Elementos Sintéticos: Tipos, Características y formas de identificación

En esta nueva entrada se explicarán los MS de forma prácticamente completa

En lo que se refiere a su historia:

Si comenzamos hablando un poco de la historia de los materiales sintéticos diríamos que todo comenzó por un concurso, en el año 1860, cuando el inventor de las bolas de billar ofrecía una recompensa a quien consiguiera un material para sustituir al marfil utilizado en dichas bolas. No fue hasta 1909 cuando podemos decir que nació el primer polímero, se le llamó baquelita, y fue el primer plástico completamente sintético de la historia.

En cuanto a su composición química:

Los plásticos son sustancias químicas sintéticas denominadas polímeros, de estructura macromolecular que puede ser moldeada mediante calor o presión y cuyo componente principal es el carbono. Estos polímeros son grandes agrupaciones de monómeros unidos mediante un proceso químico llamado polimerización.

Monómero

Los plásticos proporcionan el balance necesario de propiedades que no pueden lograrse con otros materiales.

Polímero

Los clasificaremos según su composición química:

• Polímeros orgánicos: Posee en la cadena principal átomos de carbono.
• Polímeros orgánicos vinílicos: La cadena principal de sus moléculas está formada exclusivamente por átomos de carbono.

Dentro de ellos se pueden distinguir:

• Poliolefinas: formados mediante la polimerización de olefinas.

Ejemplos: polietileno y polipropileno.

• Polímeros estirénicos: que incluyen al estireno entre sus monómeros.

Ejemplos: poliestireno y caucho estireno-butadieno.

• Polímeros vinílicos halogenados: que incluyen átomos de halógenos (cloro, flúor...) en su composición.

Ejemplos: PVC y PTFE.

• Polímeros acrílicos: Ejemplos: PMMA.

• Polímeros orgánicos no vinílicos: Además de carbono, tienen átomos de oxígeno o nitrógeno en su cadena principal.

Algunas sub-categorías de importancia:

• Poliésteres
• Poliamidas
• Poliuretanos

Polímeros inorgánicos: Entre otros:

• Basados en azufre. Ejemplo: polisulfuros.
• Basados en silicio. Ejemplo: silicona.

También podríamos incluir aquí su clasificación en cuanto a su origen:

• Polímeros naturales. Existen en la naturaleza muchos polímeros y las biomoléculas que forman los seres vivos sonmacromoléculas poliméricas. Por ejemplo, las proteínas, los ácidos nucleicos, los polisacáridos (como la celulosa y la quitina), el hule o caucho natural, la lignina, etc.
• Polímeros semisintéticos. Se obtienen por transformación de polímeros naturales. Por ejemplo, la nitrocelulosa, el caucho vulcanizado, etc.
• Polímeros sintéticos. Muchos polímeros se obtienen industrialmente a partir de los monómeros. Por ejemplo, el nylon, elpoliestireno, el Policloruro de vinilo (PVC), el polietileno, etc.

En lo referido a su composición física:

Estudios de difracción de rayos X sobre muestras de polietileno, muestran que este material presentan regiones con un cierto ordenamiento cristalino, y otras donde se evidencia un carácter amorfo: a éstas últimas se les considera defectos del cristal.

En este caso las fuerzas responsables del ordenamiento cuasicristalino, son las llamadas fuerzas de van der Waals. En otros casos la responsabilidad del ordenamiento recae en los enlaces de hidrógeno. 

La temperatura tiene mucha importancia en relación al comportamiento de los polímeros. A temperaturas más bajas los polímeros se vuelven más duros y con ciertas características vítreas debido a la pérdida de movimiento relativo entre las cadenas que forman el material. 

La temperatura en la cual funden las zonas cristalinas se llama temperatura de fusión. Otra temperatura importante es la de descomposición y es conveniente que sea bastante superior a dicha temperatura.

Podemos clasificar los polímeros por sus propiedades físicas de esta manera:

• Elastómeros: Son materiales con muy bajo módulo de elasticidad y alta extensibilidad, es decir, se deforman mucho al someterlos a un esfuerzo pero recuperan su forma inicial al eliminar el esfuerzo. En cada ciclo de extensión y contracción los elastómeros absorben energía, una propiedad denominada resiliencia.
• Termoestables: Son aquellos que están formados por reacciones de condensación y tienen estructura de red. No pueden ser procesados después de haber sido conformados, debido a que parte de las moléculas resultantes de la reacción de condensación han salido del material.
  
  
  
  
  
• Termoplásticos: Como su nombre indica, se comportan de una forma plástica a elevadas temperaturas, la naturaleza de sus enlaces no se modifica radicalmente cuando aumenta la temperatura  Pueden ser conformados en caliente, enfriarse y posteriormente, tras recalentarles, no variar su comportamiento. Tienen estructura lineal.
  
  
  

En cuanto a los procesos industriales de obtención:

El método de obtención es la polimerización, es una reacción química que conlleva la formación de moléculas de peso molecular elevado a partir de monómeros.

                  

                  -Polimerización por mecanismo de adicción: no implica la liberación de ningún compuesto de baja masa molecular.Esta polimerización se genera cuando un catalizador, inicia la reacción. Este catalizador separa la unión doble carbono en los monómeros, luego aquellos monómeros se unen con otros debido a los electrones libres, y así se van uniendo uno tras uno hasta que la reacción termina.

                   -Polimerización por mecanismos de condensación: La reacción de polimerización implica a cada paso la formación de una molécula de baja masa molecular, por ejemplo agua.

En lo que se refiere a las materias primas utilizadas:

En cuanto a los procesos productivos:

Hablaremos de estas técnicas de conformado:

• Extrusión:Un mecanismo de tornillo fuerza al termoplástico caliente a fluir a través de una boquilla para producir formas sólidas, películas, hojas, tubos, etc. Esta técnica también puede ser utilizada para recubrir alambres y cables.
  
  
  
  
  
• Moldeo por soplado: Un globo caliente de polímero se introduce en un moldeo y, mediante un gas a presión, se expande contra las paredes del molde. De esta forma se obtienen botellas plásticas, recipientes y todo tipo de formas huecas.
• Moldeo por inyección: Los termoplásticos calentados por encima de la temperatura de fusión se pueden introducir dentro de un molde cerrado. Un émbolo o mecanismo sinfín ejerce la presión necesaria para forzar al polímero dentro del molde.

• Conformado al vacío: Las láminas termoplásticas calentadas dentro de la región plástica se colocan sobre un molde conectado a un sistema de vacío. El propio vacío tira de la lámina que se proyecta sobre el molde adoptando su forma.
• Calandrado: Se vierte plástico fundido sobre un grupo de rodillos con una pequeña apertura. Los rodillos generan una fina capa de polímero. Gran cantidad de laminados de PVC se fabrican de este modo.

• Hilado: Se pueden obtener por esta técnica filamentos y fibras, por lo que en realidad es un proceso de extrusión. El polímero termoplástico es forzado a pasar a través de una boquilla horadada por multitud de pequeños agujeros. La boquilla o dado se llama hilador.
• Moldeo por compresión: Los polímeros termoestables pueden conformarse colocando el material sólido en un molde caliente. La aplicación de temperaturas y presiones altas implica que el polímero licue, llene el molde, e inmediatamente empiece a endurecerse.

• Moldeo por transferencia: Se calienta el polímero en un intercambiador y, después de fundido, se inyecta en el molde adyacente. Este modelo combina tantos elementos del moldeo por compresión como el de inyección.

En lo que se refiere a la evolución de los MS en el automóvil:

En los comienzos, los coches estaban formados en su mayoría, en un alto porcentaje de metal, por tanto su peso era elevado, la cantidad de MS que incorporaban era escasa.

Después con el motivo de querer aligerar los vehículos se les empezó a crear de aluminio, aunque tenia el gran defecto de ser poco resistente, entonces, se usó un acero que no le quitara resistencia ni elevara de forma considerable su peso.

Actualmente, tras muchas investigaciones los materiales sintéticos han tomado un papel casi protagonista en los vehículos, puesto que forman buena parte de ellos y los encontramos en muchas partes de la carrocería, etc.

En cuanto a la identificación de los polímeros:

Para detectar el tipo de plástico que tenemos en esa parte del vehículo que estemos mirando debemos observar los gráficos que trae impreso en alguna parte de él, aparecerán unas siglas que indique que tipo es, además podrá aparecer si ha sufrido alguna modificación especial que le otorgue otro tipo de propiedades.
También nos dirá su porcentaje y las cargas y refuerzos que lleva.

Sin embargo también podemos localizar el tipo de plástico por como reacciona frente a agentes externos, por ejemplo, los termoestables y elastómeros frente a calor se queman, y en cambio, los termoplásticos simplemente se ablanda y se hace moldeable.