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Plástico

Plástico
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Materiales plasticos.jpg
Concepto:Polímeros orgánicos formados por moléculas, cuyo componente principal es el carbono.

Materiales plásticos. Polímeros que pueden deformarse hasta conseguir una forma deseada por medio de extrusión, moldeo o hilado. 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 o en disolución, presentan diferentes estructuras y naturalezas que carecen de un punto fijo de ebullición y poseen durante un intervalo de temperaturas propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones.

Etimología

El vocablo plástico deriva del griego plastikos, que se traduce como moldeable. Los polímeros, las moléculas básicas de los plásticos, se hallan presentes en estado natural en algunas sustancias vegetales y animales como el caucho, la madera y el cuero, si bien en el ámbito de la moderna tecnología de los materiales tales compuestos no suelen encuadrarse en el grupo de los plásticos, que se reduce preferentemente a preparados sintéticos.

Reseña histórica

El primer plástico se origina como resultado de un concurso realizado en 1860, cuando el fabricante estadounidense de bolas de billar Phelan and Collander ofreció una recompensa de 10.000 dólares a quien consiguiera un sustituto aceptable del marfil natural, destinado a la fabricación de bolas de billar.

Una de las personas que compitieron fue el inventor norteamericano Wesley Hyatt, quien desarrolló un método de procesamiento a presión de la piroxilina, un nitrato de celulosa de baja nitración tratado previamente con alcanfor y una cantidad mínima de disolvente de alcohol.

Si bien Hyatt no ganó el premio, su producto, patentado con el nombre de celuloide, se utilizó para fabricar diferentes objetos y el celuloide tuvo un notable éxito comercial a pesar de ser inflamable y de su deterioro al exponerlo a la luz.

El celuloide se fabricaba disolviendo celulosa, un hidrato de carbono obtenido de las plantas, en una solución de alcanfor y etanol. Con él se empezaron a fabricar distintos objetos como mangos de cuchillo, armazones de lentes y película cinematográfica. Sin éste, no hubiera podido iniciarse la industria cinematográfica a fines del siglo XIX.

Puede ser ablandado repetidamente y moldeado de nuevo mediante calor, por lo que recibe el calificativo de termoplástico.

En 1909 el químico norteamericano de origen belga Leo Hendrik Baekeland (1863-1944) sintetizó un polímero de interés comercial, a partir de moléculas de fenol y formaldehído.

Este producto podía moldearse a medida que se formaba y resultaba duro al solidificar. No conducía la electricidad, era resistente al agua y los disolventes, pero fácilmente mecanizable. Se lo bautizó con el nombre de baquelita (o bakelita), el primer plástico totalmente sintético de la historia.

Baekeland nunca supo que, en realidad, lo que había sintetizado era lo que hoy conocemos con el nombre de copolímero. A diferencia de los homopolímeros, que están formados por unidades monoméricas idénticas (por ejemplo, el polietileno), los copolímeros están constituidos, al menos, por dos monómeros diferentes.

Otra cosa que Baekeland desconocía es que el alto grado de entrecruzamiento de la estructura molecular de la baquelita le confiere la propiedad de ser un plástico termoestable, es decir que puede moldearse apenas concluida su preparación. En otras palabras, una vez que se enfría la baquelita no puede volver a ablandarse. Esto la diferencia de los polímeros termoplásticos, que pueden fundirse y moldearse varias veces, debido a que las cadenas pueden ser lineales o ramificadas pero no presentan entrecruzamiento. Entre los productos desarrollados durante este periodo están los polímeros naturales alterados, como el rayón, fabricado a partir de productos de celulosa.

Desarrollo de la producción de plásticos

Los resultados alcanzados por los primeros plásticos incentivaron a los químicos y a la industria a buscar otras moléculas sencillas que pudieran enlazarse para crear polímeros. En la década del 30, químicos ingleses descubrieron que el gas etileno polimerizaba bajo la acción del calor y la presión, formando un termoplástico al que llamaron polietileno (PE). Hacia los años 50 aparece el polipropileno (PP).

Al reemplazar en el etileno un átomo de hidrógeno por uno de cloruro se produjo el cloruro de polivinilo (PVC), un plástico duro y resistente al fuego, especialmente adecuado para cañerías de todo tipo. Al agregarles diversos aditivos se logra un material más blando, sustitutivo del caucho, comúnmente usado para ropa impermeable, manteles, cortinas y juguetes. Un plástico parecido al PVC es el politetrafluoretileno (PTFE), conocido popularmente como teflón y usado para rodillos y sartenes antiadherentes.

Otro de los plásticos desarrollados en los años 30 en Alemania fue el poliestireno (PS), un material muy transparente comúnmente utilizado para vasos, potes y hueveras. El poliestireno expandido (EPS), una espuma blanca y rígida, es usado básicamente para embalaje y aislante térmico.

Actualmente se ha desarrollado vertiginosamente el envasado en botellas y frascos, el uso del tereftalato de polietileno (PET), material que viene desplazando al vidrio y al PVC en el mercado de envases.

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.

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.

De forma general, hay avances en plásticos técnicos, como los policarbonatos, los acetatos y las poliamidas.

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. En 1963, estos dos científicos compartieron el Premio Nobel de Química por sus estudios acerca de los polímeros.

Clasificación de los materiales plásticos

Los plásticos se pueden clasificar atendiendo dos criterios:

Procedencia de la materia prima

Atendiendo a la procedencia de la materia prima, se pueden clasificar en plásticos naturales y plásticos sintéticos. Los primeros han tenido, y todavía tienen, una gran importancia en el mundo industrial, pero son los sintéticos los que acaparan la mayor parte de las aplicaciones.

Plásticos naturales

Plásticos sintéticos

Posibilidad de que puedan ser reciclados o no

Por su estructura interna

  • Termoplásticos
  • Termoestables
  • Elastómeros

Termoplásticos

Son plásticos que se ablandan con el calor, pudiéndose moldear con nuevas formas que se conservan al enfriarse. Es debido a que las macromoléculas están unidas por débiles fuerzas que se rompen con el calor, es decir al ser calentados a determinadas temperaturas (entre 50 y 200 grados C) vuelven a un estado de plasticidad que les permite ser moldeados. Teóricamente, se puede moldear un número de veces ilimitado. Esto permite recuperar todos los plásticos de desechos (que pertenezcan a este grupo), para ser remodelados y formar nuevos objetos.

Los termoplásticos se podrían comparar con la cera, que a temperatura ambiente tiene una forma sólida y en cuanto se calienta se ablandan y se pueden moldear de nuevo. Generalmente, estos plásticos son flexibles y resistentes a los golpes. No existe ningún tipo de enlace químico entre cadenas, como mucho existen atracciones de tipo electroestático que hacen que la estructura microscópica sea un entrecruzamiento caprichoso y liado de cadenas a modo de ovillo de lana. Un aporte de calor a esta estructura permite que las estructuras puedan desliarse y resbalar unas sobre otras confiriendo el llamado estado viscoelástico. Dentro de este grupo se puede distinguir entre termoplásticos amorfos y cristalinos.

La diferencia radica en que los cristalinos, a la vuelta al estado sólido tras el aporte de calor, cuando se repliegan lo hacen intentando ocupar el mínimo espacio posible, no así en el caso de los amorfos que lo hacen de una forma mucho más anárquica. Aún más, en el caso de los amorfos la contracción es isotrópica (constante en las 3 dimensiones del espacio), mientras que en el caso de los cristalinos la contracción es anisótropa ( la contracción es mucho mayor en el sentido de flujo que en el transversal).

No obstante, no existe ningún termoplástico que sea 100% cristalino ni, a la inversa, 100% amorfo. Siempre coexiste una parte cristalina y otra amorfa, aunque haya siempre una mayoritaria que define la clasificación del material.

Dentro de ellos:

1. Polietileno (PE)

2. Polipropileno (PP)

3. Poliestireno (PS)

4. Cloruro de polivinilo (PVC)

5. Metacrilato

6. Teflón

7. Celofán

8. Nailon o Poliamida (PA)

Termoestables

Estos plásticos, una vez que se han endurecidos, ya no se reblandecen nuevamente, por mucho que se calientes, a no ser que se le apliquen algún tipo de disolvente. Por ello, los desperdicios producidos al trabajarlos carecen de valor ya que no pueden volver a fundirse. El endurecimiento de estos plásticos también puede obtenerse por reacción química (mediante catalizadores) sin necesidad de calentamiento alguno. Generalmente, arden mal y son difícilmente soldables. Entre los más importantes se encuentran: La organización espacial de las cadenas es similar a la de una red de pescador. Durante el proceso de moldeo se aplica calor para activar la racionabilidad de los monómeros de las cadenas, algunos de los cuáles logran enlazarse con monómeros de otras cadenas dando lugar a la citada estructura.

Como en el caso anterior la disposición microscópica de las cadenas dota a la estructura macroscópica resultante de una características particulares; en este caso, la estructura macroscópica resultante es muy compacta y de gran rigidez : estos materiales presentan respecto al resto de plásticos una mayor resistencia térmica por cuanto al aportar más calor no logra romperse la estructura de cadenas.

No obstante, su fragilidad es inversamente proporcional a la resistencia térmica. Efectivamente, la resistencia térmica viene dada por la mayor compactación de las cadenas pero ese mismo mayor empaquetamiento da lugar a una posibilidad de rotura mayor. Un impacto no deja de ser un aporte de energía en un lugar puntual y concreto que las cadenas, en este caso, es difícil que puedan absorber por estiramiento ya que su libertad de movimiento no es muy alta.

Estos materiales no son reciclables. Este hecho se explica por la reacción entre cadenas durante el proceso de moldeado que dan lugar a un material muy resistente a la temperatura una vez transformado y que, por tanto, difícilmente se puede volver a fundir para su reutilización.

Ejemplos

1. Poliuretano

2. Resinas fenólicas

3. Melanina

Elastómeros

Se caracterizan por una fácil degradación frente al calor y una irreversibilidad del proceso de moldeado, esto es, una vez moldeados no se pueden volver a utilizar como materia prima. Sus características microscópicas basadas en una organización espacial de las cadenas del tipo "muelles de colchón" influyen en el comportamiento macroscópico del mismo caracterizado por una gran flexibilidad (entendida como la capacidad de un sólido de recuperar su forma original tras finalizar un esfuerzo de compresión o de flexión).

De hecho, con frecuencia se mezclan con algún termoplástico para conferirle unas mayores propiedades de flexibilidad e impacto. En cuanto a su procesabilidad se moldean con técnicas similares a las de la industria del caucho, aunque existe una variedad denominada termoplásticos elastómeros que pueden procesarse como termoplásticos.

Ejemplos

1. Caucho Natural

2. Caucho Sintético

3. Neopreno

Por el proceso de polimerización

Por el proceso de polimerización, los plásticos se pueden clasificar en polímeros de condensación y polímeros de adición. Las reacciones de condensación producen diferentes longitudes de polímeros, mientras que las reacciones de adición producen longitudes específicas. Por otro lado, las polimerizaciones por condensación generan pequeñas cantidades de subproductos, como agua, amoníaco y etilenglicol, mientras las reacciones de adición no producen ningún subproducto.

Algunos polímeros típicos de condensación son el nailon, los poliuretanos y los poliésteres. Entre los polímeros de adición se encuentran el polietileno, el polipropileno, el policloruro de vinilo y el poliestireno. Las masas moleculares medias de los polímeros de adición son generalmente mayores que las de los polímeros de condensación.

En la actualidad, la cantidad de plásticos existente es enorme. Cada uno de ellos tiene unas propiedades y aplicaciones específicas. En general, se puede decir que los plásticos son más ligeros que los metales y es mucho más fácil darles forma, manteniendo una resistencia a las deformaciones aceptables. Por ello, la tendencia actual es la sustitución de los materiales naturales utilizados hasta ahora, tales como madera, metales, etc, por plásticos.

Los tipos de plásticos mas empleados en la actualidad por orden de importancia, son: poliestireno, resinas fenólicas,polipropileno y resinas úricas.

Utilización

En la actualidad se emplea para fabricar mangos de cubiertos, reglas de medición y cálculo, botones, peines, juguetes, las maletas y artículos deportivos, sustitutos del cuerno y de marfil, así como otros objetos de uso doméstico y de escritorio. Una aplicación muy característica es la fabricación de pelotas de ping-pon.

Los plásticos se emplean también para fabricar carcasas para equipos de oficina, dispositivos electrónicos, accesorios pequeños y herramientas.

Ventajas

Entre las ventajas que ofrecen los plásticos en relación con otros materiales se encuentran:

  • Resistencia a la corrosión y agentes químicos
  • Aislamiento térmico y acústico
  • Resistencia a los impactos
  • Buena presentación estética.

Plástico y sociedad

Dado que los plásticos son relativamente inertes, los productos terminados no representan ningún peligro para el fabricante o el usuario. Sin embargo, se ha demostrado que algunos monómeros utilizados en la fabricación de plásticos producen cáncer .Los problemas de la industria del plástico son similares a los de la industria química en general.

La mayoría de los plásticos sintéticos no pueden ser degradados por el entorno. Al contrario que la madera, el papel, las fibras naturales o incluso el metal y el vidrio, no se oxidan ni se descomponen con el tiempo. Además el reciclaje de envases alimenticios presenta problemas de esterilización, por lo que no son reutilizables para el mismo fin. En definitiva, la eliminación de los plásticos representa un problema medioambiental.

Fuentes