Tema 11. LOS PLÁSTICOS 1. Breve historia 2. Los plásticos Primer plástico la laca, a partir del árbol de la laca (China S. XIII A.C.) S. XIII Caucho, usado por los Mayas y Aztecas 1864 Celuloide. Primer plástico sintético, por los hermanos Hyatt. Bola de billar, pelotas ping-pong... 1897 Galatita. Alemania, 2ª Guerra Mundial. Obtenida de la caseína de la leche. Botones, peines... 1909 Baquelita. Primer plástico termoestable. Plumas, bolígrafos... S. XX El siglo de los plásticos. 2.1 Definición: Son materiales orgánicos (contienen carbono), constituidos por macromoléculas producidos por transformación de sustancias naturales o por síntesis de productos extraídos del petróleo, del gas natural u otras materias minerales. 2.2 Propiedades: Es un material flexible, resistente, ligero y aislante de la electricidad y del calor. Fácil de trabajar y de moldear, económico y ligero. Admite pigmentos de gran variedad de colores. Además, puede combinarse con otro tipo de materiales para mejorar sus propiedades. Inconveniente: baja resistencia al calor. 2.3 Constitución: Un plástico está formado por moléculas de gran longitud llamadas macromoléculas. Estas macromoléculas están formadas por la unión de elementos sencillos llamados monómeros, de forma parecida a los eslabones de una cadena. Para fabricar un plástico es necesario enlazar los monómeros entre sí mediante una reacción, llamada de polimerización, en unas condiciones de presión y temperatura. Por eso a los plásticos se les llama también polímeros. 2.4 Composición: Los monómeros están constituidos fundamentalmente por átomos de C e H. También O, N, S... 3. Tipos de polimerización 3.1 Por adición: Monómeros iguales se unen para formar una molécula más larga. Todo reacciona, no hay pérdida de moléculas. Suelen ser termoplásticos. Ejemplos: * Etileno (CH 2 =CH 2 )...-CH 2 -CH 2 -CH 2 -... Polietileno * Cloruro de vinilo (CH 2 =CHCl) PVC 3.1 Por condensación: A partir de monómeros diferentes. En la reacción hay pérdida de moléculas, normalmente agua. Suelen ser termoestables. Ejemplo: * Resinas de fenol formaldehído. 4. Clasificación de los plásticos 5. 4.1 Dependiendo del origen de las materias primas: a) De origen natural: obtenidos de materias naturales, como la caseina de la leche (galatita), látex del árbol (caucho), celulosa del árbol o del algodón (celuloide), etc. b) Origen sintético: se elaboran mediante reacciones químicas a partir del petróleo, del carbón, del gas natural, etc. 4.2 Dependiendo de su estructura molecular: termoplásticos, termoestables y elastómeros. 4.2.1 Plásticos termoplásticos Al calentarse a partir de una temperatura se ablandan y se pueden moldear (dar forma). Al enfriarse se vuelven a endurecer. Este proceso puede realizarse varias veces al final de su vida útil, sin que pierdan sus propiedades. Son reciclables por calor. Esto es posible porque sus macromoléculas se disponen de forma lineal o ramificada. La temperatura máxima de exposición es de 150º, aunque algunos como el teflón resisten más. Ejemplos: Polietileno (HDPE y LDPE), polipropileno (PP), cloruro de polivinilo (PVC), poliestireno (PS), polietileno tereftalato (PET), policarbonatos (PC), metacrilatos (PMMA), politetrafluoretileno (teflón)... TECNOLOGÍA: Los Plásticos - 1 -
4.2.2 Plásticos termoestables Una vez moldeados y endurecidos permanecen inalterables, debido a que se produce una reacción química irreversible, de modo que las moléculas quedan entrelazadas de modo permanente. Si se somete al plástico a alta temperatura sufre un proceso de degradación y ya no se puede reutilizar. Esto es debido a que las moléculas se entrecruzan formando una red o malla, dando como resultado un plástico rígido, más resistente a la temperatura, pero más frágil que los termoplásticos. Ejemplos: Fenoles (PF), Aminas (MF), Resinas de poliéster (UP), Resinas epoxi (EP),... 4.2.3 Plásticos elastómeros Forman una red de malla con pocos enlaces, lo que les permite deformarse elásticamente. No soportan bien el calor y se degradan a temperaturas medias. Ejemplos: Caucho, neopreno, poliuretano, silicona... 6. Procesos de fabricación y de conformación de plásticos 5.1 Proceso general de fabricación Consiste en introducir el monómero en una máquina llamada reactor, junto con el disolvente y un catalizador (activador de la reacción química), a una presión y temperatura controladas. Durante el proceso, también se pueden añadir pigmentos para dar color y otras sustancias, como la carga, que mejoran las propiedades del plástico. El material plástico obtenido, llamado granza, puede tener forma de bolitas, gránulos o polvos. TECNOLOGÍA: Los Plásticos - 2 -
5.2 Conformación de plásticos Para mejorar las propiedades de la granza durante el proceso de conformación se añaden plastificantes, para ablandarlo o licuarlo y lubricantes, que facilitan el moldeo y desmoldeo del objeto. Todas las técnicas para conformar objetos de plástico consisten básicamente en calentar el plástico e introducirlo posteriormente en un molde para darle la forma deseada. Las piezas moldeadas suelen tener un acabado de primera calidad, o necesitando más que quitar la rebaba que pueda quedar en los bordes. 5.2.1 Moldeo por extrusión (termoplásticos) La granza se vierte en la tolva y entra en un tubo caliente donde se va fundiendo mientras un tornillo sin fin lo presiona y lo obliga a desplazarse hacia el troquel que le da la forma. Se obtiene así una pieza continua, de gran longitud y poca sección que es enfriada mediante un baño de agua fría o con chorros de aire. Entonces las piezas se cortan o se bobinan. Este sistema se utiliza con termoplásticos, como el polietileno, PVC o nailon, para la fabricación de tubos huecos o macizos y perfiles de diversas formas. 5.2.2 Moldeo por soplado (termoplásticos) El plástico que sale por el troquel de una extrusora es introducido en un molde abierto en dos partes, que reproduce la forma del objeto. A continuación se cierra y se insufla aire con lo que se adapta a las paredes del molde. Se enfría, se abre el molde y sale la pieza terminada. Se utiliza para fabricar recipientes, piezas huecas, botellas, etc. En este caso se parte de una pieza de plástico precalentada llamada preforma. Esta técnica se utiliza con termoplásticos, como PVC, polietileno y polipropileno. 5.2.3 Moldeo por inyección (todos) Permite fabricar objetos de formas complejas, con dimensiones muy exactas y un acabado de primera calidad. Aunque se utilizan todos los tipos de plásticos, los más utilizados son el polietileno, el poliestireno, el polipropileno y el nailon. TECNOLOGÍA: Los Plásticos - 3 -
Los gránulos entran en el cilindro calefactor a través de la tolva y avanzan debido al movimiento giratorio del tornillo sin fin. Al mismo tiempo se funden, debido a la presión y al calor que proporcionan las bandas calefactoras. Un movimiento rápido de avance del tornillo inyecta el plástico fundido en el molde de acero, que está formado por dos partes. Cuando solidifica se abre el molde y se expulsa la pieza. Se fabrican: baterías de cocina, carcasas de electrodomésticos, elementos del automóvil, etc. 5.2.4 Moldeo por vacío o transferencia (termoplásticos) Apropiada para moldear piezas de poco espesor. Se parte de una plancha muy fina de material plástico, que es superpuesta sobre un molde. Por la parte superior se aplica calor mientras que por la parte inferior se hace el vacío. La presión atmosférica empuja el plástico, de forma que éste adquiere la forma del molde pegándose a sus paredes. 5.2.5 Moldeo por compresión (termoestables) Se utiliza con los plásticos termoestables para obtener piezas pequeñas, como accesorios eléctricos, mangos, etc. o grandes como asientos de inodoros o el salpicadero de un automóvil. En el molde inferior se coloca la cantidad necesaria de plástico (en gránulos o preforma compacta), se cierra el molde y se aplica calor y presión. Esto produce la reacción de curado que hace que el plástico se vuelva rígido y homogéneo. Después la pieza es expulsada mecánicamente. 5.2.6 Calandrado (termoplásticos) Se utiliza para obtener láminas finas, sobretodo de PVC, como carpetas, portadocumentos, toldos, lonas, etc. La masa de plástico se comprime entre rodillos calientes que giran en sentido contrario y lo moldean hasta conseguir el espesor deseado. (Ver imagen siguiente) TECNOLOGÍA: Los Plásticos - 4 -
5.2.7 Laminación por extrusión y soplado Se utiliza cuando queremos obtener láminas muy finas. El polímero fundido sale por una boquilla en forma de anillo a la vez que se le está insuflando aire. El plástico se solidifica y se pliega con ayuda de rodillos guía, con lo cual queda una película doble con forma de macarrón. 5.2.8 Hilado Es el procedimiento habitual para obtener los hilos de las fibras textiles sintéticas con las que se elaboran todo tipo de prendas. 5.2.9 Espumación Este método consiste en introducir aire en el material plástico mediante agitación, insuflado o añadiendo un producto espumante. A continuación se puede dar la forma definitiva mediante los sistemas tradicionales. En este caso el producto es mucho más ligero. Ejemplo: poliuretano expandido o porexpán, para protección de embalajes, paneles aislantes, etc. TECNOLOGÍA: Los Plásticos - 5 -
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BIBLIOGRAFÍA: Maravillas Modernas: El plástico http://www.youtube.com/watch?v=8wplr9phxc4&feature=related TECNOLOGÍA: Los Plásticos - 7 -