¿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 endurecerse para producir artículos duraderos. El término «plástico» procede de la palabra griega «plastikos», que significa «moldear». Este material se utiliza en una amplia gama de aplicaciones, como sillas, mesas, juguetes, pelotas, envases de alimentos y bebidas o equipos industriales.

Los plásticos son materiales ampliamente utilizados gracias a su versatilidad y propiedades únicas. Están formados por cadenas poliméricas que determinan su estructura y comportamiento. Estas cadenas ofrecen una base para desarrollar materiales con una amplia gama de características. Es importante resaltar que estas propiedades fundamentales influyen directamente en sus aplicaciones y clasificación. 

Propiedades químicas de los plásticos

Los plásticos poseen una serie de propiedades químicas que los hacen versátiles y útiles en diversas aplicaciones. Estas propiedades definen el comportamiento químico básico de los plásticos y explican su versatilidad en aplicaciones comunes. A continuación, destacamos las propiedades químicas más importantes.

• Plasticidad: Capacidad que tiene un material para deformarse sin romperse. Una propiedad típica de estos materiales.
• Estructura polimérica: Compuestos orgánicos de estructura macromolecular formados por agrupaciones de monómeros obtenidos mediante procesos de polimerización.
• Baja densidad: Ligereza comparada con otros materiales.
• Elasticidad: Fáciles de moldear y trabajar.
• Resistencia a la corrosión: Alta durabilidad frente a agentes químicos.
• Aislamiento: Excelentes aislantes térmicos y eléctricos (aunque no resisten temperaturas elevadas).

Clasificación de los plásticos

Los plásticos se clasifican generalmente según la estructura química de la base del polímero y las cadenas laterales, en función de su estructura química, proceso de síntesis y propiedades físicas o químicas.

Según la estructura química

La estructura química de los plásticos juega un papel fundamental en sus propiedades y aplicaciones. A continuación, se presentan las principales categorías de plásticos según su estructura química, junto con ejemplos destacados:

• Acrílicos: Son polímeros derivados del ácido acrílico. Un ejemplo es el PMMA (polimetacrilato de metilo), ampliamente utilizado en vidrio acrílico, paneles y carcasas transparentes.
• Poliuretanos: Reconocidos por su versatilidad, se encuentran en productos como espumas aislantes y recubrimientos resistentes al desgaste.
• Siliconas: Polímeros con una base inorgánica de silicio y oxígeno, empleados como selladores y adhesivos, especialmente en aplicaciones de alta resistencia térmica.
• Poliésteres: Usados principalmente en la fabricación de resinas para fibras sintéticas, como el PET (polietileno tereftalato), común en envases y textiles.
• Plásticos halogenados: Incluyen materiales como el PVC (cloruro de polivinilo), conocido por su durabilidad y resistencia, utilizado en tuberías, recubrimientos y materiales de construcción.

Por proceso de síntesis

Además de su estructura química, los plásticos pueden clasificarse según el proceso químico utilizado en su fabricación. Estos procesos determinan las propiedades finales del material y su uso en diversas aplicaciones:

• Reticulación: Proceso mediante el cual se forman redes tridimensionales de polímeros, lo que aumenta la resistencia mecánica y térmica del material.
• Condensación: En este método, se eliminan moléculas pequeñas (como agua o alcohol) durante la polimerización, generando polímeros como las poliamidas (nylon).
• Poliadición: Los monómeros se unen directamente sin generar subproductos, lo que permite obtener materiales como los poliuretanos con alta eficiencia y control de propiedades.

Por propiedades físicas y químicas

Al elegir materiales para una aplicación específica, es fundamental comprender sus propiedades físicas y químicas. Estas características no solo determinan cómo un material reacciona ante fuerzas externas, temperaturas o sustancias químicas, sino que también influyen en su durabilidad, funcionalidad y capacidad de adaptación a diferentes entornos.

Propiedades físicas

Los plásticos se agrupan según sus características físicas, que determinan su desempeño en diferentes aplicaciones. Algunas propiedades relevantes son:

• Resistencia a la tracción: Capacidad de soportar fuerzas de estiramiento.
• Dureza: Capacidad de resistir deformaciones.
• Resistencia al calor: Mantener estabilidad ante temperaturas elevadas.
• Densidad: Masa por unidad de volumen.
• Temperatura de transición vítrea: Punto en el que el plástico pasa de rígido a flexible.
• Resistencia química: Tolerancia a agentes químicos como disolventes.

Propiedades químicas

La química orgánica de los polímeros y su comportamiento frente a diversos materiales y procesos también son criterios de clasificación. Algunas propiedades químicas incluyen:

• Resistencia a la radiación ionizante: Capacidad de resistir cambios inducidos por radiación.
• Resistencia a la oxidación: Tolerancia frente a procesos de degradación por oxígeno.
• Reacciones con disolventes orgánicos: Capacidad de resistir la acción de sustancias químicas específicas.

Clasificaciones basadas en características relevantes

Existen otras formas de clasificar los plásticos, centradas en características prácticas relacionadas con el proceso de fabricación o el diseño del producto. Estas clasificaciones incluyen tipos como polímeros conductores, termoplásticos y termoestables, plásticos de ingeniería, plásticos biodegradables y otros con estructuras únicas, como los elastómeros. Estas categorías permiten comprender mejor cómo se comportan los plásticos en diferentes aplicaciones y entornos.

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.

Comportamiento de los plásticos frente al calor

Los plásticos, como materiales orgánicos, tienen una resistencia térmica significativamente menor que los metales. Sin embargo, algunos polímeros destacan por su estabilidad térmica. A continuación, se detalla cómo los plásticos reaccionan al calor según su composición y estructura.

• Termoplásticos: Estos materiales pasan de sólidos rígidos a líquidos viscosos al calentarse. Esto permite que se puedan moldear varias veces. Ejemplo: politetrafluoroetileno, conocido por su excelente resistencia térmica debido a enlaces C-C y C-F muy estables.
• Termoestables: No se reblandecen con el calor. Un calentamiento excesivo o prolongado puede causar sobre endurecimiento, contracción, carbonización o desintegración.

Las propiedades térmicas claves son: 

Polímeros y plásticos

• Coeficiente de Dilatación Térmica: 4 a 20 x 10⁻⁵/°C
• Ejemplo de Uso: Aislamientos térmicos

Metales comunes

• Coeficiente de Dilatación Térmica: 1.0 a 2.5 x 10⁻⁵/°C
• Ejemplo de Uso: Componentes estructurales

Resistencia de los plásticos al fuego

Los plásticos tienen un rango de comportamientos frente al fuego: inflamables, autoextinguibles o de combustión lenta. Estos comportamientos están determinados por su composición química y los aditivos que contienen. Los factores clave en la resistencia al fuego son: 

• Polímeros con halógenos: Algunos plásticos, como el PVC, son intrínsecamente ignífugos porque contienen halógenos. Estos elementos liberan gases que interrumpen las reacciones en cadena responsables de la combustión.
• Plásticos con plastificantes: La adición de plastificantes puede aumentar la inflamabilidad de los plásticos, aunque les confiere mayor flexibilidad.

Las propiedades de resistencia al fuego de los plásticos pueden mejorarse incorporando aditivos adecuados (CBD 154) o utilizando polímeros con resistencia al fuego incorporad

Productos de combustión

Cuando los plásticos se queman, los productos de la combustión varían dependiendo de las condiciones:

• Con suficiente oxígeno: Se generan dióxido de carbono y agua, que son inofensivos.
• Con deficiencia de oxígeno: Se produce monóxido de carbono y humo denso, ambos altamente tóxicos.

Adicionalmente, los plásticos que contienen elementos como cloro o azufre pueden liberar productos secundarios en el humo, lo que aumenta significativamente su peligrosidad. Por ello, es crucial considerar estos factores al elegir plásticos para aplicaciones específicas donde la resistencia al fuego sea esencial.

Composición y estructura molecular de los plásticos

Los plásticos están compuestos principalmente por polímeros orgánicos formados por cadenas de átomos de carbono combinados con elementos como oxígeno, nitrógeno o azufre. Estas cadenas, conocidas como polímeros, están formadas por unidades repetitivas llamadas monómeros, que son fundamentales para la estructura y las propiedades del plástico.

• Monómero: Unidad básica que se repite para formar un polímero.
• Polímero: Cadena de monómeros unidos que forma la estructura principal del plástico.

Influencia de la estructura molecular

La disposición de las moléculas en los polímeros determina sus propiedades finales. Algunas configuraciones moleculares comunes son:

• Cadenas lineales: Mayor flexibilidad.
• Cadenas ramificadas: Resistencia al impacto.
• Estructura cristalina: Alta resistencia térmica y mecánica.
• Estructura amorfa: Transparencia y elasticidad.

Clasificación molecular

Los plásticos se pueden clasificar según su estructura molecular en:

• Termoplásticos: Representan el 92% de los plásticos y son fundibles.
• Amorfos: Moléculas distribuidas de manera aleatoria.
• Cristalinos: Moléculas organizadas de forma identificable.
• Semicristalinos: Combinan regiones cristalinas y amorfas.

Formación de polímeros

Los polímeros se forman mediante la unión de monómeros que contienen enlaces dobles entre átomos de carbono. Este proceso permite controlar propiedades específicas del material, como su resistencia, flexibilidad y durabilidad.

Además, los aditivos y modificaciones químicas, como el uso de copolímeros o ajustes en la cristalizabilidad, permiten personalizar las propiedades estéticas y funcionales de los plásticos, ampliando su rango de aplicaciones.

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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