Plásticos,
materiales polímeros orgánicos
(compuestos formados por moléculas orgánicas
gigantes) que son plásticos, es decir,
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 nailon.
Los plásticos se caracterizan por una
alta relación resistencia/densidad, unas
propiedades excelentes para el aislamiento térmico
y eléctrico y una buena resistencia a
los ácidos, álcalis 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 termoestables
(no se ablandan con el calor).
HISTORIA
DE LOS PLÁSTICOS
El
desarrollo de estas sustancias se inició
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. Una de las personas que optaron al
premio fue el inventor estadounidense 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 alcohol. Si bien Hyatt no ganó
el premio, su producto, patentado con el nombre
de celuloide, se utilizó para fabricar
diferentes objetos, desde placas dentales a
cuellos de camisa. El celuloide tuvo un notable
éxito comercial a pesar de ser inflamable
y deteriorarse al exponerlo a la luz.
Durante
las décadas siguientes aparecieron de
forma gradual más tipos de plásticos.
Se inventaron los primeros plásticos
totalmente sintéticos: un grupo de plásticos
termoestables o resinas desarrollado hacia 1906
por el químico estadounidense de origen
belga Leo Hendrik Baekeland, y comercializado
con el nombre de baquelita. Entre los productos
desarrollados durante este periodo están
los polímeros naturales alterados, como
el rayón, fabricado a partir de la celulosa,
del nitrato de celulosa o del etanoato de celulosa.
El
avance de la química de los plásticos
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 o macromoléculas.
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,
y el policloruro de vinilo (PVC), empleado en
tuberías y recubrimientos de vinilo.
Uno
de los plásticos más populares
desarrollados durante este periodo es el metacrilato
de metilo polimerizado, que se comercializó
en Gran Bretaña con el nombre de Perspex
y como Lucite en Estados Unidos, y que se conoce
en español 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 escasa 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 nailon.
La
II Guerra Mundial y los plásticos
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. La entrada de
Japón en el conflicto mundial cortó
los suministros de caucho natural, seda y muchos
metales procedentes de Asia a Estados Unidos.
La respuesta estadounidense fue la intensificación
del desarrollo y la producción de plásticos.
El nailon 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 y los plásticos
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,
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. En 1963,
estos dos científicos compartieron el
Premio Nobel de Química por sus estudios
acerca de los polímeros.
TIPOS
DE PLÁSTICOS
Se
puede establecer la siguiente clasificación
de los plásticos: por el proceso de polimerización,
por la forma en que pueden procesarse y por
su naturaleza química.
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.
Posibilidades
de procesado
El
plástico se procesa de formas distintas,
según sea termoplástico o termoestable.
Los termoplásticos, formados por polímeros
lineales o ramificados, pueden fundirse. Se
ablandan cuando se calientan y se endurecen
al enfriarse. Lo mismo ocurre con los plásticos
termoestables que están poco entrecruzados.
No obstante, la mayoría de los termoestables
ganan en dureza cuando se calientan; el entrecruzado
final que los vuelve rígidos se produce
cuando se ha dado forma al plástico.
Naturaleza
química
La
naturaleza química de un plástico
depende del monómero (la unidad repetitiva)
que compone la cadena del polímero. Por
ejemplo, las poliolefinas están compuestas
de monómeros de olefinas, que son hidrocarburos
de cadena abierta con al menos un doble enlace.
El polietileno es una poliolefina. Su monómero
es el etileno. Otros tipos de polímeros
son los acrílicos (como el polimetacrilato),
los poliestirenos, los halogenuros de vinilo
(como el policloruro de vinilo), los poliésteres,
los poliuretanos, las poliamidas (como el nailon),
los poliéteres, los acetatos y las resinas
fenólicas, celulósicas o de aminas.
FABRICACIÓN
DE LOS PLÁSTICOS
La fabricación de los plásticos
y sus manufacturados implica cuatro pasos básicos:
obtención de las materias primas, síntesis
del polímero básico, obtención
del polímero como un producto utilizable
industrialmente y moldeo o deformación
del plástico hasta su forma definitiva.
Materias
primas
En
un principio, la mayoría de los plásticos
se fabricaban a partir de resinas de origen
vegetal, como la celulosa (del algodón),
el furfural (de la cáscara de la avena),
aceites de semillas y derivados del almidón
o del carbón. La caseína de la
leche era uno de los materiales no vegetales
utilizados. A pesar de que la producción
del nailon se basaba originalmente en el carbón,
el aire y el agua, y de que el nailon 11 se
fabrica todavía con semillas de ricino,
la mayoría de los plásticos se
elaboran hoy 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.
Síntesis
del polímero
El
primer paso en la fabricación de un plástico
es la polimerización. Como se comentaba
anteriormente, los dos métodos básicos
de polimerización son las reacciones
de condensación y las de adición.
Estos métodos pueden llevarse a cabo
de varias maneras. En la polimerización
en masa se polimeriza sólo el monómero,
por lo general en una fase gaseosa o líquida,
si bien se realizan también algunas polimerizaciones
en estado sólido. Mediante la polimerización
en disolución se forma una emulsión
que se coagula seguidamente. En la polimerización
por interfase los monómeros se disuelven
en dos líquidos inmiscibles y la polimerización
tiene lugar en la interfase entre los dos líquidos.
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 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
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) a la matriz de
la resina plástica. Los materiales compuestos
tienen la resistencia y la estabilidad de los
metales, pero por lo general son más
ligeros. Las espumas plásticas, compuestas
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 deformación. La naturaleza de muchos
de estos procesos es cíclica, si bien
algunos pueden clasificarse como continuos o
semicontinuos.
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 extrusionados, como por ejemplo
los tubos, tienen una sección con forma
regular. La máquina de extrusión
también realiza otras operaciones, como
moldeo por soplado o moldeo por inyección.
Otros
procesos utilizados son el moldeo por compresión,
en el que la presión fuerza 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 que se forman láminas de
plástico. Algunos plásticos, y
en particular los que tienen una elevada resistencia
a la temperatura, requieren procesos de fabricación
especiales. Por ejemplo, el politetrafluoretileno
tiene una viscosidad de fundición tan
alta que debe ser prensado para conseguir la
forma deseada, y sinterizado, es decir, expuesto
a temperaturas extremadamente altas que convierten
el plástico en una masa cohesionada sin
necesidad de fundirlo.
APLICACIONES
Los plásticos tienen cada vez más
aplicaciones en los sectores industriales y
de consumo.
Empaquetado
Una
de las aplicaciones principales del plástico
es el empaquetado. Se comercializa una buena
cantidad de polietileno de baja densidad en
forma de rollos de plástico transparente
para envoltorios. El polietileno de alta densidad
se usa para películas plásticas
más gruesas, como la que se emplea en
las bolsas de basura. Se utilizan también
en el empaquetado: el polipropileno, el poliestireno,
el policloruro de vinilo (PVC) y el policloruro
de vinilideno. Este último se usa en
aplicaciones que requieren estanqueidad, ya
que no permite el paso de gases (por ejemplo,
el oxígeno) hacia dentro o hacia fuera
del paquete. De la misma forma, el polipropileno
es una 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 polietileno de alta densidad se usa en tuberías,
del mismo modo que el PVC. Éste se emplea
también en forma de láminas 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 estos
materiales. 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.
SALUD
Y RIESGOS PARA EL ENTORNO
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. De igual forma, el benceno,
una materia prima en la fabricación del
nailon, es un carcinógeno. 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. Se
han desarrollado algunos plásticos degradables,
pero ninguno ha demostrado ser válido
para las condiciones requeridas en la mayoría
de los vertederos de basuras. En definitiva,
la eliminación de los plásticos
representa un problema medioambiental. El método
más práctico para solucionar este
problema es el reciclaje, que se utiliza, por
ejemplo, con las botellas de bebidas gaseosas
fabricadas con tereftalato de polietileno. En
este caso, el reciclaje es un proceso bastante
sencillo. Se están desarrollando soluciones
más complejas para el tratamiento de
los plásticos mezclados de la basura,
que constituyen una parte muy visible, si bien
relativamente pequeña, de los residuos
sólidos. |