polímeros artificiales
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Trabajo sobre Ingeniería Genética realizado por Antonio Gámez. Todos los derechos reservados. Prohibida su reproducción total o parcial sin la previa autorización.TRANSCRIPT
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Portada
Antonio Gámez Díaz
1º Bachillerato. Grupo A
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Índice
PORTADA ............................................................................................................................................... 1
ÍNDICE.................................................................................................................................................... 2
¿QUÉ SON? ............................................................................................................................................ 4
¿CÓMO SE CLASIFICAN? ......................................................................................................................... 4
SEGÚN SU ORIGEN ......................................................................................................................................... 4
SEGÚN SU MECANISMO DE POLIMERIZACIÓN....................................................................................................... 5
SEGÚN SU COMPOSICIÓN QUÍMICA ................................................................................................................... 5
SEGÚN SUS APLICACIONES ............................................................................................................................... 6
SEGÚN SU COMPORTAMIENTO AL ELEVAR SU TEMPERATURA .................................................................................. 7
CARACTERÍSTICAS DE LOS POLÍMEROS .................................................................................................. 8
FORMACIÓN DE POLÍMEROS ............................................................................................................... 10
POLIMERIZACIÓN ........................................................................................................................................ 10
Polimerización por adición y condensación ....................................................................................... 10 Polimerización por adición ............................................................................................................................ 10 Polimerización por condensación .................................................................................................................. 11
Polimerización de crecimiento en cadena y en etapas ...................................................................... 12 Polimerización de crecimiento en cadena ..................................................................................................... 12 Polimerización en etapas ............................................................................................................................... 12
POLIMERIZACIÓN INDUSTRIAL ........................................................................................................................ 13
Polimerización de adición .................................................................................................................. 13 Polimerización en bloque .............................................................................................................................. 13 Polimerización en solución ............................................................................................................................ 14 Polimerización en suspensión........................................................................................................................ 14 Polimerización en emulsión ........................................................................................................................... 14
Poliadición.......................................................................................................................................... 15
Policondensación ............................................................................................................................... 15
TRATAMIENTO FÍSICO DE LOS POLÍMEROS .......................................................................................... 15
TERMOPLÁSTICOS ....................................................................................................................................... 16
Moldeo por inyección ......................................................................................................................... 16
Moldeo por extrusión ......................................................................................................................... 17
Moldeo por insuflación de aire (soplado) .......................................................................................... 18
Moldeo por vacío ............................................................................................................................... 18
Calandrado ........................................................................................................................................ 18
TERMOESTABLES ......................................................................................................................................... 19
Moldeo por compresión ..................................................................................................................... 19
Modelado de laminados .................................................................................................................... 19
Proceso de fundición .......................................................................................................................... 19
Proceso de lecho fluidificado ............................................................................................................. 20
ALGUNOS POLÍMEROS A DESTACAR .................................................................................................... 20
TEREFTALATO DE POLIETILENO ....................................................................................................................... 21
POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD .................................................................................................................... 23
CLORURO DE POLIVINILO............................................................................................................................... 25
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POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD..................................................................................................................... 26
POLIPROPILENO .......................................................................................................................................... 28
POLIESTIRENO ............................................................................................................................................ 31
OTROS ...................................................................................................................................................... 33
Poliuretano (PUR) .............................................................................................................................. 33
Polimetilmetacrilato (PMMA) ............................................................................................................ 35
Politetrafluoroetileno o teflón (PTFE) ................................................................................................ 37
Resinas ABS ........................................................................................................................................ 39
Silicona ............................................................................................................................................... 39
Resinas epoxi ..................................................................................................................................... 41
Baquelita ............................................................................................................................................ 41
Fibras sintéticas ................................................................................................................................. 42
RECICLADO DE PLÁSTICOS .................................................................................................................... 45
RECICLADO PRIMARIO .................................................................................................................................. 45
RECICLAJE SECUNDARIO ................................................................................................................................ 46
RECICLAJE TERCIARIO ................................................................................................................................... 46
RECICLAJE CUATERNARIO .............................................................................................................................. 47
VENTAJAS E INCONVENIENTES RESPECTO AL USO DE PLÁSTICOS ........................................................ 47
VENTAJAS .................................................................................................................................................. 48
INCONVENIENTES ........................................................................................................................................ 49
NOTA: Para facilitar la lectura, así como la verificación de hipervínculos, he subido el trabajo a mi web. Se puede consultar en: http://www.ellocoyo.es/polimeros.pdf
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¿Qué son?1
Los polímeros son compuestos químicos de un alto peso molecular que se
forman mediante reacciones de polimerización y que consta de la
repetición de unidades estructurales repetidas (monómero).
Si se repite el mismo monómero, tendremos un homopolímero, mientras
que si se repiten dos o más distintos, obtendremos un copolímero.
¿Cómo se clasifican?2
Hay varios modelos de clasificación:
1. Según su origen.
2. Según su mecanismo de polimerización.
3. Según su composición química.
4. Según sus aplicaciones.
5. Según su comportamiento al elevar su temperatura.
Según su origen
1. Polímeros naturales: son los que se encuentran directamente en la
naturaleza. Son un ejemplo las proteínas, los polisacáridos, los
ácidos nucleicos, etc.
2. Polímeros artificiales: son los que se obtienen por transformación
de polímeros naturales. Por ejemplo, la nitrocelulosa, el caucho
vulcanizado, etc.
3. Polímeros sintéticos: son los que se obtienen de forma industrial a
partir de monómeros. Por ejemplo, el nylon, el poliestireno, el PVC,
etc.
1 http://es.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADmero
2 http://es.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADmero
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Según su mecanismo de polimerización
1. Polímeros de condensación: la reacción de polimerización implica
en cada paso la formación de una molécula de bajo peso molecular.
2. Polímeros de adición: La polimerización no implica la liberación de
ningún compuesto. Este tipo se da cuando un catalizador inicia la
reacción.
3. Polímeros formados por etapas: la cadena va creciendo
gradualmente mientras haya monómeros disponibles, añadiendo un
monómero cada vez.
4. Polímeros formados por reacción en cadena: la cadena se forma a
gran velocidad y luego queda inactiva, a pesar de estar rodeada de
monómero.
Según su composición química
1. Polímeros orgánicos. Posee en la cadena principal átomos de carbono. 2. Polímeros orgánicos vinílicos: sólo están formados por átomos de
carbono.
2.1. Poliolefinas: los formados por la polimerización de olefinas.
2.2. Polímeros estirénicos: los que incluyen al estireno entre sus monómeros.
2.3. Polímeros vinílicos halogenados: los que incluyen átomos de halógenos.
2.4. Polímeros acrílicos: los que presentan ácido acrílico.
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3. Polímeros orgánicos no vinílicos. Además de carbono, tienen átomos de oxígeno o nitrógeno en su cadena principal.
3.1. Poliésteres.
3.2. Poliamidas.
3.3. Poliuretanos.
3.4. Polímeros inorgánicos:
3.4.1. Basados en azufre. 3.4.2. Basados en silicio.
Según sus aplicaciones
1. Elastómeros: son los que tiene una baja elasticidad y alta
extensibilidad; es decir, se deforman mucho ante un esfuerzo pero
recuperan su forma inicial al eliminarlo. En cada ciclo de extensión y
contracción los elastómeros absorben energía (resiliencia).
2. Plásticos: Son los que, ante un esfuerzo intenso, se deforman
irreversiblemente.
3. Fibras: son los que tienen una alta elasticidad y baja extensibilidad.
Se usan para confeccionar tejidos cuyas dimensiones permanecen
estables.
4. Recubrimientos: Son sustancias, normalmente líquidas, que se
adhieren a la superficie de otros materiales para otorgarles alguna
propiedad.
5. Adhesivos: Son los que combinan una alta adhesión y una alta
cohesión. Esto les permite unir dos cuerpos por contacto.
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Según su comportamiento al elevar su
temperatura3
1. Termoplásticos: los que son líquidos al calentarlos y después, al enfriarlos, vuelven a endurecer. Su estructura molecular presenta pocos entrecruzamientos.
2. Termoestables: al calentarlos no pasan a estado líquido, sino se
descomponen químicamente. Su estructura presenta muchos entrecruzamientos que impiden los desplazamientos de las moléculas.
En este apartado es conveniente destacar, debido a su gran relevancia,
los diversos estados termodinámicos:
1. Temperatura de transición vítrea (Tg): temperatura a la que se da
una pseudotransición termodinámica en materiales vítreos, es
decir, la temperatura en la que el polímero deja de ser rígido y
comienza a ablandarse. Por encima de Tg los enlaces entre
moléculas son más débiles y por eso adquieren propiedades
elásticas. Esto sólo ocurre en termoplásticos, y no en termoestables.
Es importante destacar que esto se da en materiales amorfos, ya
que si se alcanza la temperatura análoga en materiales cristalinos,
éstos se funden.
2. Temperatura de cristalización (Tm): temperatura a la cual la región
cristalina del polímero cristaliza.
3. Temperatura de operación o trabajo: temperatura a la cual el
polímero puede ser transformado por métodos físicos.
3
http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura_de_degradaci%C3%B3n#Clasificaci.C3.B3n_de_estados_termodin.C3.A1micos
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4. Temperatura de degradación: temperatura a la cual los polímeros
sufren algún tipo de degradación en su estructura, como por
ejemplo, una despolimerización.
5. Punto de flama: temperatura a la que el polímero sufre una
reacción de autocombustión.
Características de los polímeros4
1. Los polímeros pueden organizarse de forma cristalina (aunque no de forma total), debido a las fuerzas de Van der Waals o a los puentes de hidrógeno.
2. Dependiendo de la temperatura, los polímeros se comportan de
distinta manera: a menor temperatura, mayor dureza y propiedades vítreas.
3. Hay dos umbrales de temperatura: la temperatura de fusión (Tf) y la
de descomposición (Td). Esta última debe ser superior a la de fusión. 4. La densidad suele ser baja ya que los átomos que los componen son
relativamente ligeros y están separados. 5. Son materiales dieléctricos ya que al no tener electrones libres, no
conducen la electricidad. 6. Son aislantes térmicos, ya que poseen un alto calor específico. 7. Los polímeros amorfos suelen ser transparentes, mientras los que
tienen estructura cristalina son opacos o translúcidos. Esto es debido a que en una estructura cristalina la luz sufre una mayor difracción que en una estructura amorfa.
4 http://www.monografias.com/trabajos11/polim/polim.shtml
4 (bis)
http://iq.ua.es/TPO/Tema1.pdf 4 (2 bis)
http://html.rincondelvago.com/polimeros_6.html
9 | P á g i n a
8. Pueden tener distintas configuraciones (tacticidad5):
a. Isotáctica: si todos los radicales se encuentran a un lado de la cadena.
b. Sindiotáctica: si los radicales se encuentran ordenados pero de una forma alterna.
c. Atáctica: si los radicales se disponen de forma aleatoria.
9. Se le pueden añadir aditivos que mejoren o potencien sus características (por ejemplo colorantes, agentes ignífugos, estabilizantes…).
10. En polímeros cristalinos, los disolventes sólo pueden atacar la
superficie, mientras que en polímeros amorfos, atacan todo el material.
11. Los polímeros amorfos se comporta como un vidrio a baja temperatura, como un sólido gomoelástico a temperaturas intermedias (por encima de Tg) y como un líquido viscoso a temperaturas elevadas. Frete a deformaciones pequeñas, el comportamiento mecánico a bajas temperaturas es elástico (cumpliendo la ley de Hooke). A temperaturas muy elevadas se comporta como un líquido viscoso elástico. Pero, a temperaturas intermedias, se comporta como un sólido de aspecto gomoso que presenta propiedades intermedias. Esto se denomina viscoelasticidad.
12. Dependiendo del Módulo de Young6, pueden ser rígidos (x>700
MPa), semirrígidos (70<x<700 MPa) o blandos (x<70 MPa).
5 “La tacticidad se define como el arreglo esteroquímico en centros quirales de la macromolécula, es
decir, una macromolécula con tacticidad es aquella en la que la configuración de las unidades repetitivas es constante” 6 “El módulo de Young es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico,
según la dirección en la que se aplica una fuerza”.
10 | P á g i n a
Formación de polímeros
Polimerización7
Los polímeros se forman mediante una reacción de polimerización, dicha
reacción es un proceso químico por el que los monómeros se agrupan
químicamente entre sí, dando lugar al polímero, ya sea en una cadena
lineal o en una macromolécula tridimensional.
Los tipos de polimerización se clasifican en:
1. Polimerización por adición y condensación.
2. Polimerización de crecimiento en cadena y en etapas.
Polimerización por adición y condensación8
Este apartado se divide en:
1. Polimerización por adición.
2. Polimerización por condensación.
Polimerización por adición9
Consiste en una reacción en la que la molécula de monómero pasa a
formar parte del polímero sin pérdida de átomos, es decir, la composición
química de la cadena resultante es igual a la suma de las composiciones
químicas de los monómeros que la conforman. (C final=C 1+C 2…C n).
7 http://es.wikipedia.org/wiki/Polimerizaci%C3%B3n
7 (bis) http://www.textoscientificos.com/polimeros/polimerizacion
8 http://www.textoscientificos.com/polimeros/polimerizacion
9 http://es.wikipedia.org/wiki/Polimerizaci%C3%B3n_por_adici%C3%B3n
11 | P á g i n a
Existen cinco tipos:
1. P. tipo vinilo: adición de moléculas pequeñas de un mismo tipo
unas a otras por apertura del doble enlace sin eliminación de
ninguna parte de la molécula.
2. P. tipo epóxido: adición de pequeñas moléculas de un mismo tipo
unas a otras por apertura de un anillo sin eliminación de ninguna
parte de la molécula.
3. P. alifática del tipo diazo: adición de pequeñas moléculas de un
mismo tipo unas a otras por apertura de un doble enlace con
eliminación de una parte de la molécula.
4. P. tipo a –aminocarboxianhidro: adición de pequeñas moléculas
unas a otras por ruptura del anillo con eliminación de una parte de
la molécula.
5. P. tipo p-xileno: Adición de birradicales formados por
deshidrogenación.
Polimerización por condensación10
Consiste en una reacción en la que la molécula de monómero pierde
átomos cuando pasa a formar parte del polímero, generalmente una
molécula pequeña (H2O, HCl…).
Existen varios tipos:
1. P. tipo poliésteres y poliamidas: se forman poliésteres y
poliamidas (entre muchos otros) por eliminación de agua o
alcoholes, con moléculas bifuncionales, como ácidos o glicoles
(entre otros).
10
http://www.textoscientificos.com/polimeros/polimerizacion
12 | P á g i n a
2. Policondensación del tipo de Friedel-Craffts y Ullmann: se
forman polihidrocarburos, por eliminación de halógenos o
haluros de hidrógeno, con ayuda de catalizadores metálicos o de
haluros metálicos.
3. Policondensación del tipo Thiokol: se forman polisulfuros o poli-
polisulfuros, por eliminación de NaCl, con haluros bifuncionales
de alquilo o arilo y sulfuros alcalinos o polisulfuros alcalinos o
por oxidación de dimercaptanos.
Polimerización de crecimiento en cadena y en
etapas11
Este apartado se divide en:
1. Polimerización de crecimiento en cadena. 2. Polimerización en etapas.
Polimerización de crecimiento en cadena
Los monómeros van integrándose en la cadena de uno en uno, es decir, se
forman dímeros, después trímeros, a continuación tetrámeros, etc. Es
decir, la cadena se incrementa monómero a monómero.
Polimerización en etapas
Un oligómero12 puede reaccionar con otros (por ejemplo, un dímero con
un trímero), de tal forma que la cadena se incrementa en más de un
monómero. Asimismo, las cadenas pueden reaccionar entre sí para formar
cadenas aún más largas.
11
http://es.wikipedia.org/wiki/Polimerizaci%C3%B3n 12
“Un oligómero es una molécula cuyos radicales asociados son distintos entre sí. Se diferencia de un polímero en que este último es una molécula con dos o más radicales de la misma especie”
13 | P á g i n a
Polimerización industrial13
En la industria, se suelen emplear las siguientes reacciones para la
formación de polímeros:
1. Polimerización de adición.
2. Poliadición.
3. Policondensación.
Todas ellas son reacciones exotérmicas iniciadas por la acción de
catalizadores.
Polimerización de adición
Hay cuatro tipos:
1. Polimerización en bloque.
2. Polimerización en solución.
3. Polimerización en suspensión.
4. Polimerización en emulsión.
Polimerización en bloque
Se parte de un monómero puro no diluido, que se transforma lentamente
en el polímero sólido. Es un proceso difícil ya que debido a la creciente
viscosidad, no hay uniformidad de temperaturas. También, debido a que
las reacciones son exotérmicas, existe el riesgo de que reacción salga
fuera de control.
Este procedimiento se emplea para la fabricación de polímeros puros
sólidos y cuando fracasan otros métodos.
13
http://www.jorplast.com.br/cbipep/cbip5ep.html 13
(bis)
http://www.textoscientificos.com/polimeros/polimind
14 | P á g i n a
Polimerización en solución
Se parte de un monómero diluido con disolventes, en los cuales, el
polímero también se diluye. Al emplear disolventes, se evitan los
problemas derivados de una reacción exotérmica, a cambio de tener que
separar posteriormente el disolvente.
Polimerización en suspensión
El monómero es agitado en agua, formándose así gotas del mismo.
Posteriormente, se añaden agentes de suspensión (talco, gelatina…) para
evitar que las gotas se peguen entre sí y para que se forme un
recubrimiento protector sobre las gotas. Más tarde se introduce un
iniciador de la reacción soluble en el monómero, de tal manera que se
forman perlas no contaminadas de polímero. Este método también
disminuye el problema de la eliminación del calor durante la
polimerización.
Polimerización en emulsión
Se realiza una mezcla del monómero con agua jabón (sirve como
emulsionante), y el iniciador de la reacción soluble en agua. Dicha mezcla
es agitada, formándose así pequeñas gotas rodeadas de emulsionante.
El resultado es un polímero de grano fino. La reacción puede controlarse
bien, sin embargo, los productos tienen residuos de los emulsionantes
(que afectan a la conductividad y a la transparencia).
15 | P á g i n a
Poliadición
En este tipo de reacción se asocian macromoléculas debido a la acción de
distintos agentes químicos. Los productos iniciales suelen ser moléculas
más grandes que las obtenidas por reacciones previas.
Tiene la ventaja de que se puede dirigir la estructura de las
macromoléculas (y con ello las propiedades), mediante la selección de los
productos preliminares con diversas estructuras.
Policondensación
En este método, se asocian distintas moléculas que poseen grupos
reactivos en varias posiciones, por tanto, se realiza el enlace generando
subproductos (agua, amoníaco u otras sustancias volátiles).
Otro procedimiento es mediante una esterificación, que puede ser de los
productos preliminares, con varios grupos alcohólicos o con varios grupos
ácidos.
Se suele emplear para la fabricación de resinas solidificadles.
Tratamiento físico de los polímeros14
Según su comportamiento al elevar la temperatura, hay que distinguir
distintos métodos para cada tipo.
14
http://www.textoscientificos.com/polimeros/moldeado
16 | P á g i n a
Termoplásticos
Según el tipo de objeto que se desea fabricar se emplean distintos
procedimientos. Los principales son:
1. Moldeo por inyección.
2. Moldeo por extrusión.
3. Moldeo por soplado.
4. Moldeo por vacío.
5. Calandrado.
Moldeo por inyección
Un émbolo empuja el plástico ablandado por el calor a través del espacio
existente entre las paredes del cilindro y una pieza recalentada y situada
en el centro de éste. Debido a la temperatura y a la presión ejercida por el
émbolo, el polímero llega fluido al molde y toma la forma de éste.
Posteriormente, el plástico solidifica y el molde se abre. El ritmo de
producción es muy rápido.
17 | P á g i n a
Moldeo por extrusión
En el moldeo por extrusión se utiliza como transportador un tornillo
helicoidal. El polímero, en forma de granos sólidos, es transportado y
calentado hasta la matriz de extrusión. Cuando sale ya tiene la forma del
molde. El proceso es continuo, aunque requiere un posterior corte a la
medida deseada.
Una variante de este método es la extrusión de film tubular, en el que se
funde LDPE (polietileno de baja densidad) y pasa por una matriz anular.
Posteriormente se inyecta aire, formando así una burbuja con el diámetro
deseado, que posteriormente será enfriada por una corriente de aire.
18 | P á g i n a
Moldeo por insuflación de aire (soplado)
Este método se realiza para obtener formas huecas. Se parte de un
cilindro plástico que es extruido y cortado. Posteriormente de coloca en
un molde y se inyecta una corriente de aire para que se expanda por todas
las paredes del molde. Luego, en molde se enfría por fraguado.
Moldeo por vacío
Es el método usado para obtener revestimientos exteriores. Se realiza
comprimiendo una chapa de resina termoplástica que es ablandada y
colocada en un molde frío. Al hacer esto, la chapa toma la forma del
molde.
Calandrado
El proceso se usa para fabricar de chapas y películas plásticas. Se basa en
pasar un polímero fundido por unos rodillos calientes. Haciendo esto, el
polímero adquiere una textura uniforme con el espesor deseado. Se enfría
pasando por otros rodillos a baja temperatura.
19 | P á g i n a
Termoestables
Según el tipo de objeto que se desea fabricar se emplean distintos
procedimientos. Los principales son:
1. Moldeo por compresión.
2. Modelado de laminados.
3. Proceso de fundición.
4. Proceso de lecho fluidificado.
Moldeo por compresión
El material se coloca en un molde abierto. Posteriormente, un taco que
aplica calor (unos 149ºC) y presión en el polímero hace que éste llene la
cavidad del molde. A estas condiciones de presión y temperatura, las
cadenas se entrecruzan y el polímero se endurece de forma permanente,
pudiendo ser retirado del molde.
Modelado de laminados
Este método se emplea en los laminados. Se parte de un material que es
impregnado en resina, para posteriormente ser calentado e introducido
en un molde. Si se mantienen estas condiciones de presión y temperatura,
los materiales se funden formando una lámina sólida y densa.
Proceso de fundición
Es un proceso que no requiere calor ni presión. Se parte de un polímero
fluido (o sólido y posteriormente licuado con catalizadores) que se vierte
en un molde. Posteriormente, se solidifica mediante la acción de
20 | P á g i n a
catalizadores. Este proceso se denomina vulcanizado. Tiene la ventaja de
que tanto el equipo como los moldes necesarios son de bajo costo.
Proceso de lecho fluidificado
Este método es empleado en objetos que requieren una envoltura de
plástico de grosor bastante uniforme. Se parte de una pieza metálica que
se calienta en un horno a temperatura superior al punto de fusión del
polímero que se va a aplicar. Una vez calentada, es sumergida en
partículas de polímero, éstas se funden y se forma una capa sobre el metal
caliente. El grosor está determinado por el tiempo que el mental se lleva
dentro del polímero. Cuando se alcanza el grosor deseado, la pieza es
retirada y se la hace pasar por un horno.
Algunos polímeros a destacar
Realizar una selección entre la enorme diversidad de polímeros que existe
es bastante complejo. Aquí se expondrán los más utilizados a nivel
cotidiano, cuya identificación está estandarizada en la normativa ISO
14020/2315, bajo el título de etiquetas de tipo II16, así como otros que
también tengan un uso generalizado.
15
http://www.infoagro.net/shared/docs/a6/ACF21A.pdf 16
http://www.monografias.com/trabajos6/iso/iso.shtm
21 | P á g i n a
Tereftalato de polietileno17
Es un tipo de plástico muy usado en envases de bebidas y textiles. Es un
polímero que se obtiene mediante una reacción de policondensación
entre el ácido tereftálico y el etilenglicol. Pertenece al grupo de los
poliésteres. Se designa por PET.
Es un polímero termoplástico lineal, con un alto grado de cristalinidad.
Para evitar el crecimiento excesivo, debe ser enfriado rápidamente; esto
hace que adquiera una mayor transparencia (ya que los cristales no son
demasiado grandes y no interfieren con la trayectoria de la longitud de
onda de la luz visible).
Sus características son:
1. Alta transparencia (aunque admite colorantes). 2. Alta resistencia al desgaste y corrosión. 3. Muy buen coeficiente de deslizamiento. 4. Buena resistencia química y térmica. 5. Muy buena barrera a CO2, aceptable barrera a O2 y humedad. 6. Compatible con otros materiales que mejoran sus cualidades. 7. Reciclable (aunque tiende a disminuir su viscosidad con la historia
térmica).
17
http://es.wikipedia.org/wiki/Tereftalato_de_polietileno
22 | P á g i n a
8. Puede ser usado en productos que están en contacto con productos
alimentarios.
23 | P á g i n a
Polietileno de alta densidad18
Se suele utilizar en envases plásticos desechables. Es un polímero de la
familia de los polímeros olefínicos. Es un polímero termoplástico de
adicción formado por monómeros de etileno. Se designa como HD-PE. El
polietileno de alta densidad es un polímero cuya estructura es lineal y sin
ramificaciones.
Sus características son:
1. Excelente resistencia térmica y química. 2. Muy buena resistencia al impacto.
3. Es sólido, incoloro, translúcido, casi opaco.
4. Se puede procesar por los métodos de conformados usados en los
termoplásticos.
5. Es flexible, aún a bajas temperaturas.
6. Es tenaz.
7. Es más rígido que el LD-PE.
8. No es fácil pintar pegar o imprimir sobre él. 9. Es muy ligero. Su densidad es menor o igual que 0.952 g/cm3.
10. No es atacado por los ácidos, resistente al agua a 100ºC y a la
mayoría de los disolventes ordinarios.
18
http://es.wikipedia.org/wiki/Polietileno_de_alta_densidad
24 | P á g i n a
Los usos que tiene son:
1. Bolsas plásticas.
2. Envases de alimentos, detergentes, y otros productos químicos.
3. Artículos para el hogar.
4. Cavidades de prótesis femorales de caderas.
5. Dispositivos protectores (por ejemplo: cascos)
6. Impermeabilización de terrenos.
25 | P á g i n a
Cloruro de polivinilo19
Es un polímero termoplástico que deriva de la polimerización por adicción del cloruro de vinilo. Tiene un átomo de cloro enlazado a cada átomo de carbono, esto le proporciona características amorfas principalmente. También, debido a los fuertes enlaces del cloro, hay una alta cohesión entre las moléculas; esto origina que las moléculas con igual carga se repelan, reduciendo así la flexibilidad de la cadena. Por eso es necesario añadirle aditivos. Se designa por PVC.
Hay dos tipos
1. Rígido: se utiliza para envases, ventanas, tuberías…
2. Flexible: se emplea en cables, juguetes, calzados, pavimentos, recubrimientos,
Sus características son:
1. Es dúctil y tenaz
2. Reciclable por varios métodos.
3. Tiene una muy buena resistencia eléctrica, térmica, mecánica y a la abrasión
4. Baja densidad (1,4 g/cm3
5. Se le pueden añadir diversos aditivos, que lo hacen rígido o flexible.
6. Es estable e inerte, por lo que se emplea en catéteres y en las bolsas para sangre, así como en tuberías de agua potable.
19
http://es.wikipedia.org/wiki/Cloruro_de_polivinilo
26 | P á g i n a
7. Es un material altamente resistente, puede tener una vida útil de más de setenta años.
8. Se puede moldear al aplicarme una llama durante unos segundos, aunque no llega a arder.
9. Es muy rentable, ya que tiene un bajo costo de instalación y costo nulo de mantenimiento.
Polietileno de baja densidad20
Es un polímero de la familia de los polímeros olefínicos21. Es un polímero
termoplástico que deriva de la polimerización por adicción de monómeros
de etileno. Se designa como LDPE. Este proceso se realiza a alta presión,
por lo que las cadenas están muy ramificadas, lo que le aporta una baja
densidad.
20
http://es.wikipedia.org/wiki/Polietileno_de_baja_densidad 21
“Polímero obtenido mediante la polimerización de olefinas. El término IUPAC para olefina es "alqueno", por lo cual a las poliolefinas también se les puede denominar polialquenos”.
27 | P á g i n a
Sus características son:
1. Buena resistencia térmica, química y al impacto.
2. Es translúcido y poco cristalino.
3. Se puede procesar por los métodos de conformados empleados.
4. Es más flexible que el HD-PE.
5. Presenta dificultades al imprimir, pintar o pegar sobre él. Sus usos son:
1. Sacos, bolsas plásticas y botellas.
2. Film para invernaderos y palés.
3. Juguetes y objetos de menaje.
4. Recubrimiento de cables.
28 | P á g i n a
Polipropileno22
Es un polímero usado envases para alimentos, tejidos, equipo de
laboratorio, etc. Es un polímero termoplástico, que pertenece al grupo de
las poliolefinas y que se obtiene de la polimerización del propileno. Se
designa por PP.
Tiene gran resistencia contra diversos solventes químicos, así como contra
álcalis y ácidos.
Hay dos tipos:
1. PP homopolímero: es el resultado de la polimerización de propileno
puro. Según su tacticidad, hay tres tipos:
1.1. PP atáctico: es totalmente amorfo y tiene pocas aplicaciones.
1.2. PP isotáctico: es muy cristalino debido a la disposición regular de
los grupos metilo. Es el tipo más utilizado hoy día.
1.3. PP sindiotáctico: es muy poco cristalino, es decir, es más elástico
pero menos resistente que el anterior.
2. PP copolímero: es el resultado de la adicción de un 5%-30% de etileno durante la polimerización. Es más resistente a impactos. Existen dos tipos:
22
http://es.wikipedia.org/wiki/Polipropileno
29 | P á g i n a
2.1. Copolímero estadístico: el etileno y el propileno se introducen a la vez en el reactor, dando como resultando cadenas de polímero con alternancia aleatoria entre los monómeros.
2.2. Copolímero en bloques: el propileno es introducido en un reactor, después pasa a otro donde se encuentra el etileno. Se obtienen cadenas con bloques homogéneos. Tienen una alta resistencia a impactos.
Sus características son muy similares a las del polietileno, pero se diferencian en:
1. Tiene menor densidad (aproximadamente 0,9 g/cm).
2. Su Tg es más alta.
3. Muy resistente al stress cracking23.
4. Se puede oxidar (aunque esto es evitado por la acción de antioxidantes).
5. Tiene un grado de cristalinidad intermedio entre el HD-PE y el LD-PE.
Sus usos son: 1. Diversos objetos, como juguetes, parachoques de automóviles y
láminas y tubos.
2. Recipientes huecos.
23
”El craqueo por tensión ambiental es una ruptura de la superficie bajo tensión poliaxial en contacto con un medio, en ausencia del cual la fractura no ocurre bajo mismas condiciones de tensión”
30 | P á g i n a
3. Contenedores de alimentos que requieren altas (microondas) o bajas (congelador) temperaturas.
4. Producción de fibras.
5. Producción de diversas películas o films.
31 | P á g i n a
Poliestireno24
Es un polímero termoplástico que se obtiene de la polimerización del
estireno. Se designa por PS. Existen cuatro tipos, principalmente:
1. Poliestireno cristal: es transparente, rígido y quebradizo.
2. Poliestireno de alto impacto: es resistente y opaco.
3. Poliestireno expandido; es muy ligero.
4. Poliestireno extrusionado: es similar al expandido, pero más denso e
impermeable.
Sus características son:
1. Baja conductividad eléctrica
2. Poca resistencia mecánica y térmica (se reblandece a 85ºC-105ºC)
3. Puede ser opaco (PS de alto impacto), transparente (PS cristal) o translúcido (mezclas entre los anteriores).
4. Se le pueden añadir aditivos (colorantes o sustancias ignífugas)
5. Tienen una gran facilidad de uso y un costo relativamente bajo. Sus usos son: 1. PS de alto impacto: se usa en la fabricación de objetos mediante
moldeo por inyección. (ejemplos: carcasas de televisores, impresoras, juguetes…)
2. PS cristal: se utiliza también en moldeo por inyección, pero en objetos
transparentes o de bajo coste. (ejemplos: cajas de CD, perchas, cajas para huevos...). También se utiliza en espumas rígidas. Asimismo se usa
24
http://es.wikipedia.org/wiki/Poliestireno
32 | P á g i n a
mezclado con PS de alto impacto para los envases de diversos productos (ejemplo: envases de productos lácteos).
3. PS expandido: se emplea como aislante térmico y acústico. También se usa en indumentaria deportiva (chalecos salvavidas, cascos...). Igualmente, es usado como aglutinante en ciertos explosivos como el RDX y el Napalm.
4. PS extrusionado: se emplea como aislamiento térmico en suelos, fachadas y cubiertas invertidas.
33 | P á g i n a
Otros
Aquí se vuelve a abrir un gran abanico de polímeros de gran importancia,
en esta categoría se incluyen otros que son también de gran importancia y
que están presentes en la vida cotidiana.
Se tratarán aquí los siguientes:
1. Poliuretano (PUR).
2. Polimetilmetacrilato (PMMA).
3. Politetrafluoroetileno o teflón (PTFE).
4. Resinas ABS.
5. Silicona.
6. Resinas epoxi.
7. Baquelita.
8. Fibras sintéticas.
Poliuretano (PUR)25
Es un polímero que se obtiene mediante condensación de polioles26
combinados con poliisocianatos27.
Se subdivide en dos grandes grupos: termoestables y termoplásticos.
1. Poliuretanos termoestables: los más habituales son las espumas,
muy utilizadas como aislantes térmicos, aunque existen otros que
son elastómeros, adhesivos y selladores de alto rendimiento. Son
usados en pinturas, fibras, sellantes, en embalajes, etc. Se pueden
mezclar diversos pigmentos
25
http://es.wikipedia.org/wiki/Poliuretano 26
“Los polioles son alcoholes con varios grupos hidroxilo” 27
“Polímero de sales del ácido isociánico (HNCO)”
34 | P á g i n a
2. Poliuretanos termoplásticos: no requieren de vulcanización en su
proceso y puede ser conformado con los procesos habituales para
termoplásticos. Tienen una alta resistencia a la abrasión, al
desgaste, al desgarre, al oxígeno, al ozono y a las temperaturas
bajas.
Se pueden dividir también en:
1. Poliuretanos flexibles: tienen celdas abiertas y una densidad de 12-
15 kg/m3. Se emplean en la industria de paquetería para embalajes
de piezas delicadas.
2. Poliuretanos rígidos: tienen una densidad de 30-50 kg/m³, son
utilizados como aislantes térmicos. Otra variedad son los
poliuretanos espray, que son usados en revestimientos, los PIR,
usados en tuberías con fluidos a alta temperatura en zonas
húmedas, y los RIM, usados en componentes de automóviles,
barcos, muebles y decorados.
35 | P á g i n a
Polimetilmetacrilato (PMMA)28
Es un polímero termoplástico que se obtiene por polimerización del
metacrilato de metilo. Se suele presentar en gránulos. Destaca por su
transparencia y su resistencia a la intemperie.
Se suele utilizar en la industria del automóvil, en iluminación, cosméticos,
espectáculos, construcción y óptica. En medicina destaca su uso en
prótesis óseas y dentales, y como aditivos en pastillas, ya que retrasa la
acción del medicamento.
Sus características son:
1. Transparencia de alrededor del 93%. Es el plástico más transparente.
2. Tiene una alta resistencia al impacto (de 10 a 20 veces la del vidrio).
3. Es resistente a la intemperie (aproximadamente unos diez años) y a los rayos ultravioleta. No hay un envejecimiento apreciable en 10 años de exposición exterior.
4. Es muy buen aislante térmico y acústico.
5. Es ligero (respecto al vidrio) y no muy denso (1190 kg/m3).
6. Tiene una dureza similar a la del aluminio y es rayado por un objeto metálico.
7. Es de fácil combustión y no se apaga una vez retirado del fuego. Sin embargo, no produce ningún gas tóxico al arder, por tanto, es considerado un producto muy seguro (similar a la madera).
28
http://es.wikipedia.org/wiki/Polimetilmetacrilato
36 | P á g i n a
8. Presenta una gran facilidad de mecanización y moldeo.
9. Aunque presenta una gran resistencia al ataque químico, ciertos compuestos si pueden atacarlo (acetona, ácido sulfúrico, cloroformo, tolueno…).
37 | P á g i n a
Politetrafluoroetileno o teflón (PTFE)29
Es un polímero similar al polietileno, pero los átomos de hidrógeno han
sido sustituidos por átomos de flúor. Por este motivo, este material es
prácticamente inerte.
Sus características son:
1. Toxicidad prácticamente nula.
2. Tiene el menor coeficiente de rozamiento conocido.
3. Es impermeable, flexible y aislante eléctrico.
4. También es flexible, es un gran aislante eléctrico.
5. No se altera por la acción de la luz y soportar temperatura un rango
de temperaturas desde 3K hasta 573K.
6. Presenta una gran antiadherencia.
Sus usos son:
1. En revestimientos de aviones, cohetes y naves espaciales.
2. En elementos articulados, ya que permite eliminar el uso de lubricantes.
3. En medicina, ya que no reacciona con sustancias o tejidos. Se emplea en prótesis, tejidos artificiales y vasos sanguíneos.
4. En electrónica, como revestimiento de cables o como dieléctrico en condensadores Son los que producen menores distorsiones de audiofrecuencias.
29
http://es.wikipedia.org/wiki/Politetrafluoroetileno
38 | P á g i n a
5. En utensilios de cocina, por su bajo coeficiente de rozamiento, baja toxicidad y facilidad de limpieza.
6. En pinturas y barnices.
7. En estructuras y elementos sometidos a ambientes corrosivos.
8. En balas, para disminuir el rozamiento en el interior del arma.
39 | P á g i n a
Resinas ABS30
Es un termoplástico amorfo cuya elaboración y procesamiento es más
complejo que los plásticos comunes. Es duro, rígido, muy resistente al
impacto, a las bajas temperaturas y a agentes químicos. Está formado por
acrilonitrilo, butadieno y estireno, de tal manera que:
1. Los bloques de acrilonitrilo proporcionan rigidez, dureza, resistencia a ataques químicos y estabilidad a alta temperatura.
2. Los bloques de butadieno proporcionan tenacidad.
3. El bloque de estireno aporta resistencia mecánica y rigidez.
Esta sinergia (mezcla de propiedades) nos muestra que el producto final tiene mejores propiedades que cada uno de sus componentes por separado.
Se emplea en la industria automovilística (partes cromadas), en la electrónica (carcasas de aparatos), en la oficina y en juguetes.
30
http://es.wikipedia.org/wiki/Acrilonitrilo_butadieno_estireno
40 | P á g i n a
Silicona31
Es un polímero que se obtiene principalmente del silicio. Se produce a
partir de la roca que cuarzo, que es calentado en presencia de carbón,
produciéndose así silicona elemental. Posteriormente, mediante procesos
químicos, puede tomar otras formas físicas (aceite, gel y sólido).La silicona
es inodora, incolora, inerte y estable a altas temperaturas; esto hace que
puede ser usada en multitud de aplicaciones, tanto industriales como
médicas.
Sus usos son:
1. Industrialmente, sirve como lubricante, adhesivo e impermeabilizante.
2. Médicamente, se utiliza para protectores solares, cremas, en la
superficie de cápsulas para facilitar la ingestión de algunos
medicamentos, como lubricante en jeringas, en marcapasos, válvulas
cardíacas, articulaciones artificiales y catéteres.
31
http://es.wikipedia.org/wiki/Silicona
41 | P á g i n a
Resinas epoxi32
Los también llamados poliepóxidos son polímeros termoestables que se
endurecen al entrar en contacto con un catalizador. Generalmente, se
produce a partir de una reacción entre epiclorohidrina y bisfenol-A.
Tienen un uso industrial, ya sea en capas de imprimación (para proteger
de la corrosión y mejorar la adherencia de las capas de pintura) o en
adhesivos (tienen una gran resistencia a la tracción, lo que los hace el tipo
de adhesivo más resistente).
Las resinas epoxi se pueden encontrar en latas para alimentos ácidos,
decoraciones de suelos, como unión entre piezas de aviones, en moldes,
motores, circuitos integrados…
32
http://es.wikipedia.org/wiki/Resina_epoxi
42 | P á g i n a
Baquelita33
Fue la primera sustancia plástica totalmente sintética. Se trata de un
fenoplástico34 termoestable sintetizado a partir de moléculas de fenol y
formaldehido.
Sus características son:
1. No conduce la electricidad.
2. Es resistente al agua y los disolventes.
3. Es fácilmente mecanizable.
Tuvo grandes aplicaciones en las tecnologías del momento (carcasas de
teléfonos, radios y carburadores). Actualmente se suele utilizar en asas de
cacerolas.
33
http://es.wikipedia.org/wiki/Baquelita 34
“Plástico derivado del hidroxibenceno”
43 | P á g i n a
Fibras sintéticas35
Son las que se elaboran artificialmente a partir de productos obtenidos
por síntesis química. Hay una gran variedad de fibras sintéticas, que
pueden ser clasificadas en:
1. Monocomponentes: están formadas por un solo tipo de polímero. Tiene las características de dicho polímero.
2. Bicomponentes36: las que están formadas por dos polímeros diferentes. Ambos polímeros se adicionan en el proceso de hilatura. Esto da como resultado una nueva fibra con las características de los dos polímeros.
3. Microfibras: son fibras cuya densidad lineal es inferior a 1 dn37.
También se pueden clasificar en38:
1. Fibras sintéticas minerales: proceden de minerales. Las más importantes son las fibras de vidrio, que se emplean para la fabricación de tejidos aislantes, fibra óptica, etc.
2. Fibras sintéticas de Poliadición: provienen de la unión de monómeros por adicción. Hay varios tipos: 2.1. Fibras polivinílicas y poliacrílicas: son muy resistentes a la luz y a la
intemperie. Se usan en la fabricación de géneros de punto y mantas, ya que se pueden teñir con colores muy brillantes.
2.2. Fibras polietilénicas: se utilizan en artículos de tapicería y moquetas.
35
http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_textil 35
(bis)
http://en.wikipedia.org/wiki/Fiber 36
http://www.aitex.es/index.php?option=com_content&task=view&id=217&Itemid=284 37
“El denier es una unidad de medida del Sistema Inglés de la densidad lineal de masa de fibras. Se define como la masa en gramos por cada 9.000 metros de fibra” 38
http://www.educared.net/aprende/anavegar5/Edicion_4/comunes/premiados/D/1441/text_clas_sint.htm
44 | P á g i n a
2.3. Fibras polipropilénicas: se usan en tapicerías, prendas de trabajo y artículos de uso industrial.
2.4. Fibras de poliuretano: son muy elásticas, por lo que se emplean en prendas de deporte y bañadores.
3. Fibras sintéticas de policondensación: provienen de la unión de monómeros por condensación. Hay varios tipos: 3.1. Fibras poliamídicas: en esta categoría destaca el nailon, ya que
posee tenacidad, elasticidad y resistencia a la abrasión. Aunque se degrada por la acción de la luz, es inmune al ataque de los insectos, polillas, mohos, jabones y detergentes. Debido a su resistencia se usa en telas de paracaídas, cintas y cuerdas.
3.2. Fibras de poliéster: se obtienen por condensación de un diácido y un dialcohol. Son muy resistentes a los agentes químicos y casi inarrugables. Tienen una duración elevada y un fácil mantenimiento.
45 | P á g i n a
Reciclado de Plásticos39
Para reciclar plástico, primero hay que clasificarlo según la categoría a la
que pertenezca40, ya que unos polímeros son termodinámicamente
incompatibles con otros. También hay que separar las partes que
componen el objeto, ya que no suelen estar realizadas con el mismo
material. Durante el reciclado se pierden algunas propiedades, por lo que
es necesario añadir aditivos para que las recupere.
Hay cuatro tipos de reciclaje de plásticos: primario, secundario, terciario y
cuaternario. Para determinar qué tipo hay que tipo se va a usar, es
necesario considerar factores como la limpieza, la homogeneidad del
material y el valor del material de desecho y de la aplicación final.
Reciclado primario
Se convierte el desecho plástico en artículos con las mismas propiedades
físicas y químicas del material original. Este método se aplica a
termoplásticos (PET, HD-PE, LD-PE, PP, PS y PVC).
Esta técnica consiste en:
1. Separación: puede ser macromolecular o micromolecular. En la
primera se tienen en cuenta factores el color o la forma, por el
contrario, en la segunda, se usan las propiedades físicas específicas,
tales como tamaño, peso, densidad, etc.
2. Granulado: el plástico ya separado es convertido a gránulos
mediante un proceso industrial. 39
http://www.ehu.es/reviberpol/pdf/MAR04/Danilo2004.pdf 40
Categoría estandarizada en la normativa ISO 14020/2340
, bajo el título de etiquetas de tipo II.
46 | P á g i n a
3. Limpieza: los plásticos granulados deben limpiarse, ya que están
contaminados con comida, papel, piedras, polvo, pegamento…
4. Peletizado: el plástico granulado y limpio se funde y pasa por un
tubo delgado. Posteriormente, se deja enfriar y el cilindro
resultante se corta en fragmentos denominados pellets.
Reciclaje secundario
En este tipo, el plástico reciclado tiene propiedades inferiores a las del
polímero original. Este método se aplica a termoestables y plásticos
contaminados.
En este proceso no se separan ni se limpian los plásticos, sino que se
mezcla el producto al completo, se muele y se funden dentro de un
extrusor. Posteriormente, el plástico resultante pasa por un tubo, para
después enfriarse en agua y ser cortado a la medida deseada.
Reciclaje terciario
Este tipo, se degrada el polímero a compuestos químicos básicos y
combustibles. Implica un cambio físico-químico.
Se puede realizar de cinco formas:
1. Pirolisis: se realiza una gasificación de los compuestos mediante un
calentamiento directo o indirecto.
2. Gasificación: es parecido al anterior, pero con temperaturas
superiores a los 600°C y presiones por encima de 60 bares. El gas
producido es empleado para producir electricidad, metanol o
amoniaco.
47 | P á g i n a
3. Metanólisis: ruptura de las cadenas, obteniendo así metanol.
4. Glicólisis: ruptura de un enlace glicosídico.
5. Alcohólisis: usada para convertir PET en poliésteres solubles.
Reciclaje cuaternario
En este tipo se utiliza la energía liberada en la combustión, es decir, se
realiza una combustión del plástico para obtener su energía térmica, y así
realizar otros procesos.
Este proceso tiene ciertas ventajas (ocupa menos espacio, se pueden
recuperar los metales, etc.), pero se producen emisiones de
contaminantes.
48 | P á g i n a
Ventajas e inconvenientes respecto al uso de
plásticos41
Ventajas
1. Es moldeable, por lo que pueden fabricarse una gran diversidad de
objetos.
2. En rango de flexibilidad es muy amplio, unos son muy rígidos y otros
muy flexibles.
3. Una vez que se instala el material, no hay necesidad de
mantenimiento.
4. Es muy duradero.
5. Tienen un rango de resistencia muy amplio, se pueden usar como
vigas o como recubrimientos térmicos.
6. Es muy resistente ante las sustancias químicas, altas/bajas
temperaturas y presiones.
7. Es económico, liviano, muy duradero y buen aislante eléctrico y
acústico.
41
http://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_civil/plastico/default2.asp
49 | P á g i n a
Inconvenientes
1. Los plásticos pueden ser reciclados, en su mayoría, pero, aún así, los
desechos generan grandes problemas, ya que es una tarea difícil y
costosa el reciclarlos.
2. De forma natural, el tiempo de biodegradación de los plásticos es
muy alto, lo que produce un gran daño al ecosistema.
3. Al quemarse producen gases nocivos y contaminantes.