Els plàstics

Els plàstics són materials orgànics polimèrics, més d’un, naturals com el cautxú i la cira i la majoria artificials o sintètics que tenen la propietat d’adaptar-se a distintes formes com laminat o filat. Son compostos fonamentalment de carboni i altres elements com l’hidrogen, l’oxigen, el nitrogen o el sofre.

Els plàstics es fabriquen a partir d’un recurs no renovable, el petroli, al qual s’apliquen processos industrials altament contaminants.

Els polímers es classifiquen segons el seu origen d’aquesta manera:

  • Polímers naturals. Existeixen en la naturalesa molts polímers i les biomoléculas que formen els éssers vius són macromoléculas poliméricas. Per exemple, les proteïnes, els àcids nucleics, els polisacàrids (com la celulosa i la quitina), el hule o cautxú natural, la lignina, etc.
  • Polímers semisintètics. S’obtenen per transformació de polímers naturals. Per exemple, les proteïnes, els àcids nucleics, els polisacàrids (com la celulosa i la quitina), el hule o cautxú natural, la lignina, etc.
  • Polímers sintètics. Molts polímers s’obtenen industrialment a partir dels monómeros. Per exemple, el niló, el poliestiré, el clorur de polivinilo (PVC), el polietilè, etc.

Estructura molecular

La estructura molecular és la forma que estan acomodats i enllaçats els àtoms d’una molècula.
Cada tipus de plàstic, té una estructura molecular diferent a l’altre.


Aquesta és l’estructura molecular del poliestiré

Els plàstics tenen diferents classificacions, propietats, aplicacions i additius que podrem veure’ls en els següents apartats. A més d’aquestes aplicacions els plastics s’han de saber conservar, per tant han de ser reciclats. Començarem parlant de l’elaboració d’objectes a partir dels plàstics.

Elaboració d’objectes

Introducció

En el procés d’elaboració d’objectes de plàstic hi ha dues grans etapes ben diferenciades: l’obtenció de plàstic a partir de les matèries primeres ( síntesis dels polímers ) i la conformació per obtenien els objectes o peces definitives.

La síntesis dels polímers

Els polímers són macromolècules (generalment orgàniques) formades per la unió de molècules més petites anomenades monòmers.
La reacció per la qual se sintetitza un polímer a partir dels seus monòmers s’anomena polimerització
Actualment la majoria de polímers són sintètics, obtinguts a partir generalment del petroli, el gas natural o el carbó. Tot i que també poden ser d’origen animal o vegetal.
El procés d’obtenció del polímer rep el nom de polimerització i precisament del grau de polimerització (nombre de monòmers) en depèn la rigidesa del plàstic

Processos de conformació dels polimers

Les indústries transformadores o manipuladores de plàstics utilitzen tècniques molt variades per donar-los forma:són els diferentsd processos de conformació de polímers.

  • Extrusió:s’escalfa el plàstic fins que es torna manejable, a continuació es fa passar per un forat especial obert en una placa metàl·lica fins que n’agafi la forma.

  • Bufat:s’escalfa el plàstic fins a tenir-ne una massa dissolta manejable a la qual s’infla aire en el motlle per tal que formi una bombolla que s’expandeix fins a omplir tot el motlle i agafar la forma desitjada mantenint l’interior buit.

  • Injecció:Es un mètode semblant a l’extrusió. El plàstic surt per l’extrem i es introduït a pressió a l’interior d’un motlle. Un cop refredat mínimament s’obre el motlle i s’extreu el objecte fet.

  • Buit:Es col·loca una planxa de plàstic fina sobre del motlle, se li dona calo , quan el plàstic esta mig fos se li dona un cop en sec de tal manera que agafi la forma del motlle.

  • Compressió:és el procediment més comú per a donar forma al plàstic, consisteix en premsar i modelar la matèria i després esperar a que es refredi perquè no es deformi.

  • Escumeig:El material se situa dins d’un motlle i s’escalfa ala temperatura adequada , el plàstic s’infla i augmenta de volum ocupant la totalitat del motlle i formant una massa solida però esponjosa.

  • Calandratge:consisteix en fer passar una pel·lícula de matèria contínua per uns corrons superposats aprofitant l’acció combinada de la pressió i el lliscament.

  • L’extrusió amb bufament:Una altra variant de l’extrusió és el bufament. El tub que surt de l’extrusora s’introdueix en un motlle de dues peces. L’acció de l’aire a pressió a dins del tub fa que s’adapti a les parets del motlle i agafi la forma. Una vegada fred, sobre el motlle s’extreu la peça. Aquest procediment s’utilitza per fabricar ampolles, recipients, bidons, etc.

Additius

Tots els plàstics comercials contenen additius. Els additius són necessaris per a obtenir un material que sigui susceptible de ser utilitzat finalment, la quantitat d’opcions disponibles d’aquests additius és impressionant, però els fabricants han de tenir-los en compte per a poder realitzar un producte adequat a l’aplicació necessària.

La química dels additius és complexa i en molts casos implica reaccions químiques, per a assegurar el seu funcionament, és necessari conèixer els requisits que el material final ha de complir, per exemple, un plàstic dissenyat per a estar a l’ombra, no necessita resistència contra els raigs ultraviolats, però probablement necessiti resistència contra la propagació de la flama, com en el cas d’una televisió.

Classificació dels additius

A la indústria química podem trobar una gran quantitat d’additius per poder donar-los unes propietats específiques que s’adeqüin a les nostres necessitats. A continuació hi ha un esquema amb els tipus d’additius més importants i a l’apartat següent es mostra una explicació més detallada de cadascun.


Tipus d’additius (ordenats alfabèticament)

  • Absorbidors de llum: S’empren en productes plàstics quan es desitja incrementar la seva vida útil.

  • Antibacterials: Evita que diferents bactèries habitin i creixin al material.
  • Antiestàtics: Eviten la formació i acumulació de càrregues estàtiques.

  • Càrregues: Són substàncies minerals que s’afegeixen en gran proporció per millorar algunes propietats de les resines com la resistència mecànica o la tenacitat i abaixar el preu de cost. Poden ser: el talc, la mica, l’amiant, la fibra de vidre, el ciment, el grafit, metalls en pols, etc.; o vegetals, com la farina de fusta, el paper, el cotó, etc.

  • Desemmotllants: Són substàncies orgàniques que faciliten el dessemmotllament de les peces de plàstic.

  • Escumants: Creen en el producte final una estructura d’escuma aïllant, ajudant així a estalviar energia tèrmica i a més, economitzen combustible i reduïxen els costos de transport.

  • Estabilitzants: Són els agents destinats a assegurar les seves propietats inicials i a evitar les causes i els efectes de les degradacions. Molts són sals orgàniques de metalls i alguns resulten altament contaminants, per la qual cosa no es poden utilitzar per als plàstics alimentaris.

  • Lubricants: s’utilitzen per facilitar la manipulació en la maquinària durant el procés de transformació. Es fan servir en quantitats molt petites, inferiors a un 2%.

  • Pigments: Poden ser minerals, inorgànics, orgànics o tints que o bé s’incorporen a l’estructura molecular, o bé pigments que se situen en els espais que deixen lliures les molècules. Serveixen per donar color al plàstic.

  • Plastificants: Els plastificants s’afegixen a un polímer per a millorar el seu processabilitat i la seva flexibilitat, aquests poden disminuir la viscositat del polímer en estat fos així com també el mòdul elàstic i la temperatura de transició vítrea.

  • Retardadors de flama: S’utilitzen per a reduir la inflamabilitat d’un material o per a demorar la propagació de les flames al llarg i a través de la superfície del plàstic.

Com es pot comprovar hi ha una gran varietat d’additius per potenciar diverses característiques dels plàstics.

Propietats

Els polímers tenen algunes propietats principals com la resistència i la flexibilitat entre altres.
· Els polímers que son resistents poden suportar una gran tensió, però
no massa elongació abans de la seva ruptura.
· Els polímers que son flexibles a diferencia dels plàstics rígids
suporten molt bé les deformacions.
Altres caracteritzacions dels polímers es que son mals conductors de la electricitat

Propietats

· Tenen baixa densitat
· Son impermeables
· Aïllen l’electricitat
· Aïllen de la calor encara que no resisteixen molt
· Són resistents a la corrosió i a la intempèrie
· Resisteixen molts factors químics
· Són fàcils de treballar
· Fotoconductivitat
· Electrocromisme
· Fotoluminescència (fluorescència i fosforescència)
· Electroluminescència
· Efecte fotoelèctric
· Efectes òptics no linears
· Efectes electró òptics
· Foto-refractivitat
· Termoconductividtat

Polímers

Noms i propietats

Polipropilè. Es parcialment cristal·lí i té una gran resistència contra diversos
solvents químics.
PVC. En un material molt resistent i fàcil d’enganxar.
Nylon. El niló és un polímer sintètic que pertany al grup de les
poliamides.
Polietilè. Es el polímer més simple i més comú.
Silicona. És un polímer inodor i incolor fet principalment de silici.
Cel·lulosa. Es bastant rígid y absorbeix les substancies.
Polièster. Es suau, brillant i resistent.
Poliuretà. Té una baixa densitat i es molt bon aïllant.
Policarbonat. És un polímer fàcil de treballar, modelar y termo formar.

Classificació

Introducció

· Polímers

Adhesius: Són substàncies que combinen una alta adhesió i una alta cohesió, el que els permet unir dues o més cossos per contacte superficial.

Fibres: Presenten alt mòdul d’elasticitat i baixa extensibilitat, el que permet confeccionar teixits les dimensions dels quals romanen estables.

Pintures: Són substàncies, normalment líquides, que s’adhereixen a la superfície d’altres materials per a atorgar-los alguna propietat, per exemple resistència a l’abrasió.

Plàstics: Són aquells polímers que, davant un esforç suficientment intens, es deformen irreversiblement, no podent tornar a la seva forma original. Cal ressaltar que el terme plàstic s’aplica de vegades incorrectament per a referir-se a la totalitat dels polímers

Vinilics: La cadena principal de les seves molècules està formada exclusivament per àtoms de carboni.

Termoplàstics: que fluïxen (passen a l’estat líquid) a l’escalfar-los i es tornen a endurir (tornen a l’estat solgut) al refredar-los. La seva estructura molecular presenta pocs (o cap) entrecreuaments. Exemples: polietilè (PE), polipropilè (PP), PVC.

Termoestables: que no fluïxen, i l’única cosa que aconseguim a l’escalfar-los és que es descomponguin químicament, en comptes de fluir. Aquest comportament es deu a una estructura amb molts entrecruzamientos, que impedeixen els desplaçaments relatius de les molècules.

Elastòmers: Són materials amb molt baix mòdul d’elasticitat i alta extensibilitat; és a dir, es deformen molt al sotmetre’ls a un esforç però recuperen la seva forma inicial a l’eliminar l’esforç. En cada cicle d’extensió i contracció els elastómers absorbeixen energia, una propietat denominada resiliència.

Classificació Polímers

1. Adhesius

  • Resina epoxi (araldite)
  • Cianocrilats
  • Fenolformaldehid, ureaformaldehid
  • Poliacetat de vinil

2. Fibres

3. Pintures

4. Plàstics

· Termoplàstics


o Cel·luloses
Nitrocel·lulosa (CN)
– Acetat de cel·lulosa (CA)
– Etilcel·lulosa (ET)

o Vinílics
Polietilè de baixa densitat (LDPE)
– Polietilè d’alta densitat (HDPE)

Polipropilè (PP)
Poliestirè (PS)
– Poliestirè expandit (EPS)
Clorur de polivinil (PVC)
– Polimetracrilat de metil (PMMA)

o Polièsters
– Politetraflouroetilè (tefló) (PTFE)
Poliamides (niló) (PA)
– Policarbonats (PC)

· Termoestables


– Epoxídics (EP) (resina epoxi)
– Fenòlics (PF) Fenolfomaldehid (baquelita)
– Ureics (UF) Ureaformaldeid
– Melamínics (MF) Melaminaformaldehid
– Polièsters insaturats (UP) (resina polièster)

5. Elastòmers

  • Poliisoprè (NR)
  • Butadiè / estire (SBR)
  • Butadiè / acronitril (NBR)
  • Poliuretans (PUR) (escumats rígits i flexibles)
  • Policloproprè (PVP) (neoprè)
  • Polisiloxà (SI) (silicones)

Fabricació de metraquilats

Aplicacions

Polietilè: S’utilitza en bosses de tot tipus, per revestir els cables elèctrics i en el camp de l’agricultura, l’alimentació, medicaments i joguines.

Poliestirè: Pot emprar-se com a aïllant en façanes, cobertes, forjats, sòls, murs soterrats, soleres, etc. També s’empra per a altres aplicacions: plaques de drenatge, col·locació de tubs de calefacció al sòl, etc. Una aplicació molt coneguda del poliestirè expandit és la de material d’envàs i embalatge en camps molt diversos: alimentació, electrònica i informàtica, joguines, farmàcia, perfumeria i cosmètica, horticultura,jardineria, bricolatge…


Clorur de polivinil: Un dels seus usos més coneguts és el de matèria primera per a fabricar els discos de música i de so en general, principalment durant els anys 50, 60, 70 i 80 del Segle XX, coneguts per aquest motiu com a discs de vinil o, simplement, vinils. Serveix per revestir canonades, cables elèctrics, cortines de bany… S’utilitza a la majoria dels sectors.

Polimetacrilat de metil: Té una utilització en construcció similar a la del policarbonat. De característiques no tant excel·lents, té un preu més baix.
S’utilitza en plaques: massisses o alveolars, com a substitutiu del vidre, en finestres, claraboies i cobertes. Emmotllats: d’ús divers.

Politereftalat d’etilè: La seva utilització per a la fabricació d’envasos és força recent i creixent, sobretot en els envasos de refrescs, gràcies a les seves característiques tals com són la seva transparència, el seu pes i la seva resistència.

Poliuretà: S’utilitza en habitatges: cobertes planes o inclinades, sostres, parets, terres, terrats …; naus industrials, granges, poliesportius …; cambres frigorífiques, portes, dipòsits, canonades , accessoris .. . També s’empra en matalassos, coixins…

Niló: S’utilitza en connectors elèctrics, fibres per a la confecció textil…

Tefló: S’utilitza per a revestiments antiadherents d’estris alimentaris i químics, revestiments antifricció de coixinets, aïllaments de cables per a altes temperatures, cintes d’enregistrament, etc.

Silicona: S’utilitza en juntes, aïllants elèctrics, antiadherents per desemmotllament, adhesius…

Neoprè: És emprat com a vestimenta en esports aquàtics, per aïllar la persona de l’aigua i mantenir-ne la temperatura. S’utilitza en aïllaments elèctrics. S’usa per a fabricar les corretges dels ventiladors dels vehicles…

Copolímer d’acrilonitril / butadiè/ estirè (ABS): En el mercat és present en les aplicacions següents: aparells telefònics, cascos de protecció, carcasses d’electrodomèstics com televisors i ordinadors, taulers de cotxes, para-xocs, etc.

Policarbonat: La seva aplicació més important és en la indústria alimentària i en medicina. S’utilitza per fabricar biberons, aparells òptics, fars de cotxe, cascs de motorista,… . Els policarbonats s’alteren fàcilment amb la radiació ultraviolalda i s’engrogueixen amb el temps.

Resines epoxi: S’utilitza per als revestiments protectors i decoratius, endolls, adhesius…

Resines de polièster insaturat: Se’n fabriquen cascos de vaixells, dipòsits d’aigua, cobertes, teulades ondulades, dipòsits, carrosseries de vehicles i també fils tèxtils.

Resines fenòliques: En el mercat, se’n troben amb diferents aplicacions comercials, com poms i mànecs d’estris de cuina; en electrònica, en la construcció de circuits impresos, i en electricitat en els mecanismes elèctrics. En el camp de la fusta s’utilitza en contraxapats.


Resines de melanina: S’utilitzen per a construir taulers aplacats com a imitació de la fusta natural per a taules, armaris, mobles de cuina i elements decoratius. Es coneixen comercialment amb els noms de fòrmica i melamina.

Reciclatge

Reciclatge

Reciclatge és un terme emprat de manera general per a descriure el procés d’utilització de parts o elements d’un article, aparell que encara poden ser usats, a pesar de pertànyer a alguna cosa que ja va arribar al final de la seva vida útil.

Reciclar és l’acció de tornar a introduir en el cicle de producció i consum productes materials obtinguts de residus.

Reciclatge de plàstics

Cada dia és més clar que és necessària la recuperació de les restes plàstiques perquè el principal problema dels plàstics és que al convertir-se en residu no són absorbits per la natura i resten inalterables durant molts anys.
Davant aquest problema la solució és el reciclat.

Són tres les etapes de reciclatge de plàstics:

  • Recol·lecció: Tot sistema de recol·lecció diferenciada que s’implementi descansa al principi fonamental, que és la separació, en la llar, dels residus en dos grups bàsics: residus orgànics d’una banda i inorgànics per un altre.

  • Centre de reciclat: Aquí es reben els residus plàstics mixts compactats en blocs que són emmagatzemats a la intempèrie.

  • Classificació: Després de la recepció s’efectua una classificació dels productes per tipus de plàstic i color. Si bé això pot fer-se manualment, s’han desenvolupat tecnologies de classificació automàtica, que s’estan utilitzant en països desenvolupats.

Tipus de reciclatge

-El reciclatge mecànic

El reciclat mecànic és un procés físic mitjançant el qual el plàstic post-consum o l’industrial (scrap) és recuperat, permetent la seva posterior utilització. Els plàstics que són reciclats mecànicament provenen de dos grans fonts:

-Els residus plàstics provinent dels processos de fabricació.

-Els residus plàstics provinent de la massa de Residus Sòlids Urbans (RSU).

Aquests es divideixen al seu torn en tres classes:

  • Residus plàstics de tipus simple: han estat classificats i separats entre si els de diferents classes.
  • Residus mixts: els diferents tipus de plàstics es troben barrejats entre si.
  • Residus plàstics mixts combinats amb altres residus: paper, cartró, metalls.

-Reciclatge Químic

Es tracta de diferents processos mitjançant els quals les molècules dels polímers són trencades donant origen novament a matèria primera bàsica que pot ser utilitzada per a fabricar nous plàstics.

Principals processos existents:

  • Pirolisis: És el craqueo de les molècules per escalfament en el buit. Aquest procés genera hidrocarburs líquids o sòlids que poden ser després processats en refineries.

  • Hidrogenación: En aquest cas els plàstics són tractats amb hidrogen i calor. Les cadenes poliméricas són trencades i convertides en un petroli sintètic que pot ser utilitzat en refineries i plantes químiques.

  • Gasificación: Els plàstics són escalfats amb aire o amb oxigen. Així s’obtenen els següents gasos de síntesis: monòxid de carboni i hidrogen, que poden ser utilitzats per a la producció de metanol o amoníac o fins i tot com agents per a la producció d’acer en alts forns.

  • Quimiolisis: Aquest procés s’aplica a poliésteres, poliuretanos, poliacetales i poliamides. Requereix altes quantitats separades per tipus de resines. Consisteix en l’aplicació de processos solvolíticos com hidròlisis, glicólisis o alcohólisis per a reciclar-los i transformar-los novament en les seves monómeros bàsics per a la repolimerización en nous plàstics.

  • Metanólisis: És un avançat procés de reciclat que consisteix en l’aplicació de metanol en el PET. La Quimiolisis i la Metanólisis, requereixen residus plàstics separats per tipus de resina. En canvi la pirolisis permet utilitzar residus plàstics mixts.



Perspectives del reciclatge:

  • El reciclatge químic es troba avui en una etapa experimental avançada. És de suposar que en els pròxims anys pugui transformar-se en una poderosa i moderna eina per a tractar els residus plàstics.
  • Si bé el reciclat mecànic es troba en un estat més evolucionat.