Facultad de Química Universidad de Murcia En un mundo de plástico I: Los plásticos Gloria Víllora Cano Antonia Pérez de los Ríos Enero 2008 Evolución de los materiales 1
DESARROLLO DE LOS PLÁSTICOS EN LA LÍNEA DEL TIEMPO EJE DEL DESARROLLO DE LOS POLÍMEROS 1492 1868 El caucho Vulcanización Celuloide Bakelita 1770 1820 Nylon, Neopreno 1930 1950 1970 1400 1730 1791 1830 1910 1920 1940 1960 2000 EJE DE ACONTECIMIENTOS HISTÓRICOS Descubrimiento y Independencia y 1a.Guerra Mundial. 2a.Guerra Vietnam. Irak colonización de América conflictos de América Rev. mexicana Mundial. Afganistán 1492 1820 1868 1910-1920 1930 1940 1950 1960 2000 1400 El caucho se conocía por los indígenas del continente americano y con él hacían las bolas para el juego de pelota. Los indios peruanos nombran con la palabra cauchuc a este material, la cual significa impermeable. 2
1492 Descubrimiento de América. A partir de esta fecha y hasta 1731, los españoles intentaron imitar los productos de los nativos, sin conseguirlo. Los ingleses por su parte lograron sacar de Brasil y por medio del contrabando varias semillas de las plantas que producían el caucho y las sembraron con éxito en Ceylán y otras colonias tropicales, cercanas al Ecuador 1731-1736 En 1731 el gobierno francés envió en una expedición geográfica a América del Sur, con el geógrafo matemático Charles de la Condamine,, quien en el año de: 1736, hizo llegar a Francia varios rollos de caucho crudo junto con una descripción de los productos fabricados por las tribus del valle del Amazonas. 3
1770 El químico británico Joseph Priestley descubrió que las marcas y trazos hechos con lápices se borraban frotando con caucho, y de ahí surgió su nombre en inglés, rubber. 1791 Primera aplicación comercial del caucho por el fabricante inglés Samuel Peal, que patentó un método para impermeabilizar tejidos, tratándolos con caucho disuelto en trementina 4
1823 Charles Macintosh, químico e inventor británico, fundó una fábrica en Glasgow para manufacturar tejidos impermeables y ropa para la lluvia, que lleva desde entonces su nombre. 1834-1839 En 1834 el químico alemán F.Ludersdorf y su colega norteamericano N. Hayward descubrieron que si le añadían azufre a la goma de caucho, reducían y eliminaban la pegajosidad de los artículos de caucho. En 1839 Charles Goodyear,, descubrió el proceso de vulcanizado, que le confiere al caucho resistencia a los cambios de temperatura y a la abrasión, además lo hace impermeable a los gases. 5
1868 John Hyatt inventa el celuloide, en Estados Unidos, al participar en un concurso premiado con 10 000 dólares, para quien descubriera un material que reemplazara al marfil en la elaboración de bolas de billar. El celuloide resultó barato y duradero, muy útil en la elaboración de películas cinematográficas, y para fabricar peines, cepillos y botones. 1910 1920 1909 El químico norteamericano de origen belga Leo Baekeland sintetizó la bakelita 1920 El químico alemán Hermann Staudinger demuestra que los polímeros son macromoléculas formadas por largas cadenas unidas entre si 6
1930 En la década d del 30: La compañí ñía Dupont desarrolla el Nylon (descubierto por Wallace Carothers) ) y el teflón. Se desarrollan el caucho sintético tico (el Neopreno), el policloruro de vinilo mejor conocido como PVC y el poliestireno 1940 Todos los plásticos anteriormente descubiertos, fueron aplicados en la industria militar con gran éxito para los Estados Unidos. Se siguen desarrollando más fibras sintéticas como el rayón, el orlón entre otras, usadas para la industria del vestido. 7
1950 Se desarrolla el Polietileno y el Polipropileno. 1960 La compañí ñía Dupont comercializa la licra que había a desarrollado hacia 1958. Otra científica de la compañí ñía DuPont, Stephanie Kwolek en 1965, realiza trabajos que constituyeron la base para la preparación n comercial de la fibra aramida Kevlar,, usada en chalecos antibalas, bolsas de aire y blindaje en automóviles. 8
2000 Actualmente es difícil concebir el mundo y sus comodidades sin los plásticos. Los plásticos adquieren cada vez más importancia en la medicina para reemplazar órganos como el corazón. Se comienzan a desarrollar plásticos que faciliten las operaciones. En julio de 2001 se implantó el primer corazón de un ser humano hecho de titanio y dos plásticos, un plástico duro externo y de un plástico flexible interior, denominado angioflex. 9
Características de los materiales plásticos 10
PRINCIPALES ELEMENTOS CONSTITUYENTES 11
TIPOS DE POLÍMEROS: ESTRUCTURA LINEAL RAMIFICADO CON ENLACES ENTRECRUZADOS 12
TIPOS DE POLÍMEROS 13
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS TERMOPLÁSTICOS Moléculas largas: más de 5000 átomos de carbono Pueden contener heteroátomos Al aumentar el PM: SE ABLANDAN Y ENDURECEN REPETIDAMENTE POR ACCIÓN DEL CALOR Aumenta la resistencia Monómero: gas Polímero de bajo PM: líquido Polímero de alto PM: sólido Mejoran las propiedades mecánicas Aumenta la viscosidad del fundido- Procesado a altas T Mayores costes de producción Elección del Pm = f (propiedades mecánicas-procesabilidad) OTRAS PROPIEDADES ESTRUCTURALES CRISTALINIDAD TACTICIDAD 14
PROCEDENCIA 15
LA INDUSTRIA DEL PETRÓLEO Petróleo crudo: material oleoso de origen orgánico y extracción mineral, químicamente formado por hidrocarburos que contiene C,H,S,O y N principalmente. Tipos de Petróleo: mas de 250 tipos Clasificación: 1) según contenido en azufre: crudos dulces o agrios 2) según su composición química: parafínicos, aromáticos, nafténicos 3) según su densidad: pesados y ligeros REFINAR PETROLEO Separar unos de otros los constituyentes del petróleo (en fracciones o cortes) sobre la base destilación Depurar los cortes, principalmente desulfurar Sintetizar otros hidrocarburos 16
DISTRIBUCIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE PETRÓLEO 17
DISTRIBUCIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE PETRÓLEO OLEFINAS 18
AROMÁTICOS MÉTODOS DE SÍNTESIS:POLIMERIZACIÓN DE ADICIÓN 19
MÉTODOS DE SÍNTESIS:POLIMERIZACIÓN DE ADICIÓN MÉTODOS DE SÍNTESIS:POLIMERIZACIÓN DE ADICIÓN 20
MÉTODOS DE SÍNTESIS:POLIMERIZACIÓN DE CONDENSACIÓN PESO MOLECULAR PROMEDIO 21
TÉCNICAS INDUSTRIALES DE POLIMERIZACIÓN POLIMERIZACIÓN EN BLOQUE 22
POLIMERIZACIÓN EN DISOLUCIÓN POLIMERIZACIÓN EN SUSPENSIÓN 23
POLIMERIZACIÓN EN EMULSIÓN 24
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MÉTODOS DE TRANSFORMACIÓN Pellets, Gránulos de Moldeo 26
MÉTODOS DE TRANSFORMACIÓN 27
TRANSFORMACIÓN POR EXTRUSIÓN 28
TRANSFORMACIÓN POR EXTRUSIÓN TRANSFORMACIÓN POR SOPLADO 29
TRANSFORMACIÓN POR SOPLADO TRANSFORMACIÓN POR SOPLADO 30
ESPUMACIÓN ESPUMACIÓN 31
MOLDEO ROTACIONAL MOLDEO ROTACIONAL 32
CALANDRADO MOLDEO POR COMPRESIÓN 33
MOLDEO POR COMPRESIÓN APLICACIONES 34
El plástico en la vida diaria Desde hace varias décadas el plástico es de suma importancia en la vida del ser humano, impulsando avances tecnológicos, y se han podido desarrollar aplicaciones inimaginables con dicho material. Provee a los consumidores de todo el mundo de cosas indispensables para su vida diaria. Su versatilidad y beneficio permite ser usados en todos los sectores: Alimentos, Salud y Medicina, Construcción, Vestido, Industria automotriz, etc. Ya que sus caracteristicas elevan nuestro nivel de vida brindandonos Salud, Seguridad, Funcionamiento y Valor. APLICACIONES 35
El plástico en la vida diaria Alimentos El envasado y embalaje, ayuda a mantener los alimentos frescos, higienicos y sin riesgo de contaminarse. Las bebidas no serian transportadas con tanta facilidad si no fuese por que es un material ligero y resistente. Su fabricación reduce el gasto de combustibles beneficiando al ambiente. Facilidad de manejo. Salud y Medicina El plástico en la vida diaria Sin ayuda de los plásticos las transfusiones y tratamientos no serian posibles. Los implantes de plástico brindan un bienestar a la salud, apoyando a miles de personas a mejorar sus condiciones de vida. Hoy, la investigación médica emplea la tecnología plástica para alcanzar nuevos niveles en tratamientos médicos. 36
Construcción El plástico en la vida diaria Cada vez es más amplia esta rama, el plástico no solo se utiliza en tuberías, ahora se construyen casas de plástico en México. Este tipo de construcciones tienen beneficios como: Velocidad de construcción. 30 a un 33% mas rápido de unidades vivienda, que un proyecto tradicional. Ahorro en desperdicio y disminución de robo de materiales. Vestido El plástico en la vida diaria Gracias a las fibras sintéticas que se hacen con los polímeros, se puede elaborar ropa. Algunas de las prendas que utilizas son elaboradas con fibras fabricadas con plástico. Los plásticos aplicados en el vestido nos protegen de peligros. Su versatilidad nos aislá de temperaturas extremas. Más del 60% de la industria textil emplea fibras elaboradas con plásticos. 37
Automotriz El plástico en la vida diaria Son indispensables para elaborar cualquier tipo de accesorio, además hace más seguros los automóviles. Tan solo por mencionar algunos plásticos en rasgos de seguridad son: los cinturones de seguridad, bolsas de aire, parabrisas resistentes, etc. El emplear plástico en los autos ayuda a disminuir el peso de los mismos ayudando a desplazarse con mayor facilidad, ahorrando a su vez combustible. El plástico puede salvar tu vida. PROBLEMATICA 38
Producción Global de Plásticos (1970 = 100) Produción en peso 800 700 600 500 Crecimiento anual 1970-2004 Acero: 2% Aluminio: 3% Plásticos: 6% Plásticos 400 300 200 100 0 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 00 02 04 Aluminio Acero Fuente: SPI, Milacron Consumo Global de Plásticos 1990 86 M Ton 5.7% 2003 176 M Ton 5.1% 2010 250 M Ton Europa 29% América del Norte 29% Sudeste Asiatico 16% Japón 12% Europa 22% América del Norte 25% Sudeste Asiatico 32% Europa 19% América del Norte 24% Sudeste Asiatico 36% Europa Oriental 6% América Latina 4% Africa/Medio Oriente 4% Europa Oriental 4% América Latina 5% Africa/ Medio Oriente 6% Japón 6% Europa Oriental 4% América Latina 5% Japón Africa/ 6% Medio Oriente 6% fuente: VKE, Junio 2004 39