El éxito y los progresos de la síntesis orgánica y la fabricación en los últimos tiempos de resinas sintéticas (no existentes en la Naturaleza), trocaron las masas plásticas de unos sustitutos en materiales absolutamente insustituibles, sin los cuales resultaría imposible el progreso técnico en toda una serie de ramas de ciencia y de industria.

La aparición de las nuevas estructuras, los nuevos métodos de construcción o formas arquitectónicas siempre fue íntimamente ligada a la creación de nuevos materiales de construcción.

La armonía en las relaciones recíprocas entre los materiales, las estructuras, el nivel de la técnica de construcción y la nueva arquitectura, puede ser notada en la arquitectura mundial sobre los ejemplos clásicos. Éstos denotan la extraordinaria capacidad de los mejores maestros de arte de aprovechar ampliamente las características de los materiales de construcción, de encontrar adecuadas soluciones estructurales en correspondencia con un material dado y de producir obras de cualidades estéticas nuevas.

Así fue cuando, además de la madera, la piedra y el ladrillo, aparecieron el acero, el vidrio, el hormigón armado; con el invadir ampliamente el campo de construcción ellos originaron nuevos métodos constructivos y nuevas formas arquitectónicas, propias de cada uno de los materiales usados.

El mismo fenómeno debe repetirse ahora cuando, de año en año, aumentan materiales sintéticos de construcción, que se fabrican a partir de polímeros-combinaciones de alta molecularidad.

La vasta industrialización de nuevos materiales de construcción provocará un gran consumo de resinas sintéticas. Debido a ello se cristalizará la síntesis de polímeros completamente nuevos y nacerán nuevos métodos de obtención de distintos polímeros de cualidades preestablecidas.

La mecano-química de los polímeros de alto grado abre grandes posibilidades en la síntesis de materiales polimerizados de cualidades físico-mecánicas y químicas mejoradas. No menos promete la aplicación

El desarrollo de estas sustancias se inició en 1860, cuando el fabricante estadounidense de bolas de billar Phelan and Collander ofreció una recompensa de 10.000 dólares a quien consiguiera un sustituto aceptable del marfil natural. Una de las personas que optaron al premio fue el inventor estadounidense Wesley Hyatt, quien desarrolló un método de procesamiento a presión de la piroxilina, un nitrato de celulosa de baja nitración tratado previamente con alcanfor y una cantidad mínima de disolvente de alcohol. Si bien Hyatt no ganó el premio, su producto, patentado con el nombre de celuloide, se utilizó para fabricar diferentes objetos, desde placas dentales a cuellos de camisa. El celuloide tuvo un notable éxito comercial a pesar de ser inflamable y de su deterioro al exponerlo a la luz.

Durante las décadas siguientes aparecieron de forma gradual más tipos de plásticos. Se inventaron los primeros plásticos totalmente sintéticos: un grupo de resinas desarrollado hacia 1906 por el químico estadounidense de origen belga Leo Hendrik Baekeland, y comercializado con el nombre de baquelita. Entre los productos desarrollados durante este periodo están los polímeros naturales alterados, como el rayón, fabricado a partir de productos de celulosa.

En 1920 se produjo un acontecimiento que marcaría la pauta en el desarrollo de materiales plásticos. El químico alemán Hermann Staudinger aventuró que éstos se componían en realidad de moléculas gigantes. Los esfuerzos dedicados a probar esta afirmación iniciaron numerosas investigaciones científicas que produjeron enormes avances en esta parte de la química. En las décadas de 1920 y 1930 apareció un buen número de nuevos productos, como el etanoato de celulosa (llamado originalmente acetato de celulosa), utilizado en el moldeo de resinas y fibras; el cloruro de polivinilo (PVC), empleado en tuberías y recubrimientos de vinilo, y la resina acrílica, desarrollada como un pegamento para vidrio laminado.

Uno de los plásticos más populares desarrollados durante este periodo es el metacrilato de metilo polimerizado, que se comercializó en Gran Bretaña con el nombre de Perspex y como Lucite en Estados Unidos, y que se conoce en español como plexiglás. Este material tiene unas propiedades ópticas excelentes; puede utilizarse para gafas y lentes, o en el alumbrado público o publicitario. Las resinas de poliestireno, comercializadas alrededor de 1937, se caracterizan por su alta resistencia a la alteración química y mecánica a bajas temperaturas y por su muy limitada absorción de agua. Estas propiedades hacen del poliestireno un material adecuado para aislamientos y accesorios utilizados a bajas temperaturas, como en instalaciones de refrigeración y en aeronaves destinadas a los vuelos a gran altura. El PTFE (politetrafluoretileno), sintetizado por primera vez en 1938, se comercializó con el nombre de teflón en 1950. Otro descubrimiento fundamental en la década de 1930 fue la síntesis del nailon, el primer plástico de ingeniería de alto rendimiento.

Durante la II Guerra Mundial, tanto los aliados como las fuerzas del Eje sufrieron reducciones en sus suministros de materias primas. La industria de los plásticos demostró ser una fuente inagotable de sustitutos aceptables. Alemania, por ejemplo, que perdió sus fuentes naturales de látex, inició un gran programa que llevó al desarrollo de un caucho sintético utilizable. La entrada de Japón en el conflicto mundial cortó los suministros de caucho natural, seda y muchos metales asiáticos a Estados Unidos. La respuesta estadounidense fue la intensificación del desarrollo y la producción de plásticos. El nailon se convirtió en una de las fuentes principales de fibras textiles, los poliésteres se utilizaron

en la fabricación de blindajes y otros materiales bélicos, y se produjeron en grandes cantidades varios tipos de caucho sintético.

Durante los años de la posguerra se mantuvo el elevado ritmo de los descubrimientos y desarrollos de la industria de los plásticos. Tuvieron especial interés los avances en plásticos técnicos, como los policarbonatos, los acetatos y las poliamidas. Se utilizaron otros materiales sintéticos en lugar de los metales en componentes para maquinaria, cascos de seguridad, aparatos sometidos a altas temperaturas y muchos otros productos empleados en lugares con condiciones ambientales extremas. En 1953, el químico alemán Karl Ziegler desarrolló el polietileno, y en 1954 el italiano Giulio Natta desarrolló el polipropileno, que son los dos plásticos más utilizados en la actualidad. En 1963, estos dos científicos compartieron el Premio Nobel de Química por sus estudios acerca de lpolímeros.

Polímero, sustancia que consiste en grandes moléculas formadas por muchas unidades pequeñas que se repiten, llamadas monómeros. El número de unidades que se repiten en una molécula grande se llama grado de polimerización. Los materiales con un grado elevado de polimerización se denominan altos polímeros. Los homopolimeros son polímeros con un solo tipo de unidad que se repite. En los copolímero se repiten varias unidades distintas.

La mayoría de las sustancias orgánicas presentes en la materia viva, como las proteínas, la madera, la quitina, el caucho y las resinas, son polímeros; también lo son muchos materiales sintéticos como los plásticos, las fibras (véase Nylon; Rayón), los adhesivos, el vidrio y la porcelana.

Los polímeros pueden subdividirse en tres o cuatro grupos estructurales. Las moléculas de los polímeros lineales consisten en largas cadenas de monómeros unidas por enlaces como las cuentas de un collar. Ejemplos típicos son el polietileno, el alcohol polivinilo y el cloruro de polivinilo (PVC).

Los polímeros ramificados tienen cadenas secundarias que están unidas a la cadena principal. La ramificación puede ser producida por impurezas o por la presencia de monómeros que tienen varios grupos reactivos. Los polímeros compuestos por monómeros con grupos secundarios que forman parte del monómero, como el poliestireno o el polipropileno, no se consideran polímeros ramificados.

En los polímeros entrecruzados dos o más cadenas están unidas por cadenas secundarias. Con un grado pequeño de entrecruzamiento se obtiene una red poco compacta esencialmente bidimensional. Los grados elevados de entrecruzamiento dan lugar a una estructura compacta tridimensional. El entrecruzamiento es producido normalmente por reacciones químicas. Un ejemplo de estructura entrecruzada bidimensional es el caucho vulcanizado, en el cual los eslabones están formados por átomos de azufre. Los duroplásticos son polímeros entrecruzados con una estructura tan rígida que al calentarse se descomponen o arden en lugar de fundirse.

Existen dos métodos generales para formar moléculas grandes a partir de monómeros pequeños: la polimerización por adición y la polimerización por condensación. En el proceso químico llamado polimerización por adición, los monómeros se unen sin que las moléculas pierdan átomos. Algunos ejemplos de polímeros de adición son el polietileno, el polipropileno, el poliestireno, el etanoato de polivinilo y el politetrafluoroetileno (teflón).

En la polimerización por condensación, los monómeros se unen con la eliminación simultánea de átomos o grupos de átomos. Algunos polímeros de condensación típicos son las poliamidas, los poliésteres y ciertos poliuretanos.

En 1983 se anunció un nuevo método de polimerización por adición llamado polimerización por transferencia de grupo. Un grupo activador dentro de la molécula que inicia el proceso se transfiere al final de la cadena polímera creciente mientras que los monómeros individuales se insertan en el grupo. El método, que se ha utilizado para los plásticos acrílicos, también debería poder ser aplicable a otros plásticos.

Dos procesos básicos de la producción de resinas son la condensación y las reacciones de adición. La condensación produce varias longitudes de polímeros, mientras que las reacciones de adición producen longitudes específicas. Por otro lado, las polimerizaciones por condensación generan subproductos en pequeñas cantidades, como agua, amoníaco y etilenglicol, mientras las reacciones de adición no producen ningún subproducto. Algunos polímeros típicos de condensación son el nailon, los poliuretanos y los poliésteres. Entre los polímeros de adición se encuentran el polietileno, el polipropileno, el cloruro de polivinilo y el poliestireno. Las masas moleculares medias de los polímeros de adición son generalmente mayores que las de los polímeros de condensación.

El plástico se procesa de formas distintas, según sea termoplástico o termoendurecible. Los termoplásticos, compuestos de polímeros lineales o ramificados, pueden fundirse. Se ablandan cuando se calientan y se endurecen al enfriarse. Lo mismo ocurre con los plásticos termoendurecibles que están poco entrecruzados. No obstante, la mayoría de los termoendurecibles ganan en dureza cuando se calientan. El entrecruzado final que vuelve rígidos a los termoendurecibles se produce cuando se ha dado forma al plástico.

La naturaleza química de un plástico depende del monómero (la unidad repetitiva) que compone la cadena del polímero. Por ejemplo, las poliolefinas están compuestas de monómeros de olefinas, que son hidrocarburos de cadena abierta con al menos un doble enlace. El polietileno es una poliolefina. Su monómero es el etileno. Otros tipos de polímeros son los acrílicos (como el polimetacrilato), los estirenos (como el poliestireno), los halogenuros de vinilo (como el cloruro de polivinilo), los poliésteres, los poliuretanos, las poliamidas (como el nailon), los poliéteres, los acetatos y las resinas fenólicas, celulósicas o de aminas.

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Del ultrasonido y el empleo de nuevos catalizadores en la fabricación de los plásticos poseedores de cualidades requeridas.

La aplicación de estos métodos permite muchas veces incrementar la solidez de la masa plástica, la benzoloresistencia, permitiéndose así ampliar el campo de su aplicación. El aprovechamiento de las irradiaciones en distintas ramas de la industria química representa un gran interés. El desarrollo de la industria atómica troca en otro de mucha perspectiva el método de la promoción de la polimerización del etileno y otros hidrocarburos, mediante las gamma-radiaciones y otras. .

En atención al desarrollo actual de la técnica, se trata de comunicar a los polímeros las siguientes cualidades: a,) termorresistencia unida a las cualidades mecánicas, la absoluta transparencia y la abrasividad entre las temperaturas de 150 y 500' C y más; ello se requiere, ante nada, por la vitrificación y la hermetización de muchas piezas de la estructura de aviones de alta velocidad y altura, cohetes dirigidos, ete.; b) resistencia al frío que permite conservar la solidez y la elasticidad, a pesar de las temperaturas bajas como menos 80' y menos 100' C, lo que es importante para las gomas de las ruedas, los artículos de goma en general, las cubiertas de protección, etcétera.

Los nuevos materiales deben ser de alta solidez, de estabilidad química, de resistencia a los líquidos orgánicos, poseer cualidades aislantes de calor y de sonido; deben ser resistentes a la luz y al desgaste, destacarse por un gran volumen de intercambio iónieo.

Los materiales plásticos pueden dividirse en: 1) los derivados directamente de sustancias vegetales (la celulosa) o animales (la caseína) ; 2) las resinas sintéticas termoendurecedoras obtenidas como derivados de especies químicas definidas, de moleculas complejas; 3) las resina sintéticas termoplásticas obtenidas por polimerización de moléculas simples.

El primer grupo, después de muchos años de uso, ha perdido mucho de la importancia de antes, mientras que los grupos 2 y 3 han cobrado un desarrollo notable. Al grupo 2 le pertenecen las resinas que se endurecen por el calor, mientras que las del 3 se endurecen con el frío, pero vuelven a ser maleables a determinadas temperaturas.

Son las resinas termoendurecedoras: las fenoplástieas, obtenidas por condensación del formol y del fenol (baquelita) ; las aminoplásticas, por condensación del formol y de un cuerpo orgánico aminado; las gliceroftálicas, obtenidas a partir de la glicerina y del anhidro ftálíeo.

Son las resinas termoplásticas: a) las vinílicas: cloruro de polivinilo; acetato de polivinilo; copolímeros vinílicos, fabricadas a partir del acetileno, como materia prima esencial; b) las resinas de poliesterene (o estirolene), y e) las metacrílicas, obtenidas por polimerización de los ésteres del ácido metacrílico, que se caracterizan por su transparencia, la resistencia y son livianas ("vidrio orgánico = Plexiglas)

A dichas resinas se les suele agregar otros elementos de origen mineral (mica, amianto) u orgánico (harina de madera, pulpa de celulosa, carbono) ; hecha esta "carga" complementaria, se obtiene, luego de un proceso adecuado, un "polvo para moldear".

También se obtiene otra forma de plástico a partir de papeles o telas previamente impregnadas con resinas, elementos que, sometidos a una fuerte presión bajo la acción del calor, se trocan en placas rígidas llamadas "plásticos estratificados".

Otro procedimiento consiste en fundir las resinas y cortarlas en planchas, listones o tubos.

Como luego veremos, no todos los plásticos se trabajan una misma manera, bien que existe una serie de procedimientos generales aplicables a los plásticos de más distintas formas; entre ellos citaremos el moldeado por compresión, el moldeado por inyección, la expulsión, la extrusión. Para cada uno de tales procedimientos existen máquinas adecuadas, las que, a su vez, requieren la ayuda de otras máquinas auxiliares que se encargan de los tratamientos previos de los materiales integrantes del futuro plástico.

Pasemos ahora al siempre creciente empleo de los plásticos en el mundo entero, aprovechando las cifras "probables" calculadas para el aiío 2000 por la Oficina Central de Estadística del gobierno holandés que figuran en la tabla (pág. 16). Según la misma, los dos materiales básicos del consumo mundial serán el acero y los plásticos, los que pasarán, respectivamente, de un consumo per cápita de 138 kg/afio para 1966 a 321 y de 4,7 kg/año a 243. Prácticamente, para el año 2000 habrá terminado la era del acero y entraremos en la de los plásticos: acero, de 18 a 41 litros/año/habitante; plásticos, de 4,2 a 212 litros/aíío/habitante.

Los materiales sintéticos o los plásticos se emplearán en aplicaeiones mucho mayores y representarán 3,5 veces el consumo de los demás materiales en conjunto, medidos en volúmenes.

El aumento extraordinario estimado del consumo de los materiales plásticos se basa no sólo en el empleo de los tipos que actualmente se conocen, sino en las previsiones que los cientificos han formulado respecto a la creación de nuevos productos sinteticos, capaces de soportar altas temperaturas, adquirir y mantener un buen filo y soportar esfuerzos que se aproximen a los del ama, manteniendo siempre la mayor facilidad de elaboración por moldeo, extrusi6n, etc., aparte de una apreciable diferencia de costo a su favor.

Plásticos, materiales poliméricos orgánicos (los compuestos por moléculas orgánicas gigantes) que son plásticos, es decir, que pueden deformarse hasta conseguir una forma deseada por medio de extrusión, moldeo o hilado. Las moléculas pueden ser de origen natural, por ejemplo la celulosa, la cera y el caucho (hule) natural, o sintéticas, como el polietileno y el nailon. Los materiales empleados en su fabricación son resinas en forma de bolitas o polvo o en disolución. Con estos materiales se fabrican los plásticos terminados.

Los plásticos se caracterizan por una relación resistencia/densidad alta, unas propiedades excelentes para el aislamiento térmico y eléctrico y una buena resistencia a los ácidos, álcalis y disolventes. Las enormes moléculas de las que están compuestos pueden ser lineales, ramificadas o entrecruzadas, dependiendo del tipo de plástico. Las moléculas lineales y ramificadas son termoplásticas (se ablandan con el calor), mientras que las entrecruzadas son termoendurecibles (se endurecen con el calor).

La fabricación de los plásticos y sus manufacturados implica cuatro pasos básicos: obtención de las materias primas, síntesis del polímero básico, composición del polímero como un producto utilizable industrialmente y moldeo o deformación del plástico a su forma definitiva.

En un principio, la mayoría de los plásticos se fabricaban con resinas de origen vegetal, como la celulosa (del algodón), el furfural (de la cáscara de la avena), aceites (de semillas), derivados del almidón o el carbón. La caseína de la leche era uno de los materiales no vegetales utilizados. A pesar de que la producción del nailon se basaba originalmente en el carbón, el aire y el agua, y de que el nailon 11 se fabrique todavía con semillas de ricino, la mayoría de los plásticos se elaboran hoy con derivados del petróleo. Las materias primas derivadas del petróleo son tan baratas como abundantes. No obstante, dado que las existencias mundiales de petróleo tienen un límite, se están investigando otras fuentes de materias primas, como la gasificación del carbón.

El primer paso en la fabricación de un plástico es la polimerización. Como se comentaba anteriormente, los dos métodos básicos de polimerización son la condensación y las reacciones de adición. Estos métodos pueden llevarse a cabo de varias maneras. En la polimerización en masa se polimeriza sólo el monómero, por lo general en una fase gaseosa o líquida, si bien se realizan también algunas polimerizaciones en estado sólido. Mediante la polimerización en solución se forma una emulsión que se coagula seguidamente. En la polimerización por interfase los monómeros se disuelven en dos líquidos inmiscibles y la polimerización tiene lugar en la interfaz entre los dos líquidos.

Con frecuencia se utilizan aditivos químicos para conseguir una propiedad determinada. Por ejemplo, los antioxidantes protegen el polímero de degradaciones químicas causadas por el oxígeno o el ozono. De una forma parecida, los estabilizadores ultravioleta lo protegen de la intemperie. Los plastificantes producen un polímero más flexible, los lubricantes reducen la fricción y los pigmentos colorean los plásticos. Algunas sustancias ignífugas y antiestáticas se utilizan también como aditivos.

Muchos plásticos se fabrican en forma de material compuesto, lo que implica la adición de algún material de refuerzo (normalmente fibras de vidrio o de carbono) a la matriz de la resina plástica. Los materiales compuestos tienen la resistencia y la estabilidad de los metales, pero por lo general son más ligeros. Las espumas plásticas, un material compuesto de plástico y gas, proporcionan una masa de gran tamaño pero muy ligera.

Las técnicas empleadas para conseguir la forma final y el acabado de los plásticos dependen de tres factores: tiempo, temperatura y fluencia (conocido como deformación). La naturaleza de muchos de estos procesos es cíclica, si bien algunos pueden clasificarse como continuos o semicontinuos.

Una de las operaciones más comunes es la extrusión. Una máquina de extrusión consiste en un aparato que bombea el plástico a través de un molde con la forma deseada. Los productos extrusionados, como por ejemplo los tubos, tienen una sección con forma regular. La máquina de extrusión también realiza otras operaciones, como moldeo por soplado o moldeo por inyección.

Otros procesos utilizados son el moldeo por compresión, en el que la presión fuerza al plástico a adoptar una forma concreta, y el moldeo por transferencia, en el que un pistón introduce el plástico fundido a presión en un molde. El calandrado es otra técnica mediante la que se forman láminas de plástico. Algunos plásticos, y en particular los que tienen una elevada resistencia a la temperatura, requieren procesos de fabricación especiales. Por ejemplo, el politetrafluoretileno tiene una viscosidad de fundición tan alta que debe ser prensado para conseguir la forma deseada, y sinterizado, es decir, expuesto a temperaturas extremadamente altas que convierten el plástico en una masa cohesionada sin necesidad de fundirlo.

Los plásticos tienen cada vez más aplicaciones en los sectores industriales y de consumo.

Una de las aplicaciones principales del plástico es el empaquetado. Se comercializa una buena cantidad de LDPE (polietileno de baja densidad) en forma de rollos de plástico transparente para envoltorios. El polietileno de alta densidad (HDPE) se usa para películas plásticas más gruesas, como la que se emplea en las bolsas de basura. Se utilizan también en el empaquetado: el polipropileno, el poliestireno, el cloruro de polivinilo (PVC) y el cloruro de polivinilideno. Este último se usa en aplicaciones que requieren estanqueidad, ya que no permite el paso de gases (por ejemplo, el oxígeno) hacia dentro o hacia fuera del paquete. De la misma forma, el polipropileno es una buena barrera contra el vapor de agua; tiene aplicaciones domésticas y se emplea en forma de fibra para fabricar alfombras y sogas.

La construcción es otro de los sectores que más utilizan todo tipo de plásticos, incluidos los de empaquetado descritos anteriormente. El HDPE se usa en tuberías, del mismo modo que el PVC. Éste se emplea también en forma de lámina como material de construcción. Muchos plásticos se utilizan para aislar cables e hilos, y el poliestireno aplicado en forma de espuma sirve para aislar paredes y techos. También se hacen con plástico marcos para puertas, ventanas y techos, molduras y otros artículos.

Otros sectores industriales, en especial la fabricación de motores, dependen también de estas sustancias. Algunos plásticos muy resistentes se utilizan para fabricar piezas de motores, como colectores de toma de aire, tubos de combustible, botes de emisión, bombas de combustible y aparatos electrónicos. Muchas carrocerías de automóviles están hechas con plástico reforzado con fibra de vidrio.

Los plásticos se emplean también para fabricar carcasas para equipos de oficina, dispositivos electrónicos, accesorios pequeños y herramientas. Entre las aplicaciones del plástico en productos de consumo se encuentran los juguetes, las maletas y artículos deportivos.

Dado que los plásticos son relativamente inertes, los productos terminados no representan ningún peligro para el fabricante o el usuario. Sin embargo, se ha demostrado que algunos monómeros utilizados en la fabricación de plásticos producen cáncer. De igual forma, el benceno, una materia prima en la fabricación del nailon, es un carcinógeno. Los problemas de la industria del plástico son similares a los de la industria química en general.

La mayoría de los plásticos sintéticos no pueden ser degradados por el entorno. Al contrario que la madera, el papel, las fibras naturales o incluso el metal y el vidrio, no se oxidan ni se descomponen con el tiempo. Se han desarrollado algunos plásticos degradables, pero ninguno ha demostrado ser válido para las condiciones requeridas en la mayoría de los vertederos de basuras. En definitiva, la eliminación de los plásticos representa un problema medioambiental. El método más práctico para solucionar este problema es el reciclaje, que se utiliza, por ejemplo, con las botellas de bebidas gaseosas fabricadas con tereftalato de polietileno. En este caso, el reciclaje es un proceso bastante sencillo. Se están desarrollando soluciones más complejas para el tratamiento de los plásticos mezclados de la basura, que constituyen una parte muy visible, si bien relativamente pequeña, de los residuos sólidos.

Transformación de los plásticos – Autor:Bernad Wolfe-Editorial Mitre.

Transformación de los plásticos –Autor:Horacio Rivera-Editorial Gustavo Gili.