PLASTICS FDD2013V

ANIVERSARIO UBB 1947 I 2014

La Universidad de l a Región del B iobío

Proyecto: Fondo de Desarrollo de la Docencia 2013 Código FDD 2013-05

Libro electrónico para la comprensión y aprendizaje de características, estructura y procesos productivos asociados a materiales poliméricos

Departamento de Arte y E

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DISEÑ O IN DUSTR IAL

Tecnologías del Diseño

UNIVERSIDAD :: D E L : : B I O B I O

“Libro electrónico para la comprensión y aprendizaje de características, estructura y procesos productivos asociados a materiales poliméricos” FDD2013-05 Financiamiento Vicerrectoría Académica, Dirección de Docencia de la Universidad del Bío-Bío Fondo de Desarrollo de la Docencia Universidad del Bío-Bío, Concepción CHILE Autor y Director del Proyecto FDD2013-05 Alonso Rebolledo Arellano

Investigador del Departamento de Arte y Tecnologías del Diseño, Docente de la Escuela de Diseño Industrial, Investigador Asociado CIPA

Colaboradores Juan Carlos Briede Westermeyer

Director Alterno, Investigador del Departamento de Arte y Tecnologías del Diseño, Docente de la Escuela de Diseño Industrial

Samuel Soto Guzmán

Colaborador, Investigador del Departamento de Arte y Tecnologías del Diseño, Docente de la Escuela de Diseño Industrial, Investigador Asociado CIPA

Ximena Bustos Palacios

Colaborador, Investigador CIPA Jefe Área Adhesivos y Reciclaje

Diseño y Diagramación Alonso Rebolledo Arellano

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El director del proyecto FDD201305, en su deseo de mejorar el contenido del ebook, agradecerá cualquier sugerencia que los lectores hagan al correo electrónico: alonsorebolledo3@gmail.com

Queda rigurosamente prohibida, sin la autorización escrita del autor, bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproducción parcial o total de esta obra por cualquier medio o procedimiento, incluidos la reprografía y el tratamiento informático.

El libro digital es de distribución gratuita en apoyo académico y estudiantil.

• Las imágenes utilizadas en esta publicación digital están catalogadas bajo licencia de libre uso.

• Las fotografías de la sección CIPA fueron tomadas en abril del 2013 por Alonso Rebolledo Arellano •

Agradecimientos

Vicerrectoría Académica, Dirección de Docencia de la Universidad del Bío-Bío, Fondo de Desarrollo de la Docencia (FDD) CIPA, Centro de Investigación de Polímeros Avanzados

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Presentación

El ebook que aquí se presenta nace de una interrogante personal en relación a que conocimiento teórico y práctico maneján los alumnos de pregrado en temas vinculados a materiales poliméricos. ¿Cuáles son sus procesos productivos, orígenes, clasificación, reciclaje y durabilidad de los mismos?. Más de alguna vez hemos observado la base de un objeto confeccionado en plástico dándonos cuenta de la simbología utilizada de un número rodeado de tres flechas formado un triángulo, o tal vez, con un espíritu de curiosidad, nos cuestionamos como se fabrica un tubo de PVC o un envase de shampoo.

El origen del plástico nace con la civilización. Ya en el año 3300 a.c los egipcios embalsamaban a sus momias con resina natural como agente que proporcionaba protección en la vida eterna de los faraones. La palabra momia viene del árabe “mummia” que significa betún. También usaban asta 1 natural para fabricar objetos tales como jarrones o para moldear figuras; este material también fue usado en la Europa de la edad media en la confección de peines, artículos de cocina, etc.

Durante el siglo XIX y XX científicos-pioneros como Charles Goodyear, Alexander Parker, Wesley Hyatt, Leo Baekeland, entre otros, se destacaron en sus investigaciones, mediante procesos sistemáticos no exentos de errores y del azar, de ellos nace el neumático y la baquelita, entre otros. Gracias a ellos hoy estamos rodeados de objetos construidos con materiales poliméricos.

La aplicación de este material a ido abarcando diversas áreas, es así, que lo podemos encontrar en productos de cocina, construcción, mobiliario, arquitectura, medios de transporte, etc. Es sin duda un acompañante del diario vivir.

El ebook se basa en una recopilación de artículos científicos, información de centros de investigación en plásticos, a demás, de recopilación de procesos productivos de empresas manufactureras del área nacionales y extranjeras, y se complementa con esquemas de fácil compresión y con link a vídeos de la web.

Mg.Alonso Rebolledo A. Docente Unversidad del Bío-Bío Investigador Asociado CIPA

1

Las propiedades que hacen que este material sea interesante es que: no se corroe,

es flexible, no se oxida, se doblaba sin romperse. Los asteros medievales ablandaban este material en baños de agua hirviendo o sumergiéndolas en soluciones alcalinas. La extracción de la masa de tejido y la limpieza de la membrana viscosa del interior del cuerno eran tareas sucias que estaban asociadas con los fuertes malos olores de los cuernos hervidos. Las principales aplicaciones del asta natural eran: botones y faroles.

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El entendimiento de los materiales poliméricos, coloquialmente llamados plásticos, resulta de vital importancia. Están presentes, por ejemplo, en nuestra alimentación, en la vivienda, en las comunicaciones, en el transporte y en actividades de recreación tales como los deportes y el cine. Principalmente porque reúnen una serie de condiciones idóneas para desempeñarse en una infinidad de áreas, y a pesar de los graves impactos ambientales que su producción a generado en el mundo, hoy en día es impensado su total reemplazo. Por esta razón creemos en el valor de esta publicación, ya que contribuye a comprender en mayor medida los diversos tipos de materiales poliméricos que existen y sus propiedades. Esto sin duda es un insumo para que las nuevas generaciones sean propositivas en relación al uso responsable de materiales poliméricos, y también, desde la ingeniería y el diseño ofrecer un espacio a materiales alternativos con base en materias primas de origen natural y reciclado, trabajo en el que desde CIPA realizamos innumerables esfuerzos.

Dr.Claudio Toro A. Director Ejecutivo CIPA c.toro@cipachile.cl Fondo de Desarrollo a la Docencia FDD2013-05

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Formulación General del Proyecto FDD 2013-05

Identificación del Problema

En la instancia de proponer un proyecto de diseño, independientemente de la carrera que este estudiando el alumno, es importante analizar y comprender las características y atributos de las materias primas, así como también, los procesos productivos involucrados en la materialización formal de esta.

Este análisis ayuda a tomar decisiones acertadas al momento de diseñar y construir un prototipo.

Hoy el alumno puede proyectar sin inconvenientes en el área de la madera ya que nuestra universidad es referente nacional en investigación y procesos asociados, así mismo pasa en el área de la ingeniería y de la construcción, a diferencia de lo anterior, la exploración en el área de los materiales poliméricos está desarrollada teóricamente de manera compleja y poco clara de entender por parte del alumno. No se comunica de una manera didáctica y sencilla las diversas cualidades, atributos y transformaciones productivas que se pueden aplicar en esta área.

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Objetivo General Objetivos Específicos y Resultados Esperados Construir un libro digital (ebook) para plataformas Android y IOS que enseñe y comunique al alumno de manera efectiva y didáctica la estructura, propiedades, procesos productivos, materias primas y aplicaciones asociado a materiales poliméricos, incorporando contenido teórico además de animaciones interactivas, esquemas y gráficos.

Comunicar por medio de animaciones virtuales con el fin de facilitar la comprensión por parte de los alumnos de los diversos procesos industriales relacionados con las maquinarias de la industria del plástico.

Diferenciar las variedades de la transformación del plástico como lo son: moldeo por inyección, extrusión, termomoldeado, soplado, moldeo por transferencia, etc.

Propuestas de diseño en base a una información relevante y actualizada teniendo en cuenta las posibilidades constructivas y estructurales de los plásticos. Lo atractivo que resulta estudiar y comprender materias complejas en un libro digital radica en la articulación de diversos recursos comunicacionales.

Por un lado al incorporar animaciones de procesos de transformación del plástico permite visualizar paso a paso como esto sucede. Este recurso de la animación se contrasta con lo existente: solo se muestra la imagen de un máquina o un esquema de un proceso (sea en un libro convencional o la web).

Además la incorporación de esquemas y productos obtenidos de estos procesos ayuda al alumno prospectar acertadamente al momento de diseñar.

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Así mismo al ser un libro digital permite asegurar: un alto grado de compartir a grandes volúmenes asociado a un costo mínimo, además de su flexibilidad que le permite insertar marcadores, anotaciones, link a otros autores o publicaciones, etc.

Definiciones y Clasificación de los Plásticos

La palabra polímero significa, literalmente, “muchas partes”. En este sentido, puede considerarse como un material polimérico sólido aquel que contiene múltiples partes o unidades enlazadas químicamente y que están unidas entre sí para formar un sólido.

Los plásticos son un grupo grande y variado de materiales sintéticos, que se procesan para darles forma por moldeo o deformación. Así como existen muchos tipos de metales, como el aluminio y el cobre, también se cuenta con muchos tipos de plásticos, como el polietileno y el nailon.

Los plásticos son materiales de ingeniería importantes por múltiples razones. Tienen una amplia variedad de propiedades, de las cuales algunas son imposibles de obtener con cualquier otro material, y en la mayoría de los casos su costo es relativamente bajo.

El uso de los plásticos en diseños de ingeniería mecánica ofrece múltiples ventajas, entre las que se incluyen: ahorro de partes debido al diseño de ingeniería con plásticos, menos operaciones de acabado, simplificación del ensamble, menor peso, reducción de ruido y, en ciertos casos, la no necesidad de lubricar algunas partes. Los plásticos también son muy útiles para diversos diseños de ingeniería eléctrica, principalmente por sus excelentes propiedades aislantes. Las aplicaciones eléctricas y electrónicas de los materiales plásticos incluyen conectores, interruptores, relés, unidades de sintonización de TV, formas para bobinas, tableros de circuitos integrados y componentes de computadora.

La cantidad de materiales plásticos que se usan en la industria ha aumentado en forma notable. Un buen ejemplo del aumento del uso industrial de los plásticos se observa en la fabricación de automóviles. Los ingenieros que diseñaron el Cadillac 1959 se asombraban de haber puesto 25 libras de plásticos en ese vehículo. En 1980 el promedio era de 200 libras de plástico en cada auto. El uso de los plásticos en el automóvil de 1990 fue de casi 300 libras por vehículo. Es verdad que no todas las industrias han incrementado el uso de plásticos como la industria automotriz, pero en las décadas recientes ha habido un aumento generalizado en el uso de los plásticos en la industria. De hecho,

Focos delanteros del Cadillac 59

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La palabra polímero significa literalmente “muchas partes”

plástico se refiere a un estado del material, pero no al material en sí: los polímeros sintéticos habitualmente llamados plásticos, son en realidad materiales sintéticos que pueden alcanzar el estado plástico, esto es cuando el material se encuentra viscoso o fluido, y no tiene propiedades de resistencia a esfuerzos mecánicos. Este estado se alcanza cuando el material en estado sólido se transforma en estado plástico generalmente por calentamiento, y es ideal para los diferentes procesos productivos ya que en este estado es cuando el material puede manipularse de las distintas formas que existen en la actualidad. Así que la palabra plástico es una forma de referirse a materiales sintéticos capaces de entrar en un estado plástico, pero plástico no es necesariamente el grupo de materiales a los que cotidianamente hace referencia esta palabra.

Las propiedades y características de la mayoría de los plásticos (aunque no siempre se cumplen en determinados plásticos especiales) son estas 1. Fáciles de trabajar y moldear 2. Tienen un bajo costo de producción 3. Poseen baja densidad 4. Suelen ser impermeables 5. Buenos aislantes eléctricos 6. Aceptables aislantes acústicos 7. Buenos aislantes térmicos, aunque la mayoría no resisten temperaturas muy elevadas 8. Resistentes a la corrosión y a muchos factores químicos 9. Algunos no son biodegradables ni fáciles de reciclar, y si se queman, son muy contaminantes

Piezas de plástico para uso en la industria del juguete

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Durabilidad de los Plásticos

Predecir la durabilidad de un producto en función de las agresiones que éste sufrirá durante su “vida útil” es un continuo reto para los fabricantes de materia prima plástica, los fabricantes de equipos que “imitan” esas agresiones de forma acelerada y los laboratorios de ensayo a los que se nos demanda muchas veces predecir el tiempo mínimo en el que un producto funcionará correctamente. Además de las tensiones por fatiga, vibración o ataques químicos que aparecen con el uso continuado, un producto puede encontrarse sometido a unas determinadas condiciones ambientales de temperatura, humedad y radiación solar que hagan peligrar los requerimientos estéticos, funcionales o de seguridad que se esperan de él.

Parece lógico pensar que exponer a los productos a las condiciones esperadas de servicio, o mejor aún, a las peores condiciones a las que deban enfrentarse, es una forma de estudiar su comportamiento.

Aunque predecir el envejecimiento o degradación que un producto o material va a padecer por culpa de factores aislados o combinados de frío, calor o lluvia a lo largo del tiempo no es más que una estimación, existen determinadas herramientas que podemos utilizar para predecir cómo van a soportar el paso del tiempo nuestros productos: los ensayos climáticos.

Cámaras climáticas, estos ensayos están normalizados bajo documentación que describe minuciosamente ciclos de frío, calor, ciclos de calor húmedo o ciclos compuestos de temperatura o humedad.

La duración de estos “envejecimientos acelerados” también suele estar concretada en las normas, aunque es práctica habitual adaptar la duración del ensayo y la agresividad en las temperaturas extremas en función de los requisitos de durabilidad y de las exigencias requeridas al producto final.

Por ejemplo, en el sector de automoción cada uno de los fabricantes de automóviles tiene su propia normativa para simular el comportamiento de los componentes que, incorporados en el interior del vehículo, van a sufrir cambios de temperatura y radiación extremos. Pues bien, en este tipo de ensayos, la ubicación final del componente dentro del habitáculo del coche va a determinar las temperaturas extremas del ciclo, de tal manera que para componentes situados por encima de la línea de la cintura y por tanto con mayor exposición solar, van a Interior BMW 320i modelo 2008 tener que superar un ensayo

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Todos hemos oído alguna vez eso de que los plásticos no aguantan el sol, se que blanquean con el tiempo, que se hacen más rígidos y frágiles con el paso del tiempo, etc.

Pero, ¿qué garantía ofrecen los materiales plásticos al paso del tiempo?

más exigente que aquel componente que esté por debajo de la línea de la cintura o a ras de suelo como pueda ser la moqueta en la que descansan nuestros pies mientras conducimos.

No olvidemos que los materiales plásticos son materiales sintéticos obtenidos mediante procesos de polimerización o multiplicación de los átomos de carbono en largas cadenas moleculares de compuestos orgánicos derivados del petróleo y otras sustancias naturales. La movilidad de esas largas cadenas depende básicamente de la temperatura del entorno y, por supuesto, afecta directamente a las propiedades de los plásticos.

Debido a su naturaleza, durante los ensayos climáticos y de envejecimiento, el movimiento de esas cadenas moleculares o la rotura de las mismas afecta a las propiedades del plástico, casi siempre para empeorarlas. Veamos cómo afectan algunos agentes climáticos: Frío: Las bajas temperaturas, por debajo de la temperatura de transición vítrea del material, inmovilizan las cadenas, volviendo el material frágil y quebradizo. Esto es así porque las cadenas no pueden deformarse para absorber esfuerzos.

Calor seco: Las altas temperaturas provocan la movilidad de las moléculas, provocando cambios en la estructura cristalina y por lo tanto en las propiedades del material. Además el calor favorece mucho los fenómenos de migración, por lo que efectos como la pérdida de plastificantes se acelera pues migran a la superficie.

Calor + humedad alta: Los polímeros polares (PA, PET, PUR,…) son capaces de absorber gran cantidad de agua, provocando diversos cambios tanto a nivel estructural como en propiedades finales. Esta absorción de agua afecta algunas propiedades: Altera estabilidad dimensional. - Reduce resistencia y dureza, aumenta tenacidad. - Disminuye la resistencia eléctrica.

El agua puede actuar como un plastificante (necesario en casos como las poliamidas) o ser perjudicial, ya que puede provocar la hidrólisis de algunos polímeros en combinación con elevadas temperaturas (por ejemplo en el PET).

Ciclos frío-calor: Los cambios de temperatura y humedad generan tensiones en el material que favorecen la aparición de grietas, roturas, cambios dimensionales, etc.

Todos estos factores y los daños que producen los factores climáticos bien de forma natural o artificialmente acelerando el proceso, deben ser evaluados y a ser posible cuantificados.

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Propiedades Mecánicas

La formación de los plásticos y el tipo de fuerzas de unión explica la estructura poco compacta de la que están formados.

Destacando comportamientos como: 1. Baja resistencia mecánica y bajo módulo de elasticidad (rigidez) 2. Las propiedades mecánicas dependen del tiempo (fluencia, relajación) incluso a temperatura ambiente, sobretodo los termoplásticos 3. Dependencia de la temperatura inclusive en intervalos poco elevados por parte de los termoplásticos 4. Gran sensibilidad al impacto y a la entalla, sin embargo hay grandes diferencias desde quebradizos (PS, PMMA) hasta más resistentes (PC, PA) Los termoestables son quebradizos ya que carecen de posible deslizamiento interior. Algunos termoplásticos (PA, PE) se someten a estirado, con lo que las zonas de cristalitas se orientan en la dirección del estirado. La fuerza del enlace de valencia principal se deja notar manifestando una gran resistencia en la da dirección del estirado, lo que es aprovechado para fabricar fibras y bandas. El comportamiento interno de deformación y recuperación les aporta una gran atenuación y además se produce un calentamiento si la velocidad de aplicación y las frecuencias del esfuerzo realizado son elevadas en los plásticos reforzados, el comportamiento mecánico varía en función de la cantidad y el tipo de cargas y materiales de refuerzo que contienen.

Cinta a base de nitrato de celulosa, que se obtiene usando nitrocelulosa y alcanfor

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Propiedades Térmicas

A lo largo de todo el intervalo de temperaturas los termoestables son quebradizos, ni se reblandecen ni funden, por lo que no puede cambiarse su forma y tampoco pueden soldarse. Al rebasar la temperatura de descomposición se produce una ligera pérdida de rigidez.

A bajas temperaturas los termoplásticos se vuelven quebradizos.

Al aumentar la temperatura se produce un descenso constante del módulo de elasticidad (disminuye la rigidez).

Los termoplásticos amorfos se reblandecen al aumentar la temperatura llegando a un estado termoplástico. En ese momento pueden deformarse y al enfriarse quedan con la forma dada (termoconformado). Los termoplásticos semicristalinos poseen en el intervalo de temperaturas de uso zonas amorfas y cristalinas. Con el aumento de temperatura sólo podrán cambiarse de forma si se alcanza la temperatura de fusión de los fragmentos cristalinos. Después pasan al estado termoplástico caracterizado porque el plástico se vuelve transparente. Con el aumento de temperatura los plásticos sufren una gran dilatación volumétrica. Esta dilatación en los plásticos reforzados es menor y va en función del tipo y cantidad de material de refuerzo. La conductividad térmica es baja ya que los electrones carecen de movilidad. Son buenos aislantes térmicos, sobretodo los materiales espumados debido a los gases ocluidos que contienen.

Piezas de la empresa LEGO diseñadas por Ole Kirk Christiansen

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Propiedades Eléctricas

Humedad y Permeabilidad

Fricción y Desgaste

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Al no disponer de electrones libres móviles, los plásticos son buenos aislantes eléctricos por ello son muy utilizados en electrónica y electrotecnia. La rigidez dieléctrica, la resistencia superficial y transversal, las propiedades dieléctricas y la resistencia a las propiedades parasitarias son las más importantes propiedades eléctricas.

La absorción de humedad varía mucho según el tipo de plástico.

Los plásticos no polares (PS, PP, PE) Absorben muy poco agua, los polares (PUR, celulosa) absorben algo más y en grandes cantidades las poliamidas. La permeabilidad depende del plástico pero cuando es laminado también el grosor y la temperatura de la lámina. En ciertos usos, como pueden ser envases, la permeabilidad de gases y agua es muy importante.

El comportamiento a fricción o desgaste de un plástico es muy complicado y está caracterizado por la interacción del par de materiales involucrados, la estructura superficial, el lubricante, la carga específica y la velocidad de deslizamiento. Por ello debe analizarse el comportamiento por pares de materiales, ya que uno influye sobre el otro.

Clasificación de los Plásticos

POLÍMEROS

Por su Naturaleza

Los plásticos naturales se obtienen directamente de materia primas (látex, la caseína de la leche y la celulosa)

Los plásticos sintéticos se elaboran a partir de compuestos derivados del petróleo, el gas natural o el carbón. La mayoría de plásticos pertenecen a este grupo.

Naturales

Sintéticos

Por su Estructura Interna

Termoplásticos

Termoestables

Elastómeros

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Son aquellos que por su estructura interna, formada por cadenas lineales, se desarman fácilmente con el calor y se reconstruyen al enfriarse, pueden fundirse y volver a fabricarse muchas veces.

Tienen buena capacidad para el reciclado.

Son aquellos que por su estructura interna, formada por cadenas entrecruzadas, se degradan con el calor antes de que el plástico se funda, solo pueden fundirse y fabricarse una vez. Poca capacidad de reciclado.

Son un tipo de termoestables,con lo cual solo pueden fundirse una vez, pero debido a su estructura interna con cadenas ramificadas, presentan un elevado grado de elasticidad.

Plásticos Termoplásticos Un termoplástico es un plástico que, a temperaturas relativamente altas se vuelve deformable o flexible, se derrite cuando se calienta y se endurece en un estado de transición vítrea cuando se enfría lo suficiente. La mayor parte de los termoplásticos son polímeros de alto peso molecular, los cuales poseen cadenas asociadas por medio de fuerzas de Van der Waals débiles (polietileno); fuertes interacciones dipolo-dipolo y enlace de hidrógeno, o incluso anillos aromáticos apilados (poliestireno). Los polímeros termoplásticos difieren de los polímeros termoestables o termofijos en que después de calentarse y moldearse pueden recalentarse y formar otros objetos.

Sus propiedades físicas cambian gradualmente si se funden y se moldean varias veces (historial térmico), generalmente disminuyendo estas propiedades al debilitar los enlaces. Se diferencian de los termoestables o termofijos (baquelita, goma vulcanizada) en que éstos últimos no funden al elevarlos a altas temperaturas, sino que se queman, siendo imposible volver a moldearlos. Muchos de los termoplásticos conocidos pueden ser resultado de la suma de varios polímeros, como es el caso del vinilo, que es una mezcla de polietileno y polipropileno.

NOMBRE

PROPIEDADES

APLICACIONES

Policloruro de Vinilo (PVC)

Amplio rango de dureza, Impermeable

Tubos, desagües, puertas, ventanas

Poliestireno (PS)

Duro

Transparente, pigmentable

Juguetes

Expandido (porexpán)

Esponjoso y blanco

Aislamiento térmico y acústico, envasado

Alta Densidad

Rígido, resistente y transparente

Utensilios domésticos

Baja Densidad

Polietileno (PE)

Blanco, ligero y transparente

Depósitos, envases alimenticios

Metacrilato (Plexiglás)

Transparente

Faros, ventanas, gafas de protección, relojes

Teflón (Fluorocarbonato)

Deslizante, antideslizante

Sartenes, ollas, superficies de encimeras

Nailon (PA Poliamida)

Flexible, resistente a la tracción, traslucido y brillante

Hilo de pescar, levas, engranajes, tejidos

Celofán

Transparente con o sin color, flexible, resistente, brillante y adherente

Envasado, empaquetado, embalaje

Polipropileno (PP)

Traslucido

Tapas de envases, bolsas, carcasas

Poliéster (PET)

Resistente

Botellas de agua, envases de shampoo

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Plásticos Termoestables Los polímeros termoestables son polímeros infusibles e insolubles. La razón de tal comportamiento estriba en que las cadenas de estos materiales forman una red tridimensional espacial, entrelazándose con fuertes enlaces covalentes.

La estructura así formada es un conglomerado de cadenas entrelazadas dando la apariencia y funcionando como una macromolécula, que al elevarse la temperatura de ésta, simplemente las cadenas se compactan más haciendo al polímero más resistente hasta el punto en que se degrada.

Los plásticos termoestables poseen algunas propiedades ventajosas respecto a los termoplásticos. Por ejemplo, mejor resistencia al impacto, a los solventes, a la permeación de gases y a las temperaturas extremas. Entre las desventajas se encuentran, generalmente, la dificultad de procesamiento, la necesidad del curado, el carácter quebradizo del material (frágil) y el no presentar reforzamiento al someterlo a tensión.

NOMBRE

PROPIEDADES

APLICACIONES

Poliuretano (PUR)

Esponjosa y flexible. Blando macizo. Elástico y adherente

Espuma

para

colchones

y

asientos,

esponjas,

aislamientos térmicos y acústicos, juntas, correas de transmisión de movimientos, ruedas de fricción, Resinas Fenólicas (PH) Baquelitas

Melamina

pegamentos y barnices.

Con fibras de vidrio resistentes al choque.

Mangos y asas de utensilios de cocina, ruedas dentadas,

Con amianto son termorresistentes. Color negro o muy oscuro. Aislantes

carcasas de electrodomésticos, aspiradores, aparatos

eléctricos

de teléfonos, enchufes, interruptores, ceniceros.

Ligera. Resistente y considerable dureza. Sin olor ni sabor. Aislante térmico

Accesorios eléctricos, aislantes térmicos y acústicos.

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Encimeras de cocinas, vajillas, recipientes de alimentos

Elastómeros Los elastómeros son aquellos tipos de compuestos que están incluidos no metales en ellos, que muestran un comportamiento elástico. El término, que proviene de polímero elástico, es a veces intercambiable con el término goma, que es más adecuado para referirse a vulcanizados. Cada uno de los monómeros que se unen entre sí para formar el polímero está normalmente compuesto de carbono, hidrógeno, oxígeno o silicio. Los elastómeros son polímeros amorfos que se encuentran sobre su temperatura de transición vítrea (Tg), de ahí esa considerable capacidad de deformación.

A temperatura ambiente las gomas son relativamente blandas y deformables.

Se usan principalmente para cierres herméticos, adhesivos y partes flexibles.

Comenzaron a utilizarse a finales del siglo XIX, dando lugar a aplicaciones hasta entonces imposibles (como los neumáticos de automóvil).

NOMBRE

OBTENCIÓN

PROPIEDADES

APLICACIONES

Caucho natural

Látex

Resistente e inerte

Aislamiento térmico y eléctrico, colchones, neumáticos

Caucho sintético

Derivados del Petróleo

Resistentes a agentes químicos

Neumáticos, volantes, parachoques, pavimentos, tuberías, mangas, esponjas de baño, guantes, colchones

Neopreno

Caucho sintético

Mejora las propiedades del caucho sintético: es más puro y resistente. Impermeable

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Trajes de inmersión, juntas, mangueras

Referencias Históricas y Evolución de los Plásticos por: Sergio García / Universidad Politécnica de Valencia

Los Polímeros Naturales Antes de crearse los polímeros, la madre naturaleza era la única y exclusiva fuente de materiales con que el hombre contaba para la realización de sus herramientas, útiles y objetos de uso cotidiano.

Insecto atrapado en resina de ámbar, Península de Samland (Rusia)

Las propiedades que ofrecían las piedras, las maderas o los metales no satisfacían todas las demandas existentes así que, el hombre en su innato afán de investigación y búsqueda comenzó a aplicar sustancias que suplieran estas carencias; se manipulan los polímeros naturales: el ámbar, el hasta natural, la goma laca y la gutapercha son los precursores de los polímeros actuales.

En la naturaleza, encontramos al ámbar como una resina de coníferas que tras derramarse del árbol, endureció y atrapó en su interior a insectos o plantas que quedando incluidos en ella han llegado hasta nosotros como fieles testimonios del pasado.

Avanzando en el transcurso de la historia, se tiene conocimiento de que los egipcios en el año 2000 a.c, en la época de los faraones, además de usar resinas naturales para embalsamar a sus muertos también usaban el asta natural calentándolo para moldear figuras y recipientes.

El asta natural del mismo modo tuvo sus aplicaciones en Europa durante el medievo, los trabajadores del cuerno (asteros) realizaban objetos cotidianos con este material, como cucharas, peines o faroles.

La goma laca es un polímero natural producido por las secreciones de la hembra de un chinche llamado lac, originaria de la India y el sudeste de Asia.

Esta secreción endurecida se disuelve en alcohol, y se puede aplicar sobre superficies produciendo un recubrimiento brillante, impermeable y casi transparente.

Por último, la gutapercha es una goma vegetal similar al caucho que se extraía por sangrado al practicar incisiones a determinados árboles que se hallan en las Indias orientales y en Indonesia. Los indígenas la utilizan para recubrir objetos y recipientes.

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Dejando atrás los polímeros naturales, surgen los primeros pasos hacia estireno, componente a partir del cuál, más adelante nacería el poliestireno y las resinas de poliéster. Pedro Pablo Gallardo relata como se hayan los primeros indicios ya en el año 1786, cuando en el “Diccionario de la Química Práctica y Teórica” escrito por William Nicholson, describe como se destila el estorax, un bálsamo obtenido del árbol Liquambar orientalis.

“Durante el siglo XIX, tuvo lugar el descubrimiento del caucho, la caseína, la ebonita y el celuloide” Fondo de Desarrollo a la Docencia FDD2013-05

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Durante el siglo XIX, tuvo lugar el descubrimiento del caucho, la caseína, la ebonita y el celuloide, materiales considerados como los antecesores o padres de los plásticos modernos: en la publicación “Aplicaciones del Plástico en la Construcción”, su autor Juan de Cusa, relata cuando se tuvo noticia de la creación del caucho, en 1820, cuando se consiguió una masa plástica al triturar y mezclar goma cruda con una máquina ideada en Inglaterra por Thomas Hancock, el inconveniente es que la naturaleza de esta materia, no la permitía mantener una forma específica al ser extraída del molde, se deformaba y se aplastaba sobre si misma por el efecto de la fuerza de la gravedad, el aire no la secaba, una materia así no era útil. Del mismo modo el autor nos explica como en 1839, Charles Goodyear remata la fase originada por Handcock, pues consigue transformar accidentalmente el caucho crudo en una material resistente y elástico al vulcanizarlo con azufre. Handcock lo denominó Vulcanización, término que deriva del dios Vulcano (dios del fuego). De esta forma nació el material con el que se realizarían los neumáticos en una industria automovilística cada vez más creciente. Asimismo, Juan de Cusa nos da a conocer quien creó la Galatita y de que materias deriva este nuevo polímero: “En 1895 Emil Bertiner materializa la Galatita, producto derivado de la caseína tratada con formol. El curioso nombre procede de la voz griega compuesta por gala, leche y litos, piedra.

Literalmente leche de piedra”. Nuevamente Pedro Pablo Gallardo nos comenta en su trabajo como otras materias se empiezan a fabricar a nivel industrial: la ebonita, obtenida en 1851 es un

producto el de caucho endurecido resultante de añadir hasta un 50% de azufre al caucho, fruto de los trabajos de experimentación llevados a cabo por Handcock y Goodyear. Charles Goodyear posteriormente patentó el proceso. Un hecho destacable es el acaecido en 1855 cuando tiene lugar el descubrimiento de un nuevo material resultante de la disolución de dos elementos, se lo denominó Parkesita, conocido actualmente como celuloide.

El nombre viene de su inventor el inglés Alexander Parker; el como se inventó y que particularidades tiene la Parkesita nos lo especifica Juan de Cusa en breves líneas: “Descubrió que el nitrato de celulosa se disuelve en alcanfor fundido, con la ayuda de calor y que al enfriarse la disolución, antes de convertirse en una masa dura, pasaba por una fase intermedia de plasticidad, durante cuyo transcurso podía ser objeto de moldeo”.

La Parkesita evolucionó hacia otro material, los autores del trabajo Industria del plástico, Richardson y Lokensgard nos indican que después en 1870, Wesley Hyatt, basándose en la Parkesita (que a Parkes se le olvidó patentar), crea y patenta el celuloide, material más avanzado, resultante de la mezcla de piroxilina con goma de alcanfor pulverizada y con el que ganó una recompensa ofrecida por un editor que buscaba un material alternativo al marfil para realizar bolas de billar.

En 1828 es entonces cuando tiene lugar un hecho importante dentro de los avances en cuanto a formulación química de los polímeros se refiere: tiene lugar la primera síntesis dentro de la química orgánica; Wöhler la logra a partir de la urea y las investigaciones realizadas con el cianato de plata. Posteriormente nuevos avances en cuanto a la polimerización del estireno se suceden, el ya citado Juan de Cusa nos explica en su trabajo como en 1845 se consigue acelerar su polimerización a la cifra de una hora, puesto a 200ºC, labor realizada por Blyth y Hofman.

Asimismo, en 1847 el glicerol y ácido tartárico son condensados y dan lugar a un poliéster tridimensional, resultado obtenido derivado de los experimentos llevados a cabo por Berzelius.

Charles Goodyear 1800-1859, científico norteamericano inventor del proceso de vulcanización

“Charles Goodyear remata la fase original de Hancock, lo que conocemos como Vulcanización”

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“El celuloide nace a partir de buscar un material alternativo al marfil para fabricar las bolas de billar”

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La génesis del primer plástico sintético En estos momentos entra en escena un material que supondría la revolución en el mundo de los polímeros y el primero de la ingente cantidad de nuevos plásticos que advendrían posteriormente.

Tiene lugar la creación del primer plástico sintético termoestable a manos del químico Leo Baekeland, de la publicación realizada por Antonio Miravete: “Los nuevos materiales en la construcción”, es esencial entrecomillar el siguiente párrafo:

“La baquelita fue el primer polímero completamente sintético, fabricado por primera vez en 1909. Recibió su nombre del de su inventor, el químico estadounidense Leo Baekeland. La baquelita es una resina de fenolformaldehído obtenido de la combinación del fenol (ácido fénico) y el gas formaldehído en presencia de un catalizador; si se permite a la reacción llegar a su término, se obtiene una sustancia bituminosa marrón oscura de escaso valor aparente. Pero Baekeland descubrió, al controlar la reacción y detenerla antes de su término, un material fluido y susceptible de ser vertido en moldes”.

Leo Baekeland (1863-1944), químico norteamericano de origen belga, inventor de la baquelita (1907) un plástico barato, no inflamable, versátil y adyacente

Con este material se fabricaron carcasas de teléfonos y de radios, artículos de escritorio, ceniceros, etc. Se avecina una nueva era al saber que ya se podían obtener nuevos plásticos a partir de la química y que eran capaces de imitar y superar las prestaciones de los plásticos naturales, que ya evidentemente, quedaron obsoletos; todo esto acaece en una fase en que tenía lugar la industrialización y el crecimiento de la comercialización de algunos polímeros como el acetato o las resinas urea-formaldehído con las cuales se podían elaborar objetos transparentes.

La creciente demanda por parte de una sociedad cada vez más consumista sigue estimulando la producción masiva de objetos de plástico. Más avances se suceden, otro momento clave en la historia de los plásticos tuvo lugar en 1915 cuando se descubre la formación de polímeros por el encadenamiento molecular de dos o más monómeros de diferente naturaleza, lo que recibió el nombre de copolimerización. Esto supuso la creación de una

“La Baquelita fue el primer polímero completamente sintético (1909)”

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mayor variedad de plásticos que se adecuarían a una cada vez más amplia gama de fines. Llegados a 1930, durante esa década se consigue el desarrollo industrial de los polímeros más importantes de nuestra actualidad como el policloruro de vinilo, el poliestireno, las poliolefinas y el poli metacrilato de metilo. Sobre todo porque de 1930 a 1935 nació la técnica de los termoplásticos.

Lo que permitió desarrollar una noción más amplia acerca de las diversas herramientas y procedimientos de trabajo para tratar estos nuevos materiales. Asimismo en esta misma década la investigación con el poliéster gira entorno a su aplicación como pinturas y barnices y además surgirán lo que en el futuro supondrá un refuerzo muy utilizado en conjunción sinérgica con las resinas de poliéster conformando así los llamados plásticos reforzados, Duillo D ́arsie así lo hace constar:

“En 1936 se lanza la mercado el Vidrio Orgánico, trasparente, ligero y fácil de moldear. Durante la Segunda Guerra Mundial de empleó para fabricar las ventanillas de los aviones”

“Empiezan a producirse en escala industrial las primeras partidas de fibras de vidrio de pequeño diámetro, aptas para ser tejidas, como resultado de las intensas investigaciones iniciadas algunos años antes por la Owens-Illinois Glass Co. en Estados Unidos, seguida pronto por Modigliani en Italia, la Saint-Gobain en Francia y otros en Alemania, Inglaterra, etc”.

En 1936 se lanzó al mercado el polimetacrilato de metilo, que es un vidrio orgánico, transparente, ligero y fácil de moldear, su nombre comercial es Plexiglás en España y Alemania, Perpex en Gran Bretaña y Lucite en los EE.UU. Durante la segunda guerra mundial, se empleó para fabricar ventanillas de aviones. Un año después tenemos que subrayar un hecho muy importante que atañe al desarrollo de las resinas de poliéster.

Carleton Ellis, en 1937, también estimuló un mayor interés por la resina, al descubrir que con la adición de monómeros insaturados a poliésteres insaturados se reducía considerablemente el tiempo de reticulación y polimerización. Ellis es considerado como el padre de los poliésteres insaturados. Años más tarde se utilizarán las resinas de contacto que serán las iniciadoras del empleo de materiales compuestos realizados con resinas de poliéster y que no necesitan presión externa. Cabe destacar que a la vez se siguen descubriendo nuevos polímeros como las poliamidas cuyo nombre comercial será el Nylon, descubierto en 1928 por Carothers y el equipo que dirigía trabajando en la DuPont ; el politetraflouretileno cuyo nombre comercial será Teflón, nació casualmente gracias a Roy S. Plunkett cuando trabajaba para la DuPont en 1938, este material se caracteriza por soportar temperaturas de hasta 300 Cº.

También se seguirán estableciendo las bases sobre las que nacerán otros nuevos, todo esto a un ritmo cada vez más frenético. También se seguirán estableciendo las bases sobre las que nacerán otros nuevos, todo esto a un ritmo cada vez más frenético.

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Avances técnicos en la investigación y desarrollo de polímeros Durante este periodo se produce un vertiginoso crecimiento del empleo de algunos polímeros para poder sustituir a otros materiales de difícil adquisición. Durante la Segunda Guerra Mundial, las tropas japonesas se hicieron con los territorios de las indias Orientales, quedando sin aprovisionamiento de caucho natural a los EE.UU, se descubrieron los elastomeros sintéticos para suplir esa falta de materiales, nace el neopreno para fabricar neumáticos de aviones y vehículos militares. Las aplicaciones militares también disparan el uso de los plásticos reforzados formados por poliésteres insaturados y fibra de vidrio así como los hilos de Nylon se emplean para paracaídas. Nació una industria que será la de mayor producción mundial; Siguen surgiendo y aplicándose nuevos polímeros: el polipropileno, la Bayer alemana descubre los poliuretanos, la Dow Corningyla General Electric desarrollan las aplicaciones de las siliconas, las resinas epóxidas se empleaban como adhesivos con el nombre de Araldit. Desde 1945 los estudios se encauzan hacia mejorar las cualidades de estos materiales y para promover el conocimiento científico y técnico de los plásticos, se crean sociedades como la SPE en 1942.

A partir de la segunda mitad del siglo XX destacamos que las investigaciones se centran en el descubrimiento de nuevos modos de síntesis de polímeros, los ingenieros de materiales potencian las características de los polímeros ya existentes, nacen otros que pueden considerarse como derivados de los que ya se conocen, un ejemplo claro se sucede en 1951 cuando los laboratorios de la Basf A.G. (Alemania), hallan el modo de producir espuma rígida al calentar el poliestireno dentro de un horno que contiene un agente de espumación. Se desarrolló el poliestireno expandible, la Basf lo patenta, Antonio Miravete relata como en 1971, cuando las fibras de aramida son creadas y comercializadas por la Du pont, con el nombre de Kevlar. Durante la década de los cincuenta,

“El Teflón es el nombre comercial del politetraflouretileno, se caracteriza por soportar temperaturas de hasta 300ºC” Fondo de Desarrollo a la Docencia FDD2013-05

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“La Guerra del Yom Kippur provocó una alza de los precios de los plásticos”

Karl Ziegler y Giulio Natta realizan estudios e investigaciones sobre catalizadores metalocénicos, trabajo que culminó con el Premio Nobel de la Química que recibieron ambos en 1963. No obstante antes de esta fecha, en 1953, Ziegler había creado un nuevo polímero, el polietileno; un año más tarde su compañero italiano Giulio Natta descubre el polipropileno. Durante estos años, estos nuevos materiales ya no solo competirán entre sí, sino que del mismo modo también lo hacían con los tradicionales como pueden ser las maderas o los metales, así tenemos el caso del plástico reforzado a base de una matriz resinosa de poliéster y refuerzo de fibra de vidrio, que compiten con el aluminio por su ligereza y rigidez y que crean la base para la construcción de elementos estancos fabricados de una sola pieza con una resistencia, flexibilidad y ligereza muy superiores.

En 1973 el desarrollo de los plásticos sufre un colapso debido a la crisis energética provocada por los países árabes que embargaron el petróleo a aquellos que apoyaron a Israel en la guerra de Yom Kippur, como a los Estados Unidos y a Holanda, lo que derivó en una desestabilización total de la economía mundial y el encarecimiento de los plásticos pues las materias primas para su elaboración, se obtienen a partir del “oro negro”.

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La era de los Superpolímeros

A partir de los años 70 tiene lugar el advenimiento de multitud de descubrimientos científicos y tecnológicos debido al mayor número de científicos que operan en este ámbito así como herramientas tan avanzadas con que cuentan. Los adelantos de los científicos así como las empresas productoras de polímeros en EE.UU como la Down Chemical, Hitachi, Du Pont, Unión Carbide New Kadel, Allied Corp, Allied Chemical, la Mitsubishi Chemical, la NASA, los laboratorios de fuerzas aéreas y otras tantas de todo el mundo, fomentan la investigación sobre nuevos polímeros para mezclar o alear algunos inmiscibles entre sí.

Los programas I + D (Investigación y desarrollo) crean constantemente nuevos materiales. Se perfeccionan la maquinaria y los medios productivos para los plásticos, se suceden avances en cuanto a los plásticos reforzados y materiales reforzados (“composites”), se descubren nuevos tipos de aditivos para polímeros y los que han nacido recientemente tienen sus propiedades aún más potenciadas como la aplicación a temperaturas más elevadas, resistencia al dañado por el uso, con mayores resistencias mecánicas y módulos elásticos así como más resistencia a los agentes químicos y a la corrosión.

Son polímeros específicos para aplicaciones aeroespaciales.

Citamos algunos extraídos de la recopilación de materiales que hace Francisco Javier Melero Columbrí en su trabajo: “Recientemente, la firma DuPont ha presentado dos resinas de poliimida, denominadas AVAMID-K y AVAMID-N, que constituyen unas excelentes matrices termoplásticas con elevadas resistencias mecánicas a elevadas temperaturas, presentando buena resistencia al dañado por el uso. Se comienzan a emplear, preferentemente, en aplicaciones aeroespaciales y militares”.

La ciencia de los plásticos se interna en otras áreas: se estudian la modificación superficial de los nuevos polímeros para

“Hoy los plásticos abarcan nuevos polímeros para favorecer la biocompatibilidad con el cuerpo humano” Fondo de Desarrollo a la Docencia FDD2013-05

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“En 1988 se crea el sistema de códigos para identificar los recipientes plásticos”

favorecer la biocompatibilidad con el cuerpo humano, surgen los biopolímeros como los producidos por fermentación bacteriana como el polihidroxibutirato (PH B), producido por fermentación bacteriana del “Alcalígenes eutrophus”. Aparecen en escena los polímeros conductores, polímeros termocromáticos, se investigan polímeros piezoeléctricos, polímeros cristalinos líquidos, materiales reforzados trenzados. Nacen nuevas fibras y filamentos a partir de una gran variedad de polímeros, por ejemplo, la fibra denominada Spectra-900 de la Allied Chemical, una fibra a base de polietileno desarrollada entre los años 1985 y 90, es más ligera, resistente y con adhesividad mejorada.

Utilizadas para protección balística y recipientes bajo fuertes presiones. Emergen elastómeros híbridos constituidos por gomas naturales y por gomas sintéticas o polímeros sintetizados para reproducir las mejores propiedades de las gomas sintéticas.

Los polímeros se mezclan con otros materiales de diferente naturaleza: los cementos plásticos son cementos ordinarios con una pequeña cantidad de agua y de polímero. Los plásticos han penetrado en la sociedad y hoy en día son cruciales pues han contribuido a facilitar nuestro modo de vida, la variedad de polímeros que están presentes en el mercado es muy grande, con lo cuál se generan tantos residuos que en 1988 el Bottle Institute de la Society of the Plastics Industry, crea un sistema de códigos para identificar los recipientes de plástico. Cada código tiene un número dentro de un símbolo triangular y una abreviatura debajo a fin de identificarlos correctamente para un eventual reciclaje.

Por más de cuarenta años, fibras Spandex han asegurado la elasticidad permanente de muchos tejidos, tales como trajes de baño, ropa deportiva y calcetería. Visto a través de un microscopio electrónico, las fibras se componen de varios filamentos. Una de las materias primas de estas fibras es PoliTHF®, que suministra BASF al spandex fabricantes. Magnificación 55: 1

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Principales hitos históricos del Plástico

1846 1851 1860 1868 1889 1890 1892 1907 1907 1908 1912 1920 1924 1926 1927 1929 1931 1935 1936 1937 1938 1939 1940 1941 1942 1943 1947 1948

Nitratación de la celulosa Ebonita (caucho duro/Goodyear)

Moldeado de la laca Celuloide Películas fotográficas de nitrato de celulosa Fibras de rayón cupramonio Fibras de rayón viscosa (Cros, Bevan y Beadle) Resinas de fenol formaldehído (baquelita/ Baekeland) Soluciones de acetato de celulosa Películas fotográficas de acetato de celulosa Láminas de celulosa regenerada (celofán) Presentación hipótesis macromolecular (Staudinger) Fibras de acetato de celulosa Poliéster alquídico (Kienle) Recubrimiento de cloruro de polivinilo para paredes Barras y láminas de acetato de celulosa Elastómero sintético de polisulfuro Resinas de urea-formaldehído Elastómeros sintético de polisulfuro Plásticos de polimetracrilato de metilo Etilcelulosa Acetato de polivinilo Poliestireno Elastómeros copolímeros de estireno butadieno y estireno acrilonitrilo Fibras de nylon-6,6 (Carothers) Resinas melamina formaldehído Elastómeros de isobutileno Polietileno de baja densidad (LPDE) Poliésteres insaturados (Ellis y Rust) Resinas fluorocarbonadas (Teflón / Plunkett) Siliconas Poliuretanos (Bayer) Resinas Epoxi Copolímeros de acrilonitrilo, butadieno y estireno (ABS)

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1950 1956 1957 1959 1960 1964 1965 1970 1971 1972 1973 1974 1976 1991 2001 2007 2010

Fibras de Poli-acrilonitrilo Fibras de poliéster (Whinfield y Dickson) Polioximetileno Polipropileno Elastómeros de polibutadieno-cis y polisopropeno-cis Elastómeros de copolímeros de etilenopropileno Poli (óxido de fenileno) Polisulfona Copolímeros de bloques estireno butadieno Politereftalato de butileno Sulfuro de Polifenileno Aramidas, poliésteres moldeables Poliamidas segunda generación Bismaleimidas, poliamidas aromáticas Polifenilsulfona (RADEL) Compuestos de almidón termoplástico PTT parcialmente bio-basado PET parcialmente bio-basado PDO parcialmente bio-basado Polietileno bio-basado

Reciclado de Residuos Plásticos

El espectacular aumento en el consumo de los plásticos en la sociedad moderna, que se estima que crece un 4% anualmente, se ha producido en paralelo con el desarrollo tecnológico de estos materiales, cuyo uso se ha extendido además de en el campo ya convencional de los envases, en la fabricación de componentes en las industrias de automoción, vivienda, vestido y todo tipo de bienes de consumo.

Así el consumo mundial de materiales plásticos ha pasado de los 10 M de Tm en 1978 hasta los 60 M de Tm en el año 2000 de los cuales el 50% corresponde a USA y el resto se reparte por igual entre Europa y Japón. El consumo de plásticos en España en el 2000 fue de 2,0 M de Tm. Sin embargo, el éxito en el desarrollo tecnológico no ha llevado emparejada la previsión de reciclado de los productos, política de reciente actualidad y que condiciona ya la propia filosofía de fabricación. Se estima que se recupera o recicla menos del 15% de los materiales plásticos residuales. Los plásticos contenidos en los residuos sólidos urbanos (RSU) son mayoritariamente polietileno (PE) y polipropileno (PP) (alrededor del 60%) y en menor proporción están el poliestireno (PS), cloruro de polivinilo (PVC), polietilentereftalato (PET), poliestireno-butadieno (PSBD), poli(metacrilato de metilo) (PMMA), etc.

El depósito de los plásticos en los vertederos está siendo eliminado pues en lugar de ser una solución es un grave problema por su reducida degradabilidad, tanto desde el punto de vista de deterioro del paisaje (téngase en cuenta su reducida densidad, vivos colores, etc.), porque su descomposición en vertederos origina una fuerte producción de metano, más nocivo que el dióxido de carbono.

La combustión es una idea interesante desde la perspectiva de recuperación de energía de los materiales plásticos, los cuales poseen un elevado poder calorífico. Sin embargo, la combustión debe estar sujeta a fuertes controles medioambientales, para neutralizar los residuos sólidos y los efluentes gaseosos (como cloruro de hidrógeno de la combustión del PVC). Una rápida reflexión sobre la situación actual en el aprovechamiento de los plásticos nos lleva a las siguientes conclusiones: Los plásticos, por su composición y su origen derivado del petróleo y por tanto Fondo de Desarrollo a la Docencia FDD2013-05

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“La diversidad de materiales plásticos exige una separación selectiva antes de ser reciclado”

de una materia prima agotable, son un residuo de alto valor, relativamente fácil de recuperar y abundante (tanto o más que el vidrio en los residuos domésticos y creciente entre los residuos industriales). Paradójicamente no ha sido objeto de una recogida selectiva y prácticamente la mayoría del que se ha recuperado procede de las plantas de tratamiento de residuos domésticos.

En conjunto, el porcentaje de recuperación del plástico utilizado en diferentes sectores industriales es muy bajo.

La explicación de esta situación se debe a varios motivos: 1. El envase plástico no es retornable como las botellas de vidrio (por ejemplo, las experiencias de retornos con el plástico de PET llevado a cabo en Alemania se han abandonado por su ineficacia y coste) 2. Su baja densidad eleva el coste de transporte, haciendo imprescindible su rotura para el transporte a los centros de reciclaje 3. La diversidad de materiales plásticos, de diferente composición, exige una separación en familias antes de ser reciclado, complicando la recogida selectiva La reutilización directa de los materiales plásticos está limitada actualmente al 1-2%, debido a los cada vez más elevados requerimientos de calidad de los productos. Así, el plástico reciclado obtenido de los envases alimentarios y embalajes, con el que se obtiene una granza de buena calidad, no se puede volver a emplear en la fabricación de nuevos envases para alimentos por razones sanitarias, y debe usarse para otro tipo de aplicaciones.

Además, gran parte del plástico presente en la basura doméstica es del tipo film, muy difícil de recuperar. El deterioro de la calidad y también del aspecto físico del producto ha ido acompañado en las dos últimas décadas de una reducción del coste de las materias primas, siempre derivadas del petróleo. Sin embargo, la paradoja es evidente, las dificultades de reutilización directa de estos residuos acrecientan el interés por su recuperación, debido a su creciente uso, elevado precio y los problemas de eliminación

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“La Unión Europea y Japón son los líderes en el reciclado de plásticos”

que presentan. Estos aspectos son más pronunciados precisamente en los plásticos no reutilizables (como los envases y envoltorios alimentarios). El valor de los materiales plásticos de desecho debe contemplarse también estratégicamente más allá de la situación actual del mercado de crudos petrolíferos, el cual está sujeto a complejos avatares socio-económicos. Para la fabricación de productos plásticos de base se parte del crudo de petróleo, que en último término produce plásticos (un 4%) y carburantes (el 96% restante).

Contemplando ambos mercados en competencia, el aumento de la producción de plásticos implica producir menos combustibles o aumentar la importación y destilado del petróleo bruto. Por ejemplo, en el caso del polietileno, el plástico de uso doméstico más común, hace falta destilar 18,7 Tm de petróleo bruto para obtener 3,74 Tm de nafta, de las que finalmente se producirá una tonelada del polímero.

Desde esta perspectiva, la importancia de reciclar el plástico cobra así una dimensión inexistente en otros materiales y ayuda considerablemente a justificar su reciclado. En la década de los 90 la Unión Europea y Japón han sido los líderes en el reciclado de plásticos. En España, la Ley de Envases de 1997 estableció, tomando como horizonte el 30 de Junio del año 2001, el objetivo de valorizar entre el 50 y el 65% de los envases generados, con el

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Tecnologías del Reciclado compromiso de reciclar entre el 25 y el 45% de los residuos, con un mínimo del 15% de cada material envasado. Aparentemente los objetivos no se cumplen, debido a las limitaciones del reciclado secundario en cuanto a la calidad de productos y por un importante retraso en el desarrollo tecnológico del reciclado terciario.

Existen diversos métodos en el tratamiento del reciclado de los plásticos, denominados: Primario, secundario, terciario y cuaternario.

El tratamiento primario consiste en operaciones mecánicas para obtener un producto de similares características que el producto original. Este reciclado se aplica para el aprovechamiento de recortes de las plantas de producción y transformación, y corresponde a un porcentaje muy reducido de los denominados residuos plásticos.

En el tratamiento secundario, consistente en la fusión, los desechos son convertidos en productos de diferentes formas y con mayor espectro de aplicaciones, las cuales son diferentes a las del plástico original, en un proceso evolutivo “en cascada” hacia prestaciones inferiores. Esta es la tecnología más usada hasta ahora, particularmente en la industria del automóvil, y se estima en sólo el 20% los plásticos que pueden ser reciclados de esta forma.

“El reciclado cuaternario se basa en la incineración para recuperar energía, hoy es cuestionado por problemas medioambientales ”

El reciclado terciario, o “reciclado químico”, persigue el aprovechamiento integral de los elementos constitutivos del plástico, por transformación del mismo en hidrocarburos, los cuales pueden ser materias primas integrables bien nuevamente en la ruta de obtención de plásticos o en otras rutas de la industria petroquímica. Los métodos pueden ser químicos o térmicos, dependiendo del tipo de polímero.

El reciclado cuaternario consiste en la incineración para recuperar energía. Actualmente es muy contestado socialmente por los problemas medioambientales.

La ruta química de reciclado terciario es la solvólisis o descomposición química, la cual se puede realizar por diferentes vías: metanólisis, glicólisis, hidrólisis y aminólisis.

La solvólisis, o descomposición química, ruta más desarrollada industrialmente que la térmica, es aplicable solamente a polímeros de condensación (poliésteres, nylon y poliuretanos), los cuales tienen grupos funcionales unidos por enlaces débiles que son susceptibles de disociación por ataque con determinados agentes químicos. Según el agente utilizado las vías de tratamiento son: Metanólisis, glicólisis e hidrólisis.

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Es de destacar que los procesos de metanólisis (con metanol) y glicólisis (con etilenglicol) eliminan impurezas de los plásticos y los compuestos obtenidos se pueden dedicar a la fabricación de artículos con restricciones de calidad como los de envasado de alimentos.

“La solvólisis es lo que conoce como descomposición química de los plásticos”

En USA hay varias plantas de reciclado por metanólisis y glicólisis. Du Pont de Nemours, Eastman Kodak y Goodyear han perfeccionado la recuperación de politereftalato de etileno (PET) para obtener tereftalato de dimetilo (DMT) y etilenglicol (EG). En Francia, Technochim obtiene ácido tereftálico por saponificación de PET. En Alemania, la Hoesch está trabajando para reciclar poliacetal, usado en los coches y accesorios eléctricos. Se recuperan los monómeros, trioxano y formaldehído, tratando el plástico con un ácido mineral fuerte. El método termolítico de descomposición es necesario para la rotura de las cadenas de los polímeros de adición como los vinílicos, acrílicos fluoroplásticos y poliolefinas. Este método tiene mayor diversidad y flexibilidad que la solvólisis en tanto que comprende tratamientos a altas temperaturas como la pirólisis y gasificación y otros procesos que son habituales en refinería, generalmente con intervención de catalizadores sólidos: Craqueo térmico, hidrogenación catalítica y craqueo catalítico.

Los polímeros son convertidos a monómeros, a combustibles gaseosos y líquidos, y a compuestos de base en la petroquímica.

Algunas opciones de descomposición térmica tienen la ventaja de disponer parcialmente de infraestructura en las refinerías con tecnologías contrastadas.

Los inconvenientes se centran en: 1. El coste de la necesaria separación y clasificación de plásticos 2. La alimentación al equipo de tratamiento, preferiblemente en una corriente fluida

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3. La eliminación de contaminantes como el cloro y el nitrógeno.

Estando resueltos los mayores problemas tecnológicos de estos métodos, el reto es hacer interesante la economía de estos tratamientos, cuya competitividad dependerá siempre del precio del barril de petróleo

“La descomposición térmica de los plásticos tiene la ventaja que las refinerías se cuenta con la maquinaria necesaria para lograr este proceso”

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La hidrogenación catalítica es una vía más avanzada comercialmente. La planta de Veba Oel en Alemania procesa 400 Tm/año de plásticos (acepta hasta un 10 % de PVC). Opera a 150-300 bar y 470 °C en atmósfera de hidrógeno, dando un producto con un 60% de parafinas, 30% de nafta, 9% de aromáticos y 1% de olefinas. La rentabilidad de la planta exige una tasa de 120 USD/Tm de plástico tratado. BP Petrochemical está creando un consorcio para comercializar un proceso de hidrogenación catalítica y han hecho ensayos con poliolefinas.

Para ser rentables se necesitaba una subvención de 15-150 USD/Tm.

Códigos de identificación de los Plásticos

Historia del código de la SPI Casi todos conocemos el símbolo formado por un número rodeado por un triángulo de flechas que a menudo vemos en el fondo de los recipientes plásticos, aunque quizás no siempre sepamos el significado detrás de los símbolos. Estos símbolos desarrollados en 1988 por la Sociedad de la Industria de Plásticos (SPI por sus siglas en inglés), Inc., Identifican el contenido de resina del recipiente en el que se han colocado los símbolos. Durante 20 años, el sistema del Código de Identificación de Resinas de la SPI ha facilitado el reciclaje de los plásticos después de utilizados por el consumidor en los Estados Unidos. A medida que un número creciente de comunidades ponía en práctica programas de reciclaje en los años 80, se hizo evidente la necesidad de un código coherente y uniforme que identificara el contenido de resina(s) en cada contenedor plástico. La clasificación del control de calidad antes del reciclado es importante para garantizar que el plástico reciclado sea lo más homogéneo posible para los usuarios finales. Este es un punto importante, porque el plástico no está limitado a ningún material en particular; sino que los plásticos son un grupo de materiales relacionados con propiedades diferentes.

Estos materiales pueden usarse individualmente o combinados para una variedad de aplicaciones.

Desde su desarrollo, 39 estados han adoptado leyes sobre el uso de los códigos de identificación de resinas que coinciden con el sistema SPI. En el Reino Unido y en China se han adoptado para el uso variaciones del código y la Federación Británica de Plásticos (British Plastics Federation) y Plastics Europe (antes Asociación de Fabricantes de Plásticos en Europa) recomiendan el uso del código SPI. En este momento en que el reciclaje es más importante que nunca, el Código de Identificación de Resinas del SPI sigue teniendo una función crucial en el proceso, brindando a los fabricantes un sistema uniforme que puede aplicarse universalmente.

Ahora, el código SPI para la identificación de resinas es la base de una nueva norma propuesta de ASTM International, la WK20632, Práctica para Marcar productos plásticos para su identificación Fondo de Desarrollo a la Docencia FDD2013-05

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Propósitos del Código

en la reutilización y el reciclaje. La norma propuesta está siendo elaborada por el Subcomité D20.95 sobre Plásticos Reciclados, parte del Comité D20 de ASTM International sobre Plásticos.

“SPI se complace en estar trabajando con ASTM International, así como con expertos de la industria y del gobierno, en esta importante iniciativa, y ansía desarrollar un sistema de código de resinas actualizado de modo que puedan identificarse, reutilizarse y reciclarse más fácilmente todos los tipos de plásticos,” dijo William R. Carteaux, el presidente de SPI. “La responsabilidad ambiental es algo que nos compete a todos, y la industria de los plásticos se esfuerza continuamente por cumplir con su parte.”

Los propósitos del código original de SPI fueron: 1. Brindar un sistema nacional coherente para facilitar el reciclado de los plásticos usados • 2. Concentrarse en los recipientes plásticos • 3. Ofrecer un medio para identificar el contenido de resina de las botellas y recipientes que se encuentran normalmente en los residuos residenciales • 4. Ofrecer una codificación para los seis tipos de resinas más comunes, y una séptima categoría para todos los otros tipos que no estén dentro de los códigos 1 al 6 •

Las categorías 1 a la 7 son: 1) tereftalato de polietileno (PETE) 2) polietileno de alta densidad (HDPE) 3) cloruro de polivinilo (PVC o vinilo) 4) polietileno de baja densidad (LDPE) 5) polipropileno (PP) 6) poliestireno (PS) 7) materiales elaborados con más de una de las resinas de las categorías 1 a la 6.

“Estos símbolos fueron creados en 1988 por la Sociedad de la Industria de Plásticos (SPI)”

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La Norma propuesta por la ASTM

“ASTM: American Section of the International Association for Testing Materials”

Si bien originalmente apuntaba a ayudar en el reciclaje de botellas plásticas y recipientes rígidos de plástico después de ser usados por el consumidor, el uso del código SPI se ha extendido para incluir potencialmente películas para embalaje y productos terminados reutilizables y/o reciclables. Esto se reflejará en la norma propuesta, ya que la WK20632 irá más allá del sistema original SPI brindando códigos adicionales para tipos de resinas no incluidas en los códigos 1 al 6, haciendo agregados potenciales a la lista de materiales actualmente disponibles para reciclaje.

Además de extender el rango de materiales cubiertos, la norma propuesta de ASTM permitirá codificar los recipientes con números tal como aparecen en el código original SPI y/o el sistema “cero más número” (por ejemplo 01) que se utiliza en sistemas de codificación similar en el Reino Unido y en China.

Al considerar el agregado de nuevos tipos de resinas y permitir la participación de todos los interesados en las revisiones futuras de la norma propuesta, la WK20632 dará a los códigos SPI originales un medio para cambiar a medida que cambien las necesidades de reciclaje.

Fue fundado el 16 de mayo de 1898, como American Section of the International Association for Testing Materials por iniciativa de Charles Benjamin Dudley, entonces responsable del control de calidad de Pennsylvanya Railroad, quien tuvo la iniciativa de hacer que los hasta entonces rivales ferrocarriles y las fundiciones de acero coordinaran sus controles de calidad

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PET o PETE (Polietileno tereftalato) Es el plástico típico de envases de alimentos y bebidas, gracias a que es ligero, no es caro y es reciclable.

En este sentido, una vez reciclado, el PET se puede utilizar en muebles, alfombras, fibras textiles, piezas de automóvil y ocasionalmente en nuevos envases de alimentos.

HDPE (Polietileno de alta densidad) Gracias a su versatilidad y resistencia química se utiliza sobre todo en envases, en productos de limpieza de hogar o químicos industriales, como por ejemplo botellas de champú, detergente, cloro, etc. Asimismo, también se le puede ver en envases de leche, zumos, yogur, agua, y bolsas de basura y de supermercados. Se recicla de muy diversas formas, como en tubos, botellas de detergentes y limpiadores, muebles de jardín, botes de aceite, etc.

V o PVC (Vinílicos o Cloruro de Polivinilo) También es muy resistente, por lo que es muy utilizado en limpiadores de ventanas, botellas de detergente, champú, aceites, y también en mangueras, equipamientos médicos, ventanas, tubos de drenaje, materiales para construcción, forro para cables, etc. Aunque no se recicla muy habitualmente, en tal caso se utiliza en paneles, tarimas, canalones de carretera, etc.

LDPE (Polietileno de baja densidad) Este plástico fuerte, flexible y transparente se puede encontrar en algunas botellas y bolsas muy diversas (de la compra o para comida congelada, pan, etc.) Algunos muebles, y alfombras, por ejemplo. Tras su reciclado se puede utilizar de nuevo en contenedores y papeleras, sobres, paneles, tuberías o baldosas, por ejemplo.

PP (Polipropileno) Su alto punto de fusión permite envases capaces de contener líquidos y alimentos calientes. Se suele utilizar en la fabricación de envases médicos, yogures, pajitas, botes de ketchup, tapas, algunos contenedores de cocina, etc. Al reciclarse se pueden obtener: señales luminosas, cables de batería, escobas, cepillos, raspadores de hielo, bastidores de bicicleta, rastrillos, cubos, paletas, bandejas, etc.

6

7 OTHER

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PS (Poliestireno) Utilizado en platos y vasos de usar y tirar, hueveras, bandejas de carne, envases de aspirina, cajas de CD, etc. Su bajo punto de fusión hace posible que pueda derretirse en contacto con el calor. Algunas organizaciones ecologistas subrayan que se trata de un material difícil de reciclar (aunque en tal caso se pueden obtener diversos productos) y que puede emitir toxinas.

Otros: Incluyen una gran diversidad de plásticos muy difíciles de reciclar, no esta clara toxicidad en uso alimentario. Por ejemplo, con estos materiales están hechas algunas clases de botellas de agua, materiales a prueba de balas, DVD, gafas de sol, MP3 y PC, ciertos envases de alimentos, etc.

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Procesos Productivos y Maquinarias en la elaboración de Piezas Plásticas

Extrusión Termoplásticos

Termoformado Moldeo por Soplado Moldeo por Inyección

Moldeo por Compresión Clasificación de los procesos de fabricación

POLÍMEROS

Termoestables

Pultrusión Moldeo por vacío Moldeo por Transferencia

Estereolitografía

Prototipado Rápido

Moldeo por aporte material Impresión 3D Objeto laminado

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Extrusión La materia prima que se utiliza son gránulos o también llamados pellets que vienen en diferentes formatos y colores, estos se introducen por un embudo o tolva para posteriormente pasar por un tubo que contiene calefactores en toda su superficie, los peleles son empujados por un tornillo sin fin. El plástico se va fundiendo para salir por una boquilla obteniendo un producto largo y continuo. Este proceso de conformación es ampliamente utilizado para termoplásticos y elastómeros (pero rara vez para termoestables) se producen artículos tales como tubos, tuberías, mangueras, formas estructurales (como marcos de ventanas), láminas, filamentos continuos, cables eléctricos, etc.

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Termoformado por Vacío

Lámina plástica calentada y preparada para succión por vacío

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El termoformado es uno de los procesos más usado en la fabricación de piezas plásticas, así mismo, constituye uno de los sistemas más fácil de entender y comprender. Para la fabricación se necesita una lámina termoplástica y un molde o matriz. Este molde puede estar fabricado en madera, aluminio u otro material, dependiendo de los ciclos de uso se determina el material a utilizar. El molde debe ser idéntico a la pieza requerida.

La lámina plástica rígida se calienta en un horno o por medio de barras o resistencias eléctricas; el plástico se ablanda y se curva volviéndose flexible de esta forma queda listo para ser introducido en la matriz. Posteriormente se le aplica un vacío.

Una vez que la lámina se ha quedado unida al molde y enfriado ya puede retirarse para poder recortar los excedentes.

Moldeo por Soplado El moldeo por soplado constituye un proceso productivo que engloba un alto volumen de productos relacionados con envases de botellas, por ejemplo, bebidas gaseosas. Este proceso no solo se aplica a botellas plásticas sino que también a botellas de vidrio.

Detalle gollete de preforma para la fabricación de botella plástica

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El proceso se inicia cuando se coloca una preforma en el molde de dos partes, al momento de cerrarse los moldes recorta el material de la preforma lo que genera un sello al extremo.

Posterior se inyecta aire comprimido, de esta forma el plástico se infla y se expande dentro de la cavidad molde obteniendo la forma definitiva. Una vez hecho esto, se abre el molde quedando liberada la pieza.

Moldeo por Extrusión-Soplado

El proceso de moldeo por extrusión-soplado se inicia cuando el plástico derretido es expulsado por la boquilla de la máquina extrusora, esta salida genera que el plástico adquiera una forma similar a una manguera. A medida que se introduce el plástico en el molde se insufla aire comprimido, de esta forma adquiere la forma de la cavidad del molde. La existencia de cuchillas de corte (que están calientes) tiene como objetivo separar el producto de la máquina, además de generar un sello, este se evidencia por dejar unas rebarbas en la base del producto.

Rebarba central de botella de bebida

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Moldeo por Inyección con gas

Soplado de Gas

El moldeo por inyección con gas es similar al moldeo por aire; este proceso requiere poca presión, utiliza gas nitrógeno, que es expandido por toda las cavidades del molde en forma uniforme, esta característica de uniformidad, elimina deformaciones y marcas superficiales, además de suprimir tensiones internas que pudieran existir en la pieza. Este proceso le brinda a los diseñadores la libertad de crear piezas de plástico sin restricciones creativas, al contrario de lo que es un moldeo convencional.

Molde

Air Chair de la firma italiana Magis, es una original silla moderna y de diseño en plástico ideal para cocina o comedor, o para cualquier ambiente exterior de terraza y jardín. Fue diseñada en el año 2000 por Jasper Morrison.

Tiene una sección transversal muy delgada, liviana, robusta y estable. Su estructura interna es hueca, ventajas proporcionadas por el moldeo por inyección con gas.

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Moldeo Multi-componente La inyección multi-material o moldeo multi-componente es la inyección de dos o mas materiales diferentes en una misma pieza plástica con el objetivo de lograr un función especifica. Con este proceso se puede crear combinaciones duro/blando de PP y TPE, combinación centro/superficie, diseño multi-color, etc. Un canal caliente para multi-material, distribuye dos o más materiales desde dos o más cilindros de inyección hacia las boquillas de cada material del molde. El molde puede rotar, trasladarse o girar para ubicar las cavidades en la próxima posición de inyección.

Base molde 1 Producto preformado (atornillador) Agarradera Producto preformado

Molde 1 Primera inyección plástico

Base molde 2

Segunda inyección plástico

Según la empresa alemana ARBURG, con el proceso de dos componentes se producen doce cepillos de dientes en combinación duro-blando. Las portapiezas del molde paternóster continuo se desplazan verticalmente de estación a estación mediante dos accionamientos servo-eléctricos. Un ciclo dura 20 segundo

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Molde 2 Pieza liberada

Moldeo por Inmersión El moldeo por inmersión consiste en sumergir un molde de cerámica, vidrio u otro material en un baño que contiene el plástico fundido. Seguidamente se saca el molde del baño para que se cure por medio de calefactores eléctricos o a gas. Una vez seco el plástico se extraer del molde. Este proceso se utiliza para la fabricación de guantes, preservativos, gorros de natación, recubrimientos de mangos de herramientas, etc.

Línea de Moldes

Tina Látex

Calefactor

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Moldeo Rotativo, Rotomoldeo Vaciado Rotativo El moldeo rotacional o rotomoldeo es una técnica de procesamiento de polímeros que permite obtener piezas huecas de tamaño mediano a muy grande con relativamente poco material y buena estabilidad. El moldeo rotacional o rotomoldeo es el proceso de transformación del plástico empleado para producir piezas huecas, en el que plástico en polvo o líquido se vierte dentro de un molde luego se lo hace girar en dos ejes biaxiales mientras se calienta. El plástico se va fundiendo mientras se distribuye y adhiere en toda la superficie interna. Finalmente el molde se enfría para permitir la extracción de la pieza terminada. Algunos productos fabricados con esta tecnología son: bins para la industria de la acuicultura, boyas, kayak, bidones, contenedores de agua, sillas plásticas, conos de señalización, etc.

Tapa Molde

Caja reductora Granulos de Plástico

Línea calefactores

1

Rotación Molde

Molde

2

Motor Pulverizadores de agua

3

4

Pieza liberada

5

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6

Calandrado El calandrado es un proceso importante en las industrias del caucho, sobre todo en la fabricación de neumáticos, en el que se utiliza para la capa interna y la capa de tela. El calandrado sirve para la fabricación de láminas partiendo de formas de plástico en bruto (termoplástico o elastómeros) o bien por una cinta extruida, en cuyo caso la extrusora esta dispuesta directamente en la alimentación de la calandria. 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. El calandrado también se puede aplicar a otras materias distintas del papel, cuando es deseable una superficie lisa y plana, como el algodón, linos, sedas y diversas telas hechas por el hombre y los polímeros, tales como láminas de polímero como vinilo (PVC) y ABS, y en menor medida, polietileno de alta densidad (HDPE) , polipropileno y poliestireno.

Tren de laminación

Tren de regulación ancho

Sección corte

Extrusora Embobinado

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Moldeo por Transferencia Pistón de transferencia

Carga preformada Cavidades

Molde

El moldeo por transferencia es un proceso a partir del moldeo por compresión en el que el compuesto de plástico se introduce en una cavidad central dentro del molde. Al cerrar la matriz el plástico recorre las diferentes cavidades a través de una serie de canales propios de la matriz. Este proceso por está indicado en el caso de que se deseen moldear muchas cavidades o cuando el llenado del molde con el material de moldeo resulte problemático.

Objetos creados con esta técnica son: perros de ropa, paneles de maquetas, etc.

Molde Perno eyector

Panel de maqueta de avión marca AIRFIX, debido a la complejidad y detalles minuciosos, el moldeo por transferencia es el proceso ideal para esta tipología de molde.

Desecho

Pieza liberada

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Pultrusión Este término se define como un procedimiento para obtener perfiles de plástico reforzado, de forma continua, sometiendo las materias primas a un arrastre y pasando por operaciones de impregnado, conformado, curado y corte.

El término pultrusión se usa con frecuencia no sólo para describir el proceso, sino que también para designar los productos resultantes. En la actualidad, dado el avance tecnológico en materiales y equipos, es uno de los procesos de mayor futuro en el campo de los materiales compuestos con refuerzos de fibra. Los materiales más utilizados son: las fibras de vidrio como refuerzo de resinas líquidas termoestables (poliésteres o epóxi).

Sin embargo, también se pueden utilizar otros tipos de fibras ingenieriles (carbono, grafito, boro, etc.) y resinas termoplásticas emulsionadas (PVC, PS, acrílicas, etc.). El refuerzo por excelencia es la fibra de vidrio en varias de sus formas, si bien las actuales fibras de carbono pueden constituir un interesante material para conseguir propiedades especiales.

Hebras de Fibra

Dado (las fibras adoptan la forma definitiva)

Cabezal guía

Sección Corte

Gelificado

ada

Tina de resina

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Soplado de película plástica El proceso de extrusión de película soplada o película tubular es el método más común para la fabricación de películas o films, y en general se utiliza para fabricar bolsas de plásticos. Más de la mitad de las películas producidas hoy en día se hacen de polietileno, en su mayoría de baja densidad. El polipropileno es otro de los materiales ampliamente utilizados. El término película se refiere a espesores por debajo de 0,5 mm. Se usan películas delgadas para material de empaque (envolturas, bolsas para abarrotes y bolsas de basura); las aplicaciones de películas más gruesas incluyen cubiertas y revestimientos, por ejemplo cubiertas para piscinas y revestimientos para canales de irrigación. Mediante el proceso de extrusión de película soplada en general se obtienen espesores de película de 10 a 250 micrones. Junto con la extrusión de película colada, la extrusión de película soplada son los métodos más habituales de fabricación de películas. Una ventaja de la extrusión de película soplada sobre la extrusión de película plana tradicional (colada) es que en este último no es posible obtener bordes de calidad directamente.

Rodillos de tiraje

Placas guía

Burbuja Torre principal Tolva

Sistema de control Extrusora Sistema injección de aire Bobinador Fondo de Desarrollo a la Docencia FDD2013-05

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Documento: “Guía de buenas prácticas para diseñadores de productos fabricados con materiales plásticos” por AIMPLAS Instituto Tecnológico del Plástico

Dentro del diseño de piezas plásticas el proceso de inyección es el proceso más conocido o usado.

Además, su naturaleza de fabricación permite al diseñador industrial proponer formas geométricas básicas y complejas, esto resguardando las limitaciones propias de este proceso productivo.

Dentro de las fases para diseñar una pieza plástica por inyección se debe estipular 4 variables que son: 1. Diseño de piezas y partes del producto: saber estimar su cantidad y su uso respectivo 2. Material: qué plástico se a de ocupar según la prestancia a la cual será sometido 3. Normativas y legislación: sobre el uso del plástico en relación al contexto de uso 4. Definición del proceso productivo y acabado de la pieza plástica Dentro del diseño de piezas se debe considerar conceptos constructivos que son esenciales para la materialización.

Cada concepto se diferencia uno de otro según su uso, es así, que podemos encontrar conceptos estructurales, de unión de piezas, estéticos, etc.

1. Ángulo de desmoldeo 2. Espesor de pieza 3. Alojamientos 4. Agujeros 5. Roscas 6. Nervios 7. Radios y esquinas en piezas 8. Contrasalidas 9. Nervios de soporte

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Ángulo de Desmoldeo

3º 10 9

2º30

Inclinación (mm)

8 7

2º

6 1º30

5 4

1º

3

0º30

2 1 0

25

50

75

100

125

150

175

Profundidad (mm)

Las geometrías de la pieza que cortan la superficie del molde de forma perpendicular al plano de partición, requerirán una conicidad o ángulo que permita una adecuada expulsión de la pieza.

Este desmoldeo permite que la pieza pueda ser extraída al abrirse el molde después del ciclo de procesado.

Se debe tener en cuenta que en el caso de los termoplásticos, que éstos se contraen a medida que se enfrían, por lo que pueden agarrarse a las geometrías internas o al macho del molde, haciendo más difícil una expulsión normal si no se incluye el ángulo de desmoldeo. Los valores genéricos empleados para superficies no texturizadas se encuentran alrededor de los 0.5º por cara. Si se lleva a cabo un pulido en la dirección de movimiento de la pieza en su expulsión, puede ayudar a conseguir este efecto de desmoldeo. Para paredes texturizadas es habitual añadir un ángulo de desmoldeo adicional de 0.4º por 0.1 mm de profundidad de texturizado.

Molde Hembra

Molde Macho Pieza Conformada

Ángulo de Desmoldeo

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Diseño en base al espesor de la pieza NO RECOMENDABLE

Flujo Inyección

Al momento de plantear el diseño de una pieza plástica hay que tener en consideración el espesor de esta, lo que comúnmente de denomina “espesor de pared”.

Una pieza puede tener paredes gruesas, delgados o mixtas, dependiendo de su uso y del alojamiento de otros componentes en ella, por ejemplo la carcasa de una herramienta eléctrica.

Se puede observar que se pueden obtener piezas que van de un rango de pared de 0,5 mm a 4 mm de espesor.

ACONSEJABLE

Así mismo se recomienda que al momento de diseñar una pieza es aconsejable definir un espesor lo más delgado posible en toda la pieza, esto nos asegura una uniformidad al momento de llenar el molde, evitando de esta manera contracciones en la pieza generadas por tensiones internas del material.

Flujo Inyección

A RECOMENDABLE

Las diferencias de espesor a lo largo de la pieza puede causar rechupes y alabeos en la etapa de enfriamiento de ella.

Flujo Inyección

Ax3

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Si por alguna razón no se puede diseñar una pieza con el mismo espesor, necesario plantear una reducción gradual en relación 3:1.

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Uniones por medio de Alojamientos

Los alojamientos son un concepto constructivo que sirve para la unión de una pieza en un ensamble.

Los alojamientos deben cumplir con una serie de requisitos tales como: estética y calce ajustado, además, de evitar paredes gruesas en su diseño.

Según el Instituto Tecnológico del Plástico (AIMPLAS) el diseño de los alojamientos deben cumplir 4 reglas fundamentales que son: 1. El espesor de la pared del alojamiento deberá ser menor del 75% del espesor nominal de la pieza 2. Debe establecerse un radio mínimo del 25% del espesor nominal de la pared o 0,4 mm en la base del alojamiento (para evitar tensiones no deseadas) 3. Un desmoldeo mínimo de 0,25º en las cotas internas para asegurar un ensamblaje adecuado en el enganche o fijación 4. Un desmoldeo mínimo de 0,5º en las dimensiones exteriores del alojamiento, para favorecer la expulsión de la pieza

2D D

Inclinación: 0,5 (mín)

Inclinación: 0,5 (mín)

R= 0,25 (mín)

3T

R= 0,25 ó 4 mm (mín)

T

W Si W es mayor 0,5 hay riesgode marcas de sondeo

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Agujeros: Ciegos y Pasantes

En el diseño de piezas plásticas se pueden observar dos tipos de agujeros: los pasantes y los agujeros ciegos.

Los agujeros ciegos se crean por la acción de machos apoyados únicamente en una de las caras del molde.

Se observa las siguientes reglas: 1. La profundidad del agujero no deberá sobrepasar 3 veces el diámetro 2. Para diámetros menores a 5 mm, esta relación debe disminuir a 2 mm 3. A longitudes demasiados grandes puede verse afectada por el empuje del material fundido durante el proceso de inyección

Detalle sección interna de una centrifuga industrial

D

D < 5mm

H

H = 2D < 10mm

D

D < 5mm

H

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H = 3D

D

Los agujeros pasantes a diferencias de los ciegos pueden tener longitudes mayores, esto debido a que el macho se apoya en la cara opuesta del molde, de esta forma soporta mejor la presión ejercida por el avance del plástico líquido dentro del molde.

D < 5mm

H

1. Los machos deben estar pulidos e incluir un ángulo de desmoldeo, de esta forma se asegura una buena expulsión de la pieza 2. Otro aspecto es la distancia del agujero en relación al borde la pieza

H = 5D

D

Se observa las siguientes reglas:

D < 5mm

S S

S S=2T ó 2D H

D T

H = 6D

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Roscas o Hilos: Externas e Internas Las roscas o hilos pueden ser de tipo interna y externa. Se pueden fabricar directo en el molde sin necesidad de efectuar un mecanizado posterior.

Para las roscas externas se pueden construir de dos formas: 1. Situando la línea de partición en el eje central de la rosca 2. Otra alternativa es equipar el molde con sistemas automatizados de roscado y desenroscado Para las roscas internas, la construcción pasa por el uso de sistemas automatizados de desenroscado, que se efectúa antes de la apertura del molde.

Apertura del Molde

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Nervios Para elevar la resistencia de una pieza plástica muchas veces se engruesa el espesor de ella.

Ø

Al aplicar este método se elevan los costos y el peso de la pieza plástica, lo que conlleva a ciclos de producción más largos.

Cuando una pieza requiere espesores superiores a 4 mm, se construyen refuerzos los que se denominan nervios, de esta forma se obtiene una resistencia en el sector o área deseada.

H

Se observa 2 factores que son: R

1. Diseñar los nervios en sentido paralelo al que va a seguir el material termoplástico fundido durante el proceso de llenado de la pieza 2. Los nervios situados en paralelo, deberán estar separados como mínimo 2 veces su espesor nominal, de esta forma se evita problemas durante el enfriamiento de la pieza

T t S Base del nervio: t≤0,5t Altura: H≤3t Radio de la base: R≥0,25T-0,5T Ángulo: Ø≥0,5º Espaciado: S≥2t

Prototipo de computador Apple Macintosh portable, plástico transparente con nervios estructuradores

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Radios y Esquinas

T

R r

Al momento de diseñar piezas plásticas es necesario evitar las esquinas agudas o cortantes. Al momento de diseñar radios en los bordes internos y externos de una pieza plástica se reducen las concentraciones de tensiones, de esta manera reducimos el riesgos de roturas.

Las principales desventajas en esquinas agudas: 1. Tensiones elevadas 2. Reducción en sus propiedades mecánicas ya que disminuye su resistencia 3. El llenado por el plástico líquido es deficiente 4. Existen defectos estéticos a nivel superficial

R=r+T

Las principales ventajas de tener una pieza redondeada son: 1. Disminución de alabeos o pandeos, esto debido a que existe una menor concentración de tensiones 2. Mejor llenado de la pieza, ya que las curvaturas favorecen la fluidez del plástico líquido 3. El enfriamiento de la pieza es uniforme Para dimensionar los radios se estipula que: El radio exterior de la pieza debe ser igual al radio interior más el espesor de la pared, de esta manera se mantiene el espesor nominal de pared uniforme y la reducción de las tensiones.

Lo mismo ocurre en el caso de los radios interiores, ya que las diferencias en la fase de enfriamiento, en las partes interna y externa, puede provocar que la parte interna contraiga más y deforme la esquina.

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Dimensionamiento de Piezas Al diseñar una pieza plástica hay que considerar le eliminación de tanto material sea posible sin sacrificar su funcionalidad y estética del producto.

En la fase de creación del molde hay que tener presente que: “Todo lo que es vacío o hueco en la pieza, es acero en el molde”.

Según AIMPLAS seguir esta regla favorecerá nuestro diseño en términos de consumo de plástico por pieza, tiempos de ciclo de fabricación, comportamiento de la pieza en uso y en aspecto estético.

No aconsejable La eliminación de material al momento de diseñar un componente permite un ahorro en los procesos productivos, además de mejorar aspectos estéticos

Aconsejable

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Historia Misión Visión

El Centro de Investigación de Polímeros Avanzados, CIPA, es un centro de carácter regional que nace de la postulación al Segundo Concurso de Creación de Unidades Regionales de Desarrollo Científico y Tecnológico, a cargo de la Comisión Nacional de Ciencia y Tecnología, CONICYT, que en su oportunidad fuera postulado por la Universidad de Concepción en conjunto con la Universidad del Bío-Bío y el Gobierno Regional del Bío-bío, GORE Bío-Bío. De forma que CIPA es un centro financiado en su totalidad por la instituciones antes mencionadas, quienes aportan recursos para nutrirlo de infraestructura, capital humano y gastos de operación, entre otros ítems.

La Misión es contribuir al desarrollo y competitividad del sector polimérico regional y nacional, a través de la generación y transferencia de conocimiento científico y tecnológico de frontera.

La Visión es ser reconocido como el centro nacional de I+D+i de referencia en el ámbito de los polímeros.

El propósito fundamental de CIPA es contribuir al desarrollo y competitividad del sector polimérico regional y nacional, a través de la generación y transferencia de conocimiento científico y tecnológico de frontera. Llevando a cabo una actividad orientada a la formación de capital humano, prestación de asesoría técnica al sector público y privado y desarrollo de investigación científica de excelencia.

El modelo de trabajo de CIPA contempla una actividad conjunta con las universidades que dieron origen a su creación, esto con el fin de apoyarse mutuamente y optimizar los recursos disponibles para desarrollar una actividad científica y tecnológica de mayor calidad. Hoy en día en CIPA se desempeñan 25 profesionales cuyas labores contemplan principalmente la administración de los recursos, su gestión operativa, la difusión al entorno, la investigación científica y aplicada y la prestación de servicios.

Su quehacer se basa en dar soluciones a la región y el país en materia de investigación y desarrollo para el sector polimérico, produciendo impactos que se transformen en progreso para el sector productivo regional y nacional. Las líneas de investigación que se desarrollan son seis: 1. Desarrollo de polímeros con aplicaciones médicas, agrícolas y energéticas.

2. Obtención de materiales poliméricos con aplicaciones medioambientales 3. Biopolímeros termoplásticos 4. Materiales termoplásticos compuestos 5. Síntesis y caracterización de adhesivos para madera

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SERVICIOS

Desarrollo de recomendaciones técnicas para el uso de materiales de descarte

Elaboración de materiales de prueba para aplicaciones específicas

Evaluación de líneas de producción y recomendaciones para condiciones óptimas de trabajo

Determinar Propiedades Físicas; absorción de agua, hinchamiento, densidad, viscosidad, MFI de polímeros

Determinar Propiedades Mecánicas; dureza, tracción, flexión e impacto (ASTM)

Determinar Propiedades Térmicas; DSC, TGA y DMA

Caracterización Química (FTIR, GPC)

Preparación y caracterización de materiales compuestos poliméricos

Caracterización de compósitos poliméricos, nanopartículas y soluciones coloidales

Transformación de materiales termoplásticos

Análisis, procesamiento y control de calidad de plásticos reciclados

Apoyo en preparación y ejecución de proyectos

Evaluación de fondos de investigación para requerimientos empresariales

Evaluación de ideas para el desarrollo de nuevos materiales

Coordinación tecnológica para proyectos de investigación

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Evaluación calidad de unión Adhesiva (ASTM, Nch, UNE, JAS, BSI, ISO, AS, AS/NBZ, APA)

Estudios de factibilidad técnico económica de proyectos

Laboratorios

Laboratorio de Materiales Termoplásticos

Laboratorio de Análisis Térmicos

Laboratorio de Desarrollo y Caracterización de Polímeros Laboratorio de Ensayos Mecánicos

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Laboratorio de Materiales Termoplásticos

Calorímetro Diferencial de Barrido (DSC) marca Netzsh modelo DSC204F1 Phoenix Reómetro capilar marca ThermoHaake modelo 5560101 Mezclador de rodillos marca Labtech Engineering M-Scientific modelo LRM-M-100

Este laboratorio cuenta con equipamiento relativo al estudio de la procesabilidad de materiales termoplásticos y extracción de polímeros naturales. De modo que existe una gran capacidad para investigar las condiciones óptimas de procesabilidad de mezclas termoplásticas convencionales y las nuevas formulaciones de materiales desarrollados, permitiendo realizar estudios térmicos y reométricos evaluando el torque y viscosidad de las mezclas, entre otras propiedades.

Mezclador en frío de alta velocidad marca Labtech Engineering M-Scientific modelo LMX10-S-VSFI Reómetro de torque marca Brabender Plastograph® EC plus modelo Mixer 50EHT32 Prensa hidráulica para la obtención de placas termoplásticos marca Labtech Engineering M-Scientific modelo LP20-B Termoformadora manual marca CR Clarke modelo 725FLB para el termoformado de láminas planas termoplásticas.

Pellets en la tolva de máquina extrusora

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Laboratorio de Análisis Térmicos

Calorímetro Diferencial de Barrido (DSC) Mettler Toledo 822e Analizador Termogravimétrico TGA, marca TA Instruments, modelo Q50 Espectrofotómetro Infrarrojo (FT- IR), marca Perkin Elmer Modelo Spectrum Two con accesorios dedicados al estudio de polímeros Sistema ATR (Reflectancia Total Atenuada) Plastómetro de extrusión, marca Qualitest, modelo LMI 4000, para la caracterización reológica de polímeros a través de la medición del índice de fluidez Viscosímetro rotacional, Rheotec RCO2L

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Este tipo de análisis tiene un alto requerimiento por parte del sector empresarial, puesto que el comportamiento térmico de los materiales es el indicador por excelencia para la estimación de condiciones de operación, vida útil, condiciones de almacenamiento, pureza, entre otras.

Laboratorio de Desarrollo y Caracterización de Polímeros

Este laboratorio cuenta con capacidad para la determinación de diferentes propiedades en materiales y su caracterización; sales residuales, humedad, tamaño de partículas en sistemas coloidales y macromoleculares, coeficiente de difusión para sistemas coloidales y macromoleculares, masas molares de polímeros, clasificación de un material sometido a un campo magnético, obtención de información de su estructura electrónica, mini inyección de probetas para ensayos mecánicos, evaluar el comportamiento de muestras bajo tensiones de impacto específicas, estimar la fragilidad o la dureza de las muestras, evaluación de la viscosidad del fundido de un plástico y preservación de productos.

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Laboratorio de Ensayos Mecánicos

Máquina de ensayos universal marca Instron, modelo 4468, equipada con un software Instron serie IX, evalúa las propiedades de tracción y flexión en polímeros y films.

Este laboratorio cuenta con 4 equipos principales para el análisis de las propiedades mecánicas de polímeros, uniones adhesivas en madera, tableros, máquina de impacto, etc.

Medidores de dureza en plásticos, marca Qualitest, HPE II, para medir Dureza Shore A y D Máquina de impacto al dardo, Qualitest 8000, para determinar el esfuerzo del impacto al dardo en films plásticos.

Máquina de impacto al péndulo Dynisco, API, para determinar el esfuerzo del impacto al péndulo método Izod y Charpy.

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Prueba de tracción en probeta de Bent Knee con especie de E.nitens

Molino IKA Mf 1.0 Molino capaz de triturar sustancias fibrosas como el papel, material vegetal, plásticos o materiales similares con un peso específico reducido

Proxxon Sierra de Marquetería DS 230/E

Sierra para realizar cortes en madera con precisión.

Para trabajos pequeños que no requieran un esfuerzo en el motor, con cabezal regulable en altura para sujetar la pieza de trabajo mientras se realiza el corte necesario

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Proxxon Sierra Circular de mesa KS 230 Sirve para cortes rectos en madera, metales no férricos, plásticos y fibra de vidrio. La hoja de sierra “Super Cut” (Ø 58 mm) corta madera blanda hasta un grosor de 8 mm, cortes en plásticos hasta aprox. 3 mm, metales no ferrosos hasta aproximadamente 1,5 mm. Puede cortar placas de PVC reforzado con fibra de vidrio si se utiliza una hoja de sierra de carburo de tungsteno. Soporte guía regulable para ingletes. Tope angular regulable con graduación. Superficie de trabajo fresada plana de aluminio fundido a presión de 160x160 mm

Máquina de impacto al dardo OAKLAND DX8000 Máquina de ensayo que usa la norma ASTM D1709, emplea para medir la energía producida en el impacto de un dardo en caída libre sobre películas y laminas plásticas

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Durómetro digital.

Bareiss Prüfgerätebau GmgH HPE II Shore A y D La determinación de la dureza se basa en la penetración de una punta de acero o indentor sobre algún material como termoplásticos, elastómeros, plásticos, caucho, materiales celulares, entre otros, bajo condiciones específicas de fuerza calibrada y tiempo, a través del método de ensayo descrito en la norma ASTM D 2240

Mezcladora de polímeros Thermo Haake Poly Drive R600/610

El equipamiento permite evaluar la procesabilidad de polímeros como plásticos, aditivos, pigmentos, masterbatch, materiales compuestos de madera, plástico, nanoarcillas, entre otras, a través del mezclado de polímeros con sistema Rheomix R600/610, en la cual se pueden realizar estudios de procesabilidad de mezclas poliméricas, monitoreando la temperatura, tiempo y torque de la mezcla de polímeros

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Prensa de Polímeros HP La prensa hidráulica de platos calientes con sistema de enfriamiento por agua, es un equipo que prensa el material mezclado obtenido láminas desde 1mm hasta mayores espesores. Se pueden prensar mezclas poliméricas, obteniendo láminas para su evaluación en propiedades mecánicas en flexión, tracción e impacto de acuerdo a los requerimientos de las normas ASTM D 790, ASTM D638, ASTM D256, ASTM D 6110

Máquina de ensayos universal INSTRON 4468 Máquina de ensayos universal para pruebas mecánicas de tracción y flexión en materiales como: madera, paneles, plásticos, materiales compuestos entre otros

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Máquina de impacto al péndulo.

Dynisco API 230-0 En circunstancia reales, es común que los materiales absorban rápidamente las fuerzas aplicadas, como objetos que caen, golpes, colisiones, caídas, entre otros. La finalidad de la prueba de impacto es simular estas condiciones.

El equipo determina la resistencia al impacto de péndulo método Izod y Charpy de plásticos con y sin entalle, extraídos del método de inyección y/o métodos de moldeados de plásticos, evaluado a través del método descrito en ASTM D256, ASTM D 4812, ASTM D6110

FTIR Spectrum PerkinElmer Espectrofotómetro FT-IR, con sistema ATR (Reflectancia Total Atenuada), con cristal de diamante. Permite el análisis no destructivo de muestras en forma sólida y líquida para la caracterización e identificación de materiales tales como: polímeros y plásticos, sólidos inorgánicos

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Viscosímetro (reómetro) Rheotec RCO2L El equipo permite determinar la propiedad de viscosidad en todo tipo de fluidos a través de un viscosímetro rotacional, capaz de obtener la medición de acuerdo a las normas ISO 2555 y otros estándares de la norma ASTM

Analizador termogravimétrico TA Instrument modelo Q50 El equipamiento puede determinar la temperatura de descomposición de un material, mezclas o combinaciones polímericas, además entrega información sobre la composición y termoestabilidad de mezclas y combinaciones polímericas. El método se basa en la norma ASTM E 1641.

Permite realizar medidas para determinar la composición de los materiales y predecir su estabilidad a temperaturas de hasta 1000°C

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Analizador de Calorimetría Diferencial de Barrido Mettler Toledo 822e La calorimetría diferencial de barrido (DSC) provee un método rápido para determinar transiciones térmicas de primer orden y las entalpías asociadas a estos cambios. El calor de fusión, calor de cristalización, temperaturas de curado de resinas adhesivas, identificación de aditivos y polímeros, pureza de polímeros, miscibilidad de mezclas poliméricas, son algunos de los eventos más estudiados por DSC. El método se basa en la norma ASTM D 3418-03

Medidor de índice de Fluidez Dynisco LMI 4004 La determinación del índice de fluidez a través de la extrusión de termoplásticos se realiza en un plastómetro de extrusión, en condiciones de temperatura y carga.

Proporciona un medio de medición de fluidez o flujo de un material fundido que puede ser usado para diferenciar los grados como por ejemplo de polietileno, o determinar el grado de degradación del plástico como resultado de moldeo

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Goniómetro o Medidor de ángulo de contacto CAM MICRO Equipamiento capaz de medir el ángulo de contacto de una gota de solución sobre un substrato, determinando la humectabilidad de un sustrato para posteriores usos como permeabilidad, contacto con superficie, pinturas entre otros

Balanza analítica A&D GR-202 Equipamiento necesario para determinar la masa de materiales, con la opción de obtener su valor en diferentes unidades de medidas de masa

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Glosario de Términos

a materiales biológicos. Materiales compatibles con

A

las funciones biológicas de animales y materiales

Aditivos Substancias agregadas en los plásticos antes, después o durante su procesamiento para modificar las propiedades o comportamiento de los plásticos

de barrera (seguridad alimentaria). Son elaborados a partir de biopolímeros o polímeros biodegradables (de recursos renovables o del petróleo). Estos materiales se utilizaron en principio en campos de la biomedicina

Agente de desmoldeo Aditivo que se aplica a las cavidades de los moldes para facilitar la salida de los productos formados

(cirugía, ingeniería de tejidos) y farmacología Bioplásticos El término abarca toda la familia de materiales de base

Alabeo Falla en una pieza que se deforma después de moldearse, la forma original se tuerce de manera curva, esto debido a los esfuerzos residuales en el material transformado

Proceso para evaluar las cargas medioambientales asociadas con un producto, proceso o actividad identificando y cuantificando energía, materiales usados, residuos y emisiones al ambiente, evaluar el impacto de estos, en energía, uso de materiales y desechos en el ambiente, evaluar y llevar a cabo de

mejoramiento

medioambiental.

La

valoración incluye el ciclo de vida entero del producto, proceso o actividad, mientras abarca la extracción, procesamiento

de

materias

biológica (biobasados) y/o, biodegradables Biobasado Una proporción significativa de carbono proviene de materias primas renovables

Análisis del Ciclo de Vida

opciones

que desempeñan funciones mecánicas (embalaje) o

primas,

fabricación,

transporte y distribución, uso / re-uso / mantenimiento, reciclaje y disposición final

Biopolímero Son polímeros naturales provenientes de recursos renovables y se agrupan en varias familias, siendo las principales; los polisacáridos (almidón, celulosa, quitosano y pululano), proteínas (colágeno, gelatina, caseína) y polifenoles (lignina) Bobinador Unidad que enrolla la lámina o película en un equipo de transformación Bushing En la extrusión, es el anillo externo del dado que moldea la superficie externa de un tubo. En inyección,

B

Banbury Aparato para preparar materiales compuestos que constan de dos rodillos que giran en sentidos opuestos y que mastican los materiales para formar una mezcla homogénea Biomateriales Término que se utiliza generalmente para referirse Fondo de Desarrollo a la Docencia FDD2013-05

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es un cilindro en las contrapartes de los pernos y tornillos

C

Cabezal de extrusión (Dado) Elemento que le da forma a la resina fundida antes de entrar a la sección de enfriamiento o congelación. El cabezal convierte el flujo cilíndrico que le entrega el barril de extrusión a una forma geométrica específica

Deformación Elástica

Los elastómeros termoplásticos se pueden procesar

Cambio reversible en las dimensiones de un objeto

con los métodos convencionales de los polímeros

Calandra

sólido a raíz de la aplicación de una fuerza externa.

termoplásticos

Máquina para hacer láminas por medio de la presión

Cuando la fuerza externa cesa de actuar, el cuerpo

entre rodillos que rotan entre rodillos que giran en

sólido regresa a sus dimensiones originales. La

Emulsión

sentidos opuestos

fuerza externa puede ser de tensión, compresión o

Mezcla en la cual dos sustancias inmiscibles, como el

impacto

agua y el aceite permanecen unidas entre sí gracias

con dimensiones estables y de manera continua

Carbonated Soft Drink (CSD)

a una tercera sustancia llamada emulsificante. El Deformación Plástica

emulsificante es por lo general un jabón, cuyas

Cambio irreversible en las dimensiones de un objeto

moléculas tienen un extremo soluble en agua y

Ciclo del Carbono

sólido como resultado de la aplicación de una fuerza

otro extremo soluble en solventes orgánicos. Las

Serie sucesiva de procesos de transición del

externa sobre el mismo

moléculas de jabón formas pequeñas bolas llamadas

Bebida Suave carbonatada

carbono entre los organismos y el medio ambiente

micelas, en las cuales los extremos solubles en agua

que contribuyen al mantenimiento de las constantes

Delaminación

se dirigen hacia el agua y los extremos solubles

atmosféricas y climáticas necesarias para la

Separación parcial o completa frecuentemente

en solventes orgánicos se dirigen hacia el interior

vida en la Tierra. Es un ciclo bio-geoquímico de

causada por falta de adhesión en materiales

de las bolitas. El aceite es estabilizado en el agua

gran importancia, debido a que de él depende la

laminados. La resistencia a la delaminación de

ocluyéndose en el centro de la micela. De esa forma,

producción de materia orgánica indispensable para

estructuras flexibles multicapa depende de las

el agua y el aceite permanecen mezclados

la vida de todo ser vivo

diferentes condiciones en que fueron unidos los films, así como, de los tratamientos superficiales a

Estabilizadores

Cierre

los que fueron sometidos presencia de impresión,

Los estabilizadores aumentan la fuerza de la resina

Permite a las botellas ser herméticas aun después

mezcla

virgen y reciclada, y a su resistencia a la degradación.

de que sean abiertas. Los cierres son generalmente

adhesivo, o falta de curado y de las condiciones de

Los

hechos de polipropileno.

aplicación del adhesivo

resistencia

inadecuada

de

los

componentes

del

estabilizadores a

la

de

calor

degradación

proporcionan termal

durante

períodos de exposición a temperaturas elevadas. La Co-extrusión

Drop-off Center

Involucra un proceso de soplo-moldura que se

Depósito

realiza conteniendo dos o más capas de diferente

reciclables

dónde

degradación termal no sólo es reducida durante el los

consumidores

traen

los

proceso, sino que también durante la vida útil de los productos finales. Se usan estabilizadores ligeros

material. La co-extrusión permite el uso de

en una variedad de resinas para limitar los efectos

materiales reciclados o material con propiedades de

de luz del sol u otras fuentes de radiación de la luz

barrera. La resina reciclada o el material de barrera es encerrado entre dos capas de resina virgen

D

E

UV exagerada. Pueden usarse antioxidantes como

Elastómero termoplástico

aditivos sacrificatorios para proteger a los plásticos

Tipo de elastómero que no necesita vulcanización,

de ambientes oxidantes. Los estabilizadores son

siendo el tipo de unión entre las cadenas de origen

importantes para plásticos de post-consumo porque

físico. Suelen estar constituidos por copolímeros

la re-elaboración expone el material a las historias de

Decapado

de bloque, que presentan bloques rígidos y

calor adicionales a través de compuestos y moldeos

Procedimiento para eliminar la capa superficial

bloques elásticos, y forman materiales multifásicos

anteriores. También es importante re-abastecer de

de alguna superficie gracias a la acción de ácidos

íntimamente dispersos. Los bloques rígidos actúan

aditivos sacrificatorios que se podrían haber perdido

minerales como el ácido sulfúrico o fosfórico. La

como uniones físicas o puntos de anclaje para el

durante una aplicación anterior del material y/o

concentración y la temperatura del ácido determinan

armazón de los segmentos elásticos. Un ejemplo

durante las historias de calor agregadas

la profundidad del decapado

típico es el copolímero estireno-butadieno-estireno.

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Extrusión

Husillo

LDPE

Técnica de procesamientos de plásticos en la que

Elemento metálico de geometría helicoidal que

Polietileno de densidad baja. Un plástico usado

las resinas se funden, calientan y bombean. El

plastifica los polímeros girando en un cilindro hueco

predominantemente en las aplicaciones de película.

material a ser procesado es hecho pedazos entre un

llamado barril o cañón. Los diseños empleados en

LDPE se usa para fabricar las películas flexibles

tornillo y la pared del barril que es fijo. Este proceso

los husillos varían en función de los requerimientos

como aquéllas usadas para bolsas de plástico

produce energía friccional que calienta y fusiona la

del material plástico y del proceso de transformación

utilizadas en los centros comerciales

sustancia para ser después transportada abajo del barril. El fundido extruido de la máquina se procesa después de la fase de expulsión

I

Lixiviados Líquidos que se forman por la reacción, arrastre

ISO

o filtrado de los materiales que constituyen los

Organización Internacional de Normalización, es

residuos sólidos y que contienen sustancias en forma

el organismo encargado de promover el desarrollo

disuelta o en suspensión que pueden infiltrarse en

Fractura de Resina Fundida

de normas internacionales de fabricación (tanto

los suelos o escurrirse fuera de los sitios en los que

Irregularidad en la superficie de un artículo fabricado

de productos como de servicios), comercio y

se depositen residuos sólidos y que puede dar lugar

en un dado de flujo, causada generalmente porque

comunicación para todas las ramas industriales a

a la contaminación del suelo y de cuerpos de agua

la viscosidad de la resina es muy alta en la superficie

excepción de la eléctrica y la electrónica. Su función

de la resina en contacto con la pared del dado

principal es la de buscar la estandarización de

LLPDE

normas de productos y seguridad para las empresas

Polietileno de baja-densidad lineal. Un plástico que

u organizaciones (públicas o privadas) a nivel

se usa predominantemente en aplicaciones de

internacional

película. LLDPE se usa en artículos como bolsas de

F

G

Gel Coat

comestibles, empaquetación de basura y forros para

Voz inglesa, que implica una preparación de resina

el relleno sanitario

poliéster insaturada que se aplica sobre el molde,

J

endurece y se adiciona el material reforzado, para

Jetting

Lycra

conformar una pieza. La capa de gel coat formará

Voz inglesa, defecto superficial en las piezas

Marca de la fibra de elastano registrada por DuPont

parte del producto final, por esta razón suele ir

inyectadas, característica de flujo turbulento en el

pigmentado

plástico fundido. Se conoce como “cola de cometa”

Glicólisis Proceso que rompe largas cadenas de polímeros

L

M

Materia Inerte Vidrio (envases y plano), papel y cartón, tejidos

en cortas cadenas olí gomeros que son re-

Látex

(lana, trapos y ropa), metales (férricos y no férricos),

polimerizadas en polímeros vírgenes

Dispersión coloidal estable de un polímero en un

plásticos, maderas, gomas, cueros, loza y cerámica,

medio acuoso. Las partículas de polímero suelen ser

tierras, escorias, cenizas y otros. A pesar de que

aproximadamente esféricas. Un látex puede tener

pueden fermentar el papel y cartón, así como la

H

tanto origen natural como sintético (generalmente

madera y en mucha menor medida ciertos tejidos

Hot Stamping

por polimerización en emulsión). El primer látex

naturales y el cuero, se consideran inertes por su

Técnica de decorado que se basa en una impresión

conocido fue el caucho natural, que se obtiene en

gran estabilidad en comparación con la materia

sobre el plástico, mediante calor y presión. No

esta forma en el sangrado de los árboles a partir de

orgánica. Los plásticos son materia orgánica, pero

requiere de solventes, secado o tratamientos

los cuales se extrae. Frecuentemente, se utiliza el

no fermentable

preliminares, se denomina estampado en caliente

término látex al referirse al caucho natural

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Metanólisis Proceso de reciclando dónde el metanol se introduce en PET. El poliéster es roto en sus moléculas básicas, incluso dimetil tereftalato y glicol de etileno.

Estos precursores son entonces re-polimerizadas en resina purificada Módulo de Elasticidad Es la relación constante que existe entre el esfuerzo y el alargamiento, dentro del intervalo elástico de una sustancia. Puede determinarse en los ensayos de tracción, compresión o flexión. Debido al comportamiento viscoelástico de los plásticos, debe tenerse en cuenta la dependencia respecto al tiempo Módulo de Flexión El coeficiente de dividir la fuerza aplicada a una probeta de plástico, entre la deformación causada por esa fuerza Molde Cuerpo hueco o cavidad dentro del cual se introduce la resina fundida para que esta copie la forma interna del mismo. El copiado se puede lograr por la expansión de la resina con la ayuda de un gas (aire, por ejemplo) introducido a presión (como en moldeado por soplado o inyección asistida con gas) o por la compactación de la resina dentro de la cavidad (como en moldeo por inyección) Moldura-inyección Proceso que involucra la inyección de la resina fundida en un molde

O

están listos para fundirse

Poli estireno orientado “Oriented Polystyrene”

Pirólisis

Orientación

de la aplicación de calor en la ausencia de oxígeno

OPS

Alineación de las moléculas de un polímero en una o más coordenadas. La orientación puede ser generada durante el proceso de fabricación con el propósito de incrementar las propiedades mecánicas de productos formados, como películas, laminas, filamentos, cuerpos huecos soplados o termo formados Oxigen Scavengers Aditivos que son capaces de “comerse” el oxigeno que se permeé a través de la botella Oxo-Biodegradable: Los oxo-biodegradables son plásticos convencionales derivados del petróleo que se diferencian por la inclusión de un aditivo oxo en la matriz polimérica. Los aditivos están elaborados en base a metales pesados y producen una degradación oxidativa de las cadenas poliméricas.

Estos plásticos no pueden ser considerados sistemáticamente productos biodegradables

P

Párison Manga hueca extruida que se coloca en el molde del proceso de moldeado por soplado Pelletizaje Proceso para producir tamaños uniformes de resinas plásticas vírgenes o recicladas. El polímero fundido se fuerza a través de un extrusor, que produce

N

Neopreno Hule sintético disponible en forma sólida, flexible o de espuma, las tres presentaciones tienen aplicaciones muy variadas. También se denomina Policloropreno

largas cuerdas de resina. Las cuerdas se sumergen en un baño de agua para solidificar y se cortan para hacer los cilindros uniformes Pellets Cilindros diminutos de Resina virgen o reciclada que

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Descomposición termal de material orgánico a través

PLA Ácido poliláctico, un bioplástico resultado de la polimerización del ácido láctico. Este ácido tiene muchas características equivalentes e incluso mejores que muchos plásticos derivados del petróleo, lo que hace que sea eficaz para una gran variedad de usos Plasticidad Propiedad de los plásticos que les permiten ser deformados continuamente y de manera permanente sin llegar a romperse Plástico Material

formado

hidrocarbonadas,

por de

largas

cadenas

naturaleza

orgánica,

susceptible de ser moldeados. Sus propiedades varían en función de su conformación química y modificaciones de las que pueden ser objeto (mezclas y aditivos) Plásticos Compostables Plásticos que se biodegradan bajo condiciones de compostaje (humedad y temperatura específicas para el desarrollo de los microorganismos) Polímero Compuesto orgánico de alto peso molecular, natural o sintético cuya estructura puede representarse por una unidad pequeña repetida, el monómero (polietileno, caucho, celulosa) Preforma Tubo de plástico utilizado para hacer botellas utilizando el proceso de inyección de soplo-moldura

Punto de Fusión

Resina

Temperatura a la cual el plástico pasa de estado

Cualquiera de una clase de sólido o semi-sólido de

sólido a líquido

productos orgánicos de origen natural o sintético,

Soplado

generalmente de pesos moleculares altos sin un

Proceso de transformación que genera productos

Punto de Rocío

punto de fundición definido. La mayoría de las

huecos

Temperatura a la cual comienza a condensarse el

resinas son polímeros

reblandecido contra las paredes de un molde. Se

plásticas se apilan unas sobre otras

agua contenida en el aire. Es un valor muy tenido

mediante

la

expansión

de

plástico

clasifica en dos formas; La inyección soplo, que

en cuenta en sistemas de secado por circulación de

Resistencia al Impacto

utiliza una preforma apoyada en un perno metálico y

aire y en sistemas de aire comprimido, cuanto más

Habilidad de un material para resistir cargas de

la extrusión soplo, que emplea un párison

bajo sea el punto de rocío más seco estará el aire a

choque sin romperse. También se puede medir

una determinada presión

como el trabajo realizado para romper un material

Soplo-moldura

por la acción de un impacto, llevado de una manera

Proceso usado para fabricar recipientes.

especifica sobre una probeta del material

procesos de moldura de soplo principales son

PVC Cloruro de Poli vinilo. Antes de la introducción de

extrusión e inyección de soplo-moldura

PET en los años setenta, los recipientes líquidos

Roving

eran principalmente manufacturados en PVC

Voz inglesa, es una hebra de filamentos continuos de fibra de vidrio, con cierta torsión mecánica,

R

Reciclado Feedstock

Los

T

enrollado en un ovillo. Se utiliza para pultrusión,

Tecnología de Barrera

bobinado filamentario y otros procesos de moldeo

Tecnología

de materiales compuestos (composites)

impermeabilidad de los recipientes. Gracias a esta

Grupo de tecnologías de reciclaje que emplean

desarrollada

para

mejorar

la

tecnología, el ingreso de oxígeno en la botella y

varios procesos que convierten mezclas de plásticos

RPET

la infiltración de gas del recipiente es reducido

en aceite de petróleo o los materiales crudos

El RPET se usa en aplicaciones de fibra (los

dramáticamente permitiendo que la cerveza y las

que pueden usarse en refinerías y los medios

suéteres de vellón polar, alfombras, relleno etc).

CSDs puedan tener una vida mas prolongada. La

petroquímicos para hacer nuevos productos

Otras aplicaciones incluyen cuerdas, compuestos

tecnología de barrera incluye multi-capas, captura

moldeados y recipientes para comida

de oxígeno, y capas internas y externas

Reciclaje Es un proceso cuyo objetivo es convertir desechos

Tensión

en nuevos productos para prevenir el desuso de

S

materiales potencialmente útiles, reducir el consumo

Scrap: Sobrante del moldeo que no forma parte

el área transversal del mismo. El área transversal es

de nueva materia prima, reducir el uso de energía,

de la pieza final como rebabas, coladas, piezas

el área de una sección transversal del objeto en un

reducir la contaminación del aire (a través de la

defectuosas, en los procesos de extrusión o

plano perpendicular a la dirección de la fuerza. La

incineración) y del agua (a través de los vertederos)

inyección éste excedente es molido e incorporado al

tensión generalmente es expresada en unidades de

por medio de la reducción de la necesidad de los

proceso como material remolido

fuerza dividida por área, como N/cm2

también disminuir las emisiones de gases de efecto

Silicona

TEP

invernadero en comparación con la producción de

Sustancia

plásticos. El reciclaje es un componente clave en

desmoldante

o

Se utiliza como unidad energética y sirve para

la reducción de desechos contemporáneos y es el

termoformación. También se usa como agente

comparar la cantidad de energía que contiene un

tercer componente de las 3R (“Reducir, Reutilizar,

antibloqueante en el embobinado de rollos plásticos

material como carbón, plástico, agua embalsada,

Reciclar”)

y como agente antiadherente cuando las piezas

etc. con la que contiene una tonelada de petróleo,

Grado de fuerza ejercida sobre un objeto dividida por

sistemas de desechos convencionales, así como

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derivada en

del moldeo

silicio, por

usada

como

inyección

Abreviatura de “Tonelada equivalente de petróleo”.

es decir que el petróleo se considera como patrón de

Aplicado como intermediario químico, fertilizante,

su nombre a los científicos que los desarrollaron,

medida, la unidad. Un Tep = 11.678,8 Kwh

adhesivos y usado en algunos medicamentos

Karl Ziegler y Giulio Natta. Básicamente son grupos alquil-aluminio o compuestos de titanio, el

Termocupla Elemento de medición de la temperatura que consta

V

trietilaluminio, tetracloruro de titanio son ejemplos de estos catalizadores. Ziegler y Natta recibieron

de un par de metales que al dilatarse por efecto del

Vulcanización

el premio Nobel de Química en 1963 por su

calor, envían una señal eléctrica proporcional a la

Proceso mediante el cual se calienta el caucho

descubrimiento,

temperatura a la que se encuentren

crudo en presencia de azufre, con el fin de volverlo más duro y resistente al frío. Se dice que fue

Zona de Mezclado

Termoplástico

descubierta por Charles Goodyear en 1839 por

Sección del husillo donde el plástico se somete a

Los termoplásticos son polímeros constituidos por

accidente, al volcar un recipiente de azufre y caucho

esfuerzos mediante un maquinado especial, existen

cadenas lineales o ramificadas. A temperaturas

encima de una estufa. Esta mezcla se endureció y

diversos diseños de estas zonas de acuerdo a las

relativamente altas, se vuelve plástico, deformable o

se volvió impermeable, a la que llamó vulcanización

necesidades del material a procesar y del producto

flexible, se derrite cuando es calentado y se endurece

en honor al dios Vulcano. Sin embargo, hay estudios

en un estado vítreo cuando es suficientemente

que demuestran que un proceso similar a la

enfriado

vulcanización, pero basado en el uso de materiales orgánicos (savias y otros extractos de plantas) fue

Tiempo de Tack

utilizado por la Cultura Olmeca 3.500 años antes

Período de tiempo en el que un material es pegajoso,

para hacer pelotas de hule destinadas a un juego

este término se aplica en adhesivos

ritual. Durante la vulcanización, los polímeros lineales paralelos cercanos constituyen puentes de

Tolva

entrecruzamiento entre sí. El resultado final es que

Unidad intermedia de almacenamiento de la

las moléculas elásticas de caucho quedan unidas

resina que alimenta el extrusor de una unidad de

entre sí a una mayor o menor extensión. Esto forma

transformación

un caucho más estable, duro, mucho más durable, más resistente al ataque químico y sin perder la

Transmisión de Humedad

elasticidad natural. También transforma la superficie

Velocidad de permeación de la humedad a través

pegajosa del material en una superficie suave que

de la pared de una película o lamina plástica,

no se adhiere al metal o a los sustratos plásticos

a

condiciones

especificadas

de

temperatura,

concentración de humedad, área de película expuesta y tiempo de exposición. Ver ASTM E 96

W

Wollastonita Silicato natural que se encuentra en algunas rocas.

U

Se utiliza para fabricar pinturas, caucho, papel,

UP

refuerzo de fibras para algunos plásticos

Poliéster insaturado (Unsaturated polyester)

Z

Urea Polvo blanco que se descompone antes de hervir,

Ziegler-Natta

presente en la orina y otros fluidos del organismo.

Familia de catalizadores esteroespecíficos que deben

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Libro electrónico para la comprensión y aprendizaje de características, estructura y procesos productivos asociados a materiales poliméricos

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Créditos Fotográficos y Esquemas

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