Cómo se hacen los plásticos



Cómo se hacen los plásticos y lo que usted necesita saber sobre ellos


Los plásticos están por todas partes alrededor de nosotros, pero ¿cuánto usted realmente sabe sobre ellos? Echemos un vistazo a este material increíblemente importante y abundante. Discutiremos cómo se crean, identifican y categorizan.


¿Qué es un plástico?


Los plásticos son materiales sintéticos que originalmente se derivan de productos orgánicos tales como combustibles de hidrocarburos (carbón, gas natural y petróleo crudo), sal, arena y una serie de otros posibles constituyentes. La producción comienza con los procesos de destilación y craqueo en una refinería de petróleo en la que grupos fractales de compuestos hidrocarbonados sucesivamente más ligeros se separan del agregado de materia prima. De particular interés para la industria del plástico se encuentra una gama de destilados de hidrocarburos refinados conocidos colectivamente como nafta y utilizados como contribuyentes clave en el proceso de fabricación de polímeros plásticos (ejemplos incluyen etileno C2H4, propileno C3H6 y buteno C4H8).

¿Cómo se crean los plásticos?

La mayoría de los plásticos se crean en uno de dos procesos principales: polimerización o policondensación - a veces conocido como crecimiento de cadena y polimerización de crecimiento por etapas, respectivamente. En ambos casos, los destilados de petróleo se combinan con catalizadores específicos para crear nuevas moléculas, normalmente más grandes. Ambos procesos se producen en un reactor donde se añade calor, haciendo que las moléculas pequeñas se combinen en las más grandes (conocidas como plásticos). 

Las moléculas grandes resultantes tienen propiedades únicas dependiendo de los detalles del proceso. ¿Quieres una explicación más en profundidad? Lea a continuación para entender la química detrás de la creación de plásticos.

¿Cómo se identifican los plásticos?

Los polímeros plásticos tienen propiedades únicas dependiendo de su estructura final, tamaño y los componentes monómeros particulares de los que se fabrican durante la producción. Se clasifican de varias maneras:

  1. Termoplásticos o termoestables

  1. Amorfo o Semi-cristalino

  1. Homopolímeros o Copolímeros

La categorización como termoplástico o termoestable tiene que ver con la forma en que el plástico, una vez creado, responde al calor.

  1. Termoplásticos: Plásticos que pueden ser calentados hasta su punto de fusión, enfriados y recalentados de nuevo sin degradación significativa. En lugar de quemar, los termoplásticos se licuan, permitiendo que sean fácilmente moldeados por inyección y luego reciclados posteriormente. 

    Los ejemplos incluyen dos plásticos muy comunes para el moldeo por inyección (ABS y polioximetileno, es decir, POM o acetal). Los termoplásticos son mucho más comunes que los termoendurecibles. Su estructura implica una serie de unidades repetidas combinadas en una sola molécula organizada en una secuencia lineal.

  1. Thermosets: Plásticos que sólo se pueden calentar una vez (normalmente durante el proceso de moldeo por inyección). El primer calentamiento hace que los materiales termoendurecibles se ajusten (similar a un epóxido de 2 partes) dando como resultado un cambio químico que no puede ser invertido. Si trató de calentar un plástico termoestable a una temperatura alta por segunda vez, simplemente se quemaría. 

    Esta característica hace que los materiales termoestables sean candidatos pobres para el reciclaje. Los ejemplos incluyen Poliuretano (PUR). La estructura molecular de los plásticos termoestables es una red de dos o tres dimensiones en lugar de una cadena lineal unidimensional (como en el caso de los termoplásticos).

La categorización como material amorfo o semicristalino tiene que ver con la estructura molecular del material. Los materiales amorfos ("sin forma") carecen de la simetría de largo alcance o de la estructura ordenada de los materiales cristalinos. Como resultado, los materiales amorfos se suavizan gradualmente a medida que se aplica calor. 

Los materiales semicristalinos, por el contrario, tienen una estructura más ordenada y presentan puntos de fusión muy agudos (lo que significa que pasan de sólido a líquido en un rango de temperatura muy pequeño). Los materiales semicristalinos permanecerán en su estado sólido hasta que se absorba cierta cantidad de calor, momento en el que pasarán rápidamente a un líquido.

La categorización como un homopolímero o un copolímero tiene que ver con la composición monómera del material final. Un monómero es una molécula más pequeña que se une a otras moléculas pequeñas (otros monómeros) para formar una molécula más grande (polímero). Piense en los monómeros como la unidad repetitiva más simple (molécula pequeña) en el maquillaje de una molécula más grande. 

Si el plástico final está hecho de un solo tipo de monómero entonces se clasifica como un homopolímero. Si el plástico se hace a partir de una combinación de dos o más tipos diferentes de monómeros entonces se clasifica como un copolímero.

Hay ventajas y desventajas para ambos homopolímeros (de los cuales Delrin es el ejemplo principal) y copolímeros (de los cuales hay un gran número de ejemplos, leídos aquí). Estas son algunas de las características a considerar:

  • Los homopolímeros son más rígidos.
  • Los homopolímeros tienen mayor resistencia al impacto a temperatura ambiente.
  • Los homopolímeros tienen mayor resistencia a la tracción.
  • Los homopolímeros tienen una temperatura de operación ligeramente superior.
  • Los homopolímeros son ligeramente más duros y más resbaladizos.
  • Los copolímeros tienen una mejor estabilidad dimensional.
  • Los copolímeros son más resistentes a los productos químicos.
  • Los copolímeros son menos porosos cuando se extruyen.

Los plásticos son utilizados prácticamente todos los días por gran parte de la población de la Tierra. Tienen una amplia gama de aplicaciones en un gran número de industrias. En el prototipo de diseño, fabricación e industria de moldeo por inyección interactuamos con los plásticos sobre una base diaria. 

Algunos plásticos son útiles para propósitos de ingeniería (los plásticos de ingeniería), mientras que otros son fácilmente disponibles en la fabricación, o se mecanizan fácilmente o se imprimen en 3D. La disponibilidad y viabilidad de uso durante todo el proceso de diseño y desarrollo, además de su idoneidad para el uso en el producto final, puede tener un impacto significativo en el plástico que elija para sus productos.

Bono: ¿Cuál es la química detrás de la creación de plásticos (para aquellas personas que quieren una explicación más en profundidad):

  1. La polimerización de crecimiento en cadena implica la combinación de un monómero con otro, seguido por la adición secuencial de otros monómeros al grupo base. El resultado es una larga cadena polimérica con características únicas (tamaño, estructura y propiedades químicas). Los enlaces moleculares se hacen a través de reacciones radicales (es decir, implican moléculas o átomos con electrones de valencia no emparejados). 

    La polimerización de crecimiento de cadena típicamente implica dobles o triples enlaces de carbono como esqueleto molecular de la estructura más grande y no implica la pérdida de moléculas durante su síntesis.

  1. La polimerización en fase de crecimiento implica una serie de etapas sucesivas de reacción en las que moléculas más pequeñas (típicamente monómeros que incluyen heteroátomos como oxígeno y nitrógeno) se combinan uniendo con monómeros adyacentes para crear un dímero ("dos partes") y un subproducto ). 

    Los dímeros pueden convertirse en trímeros ("tres partes"), tetrámeros ("cuatro partes"), y así sucesivamente. La polimerización de crecimiento por etapas típicamente implica la pérdida de moléculas pequeñas durante la síntesis (generalmente el agua se libera como condensado), o la molécula final contiene heteroátomos (átomos distintos de carbono e hidrógeno) como parte de su estructura principal. Como resultado del condensado liberado durante la síntesis, los plásticos que resultan de la polimerización de crecimiento por etapas se denominan a menudo polímeros de condensación.

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