Los plásticos (masas plásticas), o plásticos , son materiales a base de compuestos macromoleculares sintéticos o naturales ( polímeros ). Los plásticos basados en polímeros sintéticos han recibido un uso excepcionalmente amplio.
El nombre "plásticos" significa que estos materiales, bajo la influencia del calor y la presión, pueden adoptar y mantener una forma determinada después de enfriarse o curarse. El proceso de moldeo va acompañado de la transición de un estado plásticamente deformable (viscoso o muy elástico ) a un estado sólido ( vítreo o cristalino ) [1] .
El primer plástico lo obtuvo el metalúrgico e inventor inglés Alexander Parkes en 1855 [2] . Parkes lo llamó parkesin (más tarde se generalizó otro nombre: celuloide ). Parkesine se presentó por primera vez en la Gran Exposición Internacional de Londres en 1862. El desarrollo de los plásticos comenzó con el uso de materiales plásticos naturales ( goma de mascar , goma laca ), luego continuó con el uso de materiales naturales químicamente modificados ( caucho , nitrocelulosa , colágeno , galalita ) y finalmente llegó a moléculas totalmente sintéticas ( baquelita , resina epoxi , policloruro de vinilo , polietileno y otros).
Parkesine fue la marca registrada del primer plástico hecho por el hombre y estaba hecho de celulosa tratada con ácido nítrico y un solvente. La parkesina a menudo se denominaba marfil artificial . En 1866, Parkes formó Parkesine Company para producir en masa el material. Sin embargo, en 1868 la empresa quebró debido a la mala calidad del producto cuando Parkes trató de reducir los costos de producción. Parkesine fue reemplazada por xilonita (otro nombre para el mismo material) hecha por la compañía de Daniel Spill , un ex empleado de Parkes, y celuloide hecho por John Wesley Hyatt . Inicialmente, el celuloide comenzó a usarse donde antes se usaba el marfil, en particular, para la fabricación de bolas de billar, teclas de piano y dientes artificiales.
En 1907, el químico belga y estadounidense Leo Baekeland inventó la baquelita, el primer plástico económico, no inflamable y totalmente sintético de uso universal. Estados Unidos era electrizante, necesitaba un material aislante que pudiera reemplazar a la ebonita o la goma laca. Pero resultó que la baquelita es adecuada para la producción en masa mecanizada de muchas cosas. Tras la creación de la baquelita, muchas empresas apreciaron el potencial de los plásticos y comenzaron a investigar para crear nuevos plásticos.
En Rusia también se trabajó en la creación de plásticos a base de fenol y formaldehído. En 1913-1914, en la fábrica de tejido de seda en el pueblo de Dubrovka en las cercanías de la ciudad de Orekhovo-Zuevo , G.S. Petrov , junto con VI Lisev y K.I. Tarasov, sintetizó el primer plástico ruso: carbolita [3] y organizó su produccion Carbolite obtuvo su nombre del ácido fénico, otro nombre para el fenol . En el futuro, Petrov Grigory Semyonovich continúa mejorando los plásticos y desarrolla textolita [4] .
Según la naturaleza del polímero y la naturaleza de su transición de un estado viscoso a un estado vítreo durante el moldeo, los plásticos se dividen en:
Además , los plásticos rellenos de gas son plásticos espumados de baja densidad;
Las principales características mecánicas de los plásticos son las mismas que las de los no metales.
Los plásticos se caracterizan por una baja densidad (0,85-1,8 g/cm³), una conductividad eléctrica y térmica extremadamente baja y una resistencia mecánica no muy alta . Cuando se calientan (a menudo con ablandamiento preliminar), se descomponen. Insensible a la humedad , resistente a ácidos y bases fuertes , diferente actitud a los disolventes orgánicos (dependiendo de la naturaleza química del polímero). Fisiológicamente casi inofensivo. Las propiedades de los plásticos se pueden modificar mediante copolimerización o polimerización estereoespecífica , combinando varios plásticos entre sí o con otros materiales, como fibra de vidrio , tejido textil , introduciendo cargas y colorantes, plastificantes , estabilizadores de luz y calor , irradiación, etc. , así como variando las materias primas, como el uso de polioles y diisocianatos apropiados en la producción de poliuretanos .
Brinell determina la dureza de los plásticos con cargas de 50 a 250 kgf por bola de 5 mm de diámetro.
Resistencia al calor de Martens : la temperatura a la que una barra de plástico con dimensiones de 120 × 15 × 10 mm, doblada en un momento constante que crea la mayor tensión de flexión en las caras de 120 × 15 mm, igual a 50 kgf / cm², colapsa o se dobla para que quede reforzado en la muestra final, el brazo de 210 mm se moverá 6 mm.
Resistencia al calor según Vicat : la temperatura a la que una varilla cilíndrica con un diámetro de 1,13 mm bajo la acción de una carga que pesa 5 kg (para plásticos blandos 1 kg) penetrará 1 mm en el plástico.
Temperatura de fragilidad (resistencia a las heladas): la temperatura a la que un material plástico o elástico puede romperse y volverse quebradizo tras un impacto.
Para dar propiedades especiales al plástico, se le agregan plastificantes (silicona, ftalato de dibutilo , PEG, etc.), retardantes de llama (ácido difenilbutanosulfónico), antioxidantes ( fosfito de trifenilo , hidrocarburos insaturados ).
La producción de plásticos sintéticos se basa en las reacciones de polimerización , policondensación o poliadición de materias primas de bajo peso molecular liberadas del carbón , el petróleo o el gas natural , como, por ejemplo, benceno , etileno , fenol , acetileno y otros monómeros . En este caso, los enlaces de alto peso molecular se forman con una gran cantidad de moléculas iniciales (el prefijo "poli-" del griego "muchos", por ejemplo, etileno-polietileno).
Las masas de plástico, en comparación con los metales, tienen una mayor deformación elástica, como resultado de lo cual se utilizan presiones más altas en el procesamiento de plásticos que en el procesamiento de metales . Por lo general, no se recomienda el uso de ningún tipo de lubricante; sólo en algunos casos se permite el aceite mineral para el acabado . Enfríe el producto y la herramienta con una corriente de aire.
Los plásticos son más frágiles que los metales, por lo que al mecanizar plásticos con herramientas de corte, debe utilizar velocidades de corte altas y reducir el avance. El desgaste de las herramientas en el procesamiento de plásticos es mucho mayor que en el procesamiento de metales, por lo que es necesario utilizar una herramienta hecha de acero de alto carbono o de alta velocidad o aleaciones duras. Las hojas de las herramientas de corte deben afilarse lo más agudamente posible, utilizando para ello muelas de grano fino.
El plástico se puede girar en un torno, se puede fresar . Para serrar se pueden utilizar sierras de cinta , sierras circulares y discos de carborundo .
La conexión de los plásticos entre sí se puede realizar mecánicamente (utilizando perfiles rizados, pernos, remaches, etc.), químicamente (pegado, disolución seguido de secado), térmicamente (soldadura). De los métodos de conexión enumerados, solo mediante soldadura se puede obtener una conexión sin materiales extraños, así como una conexión que, en términos de propiedades y composición, será lo más cercana posible al material base. Por lo tanto, la soldadura de plásticos ha encontrado aplicación en la fabricación de estructuras que están sujetas a mayores requisitos de hermeticidad, resistencia y otras propiedades.
El proceso de soldadura de plásticos consiste en la formación de una junta debido al contacto de las superficies calentadas a unir. Puede ocurrir bajo ciertas condiciones:
También se debe tener en cuenta que el coeficiente de temperatura de expansión lineal de los plásticos es varias veces mayor que el de los metales, por lo tanto, durante la soldadura y el enfriamiento, se producen tensiones y deformaciones residuales que reducen la resistencia de las uniones soldadas de plásticos.
La resistencia de las uniones soldadas en plásticos está muy influenciada por la composición química, la orientación de las macromoléculas, la temperatura ambiente y otros factores.
Se utilizan varios tipos de soldadura de plástico:
Al igual que en la soldadura de metales, al soldar plásticos, se debe procurar que el material de la soldadura y la zona afectada por el calor difiera poco del material base en términos de propiedades mecánicas y físicas. La soldadura por fusión de termoplásticos, al igual que otros métodos de su procesamiento, se basa en la transferencia del polímero primero a un estado de flujo altamente elástico y luego a uno viscoso y solo es posible si las superficies soldadas de los materiales (o piezas) pueden transferirse a un estado de fusión viscosa. En este caso, la transición del polímero al estado de flujo viscoso no debe ir acompañada de la descomposición del material por degradación térmica.
Al soldar muchos plásticos, se liberan humos y gases nocivos. Para cada gas existe una concentración máxima disponible en el aire ( MPC ) estrictamente definida. Por ejemplo, para el dióxido de carbono, el MPC es 20, para la acetona - 200 y para el alcohol etílico - 1000 mg / m³.
El plástico, que se utiliza para fabricar muebles , se obtiene impregnando el papel con resinas termoendurecibles. La producción de papel es el paso más intensivo en energía y capital en todo el proceso de producción de plástico. Se utilizan 2 tipos de papel: la base del plástico es el papel kraft (grueso y sin blanquear) y el papel decorativo (para darle un patrón al plástico). Las resinas se dividen en resinas de fenol -formaldehído , que se utilizan para impregnar papel kraft, y resinas de melamina -formaldehído , que se utilizan para impregnar papel decorativo. Las resinas de melamina-formaldehído están hechas de melamina, por lo que son más caras.
El plástico para muebles consta de varias capas. La capa protectora - superposición - es prácticamente transparente. Fabricado con papel de alta calidad impregnado con resina de melamina formaldehído. La siguiente capa es decorativa. Luego varias capas de papel kraft, que es la base del plástico. Y la última capa es compensadora (papel kraft impregnado con resinas de melamina-formaldehído). Esta capa está presente solo en el plástico de los muebles americanos.
El plástico para muebles terminados es una lámina teñida duradera con un grosor de 1-3 mm. Por propiedades, está cerca de getinax . En particular, no se funde cuando se toca con una punta de soldador y, en sentido estricto, no es una masa plástica, ya que no se puede moldear en caliente, aunque puede cambiar en forma de lámina cuando se calienta. El plástico para muebles fue ampliamente utilizado en el siglo XX para la decoración interior de los vagones del metro .
Bioplásticos : polímeros, que incluyen materias primas naturales o fósiles con componentes biodegradables. Los bioplásticos se pueden utilizar como alternativa a los plásticos que son difíciles de reciclar o en productos desechables. Estos incluyen paquetes de supermercados.
Los tipos más populares de bioplásticos son el ácido poliláctico (PLA) y los polihidroxialcanoatos (PHA).
Las ventajas de los bioplásticos incluyen desechos reducidos, costos de energía reducidos, la capacidad de combinar materiales tradicionales y biodegradables y el uso de recursos renovables en la producción. Las desventajas de los bioplásticos incluyen la necesidad de un determinado procedimiento de eliminación, el mayor uso de fertilizantes químicos, la complejidad de la eliminación, el aumento de la tierra cultivable y el alto costo.
Estos biopolímeros incluyen PBA, PBS, PVAL, PCL, PGA y PET modificado. Los bioplásticos incluyen biopolímeros a base de almidón, celulosa modificada, PHA o PLA. También existen polímeros no biodegradables que utilizan materias primas naturales. Estos incluyen polietileno, PVC, PET o PBTF cuyas materias primas se derivan total o parcialmente de la biomasa. Además, se pueden distinguir bioetileno, biomonoetilenglicol, bio-1,4-butanodiol, monoetilenglicol de fermentación directa de azúcar, poliamida-11.
El nivel mundial de producción de bioplásticos está en el nivel del 1% de la producción total de plástico. Esto se debe al alto costo del proceso de producción y la falta de condiciones para la recolección y eliminación separada de bioplásticos. Sin embargo, los expertos señalan el alto potencial de crecimiento y desarrollo de esta zona [5] .
Para garantizar el reciclaje de los artículos desechables en 1988, la Sociedad de la Industria del Plástico desarrolló un sistema de etiquetado para todo tipo de plásticos y códigos de identificación. La marca de plástico consta de tres flechas en forma de triángulo, dentro de las cuales hay un número que indica el tipo de plástico. A menudo, al marcar productos, el marcado de letras se indica debajo del triángulo (el marcado en letras rusas se indica entre paréntesis). Hay siete códigos para plásticos, dependiendo de los tipos de plástico:
Icono | titulo en ingles | nombre ruso | Propiedades y seguridad | Nota |
---|---|---|---|---|
MASCOTA o PETE | PET , tereftalato de polietileno PET (lavsan) |
Alto rendimiento de barrera. Resistencia a la luz solar. Efecto térmico admisible hasta +60°. Se puede recalentar en microondas y hornos si está etiquetado. No se recomienda reutilizar. |
Comúnmente utilizado para la producción de envases de agua mineral, refrescos y jugos de frutas, empaques, ampollas, tapicería. Tiene un alto potencial de procesamiento. | |
PEHD o HDPE | HDPE , HDPE HDPE , LDPE |
Alta resistencia química. Efecto térmico admisible hasta 90°. |
Producción de botellas, frascos, envases semirrígidos. Considerado seguro para uso alimentario. Tiene buen potencial para el procesamiento. | |
PVC / V | Cloruro de polivinilo de PVC |
Seguro de usar en entornos domésticos e industriales. Propiedades químicas inertes, de barrera y antibacterianas. Larga vida útil. Resistencia a bajas temperaturas. Resistente a quemaduras. |
Se utiliza para la producción de tuberías , tubos, muebles de jardín, revestimientos de suelos, perfiles de ventanas, persianas , cinta aislante, recipientes para detergentes y hules . Ampliamente utilizado en medicina y construcción. Tiene un alto potencial de procesamiento, pero falta capacidad para ello. | |
LDPE o PELD | LDPE , LDPE LDPE , HDPE |
Alta resistencia química. No debe usarse en hornos de microondas. No se recomienda calentar. No se recomienda almacenar alimentos calientes. |
Producción de lonas , bolsas de basura, bolsas, películas y contenedores flexibles. Considerado seguro para uso alimentario. Tiene un buen potencial de reciclaje. | |
PÁGINAS | PP Polipropileno |
Alta resistencia química. Se puede calentar en el microondas. Se deja congelar. |
Se utiliza en la industria automotriz (equipos, parachoques ), en la fabricación de juguetes, así como en la industria alimenticia, principalmente en la fabricación de empaques. Los tubos de polipropileno para tuberías de agua están muy extendidos. Considerado seguro para uso alimentario. Tiene un buen potencial de reciclaje. | |
PS / EPS | PS poliestireno |
Aceptable para uso reutilizable con alimentos fríos. Alta resistencia al impacto y aislamiento térmico. No debe usarse en hornos de microondas. No se recomienda calentar. No se recomienda almacenar alimentos calientes. |
Se utiliza en la fabricación de paneles aislantes para edificios, envases para alimentos, cubiertos y vasos, cajas de CD y otros envases (película y espuma para alimentos), juguetes, platos, bolígrafos, etc. El material es potencialmente peligroso, especialmente en caso de incendio, porque contiene estireno . Tiene un potencial de reciclaje limitado. | |
OTRO u O | Otro | Combinación de diferentes tipos de plástico para mejorar sus propiedades, como envases compuestos o multicapa | Este grupo incluye cualquier otro plástico que no pueda ser incluido en los grupos anteriores. Se utiliza para fabricar productos transparentes duros, como cuernos de bebé . Algunos materiales tienen un bajo potencial de reciclaje, pero algunos materiales se reciclan con bastante éxito, por ejemplo, una mezcla de LDPE y HDPE, así como una mezcla de polietileno y polipropileno, algunos materiales acrílicos, la mayoría de los bioplásticos. Dichos materiales se utilizan a menudo en la producción de tuberías, bolsas, relleno de asfalto, cajas, conos y otros bienes de consumo. |
Según Greenpeace , el reciclaje de residuos plásticos causa tres veces menos daño al planeta que la producción primaria de polímeros [6] .
En los países desarrollados , el reciclaje de residuos, en particular de residuos poliméricos, se ha convertido en una de las formas de negocio que realizan empresas estatales y privadas [6] . Así, en China existen más de 10 mil empresas que se dedican al procesamiento de residuos plásticos, casi la mitad de ellas pertenecen a grandes y medianas empresas, las cuales aumentan constantemente el volumen de procesamiento; existe una comunidad espontánea de recolectores de basura en el país, que se dedica a la compra de los desechos domésticos a la población y su posterior reventa a los puntos de acopio.
En enero de 2018, la Comisión Europea publicó una estrategia para el reciclaje de residuos plásticos, según la cual para 2030 todos los envases de plástico usados deben ser recogidos y reutilizados [7] .
Hoy en Rusia , según diversas estimaciones, se recicla del 5 al 10% de todos los residuos; los residuos de polímeros ocupan alrededor del 8% del volumen total, del cual se recicla como máximo una décima parte [6] . En Rusia, se practican 2 modelos según los cuales se puede reciclar el plástico: en el primer caso, se supone que debe recolectar plástico "limpio" y luego involucrarlo en la producción, y en el segundo, desechos plásticos de baja calidad (por ejemplo, mezclado con materia orgánica) se procesa por tratamiento térmico en nafta y aceite. Desde 2018, Rusia ha prohibido la eliminación de determinados tipos de residuos [8] . Al mismo tiempo, se inició el desarrollo de programas dirigidos a la recolección selectiva de residuos. A mediados de la década de 2020, Rusia planeó establecer un sistema para separar el reciclaje de residuos en todo el país.
Se están tomando varias medidas para combatir la contaminación por bolsas de plástico, y casi 40 países ya han prohibido o restringido la venta y/o producción de bolsas de plástico .
Los desechos plásticos deben reciclarse , porque cuando se quema el plástico, se liberan sustancias tóxicas , y la descomposición del plástico puede demorar hasta 500 años [9] [10] .
En diciembre de 2010, Jan Bayens y sus colegas de la Universidad de Warwick propusieron una nueva tecnología para reciclar casi todos los desechos plásticos. La máquina, por pirólisis en un reactor de lecho fluidizado a una temperatura de unos 500 °C y sin acceso a oxígeno, descompone pedazos de desechos plásticos, mientras que muchos polímeros se descomponen en los monómeros originales. A continuación, la mezcla se separa por destilación . El producto final del procesamiento es cera, estireno, ácido tereftálico, metacrilato de metilo y carbón, que son materias primas para la industria ligera. El uso de esta tecnología ahorra dinero al negarse a desechar los desechos y, teniendo en cuenta la recepción de materias primas (en el caso del uso industrial), es una forma de recuperación rápida y comercialmente atractiva de desechar los desechos plásticos [11] .
Los plásticos a base de resinas fenólicas, así como el poliestireno y los bifenilos policlorados, pueden ser descompuestos por los hongos de la podredumbre blanca . Sin embargo, este método es comercialmente ineficiente para la eliminación de desechos: el proceso de destrucción de plástico basado en resinas fenólicas puede llevar muchos meses. Recientemente, se han encontrado bacterias que descomponen alrededor de 10 tipos de plástico. [12] .
Las acumulaciones de desechos plásticos forman parches especiales de basura en los océanos bajo la influencia de las corrientes . Por el momento, se conocen cinco grandes acumulaciones de parches de basura: dos en los océanos Pacífico y Atlántico , y uno en el Océano Índico . Estos ciclos de basura consisten principalmente en residuos plásticos generados como resultado de los vertidos de las zonas costeras densamente pobladas de los continentes. La directora de investigación marina Kara Lavender Law of the Sea Education Association (SEA ) se opone al término "mancha" porque, por su naturaleza, son pequeños trozos de plástico dispersos. Los desechos plásticos son peligrosos porque los animales marinos a menudo no pueden ver las partículas transparentes que flotan en la superficie, y los desechos tóxicos ingresan a su estómago, lo que a menudo causa la muerte [13] [14] . Una suspensión de partículas de plástico se parece al zooplancton, y las medusas o los peces pueden confundirlas con comida. Una gran cantidad de plástico duradero (tapas y aros de botellas, encendedores desechables) termina en el estómago de aves y animales marinos [15] , en particular, tortugas marinas y albatros de patas negras [16] . Además del daño directo a los animales [17] , los desechos flotantes pueden absorber contaminantes orgánicos del agua, incluidos los PCB (bifenilos policlorados), el DDT (diclorodifeniltriclorometilmetano) y los PAH (hidrocarburos poliaromáticos). Algunas de estas sustancias no solo son tóxicas [18] , sino que su estructura es similar a la de la hormona estradiol , lo que conduce a un fallo hormonal en un animal envenenado. .
diccionarios y enciclopedias | ||||
---|---|---|---|---|
|