Los plásticos La industria química y la ingeniería han creado nuevos materiales que realizan las mismas o mejores funciones que la madera, los metales o las fibras naturales que componen los tejidos. Se puede decir que los plásticos son los sustitutos de casi todos los materiales. Clasificamos a los plásticos en tres grupos: termoplásticos, termoestables y elastómeros. Propiedades de los plásticos Es difícil generalizar sobre las propiedades de los plásticos debido a la gran variedad que existe. Puede decirse que las propiedades de unos y otros son muy diferentes. Por ello estudiaremos solo las más significativas. Conductividad eléctrica. Los plásticos conducen mal la electricidad. Esta característica permite que se empleen como aislantes eléctricos. Por ejemplo, en el recubrimiento de cables. Conductividad térmica. Los plásticos tienen una baja conductividad térmica. Suelen ser materiales aislantes: transmiten el calor muy lentamente. Por ejemplo, en los mangos de la batería de cocina Resistencia mecánica. Teniendo en cuenta lo ligeros que son, los plásticos resultan muy resistentes. Esto explica por qué se usan junto a las aleaciones metálicas para construir aviones. Por ejemplo, casi todos los juguetes están hechos de algún tipo de plástico. Combustibilidad. La mayoría de los plásticos arde con facilidad, ya que sus moléculas se componen de carbono e hidrógeno. El color de la llama y el olor del humo que desprenden suele ser característico de cada tipo de plástico. Por ejemplo, las bolsas de basura.
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Los plásticos
La industria química y la ingeniería han creado nuevos materiales que realizan las mismas o mejores funciones que la madera, los metales o las fibras naturales que componen los tejidos. Se puede decir que los plásticos son los sustitutos de casi todos los materiales. Clasificamos a los plásticos en tres grupos: termoplásticos, termoestables y elastómeros.
Propiedades de los plásticos
Es difícil generalizar sobre las propiedades de los plásticos debido a la gran variedad que existe. Puede decirse que las propiedades de unos y otros son muy diferentes. Por ello estudiaremos solo las más significativas.
Conductividad eléctrica. Los plásticos conducen mal la electricidad. Esta característica permite que se empleen como aislantes eléctricos. Por ejemplo, en el recubrimiento de cables.
Conductividad térmica. Los plásticos tienen una baja conductividad térmica. Suelen ser materiales aislantes: transmiten el calor muy lentamente. Por ejemplo, en los mangos de la batería de cocina
Resistencia mecánica. Teniendo en cuenta lo ligeros que son, los plásticos resultan muy resistentes. Esto explica por qué se usan junto a las aleaciones metálicas para construir aviones. Por ejemplo, casi todos los juguetes están hechos de algún tipo de plástico.
Combustibilidad. La mayoría de los plásticos arde con facilidad, ya que sus moléculas se componen de carbono e hidrógeno. El color de la llama y el olor del humo que desprenden suele ser característico de cada tipo de plástico. Por ejemplo, las bolsas de basura.
Plasticidad. Muchos plásticos se reblandecen con el calor y, sin llegar a fundir, son fácilmente moldeables. Esto permite fabricar con ellos piezas de formas complicadas.
Los materiales termoplásticos
Estos plásticos se funden cuando se calientan, lo cual permite que su forma se pueda modificar con facilidad y que se puedan reciclar. En los termoplásticos existen dos valores límite de temperatura, que reciben los nombres de temperatura de fusión y temperatura de transición vítrea.
Esquema de temperaturas y estado físico de los plásticos termoplásticos
La temperatura de fusión es superior a la de la transición vítrea, y al llegar a ella el material cambia su estado físico. Pero si calentamos el material por encima de la temperatura de transición vítrea sin llegar a alcanzar la temperatura de fusión, el material no llega a fundirse y mantiene su forma, aunque se transforma en un material blando, dúctil y fácil de deformar. Por debajo de la temperatura de transición vítrea los plásticos se mantienen más rígidos.
Los materiales termoplásticos más habituales en la industria son el polietileno (PE), el polipropileno (PP), el polietilentereftalato(PET), las poliamidas (PA), el policloruro de vinilo(PVC), el poliestireno (PS) y el polimetacrilato (PMMA). De hecho, la mayoría de los plásticos pertenecen a este grupo.
Ejemplo de material termoplástico: fabricado con polipropileno
PLÁSTICOS TERMOPLÁSTICOS PROPIEDADES APLICACIONES PRINCIPALES
Polietileno de alta densidad (HDPE)
Denso, pesado y muy resistente.
Envases de alimentos o líquidos, carcasas de electrodomésticos, juguetes, engranajes y tuberías.
Polietileno de baja densidad (LDPE) Ligero y flexible. Bolsas y envoltorios, juguetes y
artículos de menaje.
Policloruro de vinilo (PVC)
Duro y tenaz, impermeable, poco inflamable y resistente a la corrosión.
Construcción (persianas, marcos de ventanas y puertas), tuberías y válvulas, películas impermeables, recubrimiento de cables.
Polipropileno (PP)
Bastante rígido, resistente a esfuerzos y a la acción de productos químicos. Buen aislante.
Piezas industriales, componentes eléctricos y electrónicos, envases y menaje de cocina, cascos, papelería, juguetes, fibras para tapicerías, alfombras, moquetas y cuerdas.
Poliestireno (PS) Bastante rígido, aunque con resistencia mecánica moderada.
Envases de alimentos, carcasas de electrodomésticos, aislante acústico y térmico, embalajes, juguetes.
Polietilentereftalato (PET)
Rígido y tenaz, resistente a la corrosión y a la acción de productos químicos.
Envase de alimentos, botellas, fibras textiles (dracón), base para cintas magnéticas (mylar).
Polimetacrilato de metilo (PMMA)
Transparente, rígido, no muy duro y con buenas propiedades mecánicas.
Se usa coo sustituto del vidrio en artículos domésticos, decoración, envases, faros, etc.
Poliamida (PA) Resistente al desgaste y a la acción de productos químicos.
(PTFE), teflón eléctrico, resistente a la corrosión.
(revestimientos de cables), recubrimientos en general.
Los materiales termoestables
Son más resistentes al calor que los termoplásticos y cuando se calientan no se funden, sino que los enlaces que mantienen unidas las moléculas que forman el material se destruyen y este se degrada. Esto quiere decir que no pueden reciclarse mediante calor, puesto que no pueden refundirse para darles una nueva forma, aunque existen procedimientos de reciclado químico.
Este comportamiento de los plásticos termoestables se debe a que presentan una estructura interna mucho más compacta que la de los termoplásticos, debido a la existencia de un mayor número de enlaces entre las moléculas que los componen. Son materiales resistentes a la acción de esfuerzos mecánicos, pero resultan más frágiles que los termoplásticos.
El hecho de que no puedan fundirse representa una dificultad a la hora de trabajar con este tipo de plásticos. En general, son más difíciles de fabricar y también más complejos los procedimientos para darles forma.
Los plásticos termoestables más utilizados son los poliésteres, la baquelita, las resinas epoxi y el poliuretano.
Ejemplo de material termoestable: mango de un cazo, fabricado con baquelita. El fondo del cazo está recubierto con teflón.
PLÁSTICOS TERMOESTABLES PROPIEDADES APLICACIONES
PRINCIPALES
Resinas fenólicas, Baquelita
Duras, resistentes al calor y a los productos químicos, buenos aislantes.
Industria eléctrica y electrónica, laminados, recubrimientos, menaje de cocina, adhesivos.
Melamina Resistente a la corrosión y a los agentes químicos, poco inflamable.
Laminados y recubrimientos de muebles (formica), industria eléctrica, adhesivos y barnices.
Resinas epoxi Tenaces con elevada Encapsulados de componentes
resistencia al impacto. electrónicos, matrices de materiales compuestos, adhesivos, pinturas y barnices.
Los materiales elastómeros
Hay un tercer tipo de plásticos en el que se agrupan aquellos que presentan una elevada elasticidad, por lo que se les da el nombre de elastómeros.
Estos plásticos se deforman cuando se someten a un esfuerzo, pero recuperan su forma original cuando deja de ejercerse esa fuerza sobre ellos.
Esto se debe a que su temperatura de transición vítrea es inferior a la temperatura ambiente, por lo que a temperaturas de trabajo permanecen blandos y dúctiles. No soportan bien el calor, y se degradan a temperaturas no muy elevadas, lo que dificulta su reciclado.
En el proceso de fabricación de los elastómeros se suele aplicar la técnica del vulcanizado, que consiste en añadir azufre al material a la vez que se calienta y se somete a presión.
El resultado es un plástico que tiene gran resistencia a todo tipo de esfuerzos (tracción, compresión, torsión y flexión). La técnica del vulcanizado es muy utilizada en la fabricación de neumáticos para automóviles.
El polibutadieno y el poliisobutileno son ejemplos de elastómeros industriales sintéticos, mientras que el caucho natural es un elastómero no sintético.
En muchas ocasiones, los elastómeros se mezclan con plásticos termoestables para conseguir productos con gran resistencia al impacto, flexibles y duros, como los elastómeros de poliuretano.
Para conseguir otros productos, los elastómeros se mezclan con algún plástico termoplástico. De esta unión se obtienen materiales que se pueden fundir y reciclar, denominados elastómeros termoplásticos. Algunos ejemplos de este tipo de plásticos son los termoplásticos poliolefínicos (TPO) y los termoplásticos vulcanizados dinámicamente (TPV).
Los neumáticos de muchos tipos de vehículos se fabrican con materiales elastómeros
PLÁSTICOS ELASTÓMEROS PROPIEDADES APLICACIONES
PRINCIPALES
Caucho natural Resistente al desgaste y al impacto, buen aislante eléctrico.
Neumáticos, juntas, tacones y suelas de zapatos.
Polibutadieno (BR) Resistente a las bajas tenperaturas y al desgaste. Neumáticos.
Policloropreno (CR) Resistente al calor y a los esfuerzos mecánicos.
Cintas transportadoras, mangueras, cables, trajes de submarinista.
Polisiloxano (SL) Ligero, alta resistencia mecánica y resistente al desgaste, buen aislante.
Materiales aislantes eléctricos y térmicos, prótesis, adhesivos.
Neopreno (PCP) Correas industriales, recubrimientos de cables, trajes de buceo.
Más resistentes que el caucho, pero menos flexibles.
Poliuretanos (PUR)
Prendas de vestir elésticas (lycra o elastán) cintas transportadoras de la industria, mangueras de agua, ruedas industriales. En forma de espuma para asientos y colchones.
Son duros, resistentes a la abrasión y flexibles. Pueden presentar también la forma de espumas.
Siliconas (SI)Hules, aplicaciones resistentes al agua, prótesis médicas, sellado de juntas.
Buena estabilidad térmica y a la oxidación. Flexibles. Excelentes propiedades eléctricas.
La industria del plástico es una de las que más han evolucionado durante el siglo XX, especialmente en la década de los cincuenta. En la actualidad existen más de 2.000 tipos diferentes de plásticos con múltiples aplicaciones.
Técnicas básicas de obtención de plásticos
El primer paso en la obtención de plásticos consiste en mezclar los componentes en las proporciones necesarias para obtener el material que se desea fabricar. La materia prima suele estar en forma de bolitas, en polvo o en forma de líquido viscoso.
Los aditivos
Se suelen añadir a la mezcla diversas sustancias, conocidas con el nombre de aditivos. Los aditivos aportan distintas propiedades a los plásticos, como baja densidad, baja conductividad eléctrica, transparencia, color, tenacidad, dureza, estabilidad...
La forma de trabajar depende del tipo de plástico que se va a fabricar. Así, a los termoplásticos se les puede aplicar diversas técnicas basadas en el aporte de calor y presión, entre las que destacan la extrusión y el moldeo.
Sin embargo, los plásticos termoestables son más complicados, debido a que no funden al calentarse. Solo se pueden obtener mediante los procesos de moldeo por compresión y moldeo por transferencia.
La extrusión
Una vez fundido, el material es obligado a pasar de forma continua a través de una boquilla y es recogido a la salida de la misma por un sistema de arrastre. Al enfriarse, por contacto con el aire ambiente o mediante circulación forzada de aire frío, se obtiene un perfil cuya sección tiene la forma de la boquilla.
Esta técnica se utiliza en termoplásticos para fabricar tuberías, varillas y otros perfiles de sección constante. También se emplea para fabricar recubrimientos de cables.
Los perfiles de sección circular y constante, como los de la foto, se obtienen mediante el proceso de extrusión
El moldeo
El moldeo consiste en fabricar piezas de plástico mediante moldes, que le dan al material la forma deseada. Es el procedimiento más utilizado debido a su sencillez y a la calidad del acabado final. La mayoría de los objetos de plástico se fabrican mediante alguno de los métodos de moldeo.
Según el tipo de presión a que se somete el material plástico dentro del molde, podemos considerar dos tipos de técnicas: moldeo a baja presión y moldeo a alta presión.
El moldeo a baja presión
Los procedimientos industriales más importantes son:
El moldeo por soplado: se introduce en el molde una preforma en forma de tubo a través de un dosificador y, a continuación, se inyecta aire comprimido.
Moldeo por soplado Otro método es el moldeo al vacío, en el que se dispone de un molde donde se
efectúa el vacío, adaptándose el material a las paredes del mismo. El moldeo centrífugo, donde el material semifundido se introduce en un molde
que gira sobre un eje, de manera que «la fuerza centrífuga» hace que se adapte a las paredes del molde.
La colada es el método más simple, ya que consiste en fundir el material y verterlo en un molde. El fluido viscoso rellena el molde y toma su forma. Se trata de un método lento, ya que se invierte mucho tiempo en asegurarse de que el molde se ha rellenado por completo y en enfriar el plástico.
El espumado se usa para conseguir espumas de polímero, es decir, plásticos con una densidad muy baja o expandidos, que tienen en su interior burbujas de aire.
En todos ellos, el material fundido toma la forma de un molde y, tras enfriarse y solidificar de nuevo, se obtiene la pieza final.
El moldeo a alta presión
El moldeo a alta presión, o moldeo por inyección, es el método más utilizado en la producción de termoplásticos. Se utiliza una máquina parecida a la extrusora, que proporciona alta presión y temperatura elevada al material.
Una vez fundido se introduce el plástico a alta presión en el interior del molde. Gracias a la presión, el plástico rellena el molde sin dejar huecos. El proceso es muy rápido, y permite fabricar piezas complejas, por lo que se emplea para elaborar todo tipo de objetos. Un caso particular de aplicación del moldeo por inyección es la fabricación de películas de plástico.
Las técnicas de producción de polímeros termoestables
Como ya hemos dicho, los plásticos termoestables se polimerizan en el propio molde. Existen dos técnicas principales de fabricación de objetos con materiales termoplásticos: el moldeo por compresión y el moldeo por transferencia.
El moldeo por compresión
Consiste en introducir el material, en forma de polvo o gránulos, en un molde, el cual se comprime mediante un contramolde, a la vez que se aporta calor, que reblandece el plástico y facilita el proceso de polimerización.
Moldeo por compresión
El moldeo por transferencia
En este procedimiento, los materiales en bruto se calientan y se licuan en una primera cavidad. Después, el material en estado líquido se transfiere al molde mediante inyección, donde se comprime y adopta su forma. Mientras, se agregan los componentes aditivos para mejorar las propiedades físicas, modificar el color, etc. El plástico toma la forma del molde al mismo tiempo que se produce la polimerización.
Este procedimiento es habitual para fabricar objetos de madera o metal revestidos de plástico, como enchufes y conectores eléctricos o el revestido de maderas con formica.
Mecanizar cualquier tipo de material consiste en realizar, mediante máquinas o herramientas, trabajos para dar forma a los objetos. Una máquina herramienta porta una herramienta que se acopla a los mecanismos de la máquina, que, por lo general, realizará algún movimiento, bien en la pieza a mecanizar o bien en la propia herramienta.
La industria ha encontrado en el plástico un buen sustituto de la madera y los metales para ciertas aplicaciones, debido a la gran dureza, tenacidad y resistencia de determinado tipo de plásticos. Estos se suelen obtener en formas estándar, como perfiles redondos, chapas o láminas, tubos..., para después mecanizarlos o darles forma mediante máquinas herramientas.
Estas máquinas, como taladros, tornos, fresadoras y sierras de corte, son las habituales cuando se trabaja con la madera o los metales. Además, podemos aplicar en estos plásticos otros trabajos de acabado, como lijado, limado de virutas o rebabas o rectificado de superficies, con los que se consiguen superficies alisadas con el mínimo de rugosidad.
De todos estos trabajos, los más habituales son el torneado, el fresado y el rectificado.
El torneado consiste principalmente en agarrar una pieza mediante unas mordazas de sujeción en los extremos longitudinales de la misma, que hacen girar el material. Mientras está girando, una herramienta de corte, denominada cuchilla, se acerca al objeto y elimina material de forma perimetral, consiguiendo formas cilíndricas o cónicas.
Mediante la mecanización de una pieza de plástico en un torno se pueden obtener objetos de sección circular.
Consiste igualmente en la eliminación de parte del material de una pieza en bruto, pero esta vez de forma superficial. La fresadora sujeta la pieza en una bancada de forma que ofrece una de sus superficies a una herramienta de corte, llamada fresa, que mediante diversas pasadas por el área a retirar realiza rebajes en la superficie.
Mediante el fresado se pueden conseguir piezas con diferentes formas planas.
La máquina rectificadora dispone, a modo de herramienta, de una muela abrasiva que pule la superficie de una pieza. Para ello, la muela va girando sobre la superficie rugosa, mientras la pieza se va desplazando en una dirección determinada.
Las muelas están compuestas por granos de material abrasivo de elevada dureza, compactados mediante un aglomerante. Al girar la muela a gran velocidad, los granos se comportan como pequeñísimas cuchillas que eliminan el material superficial. Entre los tipos de abrasivo más utilizados están el cuarzo, el diamante o el esmeril como abrasivos naturales, y el carburo de silicio y el carburo de boro como abrasivos artificiales.
La muela puede tener diferentes tamaños de grano: el muy grueso, con el que se desbasta la superficie; el medio y el fino, con los que se consiguen acabados finos; y el muy fino o el superfino, que permiten pulir una superficie sin que quede apenas rugosidad.
Es un proceso de transformación de materiales termoplásticos y elastómeros para la fabricación de láminas partiendo de formas de plástico en bruto. El material se hace pasar por diferentes rodillos cilíndricos que reducen el espesor de las láminas. El tipo de producto que se obtiene consiste en una película de plástico de pequeño espesor que se utiliza para impermeables, manteles de hule, film transparente para envolver alimentos, etc.
Existen varias técnicas de unión cuando necesitamos obtener formas más complejas. Podemos considerar los siguientes tipos:
El atornillado
Este tipo de unión se emplea para fabricar piezas desmontables. Suelen utilizarse tornillos pasantes, con arandelas y tuercas, fabricados normalmente con materiales metálicos.
La unión se realiza incorporando un adhesivo entre las piezas a unir. Este tipo de uniones se utiliza en todos los plásticos, pero en especial en termoestables y elastómeros, a los que no se pueden aplicar procedimientos de soldadura, puesto que se destruyen con el calor. El adhesivo se aplica en la zona a unir y actúa como disolvente de la superficie del plástico. Así, comprimiendo las piezas, se conseguirá la unión definitiva de ambas superficies una vez haya solidificado el adhesivo.
Los adhesivos que mejor adherencia y comportamiento presentan en condiciones ambientes extremas son los adhesivos epóxicos, los basados en metacrilato, las resinas de uretano y los adhesivos de cianoacrilato, pudiéndose utilizar también en materiales termoplásticos difíciles de trabajar con adhesivos, como el polipropileno, el polietileno o el politetrafluoretileno.
La soldadura
En general, las distintas formas de unir piezas por soldadura se pueden agrupar en tres grandes bloques:
Mediante aportación de calor. Esta técnica se destina a termoplásticos que, ante al aumento de temperatura, se funden, pudiéndose unir por compresión las superficies fundidas.
Por emisión de ultrasonidos. Este método consiste en emitir ondas de ultrasonidos en las superficies a unir, generando un efecto de vibración entre las moléculas del material, que provoca un aumento de temperatura y lo reblandece.
Por emisión de haz láser. Se reserva para unir piezas pequeñas en áreas determinadas, emitiendo un haz láser que calienta la superficie a soldar. Esta soldadura permite realizar uniones muy precisas debido a la alta direccionabilidad del haz láser.
Otra aplicación de los plásticos es servir de recubrimiento a otros materiales, como los metales, de forma que estos les aportan resistencia a la corrosión y a la oxidación; por ejemplo, las pinturas acrílicas o la película de teflón que se aplica a las sartenes.
El teflón, que repele el agua, se inventó para recubrir la nave espacial Saturno V
El reciclado de plásticos
Los plásticos constituyen una parte importante del volumen total de residuos y muchos de ellos son muy contaminantes. Esto hace especialmente interesante el reciclaje de estos materiales.
La ley de las tres «R»
El reciclaje aminora en gran medida ambos problemas, ya que reduce de forma considerable la cantidad de residuos que dañan el medio ambiente y nos permite producir nuestras propias materias primas. Es habitual oír hablar del plan de las tres «R»: reducir, reciclar y reutilizar, es decir:
Reducir el consumo. Reciclar para evitar malgastar las materias primas y aplicar los procedimientos
más eficaces para recuperar la mayor cantidad de desechos posibles. Reutilizar objetos usados para nuevos usos.
Una de las fases del reciclado de plásticos: tras la recogida se pasará al proceso de selección
Selección y recuperación
Un gran porcentaje de la basura de nuestros hogares es material plástico. Para que el reciclaje sea efectivo es necesario realizar una selección y separación previa de este material. Precisamente, la primera etapa en el proceso de selección de residuos debe realizarse en los puntos de origen, es decir, en los hogares, donde debemos separar la basura orgánica (materiales que pueden pudrirse o descomponerse), de los residuos inorgánicos (plásticos, metales, vidrios, papel, etc.). Aunque la cantidad de residuos plásticos generados es enorme, únicamente seis plásticos constituyen el 90% de los desechos. Por tanto, casi toda la industria del reciclado se centra en la recuperación de estos seis tipos. Se ha creado un logotipo con un número interior a modo de código que se imprime en el objeto de plástico para facilitar el reconocimiento del material.
El número que aparece en el interior del logo sirve para identificar el tipo de plástico
Reciclado mecánico
Consiste fundamentalmente en aplicar calor y presión a los objetos para darles nueva forma. De todos los tipos de plásticos, este proceso solo puede aplicarse al grupo de los termoplásticos, que funden al ser calentados por encima de la temperatura de fusión.
1. Cuando el material llega a la central de reciclado pasa a una zona de lavado y secado para evitar que se mezclen impurezas.
2. Una vez limpio se le somete a una trituración mediante máquinas de molienda, de forma que los trozos de material salen muy pequeños, en forma de bolitas o incluso a veces en forma de polvo.
3. Este material triturado alimenta una máquina de extrusión que proporciona calor y presión para que la masa de plástico se funda y pueda utilizarse para extrusionar o moldear piezas nuevas.
Consiste en separar los componentes químicos o monómeros que forman el plástico. Se trata, por tanto, de invertir las etapas que se siguieron para crearlo o «despolimerizar» las moléculas de plástico. Entre los diferentes métodos que se utilizan están la metanólisis, la pirólisis, la hidrogenación o la aplicación de disolventes.
1. El reciclado químico por metanólisis del PET (polietilentereftalato) se inicia con un lavado y una compresión de los objetos.
2. Se consigue una molienda que se introduce en un reactor, que es la máquina que divide las moléculas de PET en moléculas de tereftalato de dimetilo y etilenglicol, dos compuestos químicos con los cuales se fabrica el PET.
3. Estos compuestos serán la materia prima para fabricar nuevos plásticos.
Muchos plásticos pueden arder y servir de combustible. El plástico usado se lleva a una incineradora para ser quemado, obteniéndose energía calorífica que puede utilizarse en los hogares o en la industria, o bien para obtener electricidad.
A modo de ejemplo: 1 kg de polipropileno aporta en su combustión casi tres veces más energía calorífica que 1 kg de madera de leña; 1 kg de PET aporta igual energía que 1 kg de carbón; o 1 kg de polietileno genera igual energía que 1 kg de gasóleo. Pero, al tratarse de un proceso de combustión, se genera CO2 que es expulsado a la atmósfera y contribuye al efecto invernadero, así como otros compuestos gaseosos que pueden resultar tóxicos. Por ello, este proceso debe ir acompañado de controles y medidas de seguridad que eviten estos efectos dañinos.
