Plásticos

Materiales. Polímeros. Fabricación: técnicas. Polietilenos. Polipropileno. Poliestireno. Policloruro. Acrílicos. Poliamidas. Termoestables. Caucho

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LOS plasticos

Los plásticos se fabrican a partir de materias minerales, vegetales e incluso animales. Una vez obtenida la materia plástica, sus propiedades pueden ser modificadas por la adicción de diversos productos, que permiten formar los polvos o gránulos para el moldeo comercial. Los productos mas usados son los catalizadores, cargas, plastificantes, estabilizadores, disolventes y agentes colorantes. La elaboración de objetos de plástico se realiza siguiendo alguno de los siguientes procedimientos: a) moldeo por compresión, aplicándose sobre todo a plásticos termoestables que se introducen en forma de polvo en moldes previamente calentados, presionando el molde a continuación; b) moldeo por inyección, consistente en introducir en el molde, mediante presión, la materia plástica previamente calentada; c) por extrusión, empleada en la fabricación de tubos, hilos, perfiles, etc.; la materia plástica, previamente calentada, se hace salir por un agujero con una determinada forma, después se enfría y se corta; d) colada, vertiendo la masa plástica fundida en un molde y dejarlo que se endurezca y e) por procedimientos mecánicos, la materia plástica, reblandecida por el calor, pueden someterse a estampado, laminado, curvado, etc.. Los objetos de plástico obtenidos por cualquiera de los procedimientos anteriores, una vez endurecidos, pueden ser mecanizados por maquinas-herramienta, es decir, torneados, taladrados, fresados, etc.

El primer plástico lo descubrió en 1845 Christian Schönbein. Era el nitrato de celulosa. Posteriormente, en 1862, Alexander Parkes consiguió modificarlo para su uso industrial y lo comercializó.

A principios de siglo, W. Krische y A. Spitteler obtienen el plástico denominado caseína mediante el tratamiento de las proteínas de la leche como formaldehído. Este plástico y el nitrato de celulosa se obtenían a partir de elementos naturales, por lo que no podía hablarse de desarrollos científicos.

Estos desarrollos se producen en 1909, con la obtención del primer plástico sintético, por medio de la unión de monómeros para la obtención del fonolformaldehído, conocido industrialmente como bakelita, nombre basado en el de su inventor, Leo Baekeland.

La industria del plástico evoluciona rápidamente en los años treinta. En 1930, en Alemania se empieza a comercializar en gran escala el poliestireno; en 1932 se descubre el polietileno, empezando su fabricación en 1939. La poliamida, uno de cuyos productos es el nailon, se descubre en 1938.

POLIMEROS

Se define a los polímeros como moléculas orgánicas complejas formadas por la unión de varias moléculas simples conocidas como monómeros. Cada monómero esá compuesto de una átomo central, normalmente carbono, al que se unen otros átomos como nitrógeno, cloro e hidrogeno.

La molécula resultante dispone de dos enlaces libres. Cada uno de estos enlaces se puede emplear para unirse a otro átomo o a otras moléculas. Al formarse un polímero, fenómeno conocido por polimerización, se unen los monómeros entre sí formando una larga cadena lineal.

La polimerización puede producirse naturalmente, como la unión de tres moléculas de acetaldehído ( CH3CHO), que se unen para formar paraldehído. Pero industrialmente la polimerización se produce de forma artificial mediante la aplicación de presiones y temperaturas elevadas y también por la aplicación de catalizadores, compuestos químicos que intervienen en la transformación, pero que no aparecen en el compuesto final.

La mayoría de los polímeros que se fabrican en la actualidad se generan a partir de los derivados del petróleo, ya que éste está compuesto de polímeros y monómeros.

Sin duda alguna los plásticos son los polímeros mas empleados y usados. Su resistencia a las presiones, su flexibilidad, su impermeabilidad y resistencia al envejecimiento, les hacen idóneos para multitud de aplicaciones de embalaje, transporte y conservación, habiéndose convertido en elementos indispensables del quehacer diario.

Formación de un polímero artificial

Los polímeros artificiales constituyen el núcleo de todos los plásticos empleados en la actualidad. Aunque existen multitud de polímeros distintos, cada uno de los cuales posee características distintas de flexibilidad, resistencia, transparencia, etc., el proceso constituyente es similar en todos los casos.

El caso mas sencillo de obtención de polímeros artificialmente se halla estudiando el polietileno. Inicialmente se parte de moléculas de etileno, que tienen la formula C2H4 y la estructura:

H H H H H H H H H H H

C C C C C C C C C C C

H H H H H H H H H H H

Qué es el polietileno. Cada uno de los enlaces dobles de los monómeros, ha pasado a ser sencillo y el enlace sobrante se emplea para unirse a otros monómeros.

El carbono forma el núcleo de la cadena, proporcionando solidez, mientras los átomos unidos a los del carbono son los que le dan a la cadena la mayor parte de sus propiedades físicas. Si se sustituye uno de los cuatro átomos de hidrogeno del etileno por otro de cloro, se obtiene cloruro de vinilo, y el polímero resultante de la unión es el cloruro de polivinilo, también conocido por PVC, componente principal en la construcción de cajas y bolsas de plástico.

Los monómeros originales se obtienen en la mayoría de los casos del petróleo, por un proceso conocido como cracking o destilación fraccionada, en el que se separan de los demás componentes.

En la fabricación, el primer paso es la polimerización, sometiendo el monómero a alta presión y temperatura, para la obtención del polímero. Este puede procesarse de dos formas: en unos casos se le da forma directamente, como el cloruro de polivinilo (PVC) y se obtienen hojas y rollos de plástico, a los que en algunos casos se le añade un ablandador para hacerlo flexible. En el caso de polietileno, el polímero se granula y por

medio de una prensa y un horno se calienta el material hasta hacerlo liquido, y se obtiene el producto final, bien en forma de laminas y tubos, por el procedimiento de extrusión, o inyectándolo en un molde para obtener formas especificas, con el procedimiento de inyección en molde.

Microestructura de los polímeros

Analizados con el microscopio, todos los polímeros poseen una estructura molecular muy similar, una cadena lineal formada por átomos, y en algunos casos moléculas sencillas, que están unidas a sus dos eslabones contiguos por enlaces simples. Esta es la denominada cadena principal. De muchos eslabones cuelgan también átomos o moléculas que sobresalen lateralmente de la cadena, son los denominados grupos laterales.

Los polímeros emplean fundamentalmente carbono, oxigeno y nitrógeno, aunque en algunos casos uno de estos elementos se sustituye por otro elemento químico, como el flúor, silicio o cloro.

La principal clasificación que se puede realizar en los compuestos de los polímeros es la diferenciación en el modo de soportar la altas temperaturas. Existen dos tipos: los termoestables y los termoplásticos.

Los termoestables son materiales formados por moléculas de polímeros en los que las diversas moléculas se hallan unidas entre sí por más enlaces moleculares. Estas uniones le otorgan una gran resistencia y rigidez al material, impidiendo su deformación incluso bajo grandes esfuerzos.

Esta unión entre moléculas se logra eligiendo polímeros especiales y sometiendo el compuesto a una calentamiento; este calentamiento rompe algunos enlaces entre átomos de un mismo polímero y los crea entre distintos polímeros, creando una red tridimensional de gran estabilidad que no puede romperse incluso volviendo a calentar el compuesto. Plásticos de este tipo son las resinas fenólicas, caseína, urea-formaldehídos y plásticos de poliéster.

Los termoplásticos, en cambio, no establecen enlaces entre los distintos polímeros. Las fuerzas de atracción entre moléculas son las de Van Der Waals, fuerza de

atracción entre moléculas que se mantienen unidas. Esta fuerza es mucho mas débil que los enlaces entre átomos y disminuye el calentamiento, razón por la cual este tipo de plásticos se deforman cuando se calientan. Determinados tipos de polímeros termoplásticos poseen además grupos laterales con distribuciones de carga asimétricas, poseyendo un polo positivo y otro negativo que crean fuerzas de atracción con otras moléculas.

Los polímeros termoplásticos son los mas empleados en la actualidad y en la vida cotidiana y se pueden ver en botellas, cajas, bolsas, etc. Entre estos materiales se hallan los celulósicos, ésteres de etileno, estireno y acrílicos, poliamidas y siliconas.

Nuevas técnicas de fabricación

Los plásticos han conseguido una gran penetración en el mercado gracias a su bajo coste de fabricación y poco peso en comparación con otros materiales que ofrezcan la misma resistencia. En la actualidad los científicos están estudiando el desarrollo de nuevos sistemas de procesado que permitan obtener materiales construidos con polímeros mas resistentes a las presiones y al calor.

Los estudios para mejorar las propiedades de los polímeros se han orientado desde el nivel de la estructura molecular, modificando la molécula de los polímeros, hasta un nivel macromolecular en el que se analiza la disposición de diversas capas de polímeros.

A nivel de estructura molecular, el método que se ha empleado con éxito es la unión de varios polímeros para formar una cadena mas larga. Si se logra regular la proporción y disposición de cada uno de los polímeros constituyentes, el resultado conserva las propiedades de estos, además la mayor longitud de la molécula aumenta la rigidez del material.

Un ejemplo es la unión de estireno y butadieno. El estireno forma estructuras rígidas, mientras el butadieno es elástico, pero sus moléculas son polares, y la unión entre ellas es muy fuerte. El polímero resultante, estireno-butadieno, forma una estructura rígida que además se ve reforzada por las fuerzas de atracción electrostática entre las secciones de butadieno.

Una variación sobre este tipo de fabricación es la unión de varios polímeros, pero sin llegar a la unión de moléculas, sino que las cadenas de uno y otro tipo se entremezclan. Este proceso se llama mezclado. Usualmente consta de la unión de un material amorfo con pequeñas cantidades de un polímero de tipo elastómero. Este ultimo le proporciona al elemento amorfo una mayor capacidad para detener las grietas, aumentando su resistencia a los esfuerzos.

Otro tipo de unión entre polímeros son las denominadas mezclas de altas prestaciones. En estas, los distintos polímeros se agrupan en celdillas, cada una de un tipo distinto de polímero. Los diversos constituyentes intervienen en partes iguales y el compuesto resultante posee características de todos, como rigidez, resistencia al calor, etc.

Aparte de modificar la composición del material, existe otro método para aumentar la resistencia de los productos a base de polímeros. Consiste en disponer todas las moléculas estiradas y siguiendo una misma dirección. Esta disposición otorga una gran resistencia al material en el sentido en que estén orientados los polímeros.

Otras aplicaciones de los polímeros

Aunque los polímeros se emplean fundamentalmente en la fabricación de envases y productos estructurales diseñados para resistir esfuerzos, tales como parachoques de coches, tuberías, etc. existe un gran campo de aplicaciones en las que se emplean polímeros debido a otras propiedades.

Una de las mas comunes es la de aislantes eléctricos. En la actualidad todos los cables de conducción eléctrica llevan un revestimiento de plástico aislante que evita los cortacircuitos.

Pero también existen polímeros conductores, principalmente algunos átomos de carbón en su cadena principal.

Actualmente este tipo de materiales se halla en estado de investigación, la conductividad no es muy elevada y se rompen con facilidad, pero es posible que en un futuro cercano se conviertan en auténticos competidores de los cables de cobre, sobre todo teniendo en cuenta que este ultimo material aumenta de precio constantemente.

Una aplicación en la que ya son abundantemente empleados los polímeros es en la fabricación de filtros. Determinados productos a base de polímeros poseen la propiedad de que al ser estirados crean una red de agujeros de tamaño microscópico (típicamente 10-10 metros) que se emplean como filtros para dejar pasar gases y líquidos, deteniendo partículas tales como virus, células, etc.

TIPOS DE PLÁSTICOS:

1.Polietileno:

Se le llama con las siglas PE. Existen fundamentalmente tres tipos de polietileno:

a)PE de alta densidad: Es un polímero obtenido del etileno en cadenas con moléculas bastantes juntas. Es un plástico incoloro, inodoro, no tóxico, fuerte y resistente a golpes y productos químicos. Su temperatura de ablandamiento es de 120º C. Se utiliza para fabricar envases de distintos tipos de fontanería, tuberías flexibles, prendas textiles, contenedores de basura, papeles, etc... Todos ellos son productos de gran resistencia y no atacables por los agentes químicos.

b) PE de mediana densidad: Se emplea en la fabricación de tuberías subterráneas de gas natural los cuales son fáciles de identificar por su color amarillo

.

c) PE DE BAJA DENSIDAD: Es un polímero con cadenas de moléculas menos ligadas y más dispersas. Es un plástico incoloro, inodoro, no tóxico, mas blando y flexible que el de alta densidad. Se ablanda a partir de los 85 ºC. Por tanto se necesita menos energía para destruir sus cadenas, por otro lado es menos resistente. Aunque en sus más variadas propiedades se encuentran un buen aislante. Lo podemos encontrar bajo las formas de transparentes y opaco. Se utiliza para bolsas y sacos de los

empleados en comercios y supermercados, tuberías flexibles, aislantes para conductores eléctricos (enchufes, conmutadores), juguetes, etc... que requieren flexibilidad.

2. Polipropileno:

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

3. Poliestireno:

Se designa con las siglas PS. Es un plástico más frágil, que se puede colorear y tiene una buena resistencia mecánica, puesto que resiste muy bien los golpes. Sus formas de presentación más usuales son la laminar. Se usa para fabricar envases, tapaderas de bisutería, componentes electrónicos y otros elementos que precisan una gran ligereza, muebles de jardín, mobiliario de terraza de bares, etc... La forma esponjosa también se llama PS expandido con el nombre POREXPAN o corcho blanco, que se utiliza para fabricar embalajes y envases de protección, así como en aislamientos térmicos y acústicos en paredes y techos. También se emplea en las instalaciones de calefacción.

4. Policloruro de vinilo:

Se designa con las siglas PVC. El PVC es el material plástico más versátil, pues puede ser fabricado con muy diversas características, añadiéndole aditivos que se las proporcionen. Es muy estable, duradero y resistente, pudiéndose hacer menos rígido y más elástico si se le añaden un aditivo más plastificante.

Se ablanda y deforma a baja temperatura, teniendo una gran resistencia a los líquidos corrosivos, por lo que es utilizado para la construcción de depósitos y cañerías de desagüe.

El PVC en su presentación más rígida se emplea para fabricar tuberías de agua, tubos aislantes y de protección, canalones, revestimientos exteriores, ventanas, puertas y escaparates, conducciones y cajas de instalaciones eléctricas.

5. Los acrílicos:

En general se trata de polímeros en forma de gránulos preparados para ser sometidos a distintos procesos de fabricación. Uno de los mas conocidos es el POLIMETACRILATO DE METILO. Suele denominarse también con la abreviatura PMMA. Tiene buenas características mecánicas y de puede pulir con facilidad. Por esta razón se utiliza para fabricar objetos de decoración. También se emplean como sustitutivo del vidrio para construir vitrinas, dada su resistencia a los golpes.

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

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

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

6. Las poliamidas:

Se designan con las siglas PA. La poliamida mas conocida es el NYLON (NAILON). Puede presentarse de diferentes formas aunque los dos mas conocidos son la rígida y la fibra. Es duro y resiste tanto al rozamiento y al desgaste como a los agentes químicos.

En su presentación rígida se utiliza para fabricar piezas de transmisión de movimientos tales como ruedas de todo tipo (convencionales, etc...), tornillos, piezas de maquinaria, piezas de electrodomésticos, herramientas y utensilios caseros, etc...

En su presentación como fibra, debido a su capacidad para formar hilos, se utiliza este plástico en la industria textil y en la cordelería para fabricar medias, cuerdas, tejidos y otros elementos flexibles.

7.-Los plásticos termoestables:

Los plásticos termoestables son aquellos que una vez moldeados no pueden reblandecerse con el calor, ya que experimentan una transformación química llamada FRAGUADO; por este proceso las moléculas se enlazan permanentemente y el polímero queda rígido.

Antes del fraguado, los productos termoestables son líquidos pastosos o sólidos, pero capaces de adquirir la forma adecuada mediante la aplicación de calor y de presión.

Estos plásticos una vez fraguados no es posible darles otra forma ni someterlos a temperaturas elevadas, puesto que sus moléculas se degradan por el calor. Los principales plásticos termoestables son:

  • BAQUELITA

  • MELAMINA

  • UREA - FORMALDEHÍDO

  • POLIÉSTER

La Baquelita: También se conoce con el nombre del FENOL - FORMALDEHÍDO y con la denominación FENOPLASTOS. Se le otorga las siglas (PF), fue uno de los primeros plásticos que se obtuvieron. Se trata de un plástico oscuro, duro y frágil, de color oscuro, brillante, con aspecto metálico. Por esta razón, las piezas de Baquelita se confunden a veces con piezas mecánicas, como las empleadas en la fabricación de electrodomésticos y en la industria del automóvil. La Baquelita tiene también propiedades aislantes por lo que se emplea en la fabricación de elementos eléctricos y electrónicos: Interruptores, enchufes, placa de soporte para circuitos impresos. Al no ablandarse por el calor y por aprovechar sus propiedades aislantes tanto térmicas como eléctricas, la Baquelita también se emplea para mangos de utensilios y aparatos sometidos al calor, aparatos de mandos eléctricos, tapones.

La Melanina: También se conoce con el nombre de MELAMINA-FORMALDEHÍDO porque se designa con las siglas (MF). Tiene propiedades muy parecidas a la de la Baquelita y además tiene cualidades de resistencia a los golpes y posibilidades refractarias que lo hacen apropiada para uso domestico en cocinas y como recubrimiento por sus cualidades estéticas. La Melamina es un plástico duro y ligero que se puede colorear. Se utiliza en la fabricación de elementos que requieren dureza y resistencia como vajillas, tableros de madera contrachapados o madera aglomerada.

Urea-Formaldehido: Es un polímero incoloro que se puede tintar con mas facilidades que la baquelita, es también mas duro y resalta un magnifico aislante térmico y eléctrico. Se designa con las siglas (UF). Se emplea en la fabricación de aparatos de mando y control, elementos de circuitos eléctricos, elementos decorativos, carcasa de pequeños aparatos, etc...

Poliéster: También puede denominarse RESINA - POLIÉSTER. Se designa con la abreviatura RP. Su principal propiedad es que polimeriza a temperatura ambiente con ayuda de un elemento químico endurecedor, lo que confiere gran facilidad para utilizarlo en elementos con un proceso de fabricación sencillo. Este tipo de plástico es rígido, duro y frágil.

El poliéster puede obtenerse en formas de kilos. Se emplea en la fabricación de fibras sintéticas textiles, TERGAL, TERYLENE, TERLENKA. Estos tejidos son adecuados para prendas de vestir, puesto que no se arrugan, no encogen y se secan fácilmente. El poliéster mejora sus características mecánicas al ser reforzado con fibra de vidrio, lo que le convierte en un material muy resistente, empleado en la fabricación de depósitos, contenedores, bidones y piscinas.

El poliester reforzado con fibra de vidrio u otras fibras se emplea también en la aeronáutica y en la industria del automóvil en forma de paneles para construir carrocerías, así como tapicerías y accesorios del vehículo.

Celofán: Es un plástico con una consistencia similar a la del papel, los dos están compuestos por la misma materia prima, la celulosa, que es una sustancia macromolecular del grupo de los glúcidos que está contenida en las membranas de las células vegetales, en especial en la de algunos árboles como es el caso del roble. El celofán es un plástico transparente y muy flexible, además es aislante de la humedad.

El celofán se suele utilizar para la fabricación de objetos de uso común como es el conocido “celo” que es papel celofán con una cobertura de un material adherente como son algunos pegamentos especiales. El celofán si está teñido con tintes se suele utilizar como papel de regalo

Celuloide: Es una materia plástica perteneciente al grupo de los plásticos semisintéticos formada por celulosa que es una materia natural, ácido nítrico y éter etílico que son dos sustancias químicas y tratada con alcanfor para su total producción. Esta plástico es muy maleable cuando está en caliente pero a la vez es una sustancia muy inflamable.

Neopreno: Es un plástico de caucho artificial obtenido mediante ciertos procesos químicos con hidrocarburos tratados en todo momento. El neopreno es de carácter aislante y algunos de los trajes de bomberos, aunque suelen estar hechos de poliuretano, están constituidos por este material.

UN PLÁSTICO NATURAL:

EL CAUCHO

El caucho es una sustancia plástica elástica y resistente que procede de la coagulación del látex de varios árboles de los países tropicales, principalmente del género hevea. También se puede encontrar caucho de otros dos tipos más: Caucho sintético, que está producido en laboratorio mediante un grupo de sustancias obtenidas por polimeración y que posee las mismas propiedades que el caucho natural, aunque el sintético está menos valorado que el natural ya que el último es mucho más escaso que el primero. Otro tipo de caucho es el Caucho vulcanizado, que es el que está tratado mediante azufre y calor.

El caucho natural: Corresponde, desde el punto de vista químico, a la fórmula ( C5 H8)n. Es un polisopreno, de masa molecular media comprendida entre 200.000 y 300.000. Se presenta en forma de masa translúcida, incolora o amarillenta, según el proceso de fabricación al que pertenezca. La acción del oxígeno provoca la ruptura de la cadena de distintos eslabones isoprénicos, en fragmentos cada vez más pequeños, y le hace perder gran parte de sus propiedades de elasticidad y resistencia. Tras el estirado, el caucho crudo conserva una cierta deformación que la vulcanización atenúa. Descubierta por Charles Goodyear en 1840, la vulcanización consiste en conectar las cadenas hidrocarbonadas mediante átomos de azufre, y permite aumentar el carácter elástico del caucho mientras se impide el deslizamiento de unas capas sobre otras. Pero al aumentar progresivamente el número de enlaces puente, se reduce el carácter elástico del caucho: la red tridimensional formada se vuelve cada vez más rígida y corresponde, en el límite, a una tasa del 32% de azufre; se obtiene entonces una masa frágil, la ebonita, que ha perdido todo carácter elástico.

Los cauchos sintéticos : Son sustancias macromoleculares que en estado vulcanizado poseen propiedades elásticas. Como el caucho natural, estos polímeros están constituidos por largas cadenas flexibles con características particulares de forma y

simetría. Entre ellos los más importantes son los copolímeros de butadieno y estireno, llamados corrientemente “SBR”, denominación que sustituye al antiguo vocablo “GRS”. El plibutadieno polisopreno son también cauchos de uso general , que se utilizan principalmente en la fabricación de neumáticos, en la que se han sustituido en gran parte al caucho natural.

Preponderante hasta 1960, la producción de caucho natural, a pesar de un sensible crecimiento ulterior, se ha visto cada vez más claramente superada por la de caucho sintético, cuya producción mundial se acerca a los siete millones de toneladas, siendo la producción del caucho natural 3,5 millones de toneladas.

INDICE

INTRODUCCION 1

POLÍMEROS 2

FORMACIÓN DE POLÍMERO ARTIFICIAL 3

MICROESTRUCTURA DE LOS POLÍMEROS 4

TECNICAS DE FABRICACIÓN 5

APLICACIONES 6

TIPOS DE PLÁSTICO 7

PLÁSTICOS TERMOESTABLES 10

CELOFAN, CELULOIDE Y NEOPRENO 12

CAUCHO 13

BIBLIOGRAFIA

DICCIONARIO ENCICLOPÉDICO LAROUSSE

EDITORIAL PLANETA

BARCELONA 1984

DICCIONARIO ENCICLOPEDICO VOX 10

EDITORIAL CREDSA-BIBLOGRAF

BARCELONA 1986-1995

GUÍA ESCOLAR VOX

EDITORIAL BIBLOGRAF

BARCELONA 1994

PLASTICOS