Plásticos y Aplicaciones – Caso Práctico en la UPIICSA

Indice 2. Marcos de referencia 3. Procedimiento 4. Resultados 5. Otras Máquinas que Intervienen en la Producción de Envases de Plástico. 6. Conclusiones y recomendaciones 7. Bibliografía

1. Introducción

El presente trabajo tiene como tema central la descripción clara y detallada sobre cuáles son y en qué consisten los procesos para la obtención de Envases de Plástico durante Marzo y Abril de 2001 en la empresa "Miniplast" en Tlalnepantla. En los últimos años, como sabemos, la industria del plástico ha venido sustituyendo paulatinamente al resto de los diversos materiales. En cualquier lugar civilizado en el que nos hallemos lo podemos encontrar en sus muy diversas formas. Citar ejemplos es muy sencillo y uno de ellos es el de la progresiva sustitución de envases de vidrio por los de plástico. Durante mucho tiempo se estimó la posibilidad de introducir a los materiales plásticos en el envase de bebidas gaseosas, agua purificada y otros productos, donde el dominio del vidrio y los materiales metálicos parecía indiscutible. Las principales características que el plástico debía cumplir eran varias: presentar alta transparencia para proporcionar buena presentación al producto envasado; resistencia mecánica a presiones internas para el caso de líquidos ingresados a presión; cumplir con los requerimientos con los que cumplía el vidrio; alta resistencia a impactos producidos durante las labores de producción, transporte y distribución del producto; precio menor al vidrio con productividades iguales o mayores. Las dificultades parecían excesivas, sobre todo en el caso de la impermeabilidad y la presión que debía de soportar; sólo se podía aspirar a resolver el problema con grandes espesores de pared o complicados métodos de Extrusión. Inclusive, era contraproducentes al analizarlas en transparencia, productividad y costo, por ello se descartaban como alternativas factibles. El desarrollo de una modificación a los procesos de Extrusión e Inyección o Soplado, así como la investigación de nuevos grados de resinas que cumplieran con las propiedades mecánicas y de permeabilidad impuestas por las características de los productos a envasar, resolvieron los problemas para la sustitución de vidrio y metales, en campos en que parecían irremplazables. Es por ello que la presente investigación pretende dar a conocer al lector, de una manera clara y detallada, cuáles son y en qué consisten los procesos para obtención de Envases de Plástico y, en caso particular, los que se emplean en la empresa Miniplast de Tlalnepantla. Como resultado de una lectura minuciosa, el lector adquirirá los conocimientos necesarios para, de así decidirlo, estudiar los procesos más a fondo para y con ello, crear su propia empresa en un ramo recomendado ampliamente por su alta rentabilidad y su mercado en constante crecimiento. En lo que al contenido del trabajo se refiere, dentro del Marcos de Referencia encontramos al Teórico y al Histórico. Dentro del Marco Teórico el lector encontrará una breve descripción de lo que son los plásticos y de los procesos existentes para darles una determinada forma. Dentro del Marco Histórico encontrará temas muy diversos como pueden ser: el surgimiento de los Plásticos, el desarrollo que han tenido desde su aparición y la forma en la que se clasifican como primarios y secundarios. Siguiendo con el contenido y dentro los Resultados el lector podrá conocer en que consisten los procesos de Soplado y Extrusión. Así mismo, entenderá como trabajan en conjunto, principalmente en la elaboración de Envases de Plástico, mediante el Proceso de Soplado-Extrusión con Biorientación. Finalmente, conocerá otras maquinarias que intervienen en el proceso para la elaboración de Envases de Plástico como son: la Torre de Refrigeración, el Compresor y el Molino.

2. Marcos de referencia

Marco Teórico Breve Descripción de los Plásticos Hace cien años, al mencionar el término plástico, éste se podía entender como algo relativo a la reproducción de formas o a las artes plásticas. En la actualidad, esta palabra se utiliza con mayor frecuencia, y tiene un significado que implica no sólo arte, sino también tecnología y ciencia. La palabra plástico deriva del griego "Plastikos" que significa "Capaz de ser Moldeado", sin embargo, esta definición no es suficiente para describir de forma clara a la gran variedad de materiales que así se denominan; a continuación se aborda el tema con mayor detenimiento. Los plásticos son materiales poliméricos orgánicos (compuestos por moléculas orgánicas gigantes) que pueden deformarse hasta conseguir una forma deseada por medio de procesos como la Extrusión, el moldeo, la inyección, y el hilado, entre otros. Las moléculas pueden ser de origen natural, por ejemplo la celulosa, la cera y el caucho (hule) natural; o sintéticas, como el polietileno y el nylon. Los materiales empleados en su fabricación son resinas en forma de bolitas o polvo en disolución. Con estos materiales se fabrican los plásticos terminados. Se caracterizan por una relación resistencia/densidad, propiedades excelentes para el aislamiento térmico y eléctrico; y una buena resistencia a los ácidos y disolventes. Las enormes moléculas de las que están compuestos pueden ser lineales, ramificadas o entrecruzadas, dependiendo del tipo de plástico. Las moléculas lineales y ramificadas son termoplásticas (se ablandan con el calor), mientras que las entrecruzadas son termoendurecibles (se endurecen con el calor).

Fabricación La fabricación de los plásticos y sus manufacturados implica cuatro pasos básicos:

• Obtención de las materias primas
• Síntesis del polímero básico
• Composición del polímero como un producto utilizable industrialmente.
• Moldeo o deformación del plástico a su forma definitiva.

Materias Primas En un principio, la mayoría de los plásticos se fabricaban con resinas de origen vegetal, como la celulosa (del algodón), el furfural (de la cáscara de la avena), aceites (de semillas), derivados del almidón o el carbón. La caseína de la leche era uno de los materiales no vegetales utilizados. En la actualidad la mayoría de los plásticos se elaboran 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.

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 ultravioleta 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 (sustancias combustibles ininflamables) 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. Los materiales compuestos tienen la resistencia y la estabilidad de los metales, pero por lo general son más ligeros. Las espumas plásticas, un material compuesto 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 fluencia (conocido como deformación). La naturaleza de muchos de estos procesos es cíclica. 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 Extrusiónados, como por ejemplo los envases, tienen una sección llamada matriz con la forma del envase que se desea fabricar. La máquina de Extrusión realiza otras operaciones, como moldeo por Soplado o moldeo por inyección. Otros procesos utilizados son el moldeo por compresión, en el que la presión forza 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 cual se forman láminas de plástico. Algunos plásticos, y en particular los que tienen una elevada resistencia a la temperatura, requieren procesos de fabricación especiales.

Clasificación de los Procesos de Transformación Una clasificación más específica de los procesos de transformación se basa en los cambios de estado que sufren los plásticos dentro de la maquinaria. Así, podemos encontrar la siguiente división:

• Procesos Primarios
• Procesos Secundarios

En el primer caso, el plástico es moldeado a través de un proceso térmico donde el material pasa por el estado líquido y finalmente se solidifica, mientras que en los procesos secundarios se utilizan medios mecánicos o neumáticos para formar el artículo final sin pasar por la fusión del plástico. Con base en estos criterios, los procesos de transformación principales se clasifican como:

Procesos Primarios

• Extrusión
• Inyección
• Soplado
• Calandreo
• Inmersión
• Rotomoldeo
• Compresión

Procesos Secundario

• Termoformado
• Doblado
• Corte
• Torneado
• Barrenado

Marco Conceptual

• Dado: dispositivo empleado en el moldeado del plástico para darle una forma determinada de tubo. Sinónimo de matriz.
• Filete: dispositivo que recorre al husilllo de un extremo a otro e impulsa la Materia Prima a través del extrusor.
• Husillo: eje metálico central que contiene la mayor tecnología dentro de una máquina de Extrusión.
• Inyección: proceso de Soplado empleado cuando se desea producir recipientes de boca ancha.
• Mandril: parte central del dado.
• Matriz: dispositivo empleado en el moldeado del plástico que contiene la forma del producto deseado. Sinónimo de dado.
• Párison: sinónimo de forma previa o preforma en el proceso de Soplado.
• Ramo: tipo de marcado que abarca la producción de una empresa, conocido también como "giro".
• Soplado: proceso de Soplado empleado para producir recipientes de boca delgada.
• Torque: giro realizado bajo presión realizado por máquinas o estructuras..

Marco Histórico El Surgimiento de los Plásticos El desarrollo de los plásticos surge cuando se descubrió que las resinas naturales podían emplearse para elaborar objetos de uso práctico. Estas resinas como el betún, la gutapercha, la goma laca y el ámbar, son extraídas de ciertos árboles, y se tienen referencias de que ya se utilizaban en Egipto, Babilonia, la India, Grecia y China. En América se conocía otro material utilizado por sus habitantes antes de la llegada de Colón, conocido como hule o caucho. El hule y otras resinas presentaban algunos inconvenientes y, por lo tanto, su aplicación resultaba limitada. Sin embargo, después de muchos años de trabajos e investigaciones se llegaron a obtener resinas semisintéticas, mediante tratamientos químicos y físicos de resinas naturales. Se puede decir que la primera resina semisintética fue el hule vulcanizado, obtenida por Charles Goodyear en 1839 al hacer reaccionar azufre con la resina natural caliente. El producto obtenido resultó ser muy resistente a los cambios de temperatura y a los esfuerzos mecánicos. A mediados del siglo XIX, el inventor inglés Alexander Parkes obtuvo accidentalmente la nitrocelulosa, mediante la reacción de la celulosa con ácido nítrico y sulfúrico, y la llamó "Parkesina", que con aceite de ricino se podía moldear. Sin embargo debido a su flamabilidad, no tuvo éxito comercial. Alrededor de 1860, en los Estados Unidos surgió el primer plástico de importancia comercial gracias a un concurso para encontrar un material que sustituyen al marfil en la fabricación de las bolas de billar (en esa época se utilizaban tanto marfil, que se sacrificaba 12,000 elefantes anualmente para cubrir la demanda). Casualmente los hermanos Hyatt trabajaban con el algodón tratado con ácido nítrico, siendo un producto muy peligroso que podía utilizarse como explosivo. Aprovechando la idea de Parkes, sustituyeron el aceito de ricino por alcanfor y al producto obtenido le llamaron "Celuloide", el cual hizo posible la producción de varios artículos como peines, bolas de billar y películas fotográficas.

Otro plástico semisintético que tuvo buena aceptación comercial fue el que desarrollaron Krische y Spitteler en 1897, debido a la demanda de pizarrones blanco en las escuelas alemanas. Este material se fabricó a base de Caseína, una proteína extraída de la leche al hacerla reaccionar con formaldehído. Su principal aplicación fue la elaboración de botones. En 1899 Leo H. Baeklan, descubrió una resina considerado totalmente sintética, "la baquelita", la cual se obtienen mediante la reacción del fenol con formaldehído. Durante las décadas siguientes aparecieron de forma gradual más tipos de plásticos. Aunque en el siglo XIX se observó en diversos laboratorios que, por acción de la luz o del calor, muchas sustancias simples, gaseosas o líquidas se convertían en compuestos viscosos o incluso sólidos, nunca se imaginó el alcance que tendrían estos cambios como nuevas vías de obtención de plásticos.

El Avance de la Química de los Plásticos El siglo XX puede considerarse como el inicio de "La Era del Plástico", ya que en esta época la obtención y comercialización de los plásticos sintéticos ha sido continuamente incrementadas y el registro de patente se presenta en número creciente. La consecución de plásticos sintéticos se originó de la Química Orgánica que se encontraba entonces en pleno auge. En 1920 se produjo un acontecimiento que marcaría la pauta en el desarrollo de materiales plásticos. El químico alemán Hermann Staudinger aventuró que éstos se componían en realidad de moléculas gigantes. Los esfuerzos dedicados a probar esta afirmación iniciaron numerosas investigaciones científicas que produjeron enormes avances en esta parte de la química. En las décadas de 1920 y 1930 apareció un buen número de nuevos productos, como el etanoato de celulosa (llamado originalmente acetato de celulosa), utilizado en el moldeo de resinas y fibras; el cloruro de polivinilo (PVC), empleado en tuberías y recubrimientos de vinilo, y la resina acrílica, desarrollada como un pegamento para vidrio laminado.

Uno de los plásticos más populares desarrollados durante este periodo es el metacrilato de metilo polimerizado, conocido en México como plexiglás. Este material tiene unas propiedades ópticas excelentes; puede utilizarse para gafas y lentes, o en el alumbrado público o publicitario. Las resinas de poliestireno, comercializadas alrededor de 1937, se caracterizan por su alta resistencia a la alteración química y mecánica a bajas temperaturas y por su muy limitada absorción de agua. Estas propiedades hacen del poliestireno un material adecuado para aislamientos y accesorios utilizados a bajas temperaturas, como en instalaciones de refrigeración y en aeronaves destinadas a los vuelos a gran altura. El PTFE (politetrafluoretileno), sintetizado por primera vez en 1938, se comercializó con el nombre de teflón en 1950. Otro descubrimiento fundamental en la década de 1930 fue la síntesis del nylon, el primer plástico de ingeniería de alto rendimiento.

La II Guerra Mundial Durante la II Guerra Mundial, tanto los aliados como las fuerzas del Eje sufrieron reducciones en sus suministros de materias primas. La industria de los plásticos demostró ser una fuente inagotable de sustitutos aceptables. Alemania, por ejemplo, que perdió sus fuentes naturales de látex, inició un gran programa que llevó al desarrollo de un caucho sintético utilizable. La entrada de Japón en el conflicto mundial cortó los suministros de caucho natural, seda y muchos metales asiáticos a Estados Unidos. La respuesta estadounidense fue la intensificación del desarrollo y la producción de plásticos. El nylon se convirtió en una de las fuentes principales de fibras textiles, los poliésteres se utilizaron en la fabricación de blindajes y otros materiales bélicos, y se produjeron en grandes cantidades varios tipos de caucho sintético.

El Auge de la Posguerra Durante los años de la posguerra se mantuvo el elevado ritmo de los descubrimientos y desarrollos de la industria de los plásticos. Tuvieron especial interés los avances en plásticos técnicos, como los policarbonatos, los acetatos y las poliamidas. Se utilizaron otros materiales sintéticos en lugar de los metales en componentes para maquinaria, cascos de seguridad, aparatos sometidos a altas temperaturas y muchos otros productos empleados en lugares con condiciones ambientales extremas. En 1953, el químico alemán Karl Ziegler desarrolló el polietileno, y en 1954 el italiano Giulio Natta desarrolló el polipropileno, que son los dos plásticos más utilizados en la actualidad. La década de los sesenta se distinguió porque se lograron fabricar algunos plásticos mediante nuevos procesos, aumentando de manera considerable el número de materiales disponibles. Dentro de este grupo destacan las llamadas "resinas reactivas" como: Resinas Epoxi, Poliésteres Insaturados, y principalmente Poliuretanos, que generalmente se suministran en forma líquida, requiriendo del uso de métodos de transformación especiales. En los años siguientes, el desarrollo se enfocó a la investigación química sistemática, con atención especial a la modificación de plásticos ya conocidos mediante espumación, cambios de estructura química, copolimerización, mezcla con otros polímeros y con elementos de carga y de refuerzo. En los años setentas y ochentas se inició la producción de plásticos de altas propiedades como la Polisulfornas, Poliariletercetonas y Polímeros de Cristal Líquido. Algunas investigaciones en este campo siguen abiertas.

Aplicaciones Posteriores a 1990 Los plásticos tienen cada vez más aplicaciones en los sectores industriales y de consumo. Algunas de ellas se mencionan a continuación:

Empaquetado Una de las aplicaciones principales del plástico es el empaquetado. Se comercializa una buena cantidad de LDPE (polietileno de baja densidad) en forma de rollos de plástico transparente para envoltorios. El polietileno de alta densidad (HDPE) se usa para películas plásticas más gruesas, como la que se emplea en las bolsas de basura. Se utiliza también en el empaquetado el polipropileno: buena barrera contra el vapor de agua; tiene aplicaciones domésticas y se emplea en forma de fibra para fabricar alfombras y sogas.

Construcción La construcción es otro de los sectores que más utilizan todo tipo de plásticos, incluidos los de empaquetado descritos anteriormente. El HDPE se usa en tuberías, del mismo modo que el PVC. Éste se emplea también en forma de lámina como material de construcción. Muchos plásticos se utilizan para aislar cables e hilos, y el poliestireno aplicado en forma de espuma sirve para aislar paredes y techos. También se hacen con plástico marcos para puertas, ventanas y techos, molduras y otros artículos.

Otras Aplicaciones Otros sectores industriales, en especial la fabricación de motores, dependen también de estas sustancias. Algunos plásticos muy resistentes se utilizan para fabricar piezas de motores, como colectores de toma de aire, tubos de combustible, botes de emisión, bombas de combustible y aparatos electrónicos. Muchas carrocerías de automóviles están hechas con plástico reforzado con fibra de vidrio. Los plásticos se emplean también para fabricar carcasas para equipos de oficina, dispositivos electrónicos, accesorios pequeños y herramientas. Entre las aplicaciones del plástico en productos de consumo se encuentran los juguetes, las maletas y artículos deportivos.

3. Procedimiento

Planteamiento del Problema ¿Cuáles son y en qué consisten los procesos para la obtención de Envases de Plástico durante Marzo y Abril de 2001 en la empresa "Miniplast" en Tlalnepantla?

Objetivos Generales

• Identificar y describir los procesos y maquinarias que se emplean para la obtención de Envases de Plástico en la empresa "Miniplast" de Tlalnepantla durante Marzo y Abril de 2001.

Particulares Al terminar de leer el presente trabajo de investigación el lector tendrá un conocimiento muy amplio sobre los siguientes puntos:

• Conocer en qué consiste el método llamado "Extrusión".
• Identificar y describir la maquinaria empleada en la Extrusión de los plásticos.
• Conocer cuáles son las ventajas y desventajas, así como las aplicaciones del método de Extrusión.
• Conocer en qué consiste el método de "Soplado".
• Identificar y describir la maquinaria empleada en el Soplado de los plásticos.
• Conocer cuáles son las ventajas y desventajas, asicomo las aplicaciones del método de Soplado.
• Entender y conocer como trabajan en conjunto los métodos de Extrusión y de Soplado para la obtención de Envases de Plástico.
• Identificar la Materia Prima utilizada en la producción de Envases de Plástico.
• Conocer la forma en la que se le da color a los envases
• Identificar y describir otras máquinas que intervienen en el proceso para obtención de Envases de Plástico.

Hipótesis

Siendo Miniplast una empresa muy pequeña suponemos que los procesos que se utiliza para la obtención de Envases de Plástico son el de Soplado y el de Extrusión. Como el lector habrá observado, esta hipótesis no abarca completamente el Planteamiento del Problema y solo da una respuesta tentativa a la primera pregunta –cuáles son…- del mismo; esto se debe a que consideramos innecesario elaborar una hipótesis sobre la segunda pregunta –y en qué consisten…- del Planteamiento del Problema, puesto que hacer suposiciones sobre procesos tan complejos y desconocidos, sería solo inventar sobre algo completamente desconocido para nosotros.

Técnicas y Herramientas de la Investigación Técnicas de Investigación Documental Para este trabajo ocupamos solamente fichas bibliográficas. Esto a consecuencia de que parte de nuestra información esta basada en información de libros de consulta.

Técnicas de Investigación de Campo Para la realización de esta investigación hicimos uso de las siguientes técnicas de investigación de campo: a observación, la entrevista y el cuestionario.

Muestra Tipo demuestra: Se realizó un muestreo aleatorio simple o al azar, es decir, que cada uno de los individuos de nuestra población tuvo la misma posibilidad de ser escogido.

Tamaño de la muestra: Se aplicó un cuestionario de 4 preguntas a una muestra de 4 personas, esto considerando un total de 22 empleados y realizado en el dueño, el encargado de la producción y dos operadores. Además, posteriormente se aplico una entrevista de 15 preguntas al dueño de la empresa.

Diseño de la prueba Cuestionario Para una comprobación de nuestra hipótesis se hizo uso del siguiente cuestionario:

1. ¿Cuáles son los procesos que se utilizan en Miniplast para la obtención de Envases de Plástico?

2. ( ) Soplado ( ) Inmersión

   ( ) Extrusión ( ) Barrenado

   ( ) Calendreo ( ) Laminado

   ( ) Polietileno ( ) PVC ( ) PET ( ) ResinaK

3. ¿Qué Materia Prima utilizan para la fabricación de Envases de Plástico?

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4. ¿En que formas se le encuentra comercialmente a la materia pirma?
5. ¿Cuál es el conjunto de maquinaria empleado en el proceso?

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Entrevista Después de utilizar el cuestionario, también nos fue muy útil realizar una entrevista al titular de la empresa, la cuál fue grabada y contiene las siguientes preguntas:

1. ¿En que consiste el proceso de Extrusión?
2. ¿Cuáles son sus principales aplicaciones?
3. ¿En que consiste el proceso de Soplado?
4. ¿Cuáles son sus aplicaciones?
5. ¿Cuáles son las diferencias entre los procesos de Soplado y de Inyección?
6. ¿En que consiste la Máquina Sopladora?
7. ¿Cuántos envases produce por día cada Máquina Sopladora?
8. ¿Qué uso le dan a los Envases de Plástico elaborados en Miniplast?
9. ¿En que consiste el Molino y cuál es su aplicación?
10. ¿En que consiste la Torre de Refrigeración?
11. ¿Para qué se utiliza el Compresor?
12. ¿Cómo se le clasifica al Polietileno para la elaboración de Envases de Plástico?
13. ¿De qué manera se le da color a los Envases de Plástico?
14. ¿Qué se hace con los excedentes o envases defectuosos?
15. ¿Qué podemos esperar del plástico como negocio?