ELS POLÍMERS

La matèria està formada per mol·lècules que poden ser de tamany normal o mol·lècules gegants anomenades polímers, que es caracteritzen per la repetició d'un o diversos àtoms o grups atòmics en gran nombre.

Segons el seu orige es pot distingir entre polímers naturals, artificials i sintètics.

En un principi, la majoria dels plàstics es fabricaven a partir de resines d'orige vegetal, com la cel·lulosa (de cotó), el furfural (de la closca de l'avena), olis de llavors i derivats del midó o del carbó. La caseïna de la llet era un dels materials no vegetals emprats. A pesar de que la producció del nailon es basava originalment en el carbó, l'aire i l'aigua, i de que el nailon 11 es fabrica encara amb llavors de ricí, la majoria dels plàstics s'elaboren hui amb derivats del petròli. Les matèries primes derivades del petròli són tan barates com abundants. No obstant, donat que les existències mundials de petròli tenen un límit, s'estan investigant altres fonts de matèries primes, com la gasificació del carbó.

Pel que fa als polímers sintètics s'obtenen per polimerització, que se pot dur a terme per adició, en el cas de que no es formen subproductes, tan sols una unió continua de mol·lèculas de monomer, o per condensació, mitjaçant la combinació repetida de les mol·lècules del monomer i eliminació de mol·lècules, generalment d'aigua. La polimerització bloc o en massa es realitza sense diluient, i el polímer que es forma està dissolt en el monòmer. La polimerització en dissolució es du a terme en presència d'un dissolvent. La polimerització en suspensió té lloc amb una suspensió aquosa de glòbuls del monòmern en presència d'un dispersant. Per a evitar que el polímer s'aglomere en el reactor, es dissol en l'aigua una xicoteta quantitat d'alcohol polivinílic, el qual cobreix la superfície de las gotetes del polímer i evita que s'apeguen. La polimerització en emulsió es realitza mitjaçant una emulsió de xicotetes gotes del monòmer en aigua, amb l'ajuda d'un emulsionant i acaben formant un látex d'aspecte lletos, del qual es fa precipitar el polímer trencant la emulsió, posteriorment es llava, quedant sempre restes de sabó, el que li impriméis característiqus especials de adsorció d'aditius. S'anomena copolimerització en el cas de que intervenguen dos o més monomers diferents que, junts, conformen les noves macromol·lècules.

Segons les seues propietats físiques podem reconeixer tres tipus:

• Polímers termoplàstics: son aquells materials plàstics que es reblanixen per la calor i recuperen les seues propietats oriinals al refredar-se. Poden ser novament reblanits per la calor i tornats a moldejar.

Polietile (PE). Les olefines com l'etile, en estat gasos, tenen poca tendència a polimeritzar, però les investigacions dels inglesos Perrin i Swallow realitzades en 1931 als laboratoris de la Imperial Chemical Industries, els permeteren observar que l'etile sotmés a temperatures d'uns 170 º centígrads i 1.400 atmosferes de pressió, es transformava en polímers d'etile amb l'aspecte de polseta blanca. El de baixa densitat s'utilitza per a fabricar bolses flexibles, embalatges industrials, sostres d'hivernacles agrícoles, etc. També gracies a la seua resistència dielèctrica s'utilitzen per a aïllant de cables elèctrics. El d'alta densitat s'utilitza també per a bolses ( grans magatzems, mercats ...) també gracies a la seua resistència a l'impacte s'utilitza per a caixes de botelles, de fruites, peix, canonades, joguets, cascs de seguretat laboral .

Polipropile (PP) Els treballs de Natta i Ziegler que els permeteren aconseguir polímers d'etile a partir de les olefines, obriren el camí per a l'obtenció d'altres polímers. La fabricació del polipropile s'inicia en 1957. Aquest plàstic, amb una estructura semicristalina, superava en propiedats mecàniques al polietile, la seua densitat era la més baixa de tots els plàstics, i el seu preu també era molt baix, però tenia una gran sensibilitat al fred, i a la llum ultraviolada, el que li feia envellir ràpidamente. Per aquest motiu el seu us es vegue reduït a unes poques aplicacions.

Policlorur de vinil (PVC): El PVC és el material plàstic més versàtil, ya que pot ser fabricat amb molt diverses característiques, afegint-li aditius que li les proporcionen. És molt estable, durader i resistent, poguent-se fer menys rígid i més elàstic si se li afegixen un aditiu més plastificant. S'ablana i deforma a baixa temperatura, tinguent una gran resistència als líquids corrosius, pel que es utilitzat per a la construcció de depòsits i canonades de desaigüe.

Poliestire (PS): És un plàstic més fràgil, que se pot colorejar i té una bona resistència mecànica, ya que resisteix molt bé els colps. Les seues formes de presentació més usuals són lamines. S'usa per a fabricar envasos, tapadoras de bisutería, components electrònics i altres elements que precisen una gran lleugeresa, mobles de jardí, mobiliari de terrasa de bars, etc...

Polimetacrilat (PMMA) Caspary y Tollens el van obtindre en 1873, però no s'utilizà a gran escala fins que l'alemany Röm el fabricà i comercialitzà baix la marca Plexiglas. Aquest plàstic té una gran transparència, a més a més d'elevada rigidesa i tenacitat, bona resistència química, fácil moldeig, i bon comportament dielèctric. S'utiliza en múltiples aplicacions, accesoris per a cuartos de bany, parabrises i finestres d'avions,... També es pot moldejar per colada. 

Polioximetile (POM) També es coneix aquest plàstic com a resina acetàlica, poliacetal o poliformaldehit. Fou obtes per primera vegada pel químic Staudinger, però degut a la seua inestabilitat tèrmica es va rebutjar la seua fabricació industrial. El fet de que les seues propietats mecàniques eren inclus superiors a les de les poliamides, va fer que es treballara intensament per a solventar aquest problema de baixa resistència tèrmica. Així en 1958 aparegueren el homopolímer acetàtic, i el copolímer acetàtic. En el primer es va aconseguir la seua estabilitat tèrmica mitjaçant aditius.

• Polímers termoestables: que solament són blans o "plástics" al calfar-los per primera vegada. Després de refredats no poden recuperar-se per a transformacions posteriors, és un material compacte i dur, de fusió dificultosa (la temperatura els afecta molt poc), insoluble per a la majoría dels solvents i la seua reacció de polimerització generalment és una policondensació.

Policarbonat (PC) Aquest plàstic aparegué en els anys cincuanta. És amorf i transparent, sosté una temperatura de treball fins 135 ºC, i té bones propietats mecàniques, tenacitat i resistència química. S'utilitza en electrotecnia, aparells electrodomèstics, peces d'automòbils, luminotècnia. S'hidrolitza amb l'aigua a elevada temperatura

• Polímers elastòmers: aquests presenten una gran elasticitat, estàn constituits per una massa de gran nombre de mol·lècules polimertizades.

Les poliamides (PA): La poliamida més coneguda és el nailon. Pot presentar-se de diferents formes encara que els dos més coneguts són la rígida i la fibra. És dur i resisteix tant al fregament i al desgast com als agentes químics. En la seua presentació rígida s'utiliza per a fabricar peces de transmisió de moviments tals com rodes de tot tipus (convencionals, etc...), caragols, peces de maquinària, peces de electrodomèstics, ferramentes i utensilis casolàns, etc...

Caucho, s'obté per polimerització del neopreno o del butadie, es un polímer del isopreno, molt estable i amb notables propietats elàstiques en un ampli marge de temperatures (entre 0 y 100 oC).

El modeig dels plàstics consisteix en donar les formes i mesures desitjades a un plàstic per mitjà d'un motlle. El motlle es una peça buida en la que s'aboca el plàstic fos per a que adquirisca la seua forma. Per a aixo els plàstics s'introdueixen a pressió en els motlles. En funció del tipus de pressió, tenim estos dos tipus:

Modeig a Alta Pressió

Se realitza mitjançant màquines hidràuliques que exerceixen la pressió suficient per a l'emmotlament de les peces. Básicamente existeixen tres tipus: compressió, injecció i extrusión.

Compressió: en este procés, el plàstic en polseta es escalfat i comprimit entre les dos parts d'un motlle mitjançant la acció d'una premsa hidràulica, ja que la pressió requerida en este procés es molt gran.

Este procés s'usa per a obtindre xicotetes peces de baquelita, com els mànecs aïllants dels recipients i utensilis de cuina.

Injecció: consisteix en introduir el plàstic granulat dintre d'un cilindre, on s'escalfa. En l'interior del cilindre hi ha un caragol sensefi que actua d'igual manera que el èmbol d'una xeringa. Quan el plàstic es reblaneix el suficient, el caragol sensefi l'injecta a alta pressió en l'interior d'un motlle de acer per a donar-li forma. El motlle i el plàstic injectat es refreden mitjançant uns canals interiors pels que circula aigua. Per la seua economia i rapidesa, el modeig por injecció resulta molt indicat per a la producció de grans series de peces. Per aquest procediment se fabriquen palanganes, poals, carcasses, components del automòbil, etc.

Extrusión: consisteix en modelar productes de manera continua, ja que el material es empentat per un caragol sensefi a través d'un cilindre que acaba en una embocadura, el que produeix una tira de longitud indefinida. Canviant la forma de la embocadura es poden obtindre barres de diferents perfils. També es empleat aquest procediment per a la fabricació de canonades, injectant aire a pressió a través d'un orifici en la punta del capçal. Regulant la pressió de l'aire es poden assolir tubs de distints gruixos.

Modeig a Baixa Pressió

Es empleat per a donar forma a làmines de plàstic mitjançant l'aplicació de calor i pressió fins adaptar-les a un motlle. Es col·loquen, básicamente, dos procediments: El primer consisteix en efectuar el buit absorbint l'aire que hi ha entre la làmina i el motlle, de manera que aquesta s'adapte a la forma del motlle. Este tipus de emmotlament es empleat per a la obtenció d'envasos de productes alimentariss en motlles que reprodueixen la forma dels objectes que han de contindre.

El segon procediment consisteix en aplicar aire a pressió contra la làmina de plàstic fins adaptar-la al motlle. Este procediment es denomina modeig por soplado, com el cas de la extrusión, encara que se tracta de dos tècniques totalmente diferents. Es empleat para la fabricació de cúpules, peces buides, etc.

Colada: La colada consisteix en el abocament del material plàstic en estat líquid dintre d'un motlle, on fragua i se solidifica. La colada es útil per a fabricar poques peces o quan col·loquen motlles de materials barats de poca duració, com escaiola o fusta. Degut a la seu lentitud, este procediment no resulta útil per a la fabricació de grans series de peces.

Espumada: Consisteix en introduir aire o altre gas en l'interior de la massa de plàstic de manera que es formen bambolles permanents. Por este procediment s'obté l'espuma de poliestire, l'espuma de poliureta (PUR), etc. Amb aquests materials se fabriquen matalasos, aïllants termo-acústics, esponges, embalatges, cascos de ciclisme i patinatge, plafons lleugers i altres.

Calandrat: Consisteix en fer passar el material plàstic a través d'uns corrons que produeixen, mitjançant pressió, làmines de plàstic flexibles de diferent gruix. Estes làmines s'utilitzen per a fabricar impermeables o planxes de plàstic de poca grossor.

Els plàstics tenen cada vegada més aplicacions en els sectors industrials i de consum. Una de les aplicacions principals del plàstic és l'empaquetatge. Es comercialitza una bona quantitat de polietilé de baixa densitat en forma de rotllos de plàstic transparent per a embolcalls. El polietilé d'alta densitat s'usa per a pel·lícules plàstiques més grosses, com la que s'utilitza en les bosses de escombraries. S'utilitzen també en el empaquetatge: el polipropilé, el poliestiré, el policlorur de vinil (PSC) i el policlorur de vinilide. Aquest últim s'usa en aplicacions que requereixen estanquetat, ja que no permet el pas de gassos (per exemple, l'oxigen) cap a dintre o cap a fora del paquet. De la mateixa manera, el polipropile és una bona barrera contra el vapor d'aigua; té aplicacions domèstiques i se emplea en forma de fibra per a fabricar estores i sogues.

La construcció és altre dels sectors que més utilitzen tot tipus de plàstics, inclosos els d'empaquetatge descrits anteriorment. El polietilé d'alta densitat s'usa en canonades, de la mateix manera que el PSC. Aquest s'utilitza també en forma de làmines com a material de construcció. Molts plàstics s'utilitzen per a aïllar cables i fils, i el poliestire aplicat en forma d'espuma serveix per a aïllar parets i sostres. També es fan amb plàstic marcs per a portes, finestres i sostres, motlures i altres articles. Altres aplicacions d'altres sectors industrials, en especial la fabricació de motors, depenen també d'estos materials. Alguns plàstics molt resistents s'utilitzen per a fabricar peces de motors, com col·lectors de presa d'aire, tubs de combustible, botes d'emissió, bombes de combustible i aparells electrònics. Moltes carrosseries d'automòbils estan fetes amb plàstic reforçat amb fibra de vidre. Els plàstics es col·loquen també per a fabricar carcasses per a equips d'oficina, dispositius electrònics, accessoris xicotets i ferramentes. Entre les aplicacions del plàstic en productes de consum es troben els joguets, les maletes i articles esportius.