Sintetizar Y Elaborar Un Material Plastico

Historia del plástico:

El invento del primer plástico se origina como resultado de un concurso realizado en 1860, cuando el fabricante estadounidense de bolas de billar Phelan and Collarder ofreció una recompensa de 10 000 dólares a quien consiguiera un sustituto del marfil natural, destinado a la fabricación de bolas de billar. Una de las personas que compitieron fue el inventor norteamericano John Wesley Hyatt, quien desarrolló el celuloide disolviendo celulosa (material de origen natural) en una solución de alcanfor y etanol. Si bien Hyatt no ganó el premio, consiguió un producto muy comercial que sería vital para el posterior desarrollo de la industria cinematográfica de finales de siglo XIX.

En 1909 el químico norteamericano Leo Hendrik Baekeland sintetizó un polímero de gran interés comercial, a partir de moléculas de fenol y formaldehido. Se bautizó con el nombre de baquelita y fue el primer plástico totalmente sintético de la historia. A lo largo del siglo XX el uso del plástico se hizo popular y llegó a sustituir a otros materiales tanto en el ámbito doméstico, como industrial y comercial.

En 1919 se produjo un acontecimiento que marcaría la pauta en el desarrollo de los materiales plásticos. El químico alemán Hermann Staudinger aventuró que éstos se componían en realidad de moléculas gigantes o macromoléculas. Los esfuerzos realizados para probar estas afirmaciones iniciaron numerosas investigaciones científicas que produjeron enormes avances en esta parte de la química.

Propiedades y características:

Los plásticos son sustancias químicas sintéticas denominadas polímeros, de estructura que puede ser moldeada mediante calor o presión y cuyo componente principal es el carbono. Estos polímeros son grandes agrupaciones de monómeros unidos mediante un proceso químico llamado polimerización. Los plásticos proporcionan el balance necesario de propiedades que no pueden lograrse con otros materiales por ejemplo: color, poco peso, tacto agradable y resistencia a la degradación ambiental y biológica.

De hecho, plástico se refiere a un estado del material, pero no al material en sí: 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.

Las propiedades y características de la mayoría de los plásticos son estas:

• fáciles de trabajar y moldear,

• tienen un bajo costo de producción,

• poseen baja densidad,

• suelen ser impermeables,

• buenos aislantes eléctricos,

• buenos aislantes térmicos, aunque la mayoría no resisten temperaturas muy elevadas,

• resistentes a la corrosión y a muchos factores químicos;

• algunos no son biodegradables y son muy contaminantes

Proceso productivo y clasificación de los plásticos:

La primera parte de la producción de plásticos consiste en la elaboración de polímeros en la industria química. Hoy en día la recuperación de plásticos post-consumidor es esencial también. Parte de los plásticos determinados por la industria se usan directamente en forma de grano o resina. Más frecuentemente, se utilizan varias formas de moldeo. Parte del mayor proceso de plásticos se realiza en un horno.

Según el monómero base

En esta clasificación se considera el origen del monómero del cual parte la producción del polímero.

• Naturales: Son los polímeros cuyos monómeros son derivados de productos de origen natural con ciertas características como, por ejemplo, la celulosa, la caseína y el caucho.

• Los derivados de la celulosa son: el celuloide, el celofán y el cellón.

• Los derivados del caucho son: la goma y la ebonita.

• Sintéticos: Son aquellos que tienen origen en productos elaborados por el hombre, principalmente derivados del petróleo

Termoplásticos

Un termoplástico es un plástico que, a temperatura ambiente, es plástico o deformable, se convierte en un líquido cuando se calienta y se endurece en un estado vítreo cuando se enfría suficiente. La mayoría de los termoplásticos son polímeros de alto peso molecular, los que poseen cadenas asociadas por medio de débiles fuerzas Van der Waals (Polietileno); fuertes interacciones dipolo-dipolo y enlace de hidrógeno; o incluso anillos aromáticos apilados (polietileno). Los polímeros termoplásticos difieren de los polímeros termoestables en que después de calentarse y moldearse éstos pueden recalentarse y formar otros objetos. Sus propiedades físicas cambian gradualmente si se funden y se moldean varias veces.

Los principales son:

• Resinas celulósicas: obtenidas a partir de la celulosa, el material constituyente de la parte leñosa de las plantas.

• Polietilenos y derivados: Emplean como materia prima el etileno obtenido del craqueo del petróleo, permite obtener diferentes monómeros como vinilo, alcohol vinílico, cloruro de vinilo, etc.

• Derivados de las proteínas: Pertenecen a este grupo el nailon y el perlón, obtenidos a partir de las diamidas.

• Derivados del caucho: Son ejemplo de este grupo los llamados comercialmente de clorhidratos de caucho obtenidos adicionando ácido clorhídrico a los polímeros de caucho.

Termoestables

Los plásticos termoestables son materiales que una vez que han sufrido el proceso de calentamiento-fusión y formación-solidificación, se convierten en materiales rígidos que no vuelven a fundirse.

• Polímeros del fenol: Son plásticos duros, insolubles e infusibles pero, si durante su fabricación se emplea un exceso de fenol

• Resinas epoxi.

• Resinas melamínicas.

• Baquelita.

• Aminoplásticos: Polímeros de urea y derivados.

• Poliésteres: Resinas procedentes de la esterificación de polialcoholes, que suelen emplearse en barnices.

Según la reacción de síntesis

También pueden clasificarse según la reacción que produjo el polímero.

Polímeros de adición

Implican siempre la ruptura o apertura de una unión del monómero para permitir la formación de una cadena. En la medida que las moléculas son más largas y pesadas, la cera parafínica se vuelve más dura y más tenaz. Ejemplo

Polímeros de condensación

Son aquellos donde los monómeros deben tener, por lo menos, dos grupos reactivos por monómero para darle continuidad a la cadena. Ejemplo:

Polímeros formados por etapas

La cadena de polímero va creciendo gradualmente mientras haya monómeros disponibles, añadiendo un monómero cada vez. Esta categoría incluye todos los polímeros de condensación de Carothers y además algunos otros que no liberan moléculas pequeñas pero sí se forman gradualmente, como por ejemplo los poliuretanos.

Amorfos

Son amorfos los plásticos en los que las moléculas no presentan ningún tipo de orden; están dispuestas desordenadamente sin corresponder a ningún orden. Al no tener orden entre cadenas se crean unos huecos por los que la luz pasa.

Semicristalinos

Los polímeros semicristalinos Tienen zonas con cierto tipo de orden junto con zonas amorfas. En este caso al tener un orden existen menos huecos entre cadenas por lo que no pasa la luz a no ser que posean un espesor pequeño.

Cristalizables

Según la velocidad de enfriamiento, puede disminuirse o incrementarse el porcentaje de cristalinidad de un polímero semicristalino, sin embargo, un polímero amorfo, no presentará cristalinidad aunque su velocidad de enfriamiento sea extremadamente lenta.

Comodities

Son aquellos que tienen una fabricación, disponibilidad, y demanda mundial, tienen un rango de precios internacional y no requieren gran tecnología para su fabricación y procesamiento.

De ingeniería

Son los materiales que se utilizan de manera muy específica, creados prácticamente para cumplir una determinada función, requieren tecnología especializada para su fabricación o su procesamiento y de precio relativamente alto.

Elastómeros o cauchos

Los elastómeros se caracterizan por su gran elasticidad y capacidad de estiramiento y rebote, recuperando su forma original una vez que se retira la fuerza que los deformaba. Comprenden los cauchos naturales obtenidos a partir del látex natural y sintético; entre estos últimos se encuentran el neopreno y el polibutadieno.

Los elastómeros son materiales de moléculas grandes las cuales después de ser deformadas a temperatura ambiente, recobran en mayor medida su tamaño y geometría al ser liberada la fuerza que los deformara.

Codificación de los plásticos:

Existe una gran variedad de plásticos y para clasificarlos, se usa un sistema de codificación. Los productos llevan una marca que consiste en el símbolo internacional de reciclado con el código correspondiente en medio según el material específico. El objetivo principal de este código es la identificación del tipo de polímero del que está hecho el plástico para su correcto reciclaje.

El número presente en el código, está designado arbitrariamente para la identificación del polímero del que está hecho el plástico y no tiene nada que ver con la dificultad de reciclaje ni dureza del plástico en cuestión.

Tabla 1. Codificación internacional para los distintos plásticos.

Tipo de plástico: Polietileno Tereftalato

Polietileno de alta densidad

Policloruro de vinilo

Polietileno de baja densidad

Polipropileno

Poliestireno

Otros

Acrónimo PET PEAD/ HDPE PVC PEBD/ LDPE PP PS Otros

Código 1 2 3 4 5 6 7

Usos más comunes y reciclado:

• Aplicaciones en el sector industrial: piezas de motores, aparatos eléctricos y electrónicos, carrocerías, aislantes eléctricos, etc.

• En construcción: tuberías, impermeabilizantes, espumas aislantes de poliestireno, etc.

• Industrias de consumo y otras: envoltorios, juguetes, envoltorios de juguetes, maletas, artículos deportivos, fibras textiles, muebles, bolsas de basura, etc.

En cuanto al reciclado, Los desechos plásticos no son susceptibles de asimilarse de nuevo en la naturaleza. Debido a esto, se ha establecido el reciclado de tales productos de plástico, que ha consistido básicamente en recolectarlos, limpiarlos, seleccionarlos por tipo de material y fundirlos de nuevo para usarlos como materia prima adicional, alternativa o sustituta para el moldeado de otros productos.

De esta forma la humanidad ha encontrado una forma adecuada para evitar la contaminación de productos que por su composición, materiales o componentes, no son fáciles de desechar de forma convencional.

Se pueden salvar grandes cantidades de recursos naturales no renovables cuando en los procesos de producción se utilizan materiales "reciclados". Los recursos renovables, como los árboles, también pueden ser salvados. La utilización de productos reciclados disminuye el consumo de energía. Cuando se consuman menos combustibles fósiles, se generará menos CO2 y por lo tanto habrá menos lluvia ácida y se reducirá el efecto invernadero.

Desde el punto de vista financiero: Un buen proceso de reciclaje es capaz de generar ingresos. Por lo anteriormente expuesto, se hace ineludible mejorar y establecer nuevas tecnologías en cuanto a los procesos de recuperación de plásticos y buscar solución a este problema tan nocivo para la sociedad y que día a día va en aumento deteriorando al medio ambiente. En las secciones siguientes se plantea el diseño de un fundidor para polietileno de baja densidad, su uso, sus características, recomendación y el impacto positivo que proporcionará a la comunidad.

Algunos plásticos no son recuperables, como el poliestireno cristal y la baquelita.

Ojo para la sociedad entera: el libido que suelta el plástico cuando este está expuesto al sol en la basura va directamente a los mantos acuíferos los envenena en un 100%. Esta libido o sudor del plástico, es más dañino que una pila, es veneno puro para los mantos acuíferos. Ejemplo: los plásticos acumulados y expuestos al sol secretan líquidos que van directamente a los mantos acuíferos.

A fines del siglo XX el precio del petróleo disminuyó, y de la misma manera decayó el interés por los plásticos biodegradables. En los últimos años esta tendencia se ha revertido, además de producirse un aumento en el precio del petróleo, se ha tomado mayor conciencia de que las reservas petroleras se están agotando de manera alarmante. Dentro de este contexto, se observa un marcado incremento en el interés científico e industrial en la investigación para la producción de plásticos biodegradables. La fabricación de plásticos biodegradables a partir de materiales naturales, es uno de los grandes retos en diferentes sectores; industriales, agrícolas, y de materiales para varios servicios. Ante esta perspectiva, las investigaciones que involucran a los plásticos obtenidos de otras fuentes han tomado un nuevo impulso y los polihidroxialcanoatos aparecen como una alternativa altamente prometedora.

La sustitución de los plásticos actuales por plásticos biodegradables es una vía por la cual el efecto contaminante de aquellos, se vería disminuido en el medio ambiente. Los desechos de plásticos biodegradables pueden ser tratados como desechos orgánicos y eliminarlos en los depósitos sanitarios, donde su degradación se realice en exiguos períodos de tiempo.

Los polímeros biodegradables se pueden clasificar de la siguiente manera:

• Polímeros extraídos o removidos directamente de la biomasa: polisacáridos como almidón y celulosa. Proteínas como caseína, queratina, y colágeno.

• Polímeros producidos por síntesis química clásica utilizando monómeros biológicos de fuentes renovables.

• Polímeros producidos por microorganismos, bacterias productoras nativas o modificadas genéticamente.

Por vergüenza o dignidad los dueños de la industria del plástico se dieron cuenta del daño que le estaban haciendo al medio ambiente y optaron por utilizar materiales biodegradables para tratar de solucionar el daño que ya han causado. No ha sido suficiente el esfuerzo que se está haciendo para mejorar este problema actual, industrias como bimbo, la coca cola con el agua ciel, etc. Son un ejemplo de los materiales que se están usando actualmente en sus bolsas y envases de sus productos para no dañar al medio ambiente y volverlos a reciclar. En Gómez y en Torreón hay centros de acopio o compra de plásticos para volverlos a utilizar, es decir para reciclarlos y utilizarlos para otros productos nuevos.

Problemas relacionados con el reciclaje:

En la vida moderna el plástico ha constituido un fenómeno de indudable trascendencia. Hoy en día el hombre vive rodeado de objetos plásticos que en siglos anteriores no eran necesarios para la vida cotidiana. Los plásticos se han fabricado para satisfacer las demandas de una gran variedad de usos, dando lugar a una vasta industria donde la civilización debería llamarse la civilización del plástico, debido al papel determinante que ha desempeñado este material en su desarrollo, en el mejoramiento de las condiciones de la vida del hombre y el acelerado crecimiento de la ciencia y la tecnología.

En general, las personas tienen muy poco conocimiento sobre lo que es un plástico, cómo se obtiene, cuáles son los tipos de plástico y sus aplicaciones, y cuáles son los procesos de transformación del mismo. Estas informaciones son importantes para quienes trabajan en la comercialización de plásticos, e industrias de producción o trasformación del plástico, o apenas curiosos por el asunto. De tal forma surge como necesidad en este proyecto mostrar a una parte importante de la población las graves consecuencias del mal uso del plástico que va desde la manera de obtención, hasta los procesos que se utilizan para reciclarlos.

Cabe destacar que el plástico es una sustancia muy importante para el desarrollo de la industria ya que su material sintético o natural que contiene como ingredientes esenciales sustancias orgánica de elevada masa molecular llamada polímero.

Problemas medio ambientales:

Actualmente estos plásticos son muy utilizados como envases o envolturas de sustancias o artículos alimenticios que al desecharse sin control, tras su utilización, han originado gigantescos basureros marinos, como la llamada sopa de plástico el mayor vertedero del mundo.

De este modo, surge el problema asociado la contaminación ambiental, muchas veces producto del desecho de los plásticos de alta y baja densidad. Las características moleculares (tipos de polímeros) del plástico contribuyen a que presenten una gran resistencia a la degradación ambiental y con mayor razón a la biodegradación. La radaciación UV del sol es la única forma de degradación natural que hace sentir sus efectos en el plástico a mediano plazo, destruyendo los enlaces poliméricos y tornándolo frágil y quebradizo.

Como es evidente el desecho acumulativo de estos plásticos al ambiente trae graves consecuencias a las comunidades como lo son las enfermedades entre las cuales se encuentra el dengue; producida por el acumulamiento de basura y estancamiento de aguas negras sirviendo éstos como criaderos del zancudo patas blancas. Entre otras de las consecuencias importantes se pueden mencionar son las obstrucciones de las tuberías de aguas negras. Aunado a ello el desecho de estos materiales plásticos al ambiente provoca la disminución del embellecimiento de algunas áreas, establecimientos, municipios, ciudades y estados.

Los plásticos arrojados al mar que presentan flotabilidad son un gran problema en las zonas de calmas ecuatoriales, ya que se van reuniendo en esos sectores acumulándose en grandes cantidades.

Muchas de las ventajas de los productos plásticos se convierten en una desventaja en el momento que desechamos ya sea el envase porque es descartable o bien cuando tiramos objetos de plástico porque se han roto.

Si bien los plásticos podrían ser reutilizados o reciclados en su gran mayoría, lo cierto es que hoy estos desechos son un problema de difícil solución, fundamentalmente en las grandes ciudades. Es realmente una tarea costosa y compleja para los municipios encargados de la recolección y disposición final de los residuos ya que a la cantidad de envases se le debe sumar el volumen que representan.

Por sus características los plásticos generan problemas en la recolección, traslado y disposición final. Algunos datos nos alertan sobre esto.

De esta manera, resulta claro que el abandono de estos materiales al medio ambiente representa un grave problema ambiental.

Por consiguiente existe la inquietud de elaborar un equipo con la capacidad de recuperar dichos plásticos que han sido desechados por la sociedad, los cuales son considerados no reutilizables.

De este modo surge como propósito diseñar un equipo que utilice energía térmica por inducción fundiendo el polietileno de baja densidad que se encuentren depositados en el mismo, una vez fundidos, aglomerados y en estado líquido pasan a ser vertidos a un molde para elaborar otros productos que serán utilizados en otras aplicaciones.

Un material candidato a sustituir al petróleo es el cáñamo, utilizable para todos los usos petroquímicos, pero que además es 100% biodegradable y altamente reciclable.

Guayule:

El guayule es una planta que proviene de las regiones semiáridas del país. A principios de 1900 en muchos lugares el guayule sólo se consideraba como alimento para los animales hasta que se descubrió su potencial uso en la naciente industria del automóvil; su principal uso fue en la elaboración de las llantas de los primeros automotores.

El guayule, a más de ser un substituto del hule, fue un cultivo muy atractivo por su bajo costo de producción. Una tonelada de guayule producía 109 kilogramos de hule con un costo de diez centavos mexicanos por libra (453 gr.), además el valor de producción de la planta no pasaba de 100 pesos por tonelada. La planta tiene un contenido del diez por ciento de hule, crece a una altura de 60 centímetros, con un crecimiento muy lento, para llegar a 50 centímetros se necesitan entre tres y cuatro años, para posteriormente quedar lista para su cosecha y procesamiento. Para 1909 se estimó que se tenía una producción anual de seis mil 800 toneladas de concentrado de la goma de hule.

En pocas palabras el guayule es el proveniente del plástico, es decir el plástico natural verdadero previene de esta planta y no el sintético que proviene del petróleo.

La UAAAN (universidad autónoma agraria Antonio narro) a partir de la década de los 80’s inicio una investigación en mejoramiento genético de esta planta como un cultivo alternativo para cuando los materiales sintéticos provenientes del petróleo se terminen podamos cultivar esta planta con mayores rendimientos como sustituto del plástico que estamos utilizando actualmente para no dañar el medio ambiente.

De él se extrae látex hipoalergénico con el que se fabrican guantes y catéteres para cirugía. Tiene hojas pecioladas con forma de espátula o lanceoladas en otros casos y acuminadas, pueden presentar bordes enteros o también ligeramente serrados, su color es verdoso-plateado; el tamaño es variable pues depende de la cantidad de agua de que la planta disponga, incluso de estación a estación del año esto puede observarse a simple vista. La producción de látex es mayor durante el invierno, durante el verano merma considerablemente. En cultivares necesita a menudo fertilizaciones con boro.

Caucho:

El caucho es un polímero elástico, que surge como una emulsión lechosa (conocida como látex) en la savia de varias plantas, pero que también puede ser producido sintéticamente. La principal fuente comercial de látex son las euforbiáceas, del género Hevea, como Hevea brasiliensis. Otras plantas que contienen látex son el ficus euphorkingdom heartsbias y el león común. Se obtiene caucho de otras especies como Urceola elástica de Asia y la Funtumia elástica de África occidental. También se obtiene a partir del látex de Castilla elástica, Hay que notar que algunas de estas especies como la gutta percha son isómeros tras que tienen la misma formulación química, es el mismo producto pero con isomeria diferente. Estas no han sido la fuente principal del caucho, antes de que el caucho natural fuera suplantado por el desarrollo del caucho. En su lugar de origen, el centro y sur de América, el caucho ha sido recolectado durante mucho tiempo., ciertos indígenas de las amazonas lo usaron para hacer vasijas y láminas a prueba de agua.

Las civilizaciones mesoamericanas usaron el caucho sobre todo de la Castilla elástica (el hule). Los antiguos mesoamericanos tenían un juego de pelota donde utilizaban pelotas de goma. Los mayas también hacían un tipo de zapato de goma sumergiendo sus pies en una mezcla de látex. El caucho fue usado en otros contextos, como tiras para sostener instrumentos de piedra. Aunque los antiguos mesoamericanos no contaban con procesos de vulcanización, desarrollaron métodos orgánicos para tratar el caucho con resultados similares, mezclando el látex crudo con varias savias y jugos de otras enredaderas, en particular la Ipomea alba.

Actividades a realizar:

• Contesta el siguiente cuestionario:

1. ¿De dónde proviene el plástico natural? R=Del Guayule

2. ¿Cómo se origino el invento del plástico? R=Como resultado de un concurso

3. ¿Quién descubrió que los plásticos se componen de macromoléculas? R=Hermann Staudinger

4. ¿Cuál es el verdadero nombre del plástico? R=Polímeros

5. Explica como es el estado del plástico: R=Se alcanza cuando el material en estado sólido se transforma en estado plástico, generalmente por su calentamiento

6. Menciona 5 características del plástico :R=Fáciles de trabajar, bajo costo, impermeables, aislantes eléctricos y contaminantes

7. Menciona el uso que le des al plástico y 5 productos plásticos:

8. ¿En que se clasifica el plástico? R=Naturales, caseína, sintéticos y los derivados del plástico.

9. ¿Qué son los termoplásticos? R=Es un plástico que a temperatura ambiente, es un plástico deformable.

10. ¿Qué son los plásticos termoestables? R=Son los que ya una vez que han sufrido un proceso de calentamiento, ya no vuelven a fundirse.

11. ¿Qué se utiliza para la clasificación de los plásticos? R=Un proceso de codificación.

12. Menciona los usos mas comunes de los plásticos: R=Aplicaciones en la industria y en materiales de construcción.

13. Explica que es la sopa de plástico: R=Es toda la basura plástica regada en el océano.

14. Menciona que es un plástico biodegradable: R= es un plástico que se vuelve a usar y que no contamina al medio ambiente.

15. Explica que es el reciclaje: R=Es un proceso que consiste en volver a reutilizar las cosas.

• Dibuja 5 materiales plásticos.

• Escribe las hojas de papel bond.

Practica 1

Fabricación de un plástico casero

Elaborar un plástico puede resultar difícil pero no es imposible y lo puedes realizar de una manera muy fácil y sencilla.

Materiales:

• Una cuchara de plástico

• 75 ml. De agua caliente

• Bórax

• Pegamento blanco escolar

• Un recipiente para mezclar

Procedimiento:

• Calentamos el agua

• Se vacía una cucharada de bórax en el recipiente

• Disolvemos

• Se vacía el pegamento escolar con el bórax y se mezcla bien

• Se deja reposar unos minutos

• Se retira el pegamento del agua

• Se estira para observar su elasticidad

¡Y listo! Ya tenemos nuestro plástico casero y muy fácil de hacer.

• Anota las observaciones que viste al dejar reposar la mezcla y también del resultado.

Imágenes del plástico:

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