CONCEPTO E HISTORIA:
En primer lugar estudiaremos el significado de los términos plásticos y polímeros. Plástico proviene de la palabra griega plastikos, que significa susceptible de ser modelado o moldeado y Polímeros del griego poly: muchos, meros: parte o segmento. Los polímeros son materiales que están constituidos por muchas unidades llamadas monómeros, las cuales le proveen a estas macromoléculas pesos moleculares enormes en el orden de varios miles o mas. Es importante insistir que los términos polímeros y plásticos no son la misma cosa, los polímeros son la materia prima con que se preparan los plásticos.
Los polímeros naturales son aquellos que proceden de los seres vivos, como el ADN, celulosas y proteínas. Muchos de los materiales que utilizamos están hechos de polímeros sintéticos, es decir, macromoléculas creadas artificialmente en un laboratorio o en la industria. El polietileno de los envases plásticos, el poliuretano de las zapatillas y el rayón de una prenda de vestir son polímeros sintéticos. Los polímeros sintéticos son aquellos que se obtienen por síntesis ya sea en una industria o en un laboratorio.
En menos de 150 años, la sociedad se ha rodeado de polímeros sintéticos: ropa de nylon y poliéster, alfombras de polipropileno, coches con componentes plásticos de poliuretano y ruedas de cucho sintético; por otra parte se utilizan corazones artificiales y otros órganos hechos con polímeros de siliconas y muchos de los componentes de los bolígrafos, computadoras, juguetes y aparatos electrodomésticos están hechos de materiales poliméricos plásticos.
Hay dos clases de polímeros: los de adición y los de condensación. El polipropileno es un polímero por adición, esto quiere decir que se obtiene a partir de la adición rápida de una molécula a una cadena de polímeros en crecimiento, generalmente con un intermedio reactivo (catión, radical o anión) en el extremo del crecimiento de la cadena. La polimerización del PP se da mediante la polimerización de crecimiento de cadena radicalaria. En la polimerizacion por condensacion los monomeros se unen en la eliminacion simultanea de atomos o grupos de atomos mas pequenos. Algunos polimeros tipos de condensacion son el nailon, poliuretanos y los poliesteres.
La estereoquímica de los polímeros, se debe a la disposición enlazante cabeza-cola, con los sustituyentes en carbonos alternos de la cadena polimérica. La estereoquímica de los grupos laterales del polímero tienen un importante sobre las propiedades del polímero.
Isotáctico: los grupos laterales se encuentran principalmente al mismo lado de la cadena polimérica.
Sindiotáctico: si los grupos laterales se encuentran alternados a un lado y otro de la cadena.
Atáctico: si los grupos laterales se encuentran distribuidos al azar a los lados de la cadena polimérica.
Los polímeros estereoregulares isotácticos y sindiotácticos son más fuertes y más duros debido a su mayor cristalinidad (disposición de empaquetamiento regular).
Estructura y propiedades de los polímeros, a pesar de que los polímeros no cristalizan o se funden como las moléculas pequeñas, en un polímero se pueden detectar zonas cristalinas, denominadas cristalitas y se puede medir la temperatura a la que funden estas zonas cristalinas. La cristalinidad se puede definir como la cantidad relativa de polímero que está formando cristalitas y tamaño relativa de las cristalitas. Las cristalitas son las regiones cristalinas microscópicas que se encuentran dentro de un polímero sólido por debajo de la temperatura de fusión cristalina.
A temperatura baja, los polímeros de cadena larga tienen estructura frágil y vítrea. Son sólidos, no son flexibles y un impacto fuerte hace que se fracturen. Cuando se aumenta la temperatura, el polímero alcanza la temperatura de transición vítrea, Tg. A temperaturas superiores a Tg, el polímero altamente cristalino se hace flexible y moldeable, se denomina termoplástico, ya que la acción del calor lo convierte en plástico. Si la temperatura se sigue elevando, el polímero alcanza la temperatura de fusión cristalina Tm. A esta temperatura, las cristalitas se funden y las moléculas individuales pueden deslizarse unas sobre otras. A temperaturas superiores a Tm, el polímero es un líquido viscoso y se puede extrudir a través de hiladoras para formar fibras.
Los polímeros de baja cristalinidad, denomidados amorfos, cuando se calientan por encima de la Tg se vuelven elásticos, no tienen un punto de fusión definido.
La estructura química de un polímero incluye la composición, la constitución molecular y el
tamaño molecular.
La composición viene definida por la composición atómica y se expresa mediante el análisis elemental. Los polímeros orgánicos se caracterizan por la presencia inevitable de los átomos de carbono e hidrógeno. Otros átomos frecuentes, denominados heteroátomos, son el oxígeno, nitrógeno, azufre, fósforo, silicio y ciertos halógenos.
La constitución molecular determina de forma inequívoca la identidad de un polímero y comprende la constitución química, la arquitectura de la molécula y la configuración. Una molécula de polímero consiste en una cadena ininterrumpida de átomos (esqueleto o cadena principal) a la que por lo general, se unen otros átomos o grupos de átomos (grupos laterales). El segmento de cadena que con tamaño mínimo puede representar exactamente la estructura del polímero, se conoce como unidad constitucional repetitiva (UCR). Los extremos de la cadena principal se apartan de la constitución química del polímero pero por lo general se ignora su existencia y sólo se toman en consideración cuando las cadenas contienen un número moderado de UCR.
El tamaño molecular se define mediante valores promedios, dado el carácter polidisperso que invariablemente tienen los polímeros. Los pesos moleculares pueden oscilar entre unos cuantos miles y varios millones, y en el caso de los polímeros fuertemente entrecruzados, se puede considerar que el peso molecular es infinito. Por otro lado, la conformación se define como las diversas formas espaciales que puede tomar una molécula de polímero.
TIPOS DE POLÍMEROS:
• Acetalicás
Las primeras resinas acetalicás comerciales se realizaron en 1959. Son uno de los materiales termoplásticos más rígidos y resistentes que sean conocidos y ofrecen juntos un conjunto de excelentes propiedades como por ejemplo un elevado módulo de elasticidad, alta tenacidad, óptima resistencia a la fatiga, color blanco translúcido muy similar al Nylon. Se emplean sobretodo para la fabricación de piezas técnicas en los sectores más diferentes: desde los videocasete a los carburadores para automóviles, a los broche relámpago.
• Acetato de celulosa
Pertenece a la familia de las resinas celulósicas: como la Celuloide se obtiene mediante la modificación química de un polímero natural: la celulosa que es una de las substancias orgánicas más comunes en la naturaleza. El acetato de celulosa es la primera materia plástica estampada a inyección. Tiene el aspecto de un polvo blanco y debido a su aspecto agradable se utiliza sobretodo para la producción de manufactos transparentes, translúcidos y opacos entre los cuales las teclas para las máquinas de escribir y calculadoras, pulsadores, revestimiento de volantes para automóviles, empuñadura de cuchillos, tacos para zapatos, pantallas, vidrios de relojes, partes de máscaras de protección, plumas, mangos de paraguas, juguetes etc…
• ABS
produjeron sobretodo en los años Cincuenta. Sus propiedades fundamentales son la tenacidad, la resistencia al choque, la dureza superficial. Por todo esto se emplean sobretodo para la fabricación de muebles; componentes para la industria automovilística, chasis de televisores, radios, paneles y similares.
• Alquidicas
Los productos de base más importantes para la producción de resinas alquidicás son todavía hoy la glicerina y la anhídrido ftalica. Las primeras resinas alquidicás las obtuvo W.J.Smith en 1901, pero como materiales de estampado fueron desarrolladas sistemáticamente solamente a partir de 1948. Además de ser usadas en la industria de las pinturas, las alquidicás sirven para fabricar componentes para el sistema de encendido de los automóviles, interruptores eléctricos, aislantes para motores, componentes para la industria electrónica, eléctrica y televisiva.
• Ambar
Es una resina fósil de plantas coníferas extinguidas que existían especialmente en las costas del Mar Báltico durante el período Eocénico. Conocida desde la más remota antigüedad se utilizaba para la producción de objetos de ornamento con la técnica de grabado o de estampado a presión. Una de las primeras utilizaciones de la Baquelita ha sido la imitación del ámbar.• Asfalto
Materia orgánica natural a base de hidrocarburos que se ablanda con el calor. Es un material plástico de color negro. Su empleo es muy antiguo: ya 3000 años antes de Cristo se utilizaba para la impermeabilización de cuencas artificiales y conductos para el agua.
• Marfi
Se obtiene, como es conocido, de los colmillos de los animales y está constituido esencialmente por la dentina, o sea sales de calcio y otras substancias orgánicas. Se utilizaba antes de la invención de las materias plásticas para la fabricación de las teclas de los piano, mangos de los cuchillos, peines, bolas de billar. Es propio para sustituir el marfil en las bolas de billar que Hyatt llego a inventar la Celuloide. Todavía en 1970 se consumían 25.000 toneladas al año de marfil
• Alquitrán
Es un compuesto de diferentes tipos de hidrocarburos conocido desde la antigüedad como material cementicio y aislante. Es un material plástico que puede ser estampado añadiendo cargas minerales.
• Caseína formaldehído
Es una materia plástica natural de origen proteica obtenida de substancias orgánicas como la lecha, cuerno o de productos vegetales como semillas de soja, frumento I similares. Fue obtenida en 1897 por Adolph Spitteler y W. Kirsche partiendo del suero de la leche y de la formaldehído, mediante la acción de una enzima. La patente fue depositada en Bavari y sucesivamente extendida los Estados Unidos, a la Gran Bretaña y a Italia. Conocida con el nombre comercial Galalith (Galalite en Italia y Erinoid en el Reino Unido) se presentaba con un aspecto similar al de la Celuloide o bien al marfil o al cuerno artificial.
• Celuloide
Es la primera de la materia plásticas artificiales, inventadas por J.W. Hyatt iniciando del nitrato de celulosa y alcanfor. Los empleos de esta materia plásticas son infinitos gracias a la facilidad de elaboración, coloración, resistencia y resiliencia. Todos los objetos obtenidos con la Celuloide se elaboran a partir de semielaborados, tales como planchas, hojas, bastones, tubos, cintas, películas. La Celuloide se puede segar, cepillar, cortar, laminar, plegar, perforar, estirar, tornear, estampar a presión, cocida, enclavada, o engrapada, también se puede modelar calentándola simplemente con agua caliente o aire caliente; se puede encolar y decorar en superficie. En cambio no se puede someter a inyección ni a compresión ni tampoco trabajarla con el extrusor ya que se descompone sometiéndola a semejantes tecnologías.
• Compuestos
Los materiales compuestos o plásticos reforzados se obtienen mediante la combinación de una resina termofraguante como el poliester o las epoxídicas (epoxídicas) con un refuerzo a base de fibra de vidrio, fibra de carbono, tejido u otros. Esta combinación confiere al manufacturado características particulares de resistencia mecánica, tanto es así que con dichos compuestos se puede hoy construir: carrocerías para automóviles, carenas para embarcaciones, partes de aeromóbiles, y chasis de bicicleta.
•
Epoxídicas
Son resinas termofraguantes de una gran importancia técnica y comercial disponibles en el mercado a partir del 1946, inmediatamente después de la segunda guerra mundial. Los productores son numerosos en todo el mundo, sobre todo por el interés desarrollado en los últimos años en la fabricación de los mencionados compuestos hechos a base de resinas termofraguantes (como las epoxídicas y el poliester) con la agregación de refuerzos fibrosos que sirven para aumentar su resistencia mecánica. Además que para los materiales compuestos las epoxídicas se usan en los elementos de la industria electrotécnica, química y mecánica.
• Fenólicas
Las resinas fenólicas son las mas antiguas y aún hoy las mas usadas entre las resinas termofraguantes. Las desarrolló, como es sabido, L. H. Baekeland en el 1909 y tuvieron un gran éxito sobre todo en el periodo entre las dos guerras mundiales. Las masas de estampado fenólico se usan para fabricar elementos de la industria eléctrica, en radio, en televisión, en teléfonos y en la industria automovilística; además se fabrican piezas para el sector de los electrodomésticos, en el sector aerospacial y en la defensa.
• Fluoruratas
Las resinas fluoruratas son materiales termoplásticos producidos en los Estados Unidos a partir del 1950 y han tenido un gran éxito por sus características especialísimas. La más importante de las resinas fluorurate es el politetrafluoroetileno que se suministra generalmente en forma de semielaborado, sucesivamente trasformado con elaboración mecánica y al utensilio. Las resinas fluoruratas tienen diferentes aplicaciones que van desde los equipos para laboratorio a las fibras y a las películas especiales. Las características autolubricantes y antiroce rinden precioso el politetrafluoroetileno en la fabricación de engranajes industriales, prótesis quirúrgicas, revestimientos de baterías de cocina. Se emplea también en la fabricación de bombas, válvulas, filtros y elementos para vehículos espaciales.
• Goma laca
Es una substancia resinosa producida por algunos insectos que viven en colonias en las ramas de algunas plantas de las Indias Orientales. La goma laca es un material termoplástico soluble en alcohol con propiedades de aislamiento eléctrico, también se usa como barniz. Puede ser trabajada a inyección o mediante extrusión para obtener botones, cajas, marcos, dentaduras y artículos técnicos.
• Melamínicas
Las resinas melamínicas, como las uréicas, pertenecen al grupo de compuestos termofraguantes llamados aminoplasta. Las melamínicas se produjeron en forma industrial a partir del final de los años Treinta. Tienen una importancia fundamental en la fabricación de laminados y también para vajillas, platos, partes de electrodomésticos, muebles, artículos decorativos y elementos de aislamiento.
• Homopolímero
Homopolímero significa que la cadena molecular del polímero está constituida por numerosas unidades de la misma molécula. Un copolímero en cambio está constituido por más de una unidad de
la misma molécula, pero con moléculas diversas insertadas por casualidad, en diversos puntos a lo largo de la cadena. Esta diversidad permite obtener una mayor compacteza en las cadenas homopoliméricas.
De esto resulta un punto de fusión más elevado, mayor resistencia, una rigidez más elevada y mayor dureza de superficie respecto a los copolímeros. Esta características de los homopolímeros con respecto a los copolímeros, se encuentran en las resinas poliolefínica, poliamídica y acetalicás.
• Poliamida
Ninguno probablemente de los productos sintéticos ha conquistado tan rápidamente la popularidad de la cual gozan hoy las resinas poliamídicas que se conocen con el nombre comercial de la primera poliamida puesta en comercio en los Estados Unidos en el 1935: el Nylon. Los poliamidas se trabajan con casi todas las técnicas en uso para los materiales termoplásticos y es imposible listar todas las aplicaciones que interesan la industria automovilística, electrónica, electrotécnica, radio y televisión, engranajes de precisión, películas para embalaje de alimentos, instrumentos quirúrgicos, prótesis y vestuario.
• Polietileno
Se desarrolló industrialmente cincuenta años atrás en Inglaterra. Es una de las materias plásticas más difundida y más conocida. Existen varios procedimientos para la obtención del polietileno que varían entre ellas sobre todo en relación a la presión. Los tipos de polietileno obtenido tienen características diversas: a media, alta y baja densidad. Recientemente se ha desarrollado también un tipo de polietileno llamado de baja densidad lineal que tiene mejores características que el tradicional producido a baja densidad. Las características del polietileno se pueden resumir así: bajo costo, facilidad de elaboración, tenacidad y flexibilidad aún a bajas temperaturas, no tiene olor, y no es tóxico, transparencia. Además el poliestileno es un optimo aislante eléctrico. Los empleos son varios: desde los domésticos a los juguetes, al revestimiento de cables, botellas, a películas de embalaje, a las cierras para de uso agrícola a las tuberías.
• Polimetilmetacrilato
polímeros derivados del ácido acrílico, producido ya en los años Treinta, pero en escala industrial solamente durante la segunda guerra mundial. Con el polimetilmetacrilato Moholy-Nagy y Pevsner han producido las primeras esculturas “de objetos” de materia plástica. Es u material rígido, transparente, que posee una excepcional capacidad de transmisión de la luz, superior a la de los mismos vidrios inorgánicos. Estas características ópticas son a la base de las principales aplicaciones de polimetilmetacrilato que son enormes: desde la construcción civil al amueblado, a la señalización, a la industria automovilística, a la náutica, los electrodomésticos, los aparatos para laboratorio.
• Policarbonato
Tres sociedades, dos americanas y una alemana, anunciaban casi simultáneamente en 1957 de haber puesto a punto un procedimiento para la producción de los policarbonatos. El primer policarbonato comercial fue obtenido de todos modos en Alemania. Los policarbonatos mantienen sus características inalteradas entre los 140 y 100 °C. Poseen una dureza superficial apreciable, optimas propiedades aislantes y de resistencia a los agentes atmosféricos. Entre sus mayores calidades ese pueden nombrar las características estéticas y de transparencia. Se utilizan en la fabricación de partes para la industria mecánica y electrotécnica: cascos de protección para automovilistas - los astronautas que han alunado en la Luna utilizaban cascos en policarbonato - vidrios para ventanas, puertas d seguridad para los bancos, esferas para palos de la luz, escudos de protección para las fuerzas de policia.
• Poliester
Las resinas de poliester constituyen una familia bastante diferenciada y compleja de resinas sintéticas que se obtienen con una grande variedad de materias primas de partida. Las resinas poliester insáturas son líquidos más o menos viscosos de color amarillo pajizo que endurecen con el añadido de catalizadores. Su robusteza, flexibilidad y rigidez pueden ser modificadas con el añadido de aditivos, refuerzos que normalmente pueden ser fibra de vidrio o de carbono. Se emplean en la construcción civil, para conducturas, compuertas, puertas y ventanas, encofrado, vidrios, paneles decorativos; en la náutica más del noventa por ciento de los barcos está construido con resinas poliester reforzado y hoy en día se fabrican también unidades de guerra como por ejemplo los dragaminas y botes para el servicio guardacostas. En la industria de los transportes se fabrican con las resinas de poliester reforzado partes de autobuses, furgones, máquinas agrícolas, roulotte, vagones de ferrocarril. Hay numerosos otros empleos que van desde los botones a los trineos, a los aislantes eléctricos. Hasta los artistas utilizan las resinas de poliester.
• Polipropileno
Es la más nueva de las materias plásticas de masa y ha alcanzado en pocos años un desarrollo productivo y una variedad de aplicaciones sin precedentes. Fue obtenida por primera vez en 1954 por Giulio Natta, con la colaboración con los investigadores de la Montecatini, sociedad que fue la primera a desarrollar la producción de este elemento industrialmente. Similar al poliestileno a alta densidad tiene una densidad menor y posee una mayor densidad y dureza. Es el más rígido entre los polímeros poliofinicos y mantiene esta característica hasta sobre los 100 °C. Posee una apreciable resistencia a la abrasión y al calor, excelentes características dieléctricas de aislamiento, una especial resistencia a las flexiones reiteradas (10 millones de flexiones). Existen varios tipos de polipropileno en comercio. Los sectores de empleo son diferentes: desde los artículos sanitarios a los electrodomésticos, a los juguetes, a los componentes para la industria automovilística, a los artículos deportivos; desde los embalajes alimenticios a los empleos agricolas, a la señalización, a los muebles, a los componentes para la industria química.
• Poliestireno
Etileno y benzene son los materiales de inicio para la producción de la resina termoplástica poliestireno que se ha difundido durante los años Treinta y ha tenido un enorme éxito por cuanto es posible elaborarla mediante inyección, extrusión y soplado. Es imposible describir todos los empleos. El sector principal es el del embalaje. Sucesivamente se ha empleado en la industria de los juguetes, construcción civil, electrodomésticos, interruptores.
• Poliuretano
Son polímeros obtenidos mediante la poliadición de los isocianato y de los poliol. Han aparecido en comercio alrededor de 1941, primero en Alemania y hoy en día son producidos en todo el mundo. Se presentan con la forma de material rígido o bien flexible y esto permite un enorme esfera de aplicaciones. Se utilizan en forma flexible para fabricar cojines, colchones, muebles, revestimientos de tejidos y en forma rígida para empleos en la industria automovilística, construcción civil, amueblado. Pueden sustituir el cuero y la madera en la fabricación de revestimientos. Son un aislante térmico y acústico de óptima calidad.
• PVC
El cloruro de polivinil es la materia plástica más utilizada, junto con el poliestileno, el poliestireno y el polipropileno. Aún si las patentes sobre la producción del cloruro de polivinil son anteriores, el nacimiento de una verdadera industria del PVC se ha verificado pocos años antes del estallar de la segunda guerra mundial, e modo paralelo en Estados Unidos y Alemania. El PVC puede ser elaborado con casi todas las tecnologías utilizadas para los materiales plásticos y es imposible describir todas sus aplicaciones que incluyen: manufacturados rígidos, elásticos y esponjosos. Con el cloruro de polivinil se realizan aislantes para cables, enchufes, tomas de corriente, cajas de derivación, válvulas, bombas, persianas, tuberías para alcantarillado, tapices, revestimientos para interiores de automóviles, calzado, impermeables, juguetes, películas para utilizaciones agrícolas.
• Termofraguantes - Termoplásticos
Las materias plásticas se dividen en dos clases fundamentales: termofraguantes y termoplásticas. La diferenciación se basa sobre la estructura molecular de sus compuestos y sobre su comportamiento en presencia de calor en la fase de elaboración. Durante el estampado de un termoplástico no se verifica ninguna reacción química y el estampado no es irreversible por que las termoplásticas pueden ser llevadas al estado plástico y sucesivamente de nuevo al estado sólido sin que pierdan sensiblemente sus características. Las resinas termofraguantes se obtienen por policondensación. El policondensado es un material termofraguante porque en la fase de elaboración, cuando se caliente y se somete a la acción de la presión, se determina una reacción química que provoca una reestructuración de carácter irreversible de la molécula: una vez formado, un termofraguante no es más recuperable. Son termofraguantes por ejemplo, las resinas fenólicas, las melanímicas, las uréicas y el poliester.
• Uréicas
Son compuestos termofraguantes que se obtienen mediante la reacción de a urea con la formaldehído. Alrededor de 1929 estas resinas habían alcanzado un apreciable desarrollo comercial gracias a sus propiedades y al bajo costo. Como las melanímicas. Tienen el aspecto de un polvo finísimo blanco que se elabora generalmente por estampado a compresión dentro de un molde y con la acción del calor. El principal empleo de las resinas uréicas es el campo de los adhesivos y de las colas; como masas de estampado se utilizan para producir platos, partes de electrodomésticos, componentes eléctricos, teléfonos, aparatos radio, muebles.
PROPIEDADES:
Termoplásticos.
Son polímeros que pueden deformarse por acción de la temperatura, y fundirse si se eleva ésta suficientemente. Los principales son:
•Resinas celulósicas: obtenidas a partir de la celulosa, el material constituyente de la parte leñosa de las plantas. Pertenece a este grupo el rayón.
•Polietilenos y derivados: Emplean como materia prima el etileno obtenido del craqueo del petróleo, que tratado posteriormente permite obtener diferentes monómeros como el acetato de vinilo, alcohol vinílico, cloruro de vinilo, etc. Pertenecen a este grupo el PVC, el Poliestireno, el Metacrilato, etc.
•Derivados de las proteínas: Pertenecen a este grupo el nylon y el perlón, obtenidos a partir de las diamidas.
•Derivados del caucho: Son ejemplo de este grupo los llamados comercialmente pliofilmes clorhidratos de caucho obtenidos adicionando a los polímeros de caucho ácido clorhídrico.
Termoestables.
Son materiales rígidos que no funden. Generalmente para su obtención se parte de un aldehído.
•Polímeros del fenol: Son plásticos duros, insolubles e infusibles, pero si durante su fabricación se emplea un exceso de fenol, se obtienen termoplásticos.
•Aminoplásticos: Polímeros de urea y derivados. Pertenece a este grupo la melamina.
•Poliésteres: Resinas procedentes de la esterificación de polialcoholes, que suelen emplearse en barnices. Si el ácido no está en exceso, se obtienen termoplásticos. Pueden ser tanto naturales como artificiales.
Elastómeros.
Se caracterizan por su elevada elasticidad y la capacidad de estirarse, recuperando su forma primitiva una vez que se retira la fuerza que los deformaba. Comprende los cauchos naturales y sintéticos; entre estos últimos se encuentran el neopreno y los derivados del butadieno (cauchos buna).
