La ciencia de materiales estudia los conocimientos fundamentales sobre las propiedades de los materiales y los aplica en varias áreas de la ciencia y la ingeniería, consiguiendo que éstos puedan ser utilizados en obras, máquinas y herramientas diversas, o convertidos en productos necesarios o requeridos por la sociedad.
Los plásticos como materia prima para la fabricación de objetos ha alcanzado hoy día una gran importancia. Basta con mirar a nuestro alrededor para comprobar la gran cantidad de objetos de uso diario elaborados con este material y no solo eso, la industria de la impresión 3D cobra cada día mayor fuerza. Por eso un detallado conocimiento, un correcto uso, manipulación y reciclaje se presentan como imprescindibles.
Los plásticos como materia prima para la fabricación de objetos ha alcanzado hoy día una gran importancia. Basta con mirar a nuestro alrededor para comprobar la gran cantidad de objetos de uso diario elaborados con este material y no solo eso, la industria de la impresión 3D cobra cada día mayor fuerza. Por eso un detallado conocimiento, un correcto uso, manipulación y reciclaje se presentan como imprescindibles.
Origen y Propiedades
Se conoce como materia prima a la materia extraída de otros materiales y que se utiliza o transforma para elaborar otros materiales que más tarde se convertirán en bienes de consumo.
La materia prima de la que se parte para la fabricación de un plástico puede ser de origen mineral, vegetal o incluso, animal.
La materia prima de la que se parte para la fabricación de un plástico puede ser de origen mineral, vegetal o incluso, animal.
- Origen mineral. Son las que provienen de la corteza terrestres. El petróleo es la principal materia prima de la que se obtienen la mayoría de los plásticos sintéticos. También se obtienen a partir del gas natural o de la hulla.
- Origen vegetal. En este caso nos referimos a las materias que provienen de los arboles y plantas. A partir del látex, producido por ciertos árboles tropicales (fig. 3), se obtienen gomas y cauchos y, a partir de la celulosa, es posible obtener celofán y celuloide.
- Origen animal. Son aquellas que provienen de los animales. La caseína, sustancia que se obtiene de la leche, es la materia prima con la que se obtiene la galalita, material plástico con el que se fabrican peines, botones, etc.
Los plásticos son productos de la ingeniería y la química moderna que han transformado la manera en que vivimos y nos relacionamos con la tecnología. Desde sus modestos comienzos en el siglo XIX hasta su papel fundamental en el siglo XXI, los plásticos han transformado la forma en que vivimos y nos relacionamos con el mundo que nos rodea.
Aunque los plásticos parecen ser una invención reciente, su historia tiene sus raíces en el siglo XIX. El primer hito importante fue la creación del celuloide en 1862 por Alexander Parkes. Este material, derivado de la celulosa, marcó el inicio de una revolución en la fabricación de objetos, desde bolas de billar hasta peines.
Sin embargo, fue en el siglo XX cuando los plásticos experimentaron un crecimiento exponencial. En 1907, Leo Baekeland creó la bakelita, el primer plástico totalmente sintético. Este material versátil y resistente encontró aplicaciones en una variedad de industrias, desde la fabricación de productos domésticos hasta componentes eléctricos.
Sin embargo, fue en el siglo XX cuando los plásticos experimentaron un crecimiento exponencial. En 1907, Leo Baekeland creó la bakelita, el primer plástico totalmente sintético. Este material versátil y resistente encontró aplicaciones en una variedad de industrias, desde la fabricación de productos domésticos hasta componentes eléctricos.
Durante la Segunda Guerra Mundial, la necesidad de materiales livianos y duraderos llevó al desarrollo de nuevos tipos de plásticos, como el nylon y el polietileno. Estos materiales no solo cambiaron la industria militar, sino que también dieron lugar a productos de consumo revolucionarios.
La década de 1950 vio la llegada del polipropileno y el poliestireno, ampliando aún más las posibilidades de aplicación de los plásticos en la fabricación de envases, juguetes, electrodomésticos y más. Los plásticos se convirtieron en sinónimo de modernidad y conveniencia.
La década de 1950 vio la llegada del polipropileno y el poliestireno, ampliando aún más las posibilidades de aplicación de los plásticos en la fabricación de envases, juguetes, electrodomésticos y más. Los plásticos se convirtieron en sinónimo de modernidad y conveniencia.
Hoy en día, existen una variedad impresionante de plásticos, cada uno con propiedades únicas. Desde el resistente PET (polietileno tereftalato) de las botellas de agua hasta el versátil PVC (policloruro de vinilo) utilizado en tuberías, los plásticos han demostrado ser esenciales en nuestra vida diaria.
Sin embargo, este uso extensivo de plásticos también ha dado lugar a desafíos ambientales significativos. La acumulación de residuos plásticos en nuestros océanos y tierras es un problema urgente que requiere soluciones innovadoras y sostenibles. Como futuros innovadores y ciudadanos conscientes, es crucial que consideréis cómo podemos abordar estos problemas y avanzar hacia un uso más responsable de los plásticos.
Sin embargo, este uso extensivo de plásticos también ha dado lugar a desafíos ambientales significativos. La acumulación de residuos plásticos en nuestros océanos y tierras es un problema urgente que requiere soluciones innovadoras y sostenibles. Como futuros innovadores y ciudadanos conscientes, es crucial que consideréis cómo podemos abordar estos problemas y avanzar hacia un uso más responsable de los plásticos.
Las propiedades de los plásticos, tanto las físicas como las mecánicas, pueden variar según su composición y su proceso de obtención. Las mas habituales son:
- Densidad: Tienen una densidad baja que oscila entre 20 y 250kg/m3
- Punto de fusión: Es bajo. Ningún plástico funde por encima de los 200ºC
- Solubilidad: Son insolubles en agua y en la mayoría de los disolventes
- Conductividad eléctrica: Los plásticos son malos conductores de la electricidad, por lo que se pueden emplear como aislantes eléctricos. Por ejemplo, en el recubrimiento de cables.
- Conductividad térmica: Los plásticos tienen una baja conductividad térmica. Suelen ser materiales aislantes, es decir, transmiten el calor muy lentamente. Por ejemplo, en los mangos de la batería de cocina.
- Dureza: Son materiales blandos, que se pueden rayar, perforar y cortar con facilidad
- Resistencia mecánica: Teniendo en cuenta lo ligeros que son los plásticos, resultan muy resistentes. Esto explica por qué se usan junto a las aleaciones metálicas para construir aviones.
- Resistencia química: Es una de las propiedades que ha generado una producción masiva de plásticos. Casi todos resisten muy bien el ataque de agentes químicos, como los ácidos, que alteran los materiales, en especial a la mayoría de los metales.
- Combustibilidad: La mayoría de los plásticos arde con facilidad, ya que se componen de carbono e hidrógeno. Por ejemplo, las bolsas de basura.
- Plasticidad: Muchos plásticos se reblandecen con el calor (termoplásticos) y, sin llegar a fundir, son fácilmente moldeables. Esto permite fabricar con ellos piezas de formas complicadas.
- Elasticidad: Algunos plásticos como los elastómeros son elásticos
Tipos de Plásticos
Termoestables |
Los plásticos termoestables son aquellos que, una vez calentados y conformados, no pueden volver a fundirse, porque sus características físicas y químicas sufren importantes variaciones y se degradan.
Sus macromoléculas se entrecruzan formando una red de malla cerrada. Esta disposición no permite nuevos cambios de forma mediante calor o presión: solo se pueden deformar una vez. Características principales
Aplicaciones mas comunes
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En este grupo se encuentran, entre otros, las resinas fenólicas, las resinas de melamina, las resinas de urea-formaldehído, las resinas epoxídicas, el poliéster y el poliuretano.
- Las resinas fenólicas se comercializan bajo el nombre de baquelita, y es la primera sustancia plástica totalmente sintética. Las resinas fenólicas son conocidas por su excepcional resistencia al calor y a productos químicos, lo que las hace ideales para aplicaciones como aisladores eléctricos y componentes de alta temperatura.
- Las resinas de melamina son incoloras (aunque pueden teñirse), inalterables a la luz, duras y buenas aislantes del calor. La melamina es reconocida por su resistencia al calor y a los productos químicos. Se utiliza comúnmente en la producción de vajillas y utensilios de cocina. Su capacidad para mantener la forma y resistir la abrasión las convierte en una elección común en laminados y revestimientos.
- Las resinas de urea-formaldehído presentan un color claro que, como las de melamina, resulta inalterable a la luz. Estas resinas son conocidas por su durabilidad y resistencia al agua. Estas resinas son apreciadas por su bajo costo y fácil moldeo.. Se utilizan en la fabricación de productos laminados y adhesivos, proporcionando una excelente adherencia, como interruptores eléctricos y piezas de automóviles, adhesivos, perchas, objetos moldeados y láminas de recubrimiento.
- Las resinas epoxídicas, cuando se asocian con un catalizador, se endurecen y son aislantes, fáciles de mecanizar y resistentes. Mezcladas con fibra de carbono, se utilizan para fabricar materiales laminados de gran resistencia.
- El poliéster es incoloro pero fácil de teñir. Se puede mezclar con fibra de vidrio para adquirir mayor volumen y resistencia. Se usa para fabricar cubiertas, depósitos y cascos . En forma de fibra, se usa para fabricar tejidos.
- Bajo la denominación de poliuretano se agrupa un conjunto de materiales de propiedades muy variadas. El más conocido es la gomaespuma, poliuretano de baja densidad. Este producto se emplea en esponjas y colchonetas. Su capacidad para adaptarse a diversas formas lo convierte en un material versátil.
Los plásticos termoplásticos son aquellos que pueden calentarse y conformarse tantas veces como se quiera, ya que el calor no afecta a sus características físicas y químicas. Son reciclables.
Tienen una estructura interna completamente lineal gracias a la cual, se reblandecen con el calor adquiriendo la forma deseada, la cual se conserva al enfriarse. Características principales
Aplicaciones mas comunes
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Termoplásticos |
En este grupo, destacan el cloruro de polivinilo o PVC, el polietileno de alta densidad, el PET, el polipropileno, el poliestireno sólido, el porexpán, el polimetacrilato, las poliamidas y el teflón.
- PET (Polietileno Tereftalato): El PET es ampliamente reconocido por su transparencia y resistencia. Es un polietileno de baja densidad. También es incoloro y se deforma con facilidad sin llegar a romperse. Se ablanda a 150 °C. Es comúnmente utilizado en envases para bebidas y alimentos debido a su capacidad para resistir condiciones de almacenamiento y transporte.
- Polietileno de Alta Densidad: es incoloro, moldeable, rígido y muy resistente. Con una mayor densidad molecular, el polietileno de alta densidad es conocido por su robustez. Se utiliza en la fabricación de botellas de detergente, contenedores de productos químicos y tuberías, gracias a su resistencia a la abrasión y durabilidad.
- PVC (Policloruro de Vinilo): Es fácil de cortar y moldear y resiste los agentes químicos. El PVC es versátil y se utiliza en una variedad de aplicaciones, desde tuberías hasta ventanas y revestimientos de cables eléctricos. Su durabilidad y resistencia a productos químicos hacen que sea una elección común en la construcción.
- Polietileno de Baja Densidad: El polietileno de baja densidad es conocido por su flexibilidad y ligereza. Se encuentra en bolsas de plástico, juguetes y productos moldeados, destacando por su capacidad para adaptarse a diferentes formas.
- Polipropileno: es opaco, rígido y muy resistente. Con propiedades térmicas y químicas excepcionales, el polipropileno se utiliza en envases, textiles y productos automotrices. Su resistencia al calor lo hace ideal para aplicaciones que requieren esterilización. Se puede doblar muchas veces sin romperse. Se utiliza para la fabricación de muebles de jardín, piezas de automóviles,...
- Poliestireno: El poliestireno es conocido por su versatilidad y se encuentra en envases de alimentos, juguetes y productos de aislamiento. Su ligereza y capacidad para aislamiento térmico lo hacen ideal para aplicaciones específicas. El PS sólido es incoloro (aunque puede teñirse), resistente a los agentes químicos, duro y frágil. Con él se fabrican películas aislantes, regletas, bolígrafos, útiles de dibujo, maquinillas desechables, etc. Existe también el PS expandido que se utiliza en embalajes y protección de productos frágiles.
- Teflón: El Teflón, o politetrafluoroetileno (PTFE), es famoso por su resistencia a altas temperaturas y propiedades antiadherentes. Se utiliza en utensilios de cocina, cables y juntas de sellado.
- Policarbonatos y Metacrilatos: Los policarbonatos son apreciados por su resistencia al impacto y claridad óptica. Se utilizan en lentes ópticas y componentes de automóviles. Los metacrilatos, como el PMMA, son conocidos por su transparencia y resistencia al rayado, utilizados en paneles de iluminación y escaparates.
Elastómeros |
Los elastómeros son un tipo particular de plásticos que se caracterizan por poseer una elevada elasticidad, una vez conformados.
Sus macromoléculas se ordenan en forma de red de malla con pocos enlaces. Esta disposición permite obtener plásticos de gran elasticidad que recuperan su forma y dimensiones cuando deja de actuar sobre ellos una fuerza. La mayoría son termoestables, como el caucho sintético o el neopreno, pero también los hay termoplásticos, como el TPU (poliuretano termoplástico) y las copoliamidas. Se emplean en balones, mangueras, retenes, neumáticos, suelas aislantes e incluso, prendas de vestir. |
Caraterísticas principales |
Aplicaciones mas comunes |
Los elastómeros pueden estirarse significativamente y luego volver a su forma original. Esta propiedad es vital en aplicaciones donde se requiere flexibilidad y resistencia al impacto, como en la fabricación de neumáticos, juntas y sellos.
Su capacidad para adaptarse a diferentes formas y resistir deformaciones permanentes los hace ideales para su uso en productos como sellos de puertas y ventanas, proporcionando un sellado eficaz. Los elastómeros tienen propiedades aislantes tanto térmicas como eléctricas, lo que los hace valiosos en aplicaciones donde se requiere protección contra el calor o la electricidad. Estas propiedades los hacen idóneos para la fabricación de guantes aislantes y componentes eléctricos. Muchos elastómeros son resistentes a productos químicos y agentes atmosféricos, lo que amplía su aplicabilidad en entornos adversos. Este atributo es esencial en la fabricación de sellos y juntas para maquinaria industrial. |
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Proceso de fabricación
La fabricación de los plásticos y sus manufacturas implica cuatro pasos básicos:
- obtención de las materias primas
- síntesis del polímero básico
- composición del polímero como un producto utilizable industrialmente
- moldeo o deformación del plástico a su forma definitiva.
Fabricación con termoplásticos |
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Fabricación con termoestables |
Los plásticos y el medio
ambiente
Como sucede con otros materiales, los plásticos, una vez utilizados, pasan a formar parte de los residuos sólidos urbanos. Éstos deben ser tratados adecuadamente para evitar su impacto ambiental.
Según datos recientes, en la Unión Europea se generan anualmente 16,2 millones de toneladas de plásticos, de los cuales, más del 70 % pasan a ser residuos sólidos urbanos. Su destino final puede ser el depósito en vertederos, la incineración controlada o el reciclaje.
El reciclaje puede llevarse a cabo a partir de los residuos sólidos urbanos, aunque también se pueden aprovechar los residuos de producción.
Según datos recientes, en la Unión Europea se generan anualmente 16,2 millones de toneladas de plásticos, de los cuales, más del 70 % pasan a ser residuos sólidos urbanos. Su destino final puede ser el depósito en vertederos, la incineración controlada o el reciclaje.
- Depósito en vertederos: Es la peor de las opciones, ya que, aunque los plásticos son materiales inertes y no liberan ningún producto nocivo, se mantienen inalterados durante miles de años, alteran el paisaje (fig. 20) y crean capas impermeables que perjudican el suelo.
- Incineración controlada: El elevado poder calorífico de los plásticos los hace especialmente aptos para obtener energía térmica en plantas incineradoras (fig. 21) que disponen de filtros en las chimeneas para evitar la emisión de gases nocivos, aunque no se trata de una solución óptima.
- Reciclaje: Es la mejor opción, pero sólo puede aplicarse a los plásticos termoplásticos, ya que los termoestables no pueden volver a fundirse sin degradarse.
El reciclaje puede llevarse a cabo a partir de los residuos sólidos urbanos, aunque también se pueden aprovechar los residuos de producción.
- Los plásticos procedentes de residuos sólidos urbanos han de someterse previamente a un proceso de selección (sólo valen los termoplásticos) y de separación de otros residuos como materia orgánica, papel y metales.
Los plásticos obtenidos por este procedimiento se emplean para fabricar objetos que no requieran grandes exigencias mecánicas, como bolsas de basura, macetas, bidones, postes, tuberías, etc. .
Los residuos de producción pueden mezclarse con el material original, ya que tienen sus mismas propiedades físicas y mecánicas, y utilizarse para fabricar objetos nuevos.
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En la siguiente pagina web podréis conocer la probabilidad de que un plástico llegue al océano y descubrir el posible trayecto que seguiría durante 20 años:
ACTIVIDADES
La primera actividad consiste en hacer un árbol de decisión, un modelo que se representa como un diagrama en forma de árbol, donde cada nodo del árbol representa una pregunta o una condición, cada rama representa una opción de respuesta, y cada hoja representa la decisión final o el resultado.
El proceso comienza en el nodo raíz, donde se realiza una pregunta o se evalúa una condición. Según la respuesta, el sistema se mueve a un nodo de decisión secundario a lo largo de la rama correspondiente. Este proceso se repite hasta llegar a una hoja, donde se toma la decisión final o se predice un resultado.
El proceso comienza en el nodo raíz, donde se realiza una pregunta o se evalúa una condición. Según la respuesta, el sistema se mueve a un nodo de decisión secundario a lo largo de la rama correspondiente. Este proceso se repite hasta llegar a una hoja, donde se toma la decisión final o se predice un resultado.
- Tenéis que diseñen vuestro propio árbol de decisión para adivinar un tipo de plástico. En el nodo raíz, la pregunta podría ser algo general como "¿Es el plástico termoestable , termoplástico o elastómero?". A medida que se responden las preguntas, los nodos secundarios llevarán a preguntas más específicas hasta llegar a una hoja que indique el tipo de plástico.
- Realiza pruebas con vuestros árboles de decisión, haciéndoos preguntas sobre diferentes tipos de plásticos y siguiendo las ramas del árbol. Si encontráis que la clasificación no es precisa, ajustar y mejorar vuestro árbol de decisión.
Por grupos
- Cada uno leerá un artículo de los siguientes, y resumirá la información obtenida en un organizador gráfico, a modo de póster visual.
- Después expondrá en clase su resumen y conclusiones
- Por último, se hará un debate en el aula
- Reducir, reutilizar, antes que nada. Greenpeace: Qué puedes hacer para reducir tu consumo de plásticos / National Geographic: ¿Planeta o plástico?
- El contenedor amarillo: los residuos son recursos. Wikipedia: Reciclado de plásticos / Intermon-Oxfam: Claves y recomendaciones para el reciclaje de plásticos
- Economía circular: up and down cycling. Wikipedia: Economía circular / Downcycling / Upcycling
- Ecodiseños: Reutilizar el plástico de forma creativa. Wikipedia: Suprareciclaje / Ecoembes: Upcycling the ocean / Trash Plastic
- Alternativas al plástico. Xataka: Sustitutos del plástico / BBC news: tres ideas para reemplazar el plástico / Vídeo corto: 40 botellas PET= un forro polar