¿Cuáles son las propiedades de los plásticos?

El plástico es un polímero que, al igual que las fibras sintéticas, puede moldearse con la forma y el tamaño deseados cuando está blando y puede endurecerse para producir artículos duraderos. El término «plástico» procede de la palabra «plastikos», que significa «moldear» en griego, y se utiliza para referirse a una amplia gama de polímeros orgánicos semisintéticos o sintéticos. Se sabe que los distintos tipos de plásticos poseen propiedades físicas y químicas diferentes. Muchos artículos, como sillas, mesas, cubos, juguetes, pelotas, etc., están hechos de plástico.

La mayoría de los plásticos contienen polímeros orgánicos. Una gran parte de estos polímeros está formada por cadenas de átomos de carbono, puros o con oxígeno, nitrógeno o azufre. Las cadenas tienen varias unidades repetidas, compuestas de monómeros. Cada cadena polimérica tiene varios miles de unidades repetidas. La columna vertebral es la sección principal de la cadena que une un gran número de unidades repetidas.

De esta columna vertebral «cuelgan» diferentes grupos moleculares para personalizar las propiedades del plástico. Estos colgantes suelen estar «colgados» de los monómeros hasta que éstos se enlazan entre sí para formar la cadena polimérica. Es la disposición de estas cadenas laterales la que influye en las propiedades del polímero. La estructura molecular de las unidades repetitivas puede ajustarse con precisión para afectar a las propiedades específicas del polímero.

Propiedades químicas de los plásticos

Las propiedades de los plásticos son las siguientes:

• Poseen plasticidad, una propiedad típica de estos materiales. La plasticidad es la capacidad que tiene un material para deformarse sin romperse.
• Son polímeros, compuestos orgánicos de estructura macromolecular formada por agrupaciones de monómeros, que se obtienen por procesos de polimerización.
• Son de baja densidad.
• Fáciles para moldear y trabajar debido a su elasticidad.
• Resistencia a la corrosión, así como a otros fórmenos químicos.
• Buenos aislantes térmicos y eléctricos, aunque no resisten temperatura elevadas.

Clasificación de los plásticos

Los plásticos se clasifican generalmente según la estructura química de la base del polímero y las cadenas laterales. Las principales categorías de estas clasificaciones incluyen acrílicos, poliésteres, siliconas, poliuretanos y plásticos halogenados. Los plásticos también se clasifican por el proceso químico utilizado en su síntesis, como la reticulación, la condensación y la poliadición.

Los plásticos también se pueden clasificar por sus diversas propiedades físicas, como la resistencia a la tracción, la dureza, la resistencia al calor, la densidad y la temperatura de transición vítrea, y sus propiedades químicas, como la química orgánica de los polímeros y su resistencia y sus reacciones a otros materiales y procesos químicos diversos, como la radiación ionizante, la oxidación y los disolventes orgánicos.

Otras clasificaciones dependen de características relevantes para el proceso de fabricación o el diseño del producto. Ejemplos de estas calidades y clases son los polímeros conductores, termoplásticos y termoestables, plásticos de ingeniería y plásticos biodegradables y otros plásticos similares con estructuras únicas, como los elastómeros.

Termoplásticos

Los termoplásticos son plásticos que no sufren un cambio químico en su composición al calentarse, por lo que pueden moldearse varias veces. Algunos ejemplos son el polipropileno (PP), el polietileno (PE), el cloruro de polivinilo (PVC) y el poliestireno (PS).

Termoestables

Los polímeros termoestables son plásticos que pueden fundirse y moldearse en cualquier forma una sola vez. Sufren una reacción química irreversible cuando se calientan, por lo que, si se vuelven a calentar, se descomponen en lugar de fundirse.
Polímeros conductores

Los polímeros conductores intrínsecos (PCI) son polímeros orgánicos conductores de la electricidad. Ejemplo: El poliacetileno.

Plásticos biodegradables

Los plásticos biodegradables son plásticos que se degradan o descomponen cuando se exponen a la luz solar o a la radiación ultravioleta, a bacterias, a determinadas enzimas, a la humedad o al agua, o a la abrasión del viento. En determinadas circunstancias, los roedores, las plagas o los ataques de insectos también pueden actuar como modos de biodegradación o degradación medioambiental. Ejemplo: Plásticos a base de almidón, Plásticos a base de celulosa, Plásticos a base de soja.

Bioplásticos

Mientras que la mayoría de los plásticos son productos de la petroquímica, los bioplásticos son plásticos producidos sustancialmente a partir de materiales vegetales renovables como la celulosa y el almidón. Debido a los límites finitos de los recursos petroquímicos y al riesgo de calentamiento global, los bioplásticos siguen siendo un campo en expansión.

Reciclado del plástico

El proceso de reciclado del plástico es un procedimiento esencial. Si no se recicla en el momento adecuado, el plástico se mezcla con otros productos químicos o materiales, lo que dificulta su reciclaje y lo convierte en una fuente de contaminación.

No son biodegradables y, por tanto, no se descomponen por la actividad microbiana. Para evitarlo, es imprescindible utilizar biopolímeros o polímeros biodegradables.

A continuación se presenta una clasificación de los plásticos más comunes:

Tereftalato de polietileno (PET o PETE)

El PET o Tereftalato de polietileno es uno de los materiales plásticos más producidos en el mundo. Se considera seguro para alimentos y bebidas y tiene una gran capacidad para evitar que el oxígeno penetre en el envase y estropee los alimentos. Es un plástico muy reciclable, barato y resistente, con una muy buena relación resistencia-peso. Se utiliza para fabricar envases de alimentos, botellas de plástico y fibra de poliéster como la que se encuentra en la ropa. También se utiliza en una gran variedad de aplicaciones industriales, como la fabricación de fibra de vidrio y nanotubos de carbono.

Polietileno (PE):

El polietileno es el plástico más común del planeta y puede fabricarse en diferentes densidades. Cada densidad confiere al plástico final unas propiedades físicas únicas. Como resultado, el polietileno se encuentra en una amplia gama de productos.

Polietileno de baja densidad (LDPE)

El LDPE tiene una gran ductilidad, pero una baja resistencia a la tracción, por lo que es más flexible que otros plásticos. Se utiliza para fabricar productos como bolsas de plástico, envases transparentes para alimentos, envases desechables y aislamiento de cables, entre otros.

Polietileno de densidad media (MDPE)

Al tener más cadenas de polímeros y, por tanto, mayor densidad, el polietileno de densidad media se suele utilizar en tuberías de gas, film retráctil, bolsas de transporte y tapones de rosca.

Polietileno de alta densidad (HDPE)

El HDPE se considera respetuoso con el medio ambiente, y la fabricación de este tipo de plástico requiere sólo una pequeña fracción de la energía que se necesitaría para producir acero a partir de mineral de hierro. Es un plástico resistente a la degradación, a los agentes medioambientales y bastante rígido, por lo que se utiliza para fabricar multitud de productos, como contenedores de material, cubos, señalización, ruedas dentadas, tuberías de agua y alcantarillado.

Polipropileno (PP)

El polipropileno es un plástico muy duro, resistente al calor y semitransparente que conserva su forma después de mucho torcerlo, doblarlo o plegarlo. Su uso generalizado y su popularidad son indudables, ya que es uno de los polímeros termoplásticos más flexibles del planeta. Duradera, flexible, resistente al calor, resistente a los ácidos y barata, la lámina de polipropileno se utiliza para fabricar equipos de laboratorio, piezas de automoción, bisagras, dispositivos médicos y envases alimentarios, entre otros.

Policarbonato (PC)

Fuerte, estable y transparente, el policarbonato es un excelente plástico de ingeniería tan claro como el vidrio y doscientas cincuenta veces más resistente. Las láminas transparentes de policarbonato son fáciles de trabajar, de moldear y, aunque son extremadamente fuertes y resistentes a los impactos, el plástico de policarbonato tiene una flexibilidad de diseño inherente. Se encuentra en una gran variedad de productos, como invernaderos, DVD, gafas de sol, material antidisturbios, etc.

Cloruro de polivinilo (PVC)

El PVC es un polímero que posee propiedades rígidas o flexibles y es muy conocido por su capacidad para mezclarse con otros materiales. Por ejemplo, la lámina de PVC expandido es un material de cloruro de polivinilo espumado ideal para productos como quioscos, expositores de tiendas y exhibiciones. La forma rígida del PVC se utiliza habitualmente en materiales de construcción, puertas, ventanas, suelos, revestimientos, etc. Con la adición de plastificantes como los ftalatos, la forma más blanda y flexible del PVC se encuentra en productos de fontanería, aislamiento de cables eléctricos, ropa, tubos médicos y otros productos similares.

Poliestireno (PS)

Se trata de un termoplástico transparente que puede encontrarse tanto en plástico sólido como en material de espuma rígida. El uso del poliestireno está muy extendido y se emplea en envases, dispositivos médicos como tubos de ensayo o placas de Petri, cacahuetes de espuma de poliestireno, piezas de electrodomésticos, automóviles y ordenadores, entre otros. En la industria se utiliza especialmente para fabricar ruedas dentadas para cadenas de rodillos, monturas de varillas o poleas.

Según su comportamiento frente al calor

Como materiales orgánicos, los polímeros y los plásticos tienen, con pocas excepciones, una resistencia térmica mucho menor que los metales, sobre todo en presencia de oxígeno. Entre los polímeros comunes, una excepción es el tetrafluoroetileno, que tiene una estabilidad térmica muy alta debido a que sólo tiene enlaces C-C y C-F, ambos muy estables. Cuando se calientan a distintas temperaturas, los materiales termoplásticos pasan lentamente de sólidos más o menos rígidos a líquidos muy viscosos. Aunque los materiales termoestables no se reblandecen con el calor, un calentamiento excesivo o prolongado puede provocar sobreendurecimiento, contracción, carbonización o desintegración. Los plásticos tienen coeficientes de dilatación térmica (de 4 a 20 x 10-5/°C; de 2 a 11 x 10-5/°F) considerablemente superiores a los de los metales comunes (de 1,0 a 2,5 x 10-5/°C; de 0,6 a 1,4 x 10-5/°F). Los polímeros y plásticos derivados suelen ser buenos aislantes eléctricos y algunos, como el politetrafluoroetileno, son excelentes.

Resistencia al fuego

Los plásticos muestran una amplia gama de comportamientos frente al fuego: algunos se inflaman, otros son autoextinguibles, otros son de combustión lenta a rápida. La inflamabilidad depende del polímero y de otros componentes como cargas, materiales de refuerzo, plastificantes o aditivos ignífugos.

Los polímeros que contienen halógenos, como el PVC o el PVC clorado, son intrínsecamente ignífugos; al calentarse, liberan gases halógenos que interrumpen la reacción en cadena de oxidación de los radicales libres. Sin embargo, la adición de la mayoría de plastificantes al PVC lo hace inflamable. Las propiedades de resistencia al fuego de los plásticos pueden mejorarse incorporando aditivos adecuados (CBD 154) o utilizando polímeros con resistencia al fuego incorporada.

Los productos de la combustión de la mayoría de los plásticos son similares a los de la madera, el papel y los tejidos porque sus componentes químicos son esencialmente parecidos. Sin embargo, los productos de la combustión no sólo dependen de la naturaleza química del material, sino también de las condiciones en las que arde. Por ejemplo, con aire suficiente, los principales productos de combustión de la mayoría de los plásticos, maderas y tejidos son dióxido de carbono (inofensivo) y agua, pero si hay una deficiencia de oxígeno se forman grandes volúmenes de monóxido de carbono tóxico y humo. Además, los plásticos ignífugos producen rápidamente un humo denso que no se elimina fácilmente con ventilación; y si los plásticos contienen cloro, flúor, nitrógeno y azufre combinados (o sus derivados), estos elementos o sus derivados también estarán presentes en el humo.

Composición del plástico

Los plásticos se basan principalmente en átomos de carbono. Las siliconas son una excepción, ya que se basan en el átomo de silicio. El átomo de carbono puede unirse a otros átomos con hasta cuatro enlaces químicos. En los plásticos, los átomos de carbono también se enlazan con hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, cloro o azufre. Cuando el enlace de estos átomos da lugar a largas cadenas, como las perlas de un collar de perlas, el polímero se denomina «termoplástico». Los termoplásticos son fundibles. Todos los termoplásticos tienen unidades repetitivas, es decir, la sección idéntica más pequeña de la cadena. La inmensa mayoría de los plásticos son termoplásticos en un 92%.

Para formar las celdas unitarias se utiliza un grupo de átomos llamados «monómeros», cuya combinación da lugar a los polímeros o plásticos. Todos los monómeros contienen dobles enlaces entre los átomos de carbono, de modo que éstos pueden reaccionar posteriormente para formar polímeros.

El comportamiento plástico de los polímeros está influido por la disposición de sus moléculas a gran escala. En otras palabras, los polímeros son amorfos o cristalinos. La disposición de las moléculas en estado amorfo es aleatoria y están entrelazadas. En el estado cristalino, la disposición de las moléculas es estrechamente identificable. Por otro lado, los materiales semicristalinos presentan regiones cristalinas, llamadas cristalitos, dentro de una matriz amorfa.

La estructura química de los plásticos puede cambiar, con el uso de copolímeros, y la unión química de diferentes elementos y compuestos y, por otro lado, el uso de la cristalizabilidad puede cambiar las propiedades de procesamiento, estéticas y de rendimiento de los plásticos. La alteración de los plásticos también puede producirse mediante la adición de aditivos.

En resumen, la gran variedad de tipos de productos y aditivos disponibles hace que comprender las capacidades y limitaciones de un material sea una cuestión clave para proveedores, fabricantes y desarrolladores de productos en todos los niveles de la cadena industrial. Los ensayos mecánicos, térmicos, ópticos, de comportamiento reológico y climáticos permiten comprender mejor el material, el producto y su rendimiento.

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