Copolímeros

Cuando dos tipos diferentes de monómeros están unidos a la misma cadena polimérica, el polímero es denominado copolímero. Imaginemos dos monómeros que llamaremos A y B. A y B

pueden constituir un copolímero de distintas maneras.

• Copolímero alternante

Se le denomina de esta manera cuando los dos monómeros están dispuestos según un ordenamiento alternado

• Copolímero al azar

Los dos monómeros pueden seguir cualquier orden:

• Copolímero en bloque

Se le denomina así cuando todos los monómeros de un mismo tipo se encuentran agrupados entre sí, al igual que el otro tipo de monómeros. Un copolímero en bloque que usted conoce muy bien, siempre y cuando use zapatos, es el caucho SBS. Se emplea para las suelas de los zapatos y también para las cubiertas de automóviles. Un copolímero en bloque puede ser imaginado como dos homopolímeros unidos por sus extremos.

• Copolímero de injerto

Cuando las cadenas de un polímero formado a partir del monómero B se encuentran injertadas en una cadena polimérica del monómero A

Un tipo de copolímero de injerto es el poliestireno de alto impacto, abreviado en inglés como HIPS. Consta de una cadena principal de poliestireno y cadenas de polibutadieno injertadas en dicha cadena principal. El poliestireno le confiere resistencia al material, en tanto que las cadenas del elastómero polibutadieno le otorgan la elasticidad suficiente como para lograr que sea menos quebradizo.

Reciclaje y Contaminación de Polímeros

RECICLAJE DEL PLÁSTICO.

Visión general y crecimiento del reciclaje:
Lo que es actualmente: El reciclaje hoy en día es y debe entenderse como una estrategia de gestión de residuos sólidos. Un método para la gestión de residuos sólidos igual de útil que el vertido o la incineración, y ambientalmente, más deseable. En la actualidad es, claramente el método de gestión de residuos sólidos ambientalmente preferido.

Definición de reciclaje:

El reciclaje sigue siendo uno de esos conceptos evasivos sobre el que todo el mundo piensa que tiene idea clara hasta que empieza a practicarlo. Aunque la mayoría de gente comprende las tareas necesarias para participar, las sutilezas para la interacción de los sectores públicos y privados, imprescindibles para devolver los materiales a la industria en forma de materias primas y los métodos empleados para hacerlo requieren definiciones que no procedan del lenguaje común y sean elaborados mediante la ley.
Los términos materiales reciclables, materiales recuperado y materiales reciclados son importantes para definir el concepto de reciclaje, y generalmente requieren su propia definición a través de diversas regulaciones estatales.

Los por qué del reciclaje:

El reciclaje se produce por tres razones básicas: razones altruistas, imperativos económicos y consideraciones legales. En la primera de ellas es evidente que la protección del medio ambiente y la conservación de los recursos responde a los intereses generales de todo el mundo. En la segunda, el coste evitado para una evacuación de residuos ambientalmente aceptable se ha incrementado tanto que, cuando se combina con otros costes asociados al reciclaje, adquiere sentido, desde el punto de vista económico, el reciclaje de muchos de los materiales. Finalmente, en respuesta a las exigencias del público y a la creciente falta de métodos alternativos para la evacuación, el gobierno está obligado a reciclar y posibilitando una amplia diversidad de penalizaciones económicas y civiles, además de establecer incentivos para estimular el reciclaje.

Crecimiento:

El apoyo estatal y federal al reciclaje sigue siendo explosivo, y, generalmente, responde a un amplio apoyo y demanda por parte del público. Se trata de una demanda que en muchas instancias ha superado la capacidad de los sectores públicos y privados de la economía para cumplir con los requisitos y/o intentos de legislación. En el ímpetu por obligar el reciclaje, a menudo, se ha ignorado o malentendido el mercado para estos materiales. La entrada del sector público en una actividad bien establecida dentro del sector privado ha creado severos estreses y dificultades para los materiales reciclados dentro del mercado de materias primas. El mercado de materias primas es el lugar donde el comercio y la industria consiguen la materia prima. Es un elemento de la economía tradicionalmente volátil y muy sensible a las relaciones de oferta y demanda de materiales.
Los gobiernos, a todos los niveles, parecen estar dirigiéndose cada vez mas hacia una legislación que asegure mercados, creando una demanda para los productos reciclados mediante prácticas de adquisición preferencial. Además, el concepto de incentivo fiscal, para fomentar el reciclaje y el uso de productos que contienen materiales reciclados, sigue ganado popularidad.

DEFINICIÓN DEL PROBLEMA:

A lo largo de muchos años, se ha dado en Colombia un crecimiento del consumo de los plásticos y la generación de la basura per-cápita/día oscila entre 0.5 y 0.8 Kg, de los cuales 0.056 Kg corresponden a desechos plásticos, representando el 20% del volumen y de un 5 a un 7% del peso total de desechos generados a nivel urbano. Esto sin tener en cuenta los desechos originados por empresas petroquímicas, que en su proceso de producción de materias primas plásticas generan retales que no cumplen ninguna función y no tienen las especificaciones requeridas para salir al mercado como producto terminado, generando problemas para su almacenaje y/o posterior eliminación. Este crecimiento en el volumen de generación de basuras en el país ha llegado a niveles alarmantes, lo cual convierte su manejo a través de estrategias como el reciclaje, en una actividad prioritaria, debido entre otras razones a:
• Cuando el plástico cumple su “ciclo de vida inicial” presenta problemas de almacenamiento ya que su relación peso/volumen es baja y la disponibilidad de rellenos sanitarios es cada vez menor.
• Aunque los plásticos, se les pueden aplicar los métodos de tratamiento utilizados para el resto de los residuos sólidos (incineración, enterramiento en vertederos controlados), estos métodos no están exentos de inconvenientes cuando se aplican a los residuos plásticos.
• Los residuos orgánicos tardan entre 10 y 15 años para degradarse de un 25 a un 50%, y el problema de manejo generado por residuos no biodegradables, como ciertos plásticos, es considerablemente superior.
Todo esto, unido a consideraciones de carácter económico hace que el reciclaje de plásticos sea una alternativa que cobra cada vez mas fuerza.
En nuestro país el crecimiento en el uso de estos materiales no ha sido acorde con la tecnología desarrollada para el aprovechamiento y desarrollo de estos, por lo cual ha surgido la necesidad de crear diferentes opciones para el proceso de reciclaje con el fin de disminuir los niveles de impacto en el entorno y ofrecer nuevas alternativas de empresa.
En Colombia se ha practicado el reciclaje del plástico, hace ya algunos años, como una de las alternativas de la empresa, pero algunas de estas no han alcanzado a mantenerse o a crecer a lo largo del tiempo, debido a que una gran parte comenzó sus actividades de forma empírica, ocasionando que no se de un desarrollo sostenible, debido ala falta de inversión en investigación y desarrollo en procesos.
En la actividad se cuenta en la ciudad de Medellín con institutos como el SENA y el instituto del plástico en la universidad EAFIT, en los cuales se da asesoría técnica a estudiantes y a empresas relacionadas con este campo; De esta manera se asegura de alguna forma que se genere un desarrollo sostenible para este tipo de industria, sin embargo muchas empresas no se acercan a esta institución por falta de conocimiento o de recurso para ello.
En el reciclaje del plástico se dan como puntos críticos: el conocimiento y/o la metodología como se realizan ciertas actividades, como por ejemplo la selección, el lavado, sistemas de molino, aglutinado y distribución de plantas entre otros.
El plástico reciclado es de gran importancia, ya que algunas empresas lo usan como materia prima, este basa su importancia en la diferencia de precios que mantiene con el plástico original, en algunas ocasiones se mezclan los dos para obtener mejor calidad y mejor precio, ya que productos terminados solo con material reciclado poseen apariencia física y propiedades mecánicas menores que los trabajados con plásticos originales.

Utilidad y aporte a la sociedad.

Los Polímeros son agregados de macromoléculas orgánicas y un bajo tanto por ciento de materias lubricantes. Se pueden obtener sintéticamente, o bien por transformación de productos naturales. Poseen gran resistencia al ataque de los ácidos, bases y agentes atmosféricos y buenas propiedades mecánicas, como resistencia a la rotura y desgaste.

De sus numerosas aplicaciones destaca su uso en la construcción, transportes, electrónica, fibras textiles, etc.

Clasificación de los plásticos

Se clasifican según su proceso de elaboración o según sus características. La primera clasificación los divide en naturales (arcillas, ceras, betunes, etc.) y sintéticos (celuloide, baquelita, etc.). Por sus características pueden ser termoestables o termoplásticos;

• Termoplásticos:

Formados por polímeros lineales que se reblandecen por el calor, pueden fundir sin descomponerse y entonces se moldean, como el politeno, poliestireno, cloruro de polivinilo, acetato de celulosa y nitrocelulosa. El proceso de fusión y moldeo es reversible; el material no se descompone y puede usarse para una nueva fabricación.

Las macromoléculas lineales pueden unirse añadiendo un plástico termoendurecible o una sustancia que pueda constituir una red tridimensional, como en la formación de poliésteres reticulados y en la vulcanización del caucho.

• Termoestables:

Son polímeros tridimensionales, los cuales, una vez adquirida la rigidez por moldeo a una temperatura determinada, no pueden volverse a trabajar, como la urea formol, melamina formol, fenol formol, poliésteres, siliconas y resinas epóxido.

En las formulaciones de plásticos para su transformación comercial, se añaden plastificantes que dan fluidez al material; estabilizadores, para evitar efectos destructivos de la luz; cargas (maderas, algodón, fibra de vidrio), para modificar las propiedades del moldeado, y colorantes.

Reacciones de polimerización

Polimerización

Es un proceso químico por el cual, mediante calor, luz o un catalizador, se unen varias moléculas de un compuesto generalmente de carácter no saturado llamado monómero para formar una cadena de múltiples eslabones, moléculas de elevado peso molecular y de propiedades distintas, llamadas macromoléculas o polímeros.

Tipos de Reacciones de Polimerización

Hay dos reacciones generales de polimerización: la de adición y la condensación.

En las polimerizaciones de adición, todos los átomos de monómero se convierten en partes del polímero.

En las reacciones de condensación, algunos de los átomos del monómero no forman parte del polímero, sino que son liberados como H₂O, CO₂, ROH, etc.

Algunos polímeros (ejemplo: polietilén glicol) pueden ser obtenidos por uno u otro tipo de reacción.

• Polimerización por Adición

Las polimerizaciones por adición ocurren por un mecanismo en el que interviene la formación inicial de algunas especies reactivas, como radicales libres o iones. La adición de estas especies reactivas a una molécula del monómero convierte a la molécula en un radical o Ion libre. Entonces procede la reacción en forma continua. Un ejemplo típico de polimerización por adición de un radical libre es la polimerización de cloruro de vinilo, H:C = CHCl, en cloruro de polivinilo (PVC).

• Polimerización por Condensación

La polimerización por condensación es el proceso mediante el cual se combinan monómeros con pérdida simultánea de una pequeña molécula, como la del agua, la del monóxido de carbono, o cloruro de hidrógeno. Estos polímeros se llaman polímeros de condensación y sus productos de descomposición no son idénticos a los de las unidades respectivas del polímero.

Casi todos los polímeros de condensación son en realidad copolímeros; es decir, que están formados por dos o más clases de monómeros. Así, una diamina reacciona con un ácido dicarboxílico para formar nylon.

Entre los polímeros naturales por condensación tenemos la celulosa, las proteínas, la seda, el algodón, la lana y el almidón.

Características particulares de Polímeros comunes.

• Polietileno
  

Es químicamente el polímero más simple. Se representa con su unidad repetitiva (CH2-CH2)n. Por su alta producción mundial (aproximadamente 60 millones de toneladas son producidas anualmente (2005) alrededor del mundo) es también el más barato, siendo uno de los plásticos más comunes. Es químicamente inerte. Se obtiene de la polimerización del etileno (de fórmula química CH2=CH2 y llamado eteno por la IUPAC), del que deriva su nombre.

Este polímero puede ser producido por diferentes reacciones de polimerización, como por ejemplo: Polimerización por radicales libres polimerización aniónica, polimerización por coordinación de iones o polimerización catiónica. Cada uno de estos mecanismos de reacción produce un tipo defierente de polietileno.

Es un polímero de cadena lineal no ramificada. Aunque las ramificaciones son comunes en los productos comerciales. Las cadenas de polietileno se arreglan abajo de la temperatura de reblandecimiento Tg en regiones amorfas y semicristalinas.

• PEBD:
  • *Bolsas de todo tipo: supermercados, boutiques, panificación, congelados, industriales, etc.;
  • *Envasamiento automático de alimentos y productos industriales: leche, agua, plásticos, etc.;
  • *Bolsas para suero;
  • *Tuberías para riego.
• PEAD:
  • *Envases para: detergentes, aceites automotor, champú, lácteos;
  • *Bolsas para supermercados;
  • *Cajones para pescados, gaseosas, cervezas;
  • *Envases para pintura, helados, aceites;
  • *Tambores;
  • *Tuberías para gas, telefonía, agua potable, minería, láminas de drenaje y uso sanitario;

• Policloruro de vinilo o PVC (del inglés PolyVinyl Chloride)

Es un polímero termoplástico. Se presenta como un material blanco que comienza a reblandecer alrededor de los 80°C y se descompone sobre 140°C. Cabe mencionar que es un polímero por adición y además una resina que resulta de la polimerización del cloruro de vinilo o cloroeteno. Tiene una muy buena resistencia eléctrica y a la llama. En la industria existen dos tipos:

Rígido: para envases, ventanas, tuberías, las cuales han reemplazado en gran medida al hierro (que se oxida más fácilmente); al igual que él.

Flexible: cables, juguetes, calzados, pavimentos, recubrimientos, techos tensados...

Entre sus características están su alto contenido en halógenos. Es dúctil y tenaz; presenta estabilidad dimensional y resistencia ambiental. Además, es reciclable por varios métodos.

• Poliestireno (PS)
  

Es un polímero termoplástico que se obtiene de la polimerización del estireno. Existen tres tipos principales: el PS cristal, que es transparente, rígido y quebradizo; el PS choque, resistente y opaco, y el PS expandido, muy ligero. Las aplicaciones principales del PS choque y el PS cristal son la fabricación de envases mediante extrusión-termoformado y de objetos diversos mediante moldeo por inyección. La forma expandida se emplea principalmente como aislante térmico en construcción.

La primera producción industrial de poliestireno cristal fue realizada por BASF en Alemania en 1931. El PS expandido y el PS choque fueron inventados en las décadas siguientes. Desde entonces los procesos de producción han sido mejorados sustancialmente y el poliestireno se ha convertido en una industria sólidamente establecida. Con una demanda mundial de unos 13 millones de toneladas al año (dato de 2000), el poliestireno es hoy el cuarto plástico más consumido, por detrás del polietileno, el polipropileno y elPVC.

• El polipropileno (PP)

Es el polímero termoplástico, parcialmente cristalino, que se obtiene de la polimerización del propileno (o propeno). Pertenece al grupo de las poliolefinas y es utilizado en una amplia variedad de aplicaciones que incluyen empaques para alimentos, tejidos, equipo de laboratorio, componentes automotrices y películas transparentes. Tiene gran resistencia contra diversos solventes químicos, así como contra álcalis y ácidos.

• Poliéster (C10H8O4)
  

Es una categoría de polímeros que contiene el grupo funcional éster en su cadena principal. A pesar de que los poliésteres existen en la naturaleza, estos poliésteres naturales se conocen desde 1830, pero el término poliéster generalmente se refiere a los poliésteres sintéticos (plásticos), provinientes de fracciones pesadas del petróleo.

El poliéster termoplástico más conocido es el PET. El PET está formado sintéticamente con Etilenglicol más terftalato de dimetilo, produciendo el polímero o poltericoletano. Como resultado del proceso de polimerización, se obtiene la fibra, que en sus inicios fue la base para la elaboración de los hilos para coser, y actualmente tiene múltiples aplicaciones como la fabricación de botellas de plástico que anteriormente se elaboraban con PVC.

• Nailon (de la marca comercial registrada: nylon®)

Es un polímero artificial que pertenece al grupo de las poliamidas. Se genera formalmente por policondensación de un diácido con una diamina. La cantidad de átomos de carbono en las cadenas de la amina y del ácido se puede indicar detrás de los iniciales de poliamida. El más conocido, el PA6.6 es por lo tanto el producto formal del ácido butandicarboxílico (ácido adipínico) y la hexametilendiamina.

Clasificación de Polímeros

Cada día aparecen nuevos polímeros, provenientes de las investigaciones científicas y tecnológicas que se desarrollan en todo el mundo. Por lo que, dada la gran variedad de materiales poliméricos existentes, se clasifican de várias maneras, de acuerdo con las estructuras químicas, el comportamiento frente el calor, propiedades mecánicas, tipos de aplicaciones, escala de producción, o aún otras características.

Clasificación según el Tipo de Estructura Química

Se pueden agrupar en tres divisiones:

Según la cantidad de meros diferentes en el polímero

• Homopolímero – es el polímero constituido por apenas un tipo de unidad estructural repetida. Ex.: polietileno, poliestireno, poliacrilonitrilo, poli(acetato de vinilo).

• Copolímero – es el polímero constituido por dos o más meros distintos. Ex.: SAN, NBR, SBR

Con relación a la estructura química de los meros que constituyen el polímero.

• Poliolefinas – polipropileno, polibutadieno, poliestireno.

• Poliésteres – poli(tereftalato de etileno), policarbonato.

• Poliéteres – poli(óxido de etileno), poli(óxido de fenileno).

• Poliamidas – Nylon, poliimida.

• Polímeros celulosos – nitrato de celulosa, acetato de celulosa.

• Polímeros acrílicos – poli(metacrilato de metilo), poliacrilonitrilo.

• Polímeros vinílicos – poli(acetato de vinilo), poli(alcohol vinílico).

• Poliuretanos – denominación genérica para los que son derivados de isocianatos

• Resinas formaldehido – resina fenol-formol, resina urea-formol.

Con relación a la forma de la cadena polimérica

Las cadenas macromoleculares pueden ser :

• Lineales – en que no tienen ramificaciones.

• Ramificadas – todas las moléculas contienen ramificaciones, es decir pequeñas cadenas laterales.

• Entrecruzadas – los polímeros poseen estructura tridimensional, donde las cadenas están unidas unas a otras por enlaces químicos.

Clasificación conforme el comportamiento frente la temperatura

Según el resultado al calentar los polímeros, se pueden nombrar:

• Termoplásticos – son polímeros que se funden al calentarlos y se solidifican al enfriarse. Ex.: polietileno, poli(tereftalato de etileno), poliacrilonitrilo, nylon.

• Termofijos – al calentarlos por la primera vez se forman entrecruzamientos, transformándolos en infusibles e insolubles. Ex.: resina fenol-formol, resina melamina-formol, resina urea-formol.

Clasificación según el Comportamiento Mecánico

Plásticos (del grego: adecuado al modelado, moldeo) – son materiales poliméricos estables en las condiciones normales de uso, pero que durante alguna etapa de su fabricación estuvieron fluidos. Esta propiedad les permite ser moldeados por calentamiento, por presión o por ambos. Ex.: polietileno, polipropileno, poliestireno.

• Elastómeros ( o cauchos) – son materiales poliméricos que tanto pueden ser de origen natural como sintética. Después de sufrir una deformación bajo la acción de un fuerza, recuperan la forma original rapidamente, por más que la deformación haya sido grande o aplicada por bastante tiempo. Ex.: polibutadieno, caucho nitrílico, poli(estireno-co-butadieno).

• Fibras – las fibras tienen un relación muy elevada entre la logitud y el diámetro. Generalmente son constituidas de macromoléculas lineales y se mantienen orientadas longitudinalmente. Ex.: poliésteres, poliamidas y poliacrilonitrilo

Clasificación según la Escala de Fabricación

Los plásticos, de acuerdo con la escala de producción pueden llamarse:

• Plásticos de comodidad (commodities) – constituyen la mayoría de los polímeros fabricados mundialmente. Ex.: polietileno, polipropileno, poliestireno, etc.

• Plásticos de especialidad (specialties) – plásticos que poseen un conjunto especial de propiedades y son producidos en menor escala. Ex.: Poli(óxido de metileno) y poli(cloruro de vinilideno).

Clasificación según el Tipo de Aplicación

Un plástico puede tener una aplicación general o ser un plástico de ingeniería.

• Plásticos de uso general – son polímeros muy versátiles, utilizables en las más variadas aplicaciones. Como el polietileno, el polipropileno, el estireno, el (metacrilato de metilo), el poli(cloruro de vinilo), la baquelita, etc.

• Tecnopolímeros - plásticos para ingeniería – son polímeros empleados en sustitución a materiales tradicionalmente utilizados en la ingeniería, como la madera y varios metales. Ex.: poliacetal, policarbonato y poli(tetraflúor-etileno).

Los Polimeros: ¿Qué son? ¿De donde vienen?

¿ Qué son los polímeros ?

La materia esta formada por moléculas que pueden ser de tamaño normal o moléculas gigantes llamadas polímeros. Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las formas más diversas. Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones.

Reseña Histórica

•Hasta el inicio del siglo pasado, el hombre solo conocía las macromoléculas orgánicas de origen natural, como la madera, la lana, etc. Estos materiales eran muy utilizados en la fabricación de varios objetos, en la construcción civil y en vestuario, entre otras aplicaciones.

• El primer material polimérico de que se tiene noticia, fue producido por Charles Goodyear en 1839. Él consiguió modificar las propiedades mecánicas de la goma natural. Con la modificación, el caucho permanecía seco y flexible a cualquier temperatura. Ese proceso por él patentado, quedó conocido como vulcanización. Con la vulcanización, la goma natural angarió muchas aplicaciones, transformándose en un importante producto comercial.

•El primer polímero totalmente sintético se obtuvo en 1909, cuando el químico belga Leo Hendrik Baekeland fabrica la baquelita a partir de formaldehído y fenol. Otros polímeros importantes se sinterizaron en años siguientes, por ejemplo el poliestireno (PS) en 1911 o el poli (cloruro de vinilo) (PVC) en 1912.

•En 1922, el químico alemán Hermann Staudinger comienza a estudiar los polímeros y en 1926 expone su hipótesis de que se trata de largas cadenas de unidades pequeñas unidas por enlaces covalentes. Propuso las fórmulas estructurales del Poliestireno y del Polioximetileno. En 1953 recibió el Premio Nobel de Química por su trabajo.

•En la segunda mitad del siglo XX se desarrollaron nuevos métodos de obtención, polímeros y aplicaciones. Por ejemplo, catalizadores metalocénicos, fibras de alta resistencia, polímeros conductores (en 2000 Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid y Hideki Shirakawa recibieron el Premio Nobel de Química por el desarrollo de estos polímeros), estructuras complejas de polímeros, polímeros cristales líquidos, etc.

•Actualmente, el Mundo moderno no se puede imaginar sin los plásticos ni los cauchos. El progreso de un país se puede medir por su producción de plásticos. El consumo per capita durante 1995 en Brasil fue de 14 kg/hab/año, un índice muy bajo si se compara con el de otros países como Singapura, Taiwan, Japón, Estados Unidos, y países de Europa Occidental. Sin embargo, este consumo en Brasil está aumentando significativamente, lo que trae el desarrollo de las industrias de producción y de transformación de plásticos en el país, y principalmente, una mejor calidad de los productos.