineal se utiliza para rafias y monofilamentos, fabricación de moquetas, cuerdas, sacos tejidos, cintas para embalaje.

Soporta bien temperaturas cercanas a los 100 ºC  por lo que se utiliza para tuberías de fluidos calientes .

Lo podemos encontrar también en envases de medicamentos, de productos químicos, y sobre todo de alimentos que deban esterilizarse o envasarse en caliente.

También se utiliza en forma de film ya que tiene una gran transparencia y buenas propiedades mecánicas: mirillas para sobres, cintas autoadhesivas, etc.

Polioximetileno (POM)

También se conoce este plástico como resina acetálica, poliacetal o poliformaldehído. Fue obtenido por primera vez por el químico Staudinger, pero debido a su inestabilidad térmica se desechó su fabricación industrial .

El hecho de que sus propiedades mecánicas eran incluso superiores a las de las poliamidas , hizo que se trabajara intensamente para solventar este problema de baja resistencia térmica .

Así en 1958 aparecieron el homopolímero acetático, y el copolímero acetático.

En el primero se consiguió su estabilidad térmica mediante aditivos.
En el copolímero se consiguió injertando en la cadena unos núcleos .

Homopolímeros y copolímeros tienen algunas diferencias en sus propiedades pero en general podemos decir de ambos que tienen un buen coeficiente de deslizamiento, buena resistencia química a los disolventes y grasas, aunque deficiente en medios ácidos o muy alcalinos, excelentes propiedades mecánicas, y no absorben agua .

Se utiliza para engranajes , cojinetes , piezas de pequeñas máquinas, fijaciones de esquís, etc.
Policarbonato (PC) 

Este plástico apareció en los años cincuenta.

Es amorfo y transparente, aguanta una temperatura de trabajo hasta 135 ºC, y tiene buenas propiedades mecánicas, tenacidad y resistencia química .

Se utiliza en electrotecnia, aparatos electrodomésticos, piezas de automóviles, luminotecnia, cascos de seguridad.

Se  hidroliza con el agua a elevadas temperatura.