LIBRO-9a

ESCUELA
UNIVERSITARIA
INDUSTRIAL
Iñaki Fernández de Arangiz
Javier Ponce Hidalgo
Edelio Pordomingo de las Heras
DE
INGENIERIA
Curso : 4º
TÉCNICA
INDICE
1- HISTORIA DEL PLÁSTICO
2- COMPOSICIÓN DE LOS PLÁSTICOS
3- DIFERENCIAS ENTRE PLÁSTICO Y POLÍMERO
4- CARACTERÍSTICAS
Y CERÁMICAS
5- ABREVIATURAS
PLÁSTICOS
DE
LOS
PLÁSTICOS
INTERNACIONALES
DE
VS.
NOMBRES
6- CLASIFICACION
7- MATERIAS PRIMAS
8- PROCESOS GENERALES DE POLIMERIZACIÓN
9- PROPIEDADES Y APLICACIONES
10-PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN
11-USOS
12- ESTADÍSTICA
13- BIBLIOGRAFÍA
METALES
DE
1- HISTORIA DEL PLASTICO
El desarrollo de una resina fenólica comercial en 1909 porBaekland
fue el inicio de la industria de los plásticos sintéticos. Su descubri
miento estimulo la búsqueda de otros plásticos y dio lugar a una
industria que ha llegado a ser una de las diez mayores de EE.UU.
El primer plástico de importancia comercial fue el nitrato de celulosa ( Celluoid ), que se descubrió a mediados del siglo XIX, y se
empleo por primera vez por Hyatt, quien estaba buscando un susti
tuto del marfil.
El acetato de celulosa se desarrollo en 1984 como un materialme
nos inflamable y se utilizo ampliamente como base para películas
fotográficas y como barniz para el revestimiento de aviones duran
te la Primera Guerra Mundial. Desde entonces la introducción de
nuevos materiales poliméricos fue rápida.
La Tabla I muestra la fecha del descubrimiento y/o introducción de
los primeros plásticos:
Plástico
NITRATO DE CELULOSA
ACETATO DE CELULOSA
FENOL-FORMALDEHIDO
ETERES DE CELULOSA
VINILOS
UREA-FORMALDEHIDO
ACRILATOS
FURANOS
POLIESTIRENO
POLIAMIDAS
POLIESTERES
POLIETILENO
POLIPROPILENO
FENOXI
Año introduccion
1868
1894
1909
1912
1927
1929
1931
1934
1937
1938
1942
1943
1957
1962
2- COMPOSICIÓN DE LOS PLÁSTICOS
Las materias primas básicas comunes de los plásticos son :
b CARBON
b COMPUESTOS PETROQUÍMICOS
b ALGODÓN
b
MADERA
b GAS
b AIRE
b SAL Y AGUA
Los plásticos son adecuados para gran numero de aplicaciones
por su fortaleza, resistencia al agua , excelente resistencia a la
corrosion, facilidad de fabricación y notable gama de coloración .
El uso de un plastico para una aplicación especifica depende de
su composición , propiedades particulares y el diseño de la parte. Las
resinas fenolicas son la principal fuente de plásticos , seguidas de
cerca por los derivados de celulosa. Todos estos materiales plásticos
de construcción tienen sus limitaciones , pero seleccionados
debidamente se pueden emplear con el mismo grado de confianza
que los metales o las aleaciones.
3- DIFERENCIAS ENTRE PLÁSTICO Y POLÍMERO
Según lo anterior la diferencia entre plástico y polímero :
POLÍMERO :
Compuesto químico , natural o sintético , formado por reacción
química en la que dos o mas moléculas se combinan para formar
otra en la que se repiten unidades estructurales de las primitivas y su
misma composición porcentual cuando estas son iguales.
Esta trasformacion química consiste en que dos o mas moléculas de
la misma especie se combinen para formar otro compuesto mas
complejo.
( Ver figura )
PLASTICO : se trata de ciertos materiales sintéticos que pueden
moldearse fácilmente y en cuya composición se encuentran
principalmente derivados de la celulosa , protesínas y resina.
4 – CARACTERÍSTICAS DE PLÁSTICOS VS. METALES Y CERAMICOS
( TABLA II )
Característica
Ventaja/Desventaja
Bajo punto de fusión
Fácil procesado/Inferior Tª uso
Alta elongación
Baja fragilidad/Mayor fluencia
Baja densidad
Mat. ligero/Baja resist. estruct.
Baja conductividad térmica
Buen aislante térmico/Baja tran
calor
Resistencia eléctrica
Buen aislante eléctrico/No conduce electricidad
Transparencia( algunos)
Útiles como Mat. transparente/
Degradación por el sol
Inflamables
La basura se puede quemar/
Riesgo de fuego y humo tóxico
5-ABREVIATURAS INTERNACIONALES DE NOMBRES DE
PLÁSTICOS
Abreviaturas
Nombre plástico :
-CA
-ACETATO DE CELULOSA
-CPVC
-POLI(CLORUR. DE VINILO)
-MF
-RESINA MELAMINA FORMAL.
-PAN
-POLIACRILONITRILO
-PC
-POLICARBONATO DE BISFENOL
-PE
-POLIETILENO
-PF
-PESINAS FENOL-FORMALDEHIDO
-PIB
-POLISOBUTILENO
-PMMA
-POLI(METIL METACRILATO)
-PP
-POLIPROPILENO
-PS
-POLIESTIRENO
-PVC
-POLI(CLORURO DE VINILO)
-PUR
-POLIURETANO
-PVAC
-POLI(VINIL ACETATO)
-PVB
-POLI(VINIL BUTIRAL)
6. CLASIFICACIÓN
Los plásticos se dividen en termofijos, termoplásticos, solubles en aceite y
productos proteinados.
Basándose en su origen se pueden agrupar como resinas naturales, derivados
de celulosa, productos proteínicos y resinas sintéticas.
Las resinas sintéticas se forman por dos reacciones fundamentales diferentes
- Polimerización por condensación (reacción de polimerización por
etapas)
Las resinas sintéticas son termofijas (curándolas con calor producen un
producto insoluble). Los polímeros de condensación tienen una unidad
que se repite, a la que le falta ciertos átomos presentes en el manómero
original. La reacción tiene lugar mediante la combinación de dos o más
unidades con la eliminación de una molécula pequeña como el agua,
metanol o cloruro de hidrógeno. Las cadenas largas del polímero
pueden reaccionar entre sí para formar un material “eslabonado en
cruz”, más duro y más resistente que el polímero de cadena lateral.
- Polímeros por adición (reacción de polimerización en cadena)
Las resinas sintéticas son termoplásticas (el calor las suaviza y el frío
las endurece). Intervienen una serie de conversiones que producen un
polímero con una unidad estructural que de repite y es idéntica a la del
manómero del que se forma.
Otra variación en el producto final se logra polimerizando simultáneamente
dos o más tipos de manómeros, regulando sus cantidades relativas y las
condiciones de reacción e iniciadores, controlándose las propiedades del
polímero final, pudiéndose obtener tres tipos de polímeros:
Copolímero al azar
M1M2M2M1M1M1M2
Copolímero alternante M1M2M1M2M1M2
Copolímero en bloque M1M1M1M1M2M2M2M2
Existe una gran variedad de plásticos de ingeniería. Cada uno tiene sus
propiedades especiales, por lo que hay que tener mucho cuidado al escoger
una resina para un empleo determinado.
Tabla
Tipos de resina
Clasificación de resinas
7. MATERIAS PRIMAS
• Productos químicos intermedios y monómeros
Fenol
1.- Peroxidación de cumeno (isopropil benceno). El hidroperóxido de cumeno
a partir de la conversión del cumeno, tiene propiedades explosivas y se
descompone formando acetona y fenol en presencia de ácido sulfúrico.
2.- A partir de tolueno.
Formaldehido
1.- A partir de una oxidación exotérmica y de una deshidrogenización
endotérmica del metanol realizada a partir del calor proporcionado por la
reacción oxidante.
Hexametilentetramina
1.- Evaporación del producto de la reacción de formaldehido con amoniaco.
Uso principal en la fabricación de resinas de fenol-formaldehido.
Esteres vinílicos
1.- Adición de ácidos al acetileno.
Deshidroclorinación
1.- El cloruro de vinilo se prepara por oxiclorinación (deshidroclorinación) de
etileno con CuCl2 como catalizador. Causa de desarrollo de cáncer del hígado.
Anhídrido ftálico
1.- Oxidación controlada de orto-xileno o naftaleno. El agua y el dióxido de
carbono y otras muchas sustancias oxidadas de los subproductos de la
oxidación principal, acompañan a aun cambio de energía grande y
exotérmico. Se debe mantener la temperatura dentro de los límites favorables,
eliminando gran cantidad de calor liberado para evitar que la oxidación
controlada se convierta en combustión. El catalizador V2O5 más TiO2 sobre un
soporte inerte, sirve para detener una explosión. Es una de las materias primas
intermedias más importante de la industria de los plásticos.
Metil acrilato y metacrilato
1.- Síntesis de Dow-Badische-Reppe.
2.- Reacción de cianuro de hidrógeno con acetona y tratamiento subsecuente
con alcohol metílico.
• Otras materias primas
Productos naturales
1.- Celulosa, materia estructural del mundo vegetal, polímero compuesto por
50 a 100 unidades de disacárido de celulosa.
8. PROCESOS GENERALES DE POLIMERIZACIÓN
1.- Polimerización a granel
- Los monómeros y el activador se mezclan en un reactor,
calentándose o enfriándose según lo necesario.
- Se debe eliminar el exceso de calor al ser reacciones exotérmicas.
- Los polímeros solubles en sus monómeros líquidos causan
incremento e n la viscosidad.
- Los polímeros no solubles en el monómero se precipita tras iniciar la
polimerización.
2.- Polimerización en solución.
- Calor exotérmico demasiado grande para controlarlo.
- Monómero e iniciador se disuelven en un disolvente no reactivo
para reducir la velocidad de reacción y controlar la cantidad de calor
desprendido.
- Concentración de polímero bajo para evitar gran viscosidad y peso
molecular medio.
3.- Polimerización en suspensión.
- El monómero se suspende en agua mediante agitación y se agregan
estabilizadores para estabilizar la suspensión y evitar que los
glóbulos de monómeros se adhieran entre sí.
- Cada glóbulo de monómero se polimeriza como una perla de alto
peso molecular.
4.- Polimerización en emulsión.
- El monómero se rompe en pequeñas gotitas que forman agregados
(micelas).
- El monómero está en la micela y el iniciador en el agua, el cual se
difunde en la micela para iniciar el crecimiento del polímero.
- Son reacciones muy rápidas y se realizan a temperaturas bajas,
pudiéndose preparar polímeros de alto peso molecular.
- La fase acuosa absorbe el calor desprendido.
• Productos de polimerización por condensación
Fenólicos
Se pueden fabricar de casi cualquier compuesto fenólico y un aldehído,
empleando un catalizador alcalino produciendo alcohol bencílico. El
formaldehído adicional reacciona produciendo di y tri metilol fenoles, éstos se
condensan y polimerizan entre sí rápidamente.
El producto obtenido depende de la concentración y naturaleza química
de los reaccionantes, la naturaleza y concentración del catalizador utilizado, la
temperatura y el tiempo de reacción, así como de los agentes modificadores,
cargas y extendedores. Estas resinas, de acuerdo con la naturaleza de la
reacción, son de dos tipos:
- Resinas de un paso: Todos los reactivos se cargan en las
proporciones correctas y reaccionan entre sí. Se emplea un
catalizador alcalino. La resina descargada es termoestable y necesita
calentamiento hasta un estado insoluble.
- Resinas de dos pasos: Sólo se carga parte del formaldehído
necesario para la producción y se emplea un catalizador ácido. Son
permanentemente fusibles o termoplásticos cuando se descargan,
pero reaccionan con más formaldehído para producir una resina
termoestable.
• Las resinas de una y de dos pasos se utilizan, separadamente o en
combinación en los materiales comerciales de moldeo. Los compuestos
fenólicos para moldeo se moldean principalmente en moldes de
compresión y transferencia. Los fenólicos fundidos difieren de los
compuestos moldeables en que no requieren presión para que la sustancia
fluya. El fenol y el formaldehído con un catalizador básico.
Resinas amina
Los condensados de urea-formaldehído y melamina-formaldehído son
las resinas amina, comercialmente importantes. La reacción inicial de la urea
(o la melamina) con formaldehído es una adición simple para producir
compuestos de metilol:
Se necesita un catalizador y control de temperatura debido a que la
melamina no es soluble en agua o formalina a la temperatura ambiente
Resinas poliéster
Esteres complejos formados cuando un alcohol bifuncional reacciona
con un ácido dibásico o un anhídrido. Una variedad especial de poliéster son
los policarbonatos, en la que se sustituye un derivado de ácido carbónico por
adípico, ftálico u otro ácido, y un bifenol se sustituye por los glicoles más
convencionales. El proceso de fundición y el de fosfenación son los más
importantes
Resinas epóxicas
Las resinas epóxicas más comunes se forman mediante la reacción de
bisfenol A con epiclorhidrina. El bisfenol A se obtiene de fenol y acetona:
Cualquier resina que contiene uno o más grupos epóxidos es una resina
epóxi. Las resinas epóxicas se tienen que curar o enlazar en cruz, para dar una
resina útil. Dependiendo del peso molecular, las resinas epóxicas pueden tener
muchas aplicaciones, desde adhesivos hasta recubrimientos para latas y
tambores. Tiene excelente resistencia química, poca contracción al curar,
excelentes propiedades adhesivas y de aislamiento eléctrico.
Poliamidas
Los compuestos que contiene dos grupos anhídrido, reaccionan con
aminas primarias o isocianatos para formar polímeros poliamídicos (lineales y
estables).
Polisulfonas
Son resistentes a las temperaturas altas y ultraestables. Una preparación
típica es la reacción de disodio bisfenol A con 4,4 diclorodifenilsulfona
• Productos de polimerización por adición
Poliolefinas
- Polietileno: El polietileno de alta densidad (HDPE), producido por
métodos de baja presión, se emplea principalmente para envases
moldeados por soplado, artículos moldeados por inyección y tubería.
El polietileno de baja densidad (LDPE), producido por métodos de
alta presión, se utiliza generalmente para películas plásticas. Las
diferencias estructurales entre polietileno de alta y baja densidad se
encuentra en la estructura de la cadena polimérica. La cadena del
polietileno de baja densidad está altamente ramificada con ramas de
cadenas largas y cortas, y el material de alta densidad tiene muy
pocas cadenas laterales.
- Polipropileno: Se emplea para moldear por inyección juguetes,
piezas para automóviles y utensilios, fibras y películas, y se fabrica
por varios procedimientos parecidos a los utilizados para el
polietileno. El catalizador básico, es tricloruro de titanio con cloruro
de aluminio. Los dos procesos típicos son el de fase gaseosa y el de
suspensión de polipropileno.
Resinas vinílicas
Las resinas polivinílicas son materiales sintéticos obtenidos de
compuestos que tienen un grupo vinilo (-CH=CH2). El acetato polivinílico se
puede preparar introduciendo una solución de benceno con acetato de vinilo
que contenga el catalizador deseado a un tanque enchaquetado.
La rama más grande de la familia de vinilo es el cloruro de polivinilo
(PVC). La popularidad del PVC se debe a sus excelentes propiedades físicas,
facilidad con que se puede formular para gran número de aplicaciones, la
comodidad con que se procesa y su costo relativamente bajo. El monómero
líquido se transforma en pequeños glóbulos agitándolo vigorosamente en agua
que contiene un agente de suspensión. Un compuesto de PVC se puede hacer
a la medida para lograr cualquier balance de propiedades deseada utilizando
plastificantes, estabilizadores, lubricantes y cargas. Casi el 40% de la
producción en Estados Unidos se emplea para la fabricación de tubería para
construcción.
Los copolímeros de cloruro de vinilo y de otros vinilos retienen la
fortaleza y la resistencia química del PVC, pero son más flexibles. Las resinas
de alcohol vinílico y resinas de vinilideno forman la agrupación de resinas
vinílicas.
Resinas y plásticos acrílicos
Los ésteres metil, etil y butil de los ácidos acrílico y metacrílico se
polimerizan bajo la influencia de calor, luz y peróxidos. La reacción de
polimerización es exotérmica y se puede llevar a cabo a granel para moldeo
por vaciado, o por emulsión o en solución. Los polímeros no son cristalinos y
por tanto son muy claros. Debido a su excelente resistencia dieléctrica se
emplean en muchas ocasiones como aisladores en líneas de alto voltaje y
como abrazaderas de cables. Las emulsiones tienen muchas aplicaciones en
acabados y pinturas.
• Productos naturales
Derivados de celulosa
La celulosa es una cadena de unidades glucosídicas, estas cadenas
elongadas y las reacciones del alcohol polihídrico celulósico son responsables
por la formación de plásticos celulósicos resistentes y flexibles. Las
propiedades dependen del grupo sustituyente, la cantidad de sustitución, el
tipo de tratamiento y la cuantía de degradación se las cadenas largas y cortas.
Derivados proteínicos
El plástico suave sin curar se puede moldear, pero requiere
endurecimiento en una solución de formaldehído y las secciones más delgadas
se endurecen antes que las partes más gruesas, con lo que se generan
esfuerzos internos que causan distorsiones severas. En la actualidad, los
derivados de proteína se emplean mucho en colas, adhesivos y recubrimientos
de papel.
Tabla1
9. Propiedades y aplicaciones
10.-METODOS DE TRANSFORMACION
Sobre todo los métodos de transformación más utilizados en la industria
del plástico son los siguientes :
-Moldeo por inyección
Es el principal método de transformación de materiales termoplásticos ,
y también se usa para materiales termoestables. En el moldeo por inyección el
material plástico se introduce en una tolva que alimenta a un cilindro caliente.
Se aplica calor y presión hasta que el material se ablanda lo suficiente para
que fluya. Usando un pistón se inyecta el fluido bajo presión en un molde
metálico. Se mantiene el molde cerrado hasta que el material solidifica ,
entonces abrimos el molde y extraemos la pieza.
-Moldeo por extrusión
Se emplea para moldear materiales termoplásticos y obtener planchas ,
filmes , tubos , varillas , perfiles , filamentos y recubrimientos de alambre ,
cables y cuerdas. En este proceso , el material plástico se carga también en la
tolva , desde donde alimenta a un cilindro caliente. En el interior del cilindro
el material se funde y es transportado hasta una pequeña abertura que tendrá
la forma deseada para el producto final. La pieza obtenida se enfría
generalmente por agua o aire.
-Moldeo por compresión y transferencia.
Estos dos métodos se utilizan principalmente para materiales
termoestables. El polvo de moldeo plástico se introduce directamente en las
cavidades de moldeo abiertas. Se cierra el molde y al aplicarle calor y presión
el material fluye adoptando la forma del molde y sufre un cambio químico. El
moldeo de transferencia se diferencia con el de compresión ya que el plástico
se calienta hasta un punto de plasticidad antes de que alcance el molde.
Luego es trasladado al molde cerrado mediante un émbolo sumergido que
opera hidráulicamente.
11.-USOS Y ECONOMIA
La utilización de plásticos actualmente está totalmente extendida en
prácticamente todos los campos de la industria y economía. En cuanto al
conjunto del estado español se refiere , estos son los usos principales:
-Agricultura
Las principales aplicaciones del plástico en la agricultura son el
acolchamiento de suelos , túneles de cultivo e invernaderos.
*Acolchado de suelos: Consiste en cubrir total o parcialmente el terreno
de cultivo con una lámina de plástico. El tipo de película más utilizado es la
de polietileno lineal , junto con la de polietileno de baja densidad. Se utiliza
sobre todo para el cultivo de algodón , y también para cultivos como el melón
, sandía , fresón y espárragos.
*Túneles de cultivo: Se emplea con la finalidad de obtener una mayor
precocidad de cultivos como melones , sandías , calabacines , pimientos ,
berenjenas etc... El material plástico más utilizado es el polietileno de baja
densidad , aunque también se utilicen el PVC y los copolímeros EVA.
*Invernaderos: La mayoría está fabricada con polietileno de baja densidad
, aunque también se utilizan los copolímeros EVA y el PVC. Se utilizan para
el cultivo de fruts , verdura y flores.
-Automovil
En un automovil puede haber hasta 100 kg de plástico , como es el
ejemplo del Seat Toledo , fabricado en España. El plástico dominante es el
polipropileno , gracias a sus excelentes propiedades y su relación
calidad/precio. Otro material muy utilizado es el poliuretano , con el que se
fabrican los asientos moldeados , los volantes y los apoyacabezas entre otras
cosas. También son utilizadas las poliamidas.
-Construcción
El PVC es el más utilizado en la industria de la construcción , siendo el
60 % de los plásticos utilizados PVC. El principal destino del PVC es la
fabricación de tubos y sus accesorios. Otros materiales utilizados son el
polietileno y los poliuretanos.
-Envase y embalaje
Dentro de a lo que envases se refiere , lo más destacable es el imparable
aumento que ha protagonizado el PET respecto al resto de los plásticos , el
PVC sobre todo.
En cuanto a los embalajes , decir que en la fabricación de filme estirable
el polietileno lineal es el gran dominador del mercado. Con este material se
consiguen filmes con menores espesores y con mayores resistencias.
-Electrodomésticos
El poliestireno es el material plástico más utilizado seguido por los
poliuretanos. La principal aplicación de ambos es la producción de
frigoríficos y frío industrial. Otro material a tener en cuenta es el poliestireno
que se emplea para la fabricación de carcasas de televisión.
-Electricidad y electrónica.
El material más utilizado en este sector es el PVC , utilizado para el
recubrimiento de cables eléctricos. El PVC representa el 40 % de los plásticos
utilizados en electricidad y electrónica. También se utilizan bastante los
policarbonatos y las poliamidas.
-Mobiliario
Dentro de los plásticos , el 83 % de los utilizados son termoestables , y el
17 % termoplásticos.
*Termoestables : Dentro de éstas , el principal material son las Colas de
Urea , utilizadas como ligantes en la fabricación de tableros aglomerados. En
la construcción de tableros decorativos de muebles de cocina y oficina , los
materiales utilizados son la resina fenólica y la melamina. También destacar
el empleo de los poliuretanos para la fabricación de colchones , cojines ,
tresillos y demás.
*Termoplásticos: El principal material dentro de los termoplásticos es el
polipropileno , utilizado para la fabricación de sillas y mesas de jardin y sillas
de recintos deportivos. Otro material es el poliestireno , utilizado para la
elaboración de manparas de ducha y baño.
-Piezas industriales
El polipropileno es el plástico mas utilizado en la producción de piezas industriales , con un 51 % del
total. El poliéster es el segundo material plástico más empleado.
-Menaje
El polipropileno , gracias a su relación calidad/precio es el gran dominador del menaje de plástico. El 82
% del material plástico es polipropileno , y sigue aumentando año tras año.
-Colas , adhesivos y pinturas
Los plásticos más utilizados son los vinílicos , seguido de las resinas
alcídicas. Dentro de la producción de adhesivos cabe destacar el uso de los
copolímeros EVA.
-Textil y calzado
En aplicaciones textiles el polipropileno es el dominador del mercado ,
utilizándose para la obtención de filamentos y fibras para pañales y
moquetas. También son utilizados el polietileno y los vinílicos , estos últimos
como adhesivos. En cuanto al calzado , se ve un claro descenso del PVC y un
aumento de los poliuretanos.
-Juguetes , ocio
Los plásticos más utilizados son , por este orden , el poliestireno , el
polipropileno y el PVC.