Materiales Plásticos: Tipos, Propiedades y Aplicaciones

Materiales Plásticos

Plásticos

Un plástico es un material, generalmente orgánico y sintético, que puede ser ablandado bajo la influencia del calor y/o presión, adoptando una nueva forma. Están formados por polímeros, que son la unión de cientos de monómeros.

Procedencia

Se obtienen de sustancias orgánicas naturales modificadas o de nuevas sustancias químico-orgánicas, obtenidas por síntesis en laboratorios. Están formados por grandes moléculas (lineales o tridimensionales), con elevado peso molecular.

Otros Componentes

Para mejorar sus propiedades, se les puede incorporar cargas, estabilizadores, plastificantes, pigmentos, etc.

Monómeros

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Enlace Covalente

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Formación de Polímeros

Por Adición

Encadenamientos del mismo monómero bajo la influencia de calor y un catalizador.

Copolimerización

Encadenamiento de monómeros distintos:

• Aleatoria
• Regular
• En bloque

Policondensación

La composición química resultante no es igual a la suma de las composiciones químicas de los monómeros; se pierden átomos en moléculas de agua o gas.

Aditivos

Son sustancias naturales y artificiales. Ejemplos: estabilizantes, colorantes, endurecedores, espumantes, ignifugantes.

Propiedades Generales

• La gran mayoría de los enlaces son de tipo covalente.
• Puntos de fusión y ebullición bajos.
• Poco solubles en agua.
• Moléculas apolares o poco polares.
• Estructuras moleculares complicadas, especialmente las de origen natural.
• Poseen como mínimo un enlace doble.

Tipos de Aditivos

• Estabilizantes: Protegen de la degradación causada por la luz, calor, oxidación y tratamientos térmicos.
• Colorantes: Dan color absorbiendo o reflejando bandas de la energía luminosa.
  • Colorantes solubles: Orgánicos sintéticos, buena transparencia, alto poder tintóreo, bajo peso específico.
  • Pigmentos: Sólidos, insolubles, difunden la luz, dan opacidad a los plásticos.
• Endurecedores: Se utilizan en pinturas y barnices, proporcionando gran dureza superficial.
• Espumantes: Todos los plásticos pueden ser espumados. Se clasifican en: mecánicos, físicos y químicos.
• Ignifugantes: Productos autoextingibles, suelen contener derivados halógenos u óxido de antimonio.
• Plastificantes: Disminuyen la rigidez de los materiales plásticos.
• Antioxidantes: Se añaden durante la polimerización (0,1%). Tipos de antioxidantes: fenoles, amidas aromáticas y tiofenoles.
• Lubricantes: Facilitan el proceso de transformación de un material plástico. Pueden actuar de dos formas: reduciendo el rozamiento con la máquina, o reduciendo el rozamiento entre las partículas.
• Extendedores: Evitan la adherencia de la resina plástica con las paredes del molde.
• Abrillantadores: Aportan brillo superficial a la pieza acabada.
• Pigmentos Fluorescentes: Reflejan determinadas longitudes de onda próximas al UV.
• Desmoldantes: Se incorporan a la masa en el momento de la formación de los polímeros, para facilitar el desmoldado.
• Catalizadores: Favorecen el entrelazado de las cadenas moleculares en el caso de los plásticos termoestables. Quedan en estado casi libre.
• Cargas: Mejoran alguna propiedad, pueden ser inertes, abaratan el producto al sustituir parte de la resina.
  • Resinas naturales: Goma laca, sandáraca.
  • Resinas modificadas: Celulósico, cauchos sintéticos.
  • Resinas sintéticas: Polietileno (PE), epoxi.

Clasificación de los Plásticos (atendiendo a sus propiedades, estructura y enlaces)

• Termoestables: Sometidos a calor y presión, endurecen de forma irreversible. No se ablandan por un nuevo calentamiento, no son solubles en disolventes.
• Termoplásticos: Al aumentar la temperatura y sobrepasar el punto de reblandecimiento, pueden volverse a moldear.
• Elastómeros: Su principal característica es su elasticidad. Las cadenas de monómeros están ligeramente reticuladas, por lo que se deforman fácilmente, recuperando su forma original al cesar la fuerza exterior.

Plásticos Termoestables

Los más importantes son: resinas fenólicas, ureicas, alquídicas, poliéster, epoxi, melaninas y siliconas.

• Sometidos al calor y presión, endurecen de forma irreversible.
• No se ablandan por un nuevo calentamiento, no son reciclables, no son solubles en disolventes.
• Generalmente son productos de policondensación con macromoléculas reticulares tridimensionales.
• Se descomponen al ser calentados sin ablandarse, carbonizándose.
• No se pueden utilizar para fabricar fibras, ya que se necesitan moléculas lineales sin ramificaciones.
• Son más resistentes mecánicamente y tienen mayor dureza superficial.
• Menos posibilidades de colorearse.
• Se moldean por compresión o transferencia.

Plásticos Termoplásticos

Los más importantes son: resinas celulósicas, PE, poliestireno, PVC, policarbonato, resinas acrílicas, polipropileno, poliamida.

• Constituidos por moléculas monodimensionales y filiformes.
• Al aumentar la temperatura y sobrepasar el punto de reblandecimiento, pueden volverse a moldear.
• Representan el 75% de los plásticos, debido a su gran versatilidad y economía.
• Son solubles en el disolvente adecuado.
• Se obtienen generalmente por polimerización, uniéndose muchos monómeros iguales o diferentes, formando cadenas largas, a veces ramificadas.
• Se pueden soldar; algunas propiedades descienden algo al aumentar la temperatura.
• Ligeros.
• Baja absorción de agua.
• Admiten gran variedad de coloraciones.
• Gran resistencia mecánica.

Plásticos Elastómeros

• Su particularidad es su elasticidad; las cadenas de monómeros están ligeramente reticuladas, por lo que se deforman fácilmente, recuperando su forma original al cesar la fuerza exterior.
• En la estructura elastomérica no existe ningún tipo de orden en la colocación de las moléculas.
• Materiales: caucho natural, polisopreno, buna, neopreno, siliconas, epdem.

Materias Primas

Petróleo, NaCl, leche, celulosas, carbón, agua, soja, cereales, gas natural, aceites vegetales, azufre, cal, aire, madera.

Plásticos Termoestables

Resinas Fenólicas

• Baquelita: Resulta de la condensación de fenoles o derivados de los mismos aldehídos, sometidos 60 min. a 100ºC. Color ámbar. Alta tenacidad, resistente al envejecimiento. Dura y buena estabilidad hasta los 600ºC. Mal conductor del calor.
• Formica: Los laminados dan origen a los tableros estratificados conocidos popularmente como Formica. Existen otros materiales muy semejantes, como el valenciano Raylite, Fantasit, etc. Estos productos laminados están compuestos por una serie de láminas delgadas que pueden ser de papel Kraft, que sirven para reforzar y dotar de dureza al laminado.

Resinas Ureicas

Están formadas a base de urea y formaldehído mediante condensación.

Propiedades

• Posibilidad de coloración, incluso blanco.
• Incolora, insípida, dura, tenaz, lo que la hace apta para realizar objetos de cocina y que contengan alimentos y medicamentos.

Moldeo

Por inyección, compresión o extrusión.

Resinas Epoxi (muy importante)

Las resinas epoxídicas son polímeros que se forman por condensación de dos monómeros, epiclorhidrina y un polialcohol, generalmente con un catalizador o agente endurecedor.

• Color que varía desde el amarillo claro hasta el marrón oscuro.
• Excepcional adhesión a los metales (muy importante).
• Infusibles al calor.
• Elevada resistencia al agua.
• No son atacables por la mayoría de los productos químicos corrientes.
• No envejecen.
• Condiciones aislantes muy apreciables.

Siliconas (muy importante)

Son polímeros organosilícicos o semi-inorgánicos, en los que el silicio viene a sustituir al carbono de los compuestos orgánicos.

• Gran variedad de compuestos.
• Incombustible.
• Buenas propiedades de aislante eléctrico.
• Resistencia a los rayos UV.
• Resistencia a los agentes químicos y atmosféricos.
• Muy hidrofobos.
• Inalterables al envejecimiento.
• Estabilidad de color.
• Pueden ser: termoestables o termoplásticos, líquidos o sólidos; notable estabilidad al calor.

Plásticos Termoplásticos

Resinas Celulósicas

• Nitrocelulosa: plástico + antígeno, se conoce como celuloide.
• Acetato de celulosa.
• Etilcelulosa.

Polietileno (PE)

Se forma a partir del etileno. Color blanquecino, semicristalino, resistencia moderada y alta tenacidad. Los elementos de PE pueden elaborarse mediante procesos de: alta presión (elementos de baja densidad), y baja presión (elementos de alta densidad).

PE de Baja y Media Densidad

Se forma bajo presiones elevadas de 1400-2500 Kp/cm² y 150-200ºC. Translúcidas, sin olor ni sabor, estructura molecular amorfa. Se moldea por: extrusión, inyección y soplado. Gran flexibilidad, buena estabilidad dimensional. No absorbe agua. No envejece. Aislante frente a la electricidad. Resiste a agentes químicos y disolventes. Resiste a corrosión interna y externa. Bajo coeficiente de fricción. No se forman incrustaciones. Usos: Recipientes, aislamientos de cables, recubrimientos de alambres para protegerlos de la oxidación, tuberías, films para construcción, envolventes de materiales.

PE de Alta Densidad

Se forma a baja presión 10-40 Kg/cm² y 50-100ºC. El etileno no precisa la pureza que necesita el PE de baja densidad. Bajo peso molecular y alta resistencia, punto de reblandecimiento alto. Pesa más que el agua. Mala resistencia a la luz solar, provocando ligeros agrietamientos. La unión de moldeados de PE se resuelve mediante soldadura térmica.

Espuma de PE

Nombre comercial Neopolen. Se utiliza para la realización de juntas de estanqueidad entre materiales distintos. Presentan gran flexibilidad. Juntas de carpinterías metálicas.

Polipropileno (PP)

Se obtiene por cracking del petróleo. Resina cristalina (opaca) que recuerda también a la cera. No soporta bien las bajas temperaturas. Resistencia mecánica superior al PE, soporta altas temperaturas. Usos: Industria automovilística, sector textil, embalajes, aplicaciones eléctricas, carcasas de aparatos electrodomésticos, tuberías para red de agua fría (AF) y agua caliente sanitaria (ACS) y tuberías para suelo radiante.

Poliestireno (PS)

Se pueden considerar 5 grupos de PS:

• PS estándar: Usos en juguetería, recipientes domésticos y objetos de escritorio.
• PS antichoque (SB y SAM) (poco resistente a la intemperie): Usos en paneles decorativos, revestimientos de puertas y techos, molduras, rodapiés y frisos.
• PS expandido (más usado en construcción): Bajo coeficiente de conductividad térmica, no envejece al paso del tiempo, no es atacable por álcalis ni ácidos comunes, difícil inflamabilidad, soporta temperaturas entre 90ºC y 150ºC. Usos en aislamientos, paneles para falsos techos, embalajes, etc.
• PS extruido: Bajo coeficiente de conductividad térmica, elevada resistencia a la compresión, no es atacable por álcalis ni ácidos comunes, resistencia a hongos, parásitos y bacterias de putrefacción y difícil inflamabilidad.
• ABS: Resistente a sustancias químicas, al calor y al impacto, peso ligero, aislante eléctrico, resistente a la intemperie, excelente adherencia con los elementos metálicos, escasa resistencia a disolventes, baja absorción de humedad. Usos en carcasas de aparatos, maletas ligeras, pasamanos rígidos, tuberías, saneamiento, sumideros, carcasa de baterías, carrocerías, muebles.

Resinas Vinílicas

PVC

Polimerización del cloruro de vinilo en presencia del peróxido de hidrógeno, que actúa como catalizador. La polimerización puede ser en masa, emulsión (da lugar a un látex), suspensión (da lugar al slurry).

• PVC rígido: Fusión y moldeado de policloruro de vinilo con aditivos, sin plastificantes. Usos en planchas, persianas, canalones, perfiles, tuberías de riego, saneamientos, botes sifónicos, desagües, etc.
• PVC flexible: Es elástico, no resiste a la intemperie. Se utiliza en láminas finas para cortinas de baño, en pavimentaciones ligeras (Sintasol), imitación de pieles en mobiliario, canalizaciones eléctricas, cintas adhesivas, burletes y soportes para moquetas.

Poliacetato de Vinilo (PVA)

Copolimerización catalítica de acetato de vinilo con peróxido benzoico, que actúa como catalizador. Se presenta en dos formas: como una masa sólida anhidra o como una emulsión o dispersión en agua. Usos en pinturas y barnices cuyo vehículo disolvente es el agua (pinturas plásticas), resinas acrílicas, adhesivos (cola blanca), tratamientos en la industria del tejido.

Cloruro de Polivinilideno (PVdC)

Similar al cloruro de polivinilo, pero su molécula contiene un átomo de cloruro adicional. Nombre comercial Saran. Fuerte, resistente, flexible, propiedades dieléctricas. Usos en recubrimientos de madera en muebles de terraza, revestimientos protectores de alambres, equipos químicos, filtros, etc.