1.Los plásticos Un plástico es un variado grupo de materiales de origen orgánico cuya importancia crece cada día, están constituidos por macromoléculas de elevado peso molecular cuyo principal componente es el carbono estas moléculas reciben el nombre de polímeros. Las moléculas de alto peso molecular se constituyen por repetición sucesiva de unidades químicas simples (monómeros), que se unen mediante una reacción llamada polimerización. Los polímeros poseen las siguientes características: – Bajos costes de producción. – Alta relación resistencia/densidad. – Elevada resistencia al ataque químico. – Alta constante dieléctrica. – Pequeña conductividad calorífica. – Baja temperatura de fusión.
2.Reacciones de polimerización Los polímeros están constituidos por macromoléculas que se obtienen por la repetición de una unidad simple (recurrente) que proviene de una molécula sencilla (monómero) mediante una reacción de polimerización. El numero de monómeros que se repiten en una misma molécula de polímero se conocen como grado de polimerización. Existen 2 tipos fundamentales de polimerización: Poliadicion. Policondensacion.
2.1 Poliadicion Consiste en la yuxtaposición de las unidades de un mismo monómero. Si se polimerizan conjuntamente 2 monómeros distintos el proceso se denomina copolimerizacion y la macromolécula que se obtiene es un copolimero.
2.2 Policondensacion. Se produce una reacción que, a la vez que une un monómero a una cadena de ellos genera pequeñas moléculas de subproductos. En la cadena resultante aparece siempre un grupo característico que se repite muchas veces como resultado de la reacción de 2 extremos de la cadena. Esto se produce mediante reactores de policondensacion:
3.Fuerzas de enlace en los polímeros. El valor medio del peso molecular es un dato importante, pues cuanto mayor sea este mayores serán la resistencia a la tracción y la temperatura de fusión del producto fabricado. Dentro de un polímero existen 2 tipos de fuerzas de enlace: – Intramoleculares: unen átomos y forman moléculas. – Intermoleculares: mantienen a las moléculas unidas entre si.
4.Tipos de polímeros según su estructura. Según los enlaces que existen entre sus cadenas, los polímeros se pueden clasificar en 3 tipos:
Termoplásticos. Termoestables. Elastómeros.
4.1 Polímeros termoplásticos Son polímeros lineales, es decir, las moléculas solamente crecen en una dirección y su estructura puede ser sencilla o ramificada. Cuando se calientan a temperaturas bajas, los débiles enlaces intermoleculares se rompen y se ablanda hasta que se convierten en líquidos (100-130ºC). Esta característica facilita el conformado de los polímeros termoplásticos por medio de moldeo. El inconveniente es que solo se pueden utilizar en ambientes y situaciones de temperaturas moderadas.
4.2 Polímeros termoestables Este tipo de polímeros se caracteriza por presentar enlaces covalentes entre sus moléculas, se obtiene una estructura reticulada. Cuando se calienta un polímero de este tipo, sus moléculas a causa de sus fuertes enlaces intermoleculares no deslizan, después de terminados no pueden ablandarse ni moldearse de nuevo por la acción del calor. Son plásticos obtenidos por condensación, se moldean antes de que la reacción haya llegado a su fin (fraguado).
4.3 Elastómeros Son polímeros formados por largas moléculas, unidas de un modo disperso por enlaces fuertes. El ejemplo mas típico es la goma natural o poliisopreno. El monómero isopreno posee dos enlaces dobles, de los que solo emplea uno en polimerizarse de forma lineal. Cuando se añade una cantidad baja de azufre se produce el proceso denominado vulcanización (las moléculas se unen actuando el azufre como puente entre ellas). Los elastómeros son materiales muy elásticos, al aplicar una tensión, las cadenas de polímero se estiran, alcanzando longitudes superiores a la primitiva.
4.4 Plastificación de polímeros. Un polímero se puede ablandar y hacer muy flexible añadiéndoles unos materiales orgánicos de bajo peso molecular, denominados plastificantes. si se añade una cantidad elevada de plastificantes, las fuerzas intermoleculares en el polímero se hacen muy pequeñas y este se vuelve liquido (pinturas plásticas).
5. Polímeros termoplásticos. Estos polímeros se pueden dividir en 4 grandes grupos: Poliolefinas. Polímeros vinilicos y acrílicos. Fibras orgánicas. Termoplásticos especiales.
5.1Poliolefinas. Las mas importantes son el polietileno y el polipropileno. Se forman respectivamente a partir de los monómeros etileno y propileno que se obtienen en los procesos de refino del petróleo y gas natural. Estas se subdividen en: Polietileno Polipropileno
5.1.1 Polietileno Es uno de los polímeros mas estables e inertes a los agentes químicos. Presenta una excelente combinación de propiedades mecánicas y eléctricas que lo hacen apto para múltiples usos industriales, el inconveniente es que es bastante blando. Otras características importantes son su transparencia y baja densidad. Existen 2 clases: Polietileno de baja densidad: es el llamado polietileno ramificado, a causa de que sus cadenas presentan múltiples ramificaciones. Es muy estable e inerte a los agentes químicos. Polietileno de alta densidad: En su estructura apenas existen ramificaciones, por lo que su grado de cristalización es alto y su densidad, resistencia mecánica, rigidez y punto de fusión son mayores que en la variedad de polietileno anterior.
5.1.2 Polipropileno El grado de cristalización del polipropileno industrial esta comprendido entre el 60 y 75% por ello es mas rígido y tiene un mayor punto de fusión que el polietileno. Es el plástico industrial de menor densidad, su limitación reside en su fragilidad a bajas temperaturas. Es un material incoloro o de coloración clara, resistente a la tracción y al choque y con buenas propiedades eléctricas. Sus aplicaciones son semejantes a las del polietileno.
5.2 Polímeros acrílicos y vinilicos. Son polímeros derivados de monómeros vinilicos. Expondremos las principales características de algunos de ellos: -Cloruro de polivinilo (PVC): Es un material vítreo a temperatura ambiente, muy resistente y rígido, aunque tiene baja tenacidad. Es difícil de trabajar por su alta viscosidad, incluso a temperaturas elevadas. Se utiliza en la fabricación de tuberías, canalizaciones, cubiertas de tejados, etc. Se obtiene por polimerización del cloruro de vinilo. -Poliestireno: Es un material amorfo, resistente, rígido, muy frágil y poco resistente al calor. Se utiliza en la fabricación de accesorios domésticos, juguetes, etc. -Resina ABS: Es un derivado del estireno mas tenaz y con mayor resistencia al calor. Se emplea en la fabricación de cascos de protección, maletas, carcasas de televisiones, etc. -Polimetacrilato de metilo: Es un polímero vítreo a temperatura ambiente, que se comercializa con nombre de plexiglás. Se trata de un solido transparente, incoloro y fácilmente moldeable en caliente. Se usa en la fabricación de lentillas, filtros, farolas, etc.
5.3 Fibras orgánicas. Pertenecen a este grupo los polímeros que, tras un proceso de hilado, se utilizan en forma de fibras en la industria textil.
Existen diversos tipos:
5.3.1 Poliamidas. La mas utilizada comercialmente es el nailon por su gran elasticidad, su alta resistencia a la tracción y por la posibilidad de hilarlo en finísimos hilos. Se obtiene mediante una reacción de policondensacion entre el acido adipico y la hexametilendiamina, eliminando el agua en su proceso de formación.
5.3.2 Poliésteres. Se obtienen en la policondensacion de un acido dicarboxilico y un dialcohol. Una de las fibras de poliéster mas utilizadas es el terileno, que ofrece una gran resistencia a la tracción y con el que se preparan tejidos prácticamente inarrugables, también se emplean como material sustitutivo de las aleaciones no férreas en multitud de aplicaciones.
5.3.3 Derivados de la celulosa. Es el polímero natural mas abúndate, ya que constituye el 50% de la madera, su estructura tiene un alto grado de cristalización y un buen comportamiento mecánico. Se utiliza en forma de laminas muy finas, transparente y flexibles (celofán) como papel para envolver y empaquetar. El celuloide se obtiene haciendo reaccionar la celulosa con ácidos y añadiendo plastificantes. Fue el termoplástico industrial mas antiguo. Debido a su alta inflamabilidad y que al cabo de cierto tiempo se vuelve frágil y quebradizo.
5.4 Termoplásticos especiales. Grupo de polímeros con un volumen de producción pequeño debido a su resistencia al calor y a sus especiales características mecánicas. A continuación nombraremos los mas importantes:
5.4.1 Policarbonatos Son termoplásticos cristalinos que se obtienen a partir del acido carbónico. Se utilizan en la fabricación de carcasas, maquinaria de oficina, engranajes, ventiladores, etc.
5.4.2 Poliacetales Poseen una estructura lineal y regular que cristaliza de forma notable. Posee un punto de fusión alto (180ºC). Sus propiedades mecánicas son altas, son resistentes a la abrasión y a la corrosión y no se disuelven en disolventes comunes. Están reemplazando a las fundiciones férreas, aleaciones de cinc y latones en pequeñas piezas de automóviles.
5.4.3 Fluoroplasticos. Se obtienen a partir del acetileno. Poseen una gran estabilidad térmica y gran tenacidad a temperaturas muy bajas. El mas importante es el politetrafluoroetileno o PTFE, conocido como teflón. Presenta una densidad alta, un elevado grado de cristalización y la temperatura de fusión mas elevada de todos los plásticos. Es uno de los polímeros mas importantes y sus propiedades mas significativas son: Resistentes a la acción de los ácidos y de los disolventes. Muy pequeño coeficiente de fricción. Buenas propiedades eléctricas. Resistente a la abrasión. Soporta altas temperaturas manteniendo su estabilidad. Es un excelente aislante. Gracias a estas propiedades se fabrican con teflón piezas para motores, engranajes, tuberías, material de laboratorio, utensilios de cocina como sartenes, etc.
6. Polímeros termoestables. Son polímeros con estructuras tridimensionales, por ello, son productos siempre resistentes y frágiles. Se caracterizan por: Gran resistencia al flujo viscoso Resistencia a temperaturas elevadas. Algunos de estos son: Polímeros de transición. Termoestables clásicos. Siliconas.
6.1 Polímeros de transición. Forman un grupo de transición entre los polímeros termoplásticos y los termoestables, por lo que presentan propiedades intermedias entre ambos tipos. Existen 3 tipos: Poliésteres no saturados. Resinas epoxi Resinas de poliuretano.
6.1.1 Poliésteres no saturados. Son poliésteres formados a partir de monómeros en los que existe algún doble enlace que permitirá formar enlaces intermoleculares. Gracias a esto se obtienen materiales con altas características mecánicas y buena resistencia térmica, utilizados en la fabricación de fibra de vidrio.
6.1.2 Resinas epoxi. Son venenosas en estado liquido y sus vapores irritan la piel, pero una vez endurecidas se vuelven inodoras, insípidas e inocuas. Resisten muy bien a los agentes químicos y al calor y son buenos aislantes eléctricos. Son fáciles de trabajar por arranque de viruta y poseen unas buenas características mecánicas y resistencia al desgaste. También se emplean como recubrimiento de conductores eléctricos y como adhesivo. Otras utilidades son lacas y barnices al disolverlas en acetona, son los llamados barnices al fuego, muy resistentes a los arañazos.
6.1.3 Resinas de poliuretano. Surgen de la polimerización de isocianatos y alcoholes. Se utilizan en forma de espumas plásticas de muy baja densidad para la fabricación de paneles aislantes, rellenos de almohadas y colchones, ruedas de fricción, etc.
6.2 Termoestables Clásicos. Son resinas que experimentan un cambio fisico-quimico irreversible por calentamiento pasando de ser material soluble y fácilmente fusible a convertirse en infusibles e insolubles. Por ello no son materiales capaces de reciclarse. Suelen arder mal y se sueldan con dificultad. Fundamentalmente existen 2 tipos: Resinas fenolicas. Aminorresinas.
6.2.1 Resinas fenolicas Es uno de los plásticos comerciales mas antiguos. Se obtienen por policondensacion del fenol y del formaldehido formado la baquelita. Se suelen preparar con materiales de refuerzo que mejoran sus propiedades y abaratan el producto final. Poseen: Buena resistencia al calor y resistencia mecánica. Con ellos se suelen fabricar componentes electrónicos. Resisten brevemente temperaturas muy altas. Debido a su baja conductividad térmica, se utilizan para fabricar mangos y asas de utensilios de cocina. Se emplean en forma d estratificados, impregnando y dando consistencia a sucesivas capas de papel, madera, contrachapados e incluso circuitos impresos. Se usan también en recubrimientos protectores y en la fabricación de muelas abrasivas y moldes de fundición.
6.2.2 Aminorresinas. Existen 2 familias de Aminorresinas: Productos de la policondensacion de la urea con el formaldehido. Productos de la policondensacion de la melamina con el formaldehido. Sus propiedades son muy parecidas a las de las resinas fenolicas. Se utilizan en la fabricación de paneles decorativos y como adhesivos. Aunque debido a sus propiedades refractarias encuentra aplicación para las superficies de las encimeras de las cocinas.
6.3 Siliconas. El silicio no puede formar dobles ni triples enlaces, de modo que solo se pueden conseguir estructuras de polímeros por condensación. Los polímeros de silicona se obtienen por reacciones de condensación de los hidroxisilanos. La estructura final de un polímero de silicona puede ser termoplástico, termoestable o elastómero, dependiendo del monómero de partida. Los elastómeros de silicona tienen una gran flexibilidad a temperaturas muy bajas y muestran alta resistencia al envejecimiento y al calor. Se emplean en aislamientos de cables, sellado de juntas, etc. Las resinas de silicona, en cambio, son rígidas y duras y se utilizan como revestimientos aislantes y en pinturas industriales.
7. Elastómeros. La extraordinaria elasticidad de estos materiales se consigue tras un proceso de vulcanización que, además, dificulta el movimiento de las macromoléculas y con ello la cristalización, que es la causa del endurecimiento y perdida de elasticidad de las gomas al ser sometidas a temperaturas bajas. Suelen ser materiales amorfos y extraordinariamente blandos y permiten enormes deformaciones elásticas (500-1000%). El oxigeno, la luz o el calor actúan lentamente rompiendo estos dobles enlaces y formando mas puntos de unión intermoleculares produciendo un descenso en la elasticidad y un aumento en la rigidez del material. Este fenómeno se denomina envejecimiento de las gomas. Existen 2 clases de elastómeros: Elastómeros de origen natural. Elastómeros de origen sintético.
7.1Elastómeros de origen natural. El mas importante de esta categoría es el caucho constituido por repetición del monómero isopreno. Este proviene del látex que se obtiene del árbol de la goma. El látex es una dispersión coloidal de aspecto lechoso que se obtiene de la corteza del árbol. Una vez coagulado se lava y amasa por medio de rodillos, dando origen a una sustancia pegajosa de color amarillento, cuya propiedad mas característica es su elasticidad, además es blando, adhesivo, se deforma con facilidad, se oxida al aire y con el tiempo se hace quebradizo. Cuando se vulcaniza la goma natural con un contenido alto de azufre se pasa a denominarse goma dura o ebonita y es un producto rígido utilizado en la fabricación de baterías de automóvil, peines, correas, etc.
7.2 Elastómeros de origen sintético. Entre estos se pueden citar los siguientes: Poliisopreno: derivado del petróleo y con estructura similar a la goma natural Cauchos sintéticos: la escasez de caucho natural durante las 2 guerras mundiales obligo a la investigación de otros polímeros de características muy similares. Entre los cauchos sintéticos mas importantes se pueden mencionar: GR-S: también llamado Buna-S. Resiste bien el envejecimiento, el calor y la abrasión. GR-A: Se emplea en la fabricación de mangueras para gasolina, correas que deben funcionar contaminadas con aceite, etc. por su resistencia a los disolventes. GR-I: también llamado caucho butilo. No cristaliza, es muy elástico y posee una gran impermeabilidad para los gases, resulta muy resistente al envejecimiento, por su elasticidad e impermeabilidad se utiliza para la fabricación de cámaras de neumáticos, bolsas de agua o aire, etc. Neopreno: posee un buen comportamiento frente al envejecimiento, por ello, se usa para el revestimiento de cables eléctricos donde las temperaturas de servicio harían envejecer rápidamente otras gomas.
8. Plásticos Mejorados. Para mejorar algunas propiedades de los plásticos se utilizan: Plásticos reforzados: Formados por 2 o mas tipos de materiales, uno plástico y otro llamado material de refuerzo que le confiere resistencia a la tracción. Se utilizan en la fabricación de equipos deportivos, camiones y barcos, esquíes, etc. La fabricación de estos materiales se lleva a cabo introduciendo el material de refuerzo en el interior del plástico. El material actualmente mas resistente es el kevlar. Plásticos laminados: constituidos por una capa de plástico adosada a otra de un material diferente. Pueden ser: Plástico/papel o cartón: resisten bien la humedad. Plástico/vidrio: resisten choques y presiones. Plástico/metal: Evita la oxidación del metal y la posible alteración de los alimentos. Plástico/tejidos: para fabricar cueros sintéticos. Plástico/plástico: para envasar productos alimenticios.
9. Materiales plásticos y el Medio ambiente. La gran dependencia de la humanidad respecto de los materiales plásticos constituye en la actualidad un serio motivo de preocupación en todos los países del planeta. Como estos son resultado de una serie de procesos llevados a cabo en la industria, la naturaleza no dispone de medios para deshacerse de ellos, a excepción de plásticos biodegradables. Por otra parte los materiales plásticos son combustibles, por lo tanto no es aconsejable incinerarlos ya que produce una enorme contaminación de la atmosfera. Por lo tanto conviene concienciar a la gente acerca de la necesidad de un uso controlado de estos materiales para evitar la degradación de nuestro planeta, en el que cada vez se acumulan mas residuos.