La palabra plástico deriva del griego plastiko que significa moldeable. Los plásticos son polímeros (del griego poly, muchos; meros parte, segmento). Los plásticos pueden definirse como un conjunto de materiales de origen orgánico, sólidos a temperatura ambiente, fácilmente moldeables mediante calor y de elevado peso molecular.
Un material sintético es aquel producto de la "síntesis química", que no aparece de forma natural en la Tierra, y sólo puede ser creado artificialmente. Hasta el momento, se han creado 26 elementos sintéticos (los que tienen números atómicos 95-118). Todos son inestables, descomponiéndose con vidas medias que van desde 15,6 millones de años a unos pocos cientos de microsegundos.
Otros cinco elementos fueron primero creados artificialmente, y por lo tanto considerados sintéticos, aunque más tarde se descubrió que aparecían de forma natural (en cantidades de trazas); entre ellos el plutonio —primero sintetizado en 1940—, el más conocido de los profanos, debido a su uso en (bombas atómicas) y reactores nucleares.
Sintetizar materiales es un proceso industrial por el cual se consigue crear piezas que son complicadas de obtener por otros procedimientos como el forjado o el mecanizado. Consiste en reducir el material base a polvo para luego comprimirlo en un molde a una determinada presión y calentarlo a una temperatura controlada.
2. ¿A qué nos referimos cuando hablamos industrialmente de materiales sintéticos?
Cuando hablamos de materiales sintéticos, hablamos de polímeros. Los polímeros se sintetizan mediante la unión de muchas moléculas pequeñas (monómeros) para formar moléculas muy grandes, llamadas macromoléculas, las cuales poseen una estructura en forma de cadena.
Inicialmente, se dispone de los monómeros de forma aislada y, a través de una reacción química (polimerización), se unen entre sí para constituir una macromolécula. Los átomos se mantienen unidos en esta molécula por medio de enlaces covalentes. La forma de entrelazarse las cadenas condiciona el comportamiento del polímero.
Tipos de polímeros:
-Termpoplásticos: Son materiales sólidos a temperatura ambiente, relativamente blandos y dúctiles,cuando se someten a temperaturas de algunos cientos de grados se convierten en líquidos viscosos.
-Termoestables: No toleran ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento como lo hacen los termoplásticos. Con calentamiento inicial, se ablandan y fluyen para ser moldeados, pero las temperaturas elevadas producen una reacción química que endurece el material y lo convierte en un sólido no fundible. Si se recalienta se degrada por pirólisis en lugar de ablandarse. Son polímeros de cadenas entrecruzadas y estructura reticulada, mostrándose más duros, mas resistentes y más frágiles que los termoplásticos.
-Elastómeros: (o cauchos) son polímeros que poseen una extrema extensiblidad elástica cuando se someten a esfuerzos mecánicos relativamente bajos. Algunos elastómeros pueden estirarse alargando diez veces su longitud y luego recuperan completamente su forma original.
Inicialmente, se dispone de los monómeros de forma aislada y, a través de una reacción química (polimerización), se unen entre sí para constituir una macromolécula. Los átomos se mantienen unidos en esta molécula por medio de enlaces covalentes. La forma de entrelazarse las cadenas condiciona el comportamiento del polímero.
Tipos de polímeros:
-Termpoplásticos: Son materiales sólidos a temperatura ambiente, relativamente blandos y dúctiles,cuando se someten a temperaturas de algunos cientos de grados se convierten en líquidos viscosos.
-Termoestables: No toleran ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento como lo hacen los termoplásticos. Con calentamiento inicial, se ablandan y fluyen para ser moldeados, pero las temperaturas elevadas producen una reacción química que endurece el material y lo convierte en un sólido no fundible. Si se recalienta se degrada por pirólisis en lugar de ablandarse. Son polímeros de cadenas entrecruzadas y estructura reticulada, mostrándose más duros, mas resistentes y más frágiles que los termoplásticos.
-Elastómeros: (o cauchos) son polímeros que poseen una extrema extensiblidad elástica cuando se someten a esfuerzos mecánicos relativamente bajos. Algunos elastómeros pueden estirarse alargando diez veces su longitud y luego recuperan completamente su forma original.
3. Hitos históricos que marcan la vida de los materiales sintéticos.
El invento del primer plástico se origina como resultado de un concurso realizado en 1860, cuando el fabricante estadounidense de bolas de billar Phelan and Collarder ofreció una recompensa de 10 000 dólares a quien consiguiera un sustituto del marfil natural, destinado a la fabricación de bolas de billar. Una de las personas que compitieron fue el inventor norteamericano John Wesley Hyatt, quien desarrolló el celuloide disolviendo celulosa (material de origen natural) en una solución de alcanfor y etanol. Si bien Hyatt no ganó el premio, consiguió un producto muy comercial que sería vital para el posterior desarrollo de la industria cinematográfica de finales del siglo XIX.
En 1909, el químico norteamericano de origen belga Leo Hendrik Baekeland sintetizó un polímero de gran interés comercial a partir de moléculas de fenol y formaldehído. Se le bautizó con el nombre de baquelita y fue el primer plástico totalmente sintético de la historia. Esta fue la primera de una serie de resinas sintéticas que revolucionaron la tecnología moderna iniciando la «era del plástico». A lo largo del siglo XX el uso del plástico se hizo popular y llegó a sustituir a otros materiales, tanto en el ámbito doméstico,como industrial y comercial.
En 1919 se produjo un acontecimiento que marcaría la pauta en el desarrollo de los materiales plásticos. El químico alemán Hermann Staudinger aventuró que estos se componían en realidad de moléculas gigantes o macromoléculas. Los esfuerzos realizados para probar estas afirmaciones iniciaron numerosas investigaciones científicas que produjeron enormes avances en esta rama de la química.
El invento del primer plástico se origina como resultado de un concurso realizado en 1860, cuando el fabricante estadounidense de bolas de billar Phelan and Collarder ofreció una recompensa de 10 000 dólares a quien consiguiera un sustituto del marfil natural, destinado a la fabricación de bolas de billar. Una de las personas que compitieron fue el inventor norteamericano John Wesley Hyatt, quien desarrolló el celuloide disolviendo celulosa (material de origen natural) en una solución de alcanfor y etanol. Si bien Hyatt no ganó el premio, consiguió un producto muy comercial que sería vital para el posterior desarrollo de la industria cinematográfica de finales del siglo XIX.
En 1909, el químico norteamericano de origen belga Leo Hendrik Baekeland sintetizó un polímero de gran interés comercial a partir de moléculas de fenol y formaldehído. Se le bautizó con el nombre de baquelita y fue el primer plástico totalmente sintético de la historia. Esta fue la primera de una serie de resinas sintéticas que revolucionaron la tecnología moderna iniciando la «era del plástico». A lo largo del siglo XX el uso del plástico se hizo popular y llegó a sustituir a otros materiales, tanto en el ámbito doméstico,como industrial y comercial.
En 1919 se produjo un acontecimiento que marcaría la pauta en el desarrollo de los materiales plásticos. El químico alemán Hermann Staudinger aventuró que estos se componían en realidad de moléculas gigantes o macromoléculas. Los esfuerzos realizados para probar estas afirmaciones iniciaron numerosas investigaciones científicas que produjeron enormes avances en esta rama de la química.
4. Materias primas para la producción de materiales sintéticos. (Origen, obtención…)
Las materias primas utilizadas en la obtención de los polímeros de síntesis provienen de los recursos
naturales. Éstos se clasifican en renovables —los procedentes de los seres vivos— y los no
renovables, que son los recursos fósiles.
En los seres vivos existen compuestos de carácter macromolecular. Del reino animal destacan las proteínas, el colágeno, la seda, la caseína, etc., y del reino vegetal, el almidón, la celulosa, el látex, etc., como los más conocidos. Con modificaciones químicas adecuadas estos polímeros llegan a ser considerados polímeros semi-sintéticos: el rayón, el acetato de celulosa, el caucho, etc.
Pero para la obtención de los polímeros de síntesis, se utilizan los recursos fósiles. De ellos es el petróleo la materia prima base para la obtención de los plásticos, como consecuencia de la facilidad de extracción del mismo y del desarrollo alcanzado por la tecnología para transformarlo en derivados. Estos dos hechos han supuesto el desplazamiento del carbón por el petróleo con fines sintéticos, ya que en el siglo XIX el carbón era la fuente fundamental de obtención de productos de carácter orgánico y que dio lugar al desarrollo tan importante que alcanzó la industria carboquímica.
Con la crisis del petróleo en los años setenta por exigencias económicas de los países productores, el carbón fue considerado nuevamente como alternativa a tener en cuenta para poder mantener a unos niveles aceptables el actual desarrollo económico. Pero mientras no se ponga a punto la tecnología adecuada para transformar este recurso en los productos demandados por la industria, similares a los derivados petrolíferos, no resulta interesante la sustitución del petróleo por el carbón.
El gas natural se utiliza fundamentalmente con fines energéticos, ya que dada su composición a base de
hidrocarburos de bajo peso molecular, las aplicaciones con fines sintéticos están económicamente limitadas.
La primera operación a que se somete el petróleo bruto para su utilización posterior en la industria petroquímica (refinado). El refinado consiste en la separación de los distintos componentes del petróleo por acción del calor. Es una destilación fraccionada en la que se separan a diferentes intervalos de temperatura mezclas de compuestos de tamaño y composición similar.
De las fracciones obtenidas, la nafta, que es una mezcla de hidrocarburos de más de cinco átomos de carbono y que tiene un punto de ebullición de hasta 150 º, es la que se utiliza para la fabricación de los plásticos sometiéndola previamente a los procesos de craqueo y reformado.
El craqueo es el proceso en el que se produce la ruptura de cadenas hidrocarbonadas dando lugar a moléculas pequeñas de dos a cuatro átomos de carbono con dobles enlaces. Si el proceso se realiza en presencia de vapor de agua, éste se denomina hidrocraqueo. Puede alimentarse el reactor también con fracciones más pesadas —de mayor tamaño—. El craqueo puede realizarse de manera térmica o catalítica.
Las materias primas utilizadas en la obtención de los polímeros de síntesis provienen de los recursos
naturales. Éstos se clasifican en renovables —los procedentes de los seres vivos— y los no
renovables, que son los recursos fósiles.
En los seres vivos existen compuestos de carácter macromolecular. Del reino animal destacan las proteínas, el colágeno, la seda, la caseína, etc., y del reino vegetal, el almidón, la celulosa, el látex, etc., como los más conocidos. Con modificaciones químicas adecuadas estos polímeros llegan a ser considerados polímeros semi-sintéticos: el rayón, el acetato de celulosa, el caucho, etc.
Pero para la obtención de los polímeros de síntesis, se utilizan los recursos fósiles. De ellos es el petróleo la materia prima base para la obtención de los plásticos, como consecuencia de la facilidad de extracción del mismo y del desarrollo alcanzado por la tecnología para transformarlo en derivados. Estos dos hechos han supuesto el desplazamiento del carbón por el petróleo con fines sintéticos, ya que en el siglo XIX el carbón era la fuente fundamental de obtención de productos de carácter orgánico y que dio lugar al desarrollo tan importante que alcanzó la industria carboquímica.
Con la crisis del petróleo en los años setenta por exigencias económicas de los países productores, el carbón fue considerado nuevamente como alternativa a tener en cuenta para poder mantener a unos niveles aceptables el actual desarrollo económico. Pero mientras no se ponga a punto la tecnología adecuada para transformar este recurso en los productos demandados por la industria, similares a los derivados petrolíferos, no resulta interesante la sustitución del petróleo por el carbón.
El gas natural se utiliza fundamentalmente con fines energéticos, ya que dada su composición a base de
hidrocarburos de bajo peso molecular, las aplicaciones con fines sintéticos están económicamente limitadas.
La primera operación a que se somete el petróleo bruto para su utilización posterior en la industria petroquímica (refinado). El refinado consiste en la separación de los distintos componentes del petróleo por acción del calor. Es una destilación fraccionada en la que se separan a diferentes intervalos de temperatura mezclas de compuestos de tamaño y composición similar.
De las fracciones obtenidas, la nafta, que es una mezcla de hidrocarburos de más de cinco átomos de carbono y que tiene un punto de ebullición de hasta 150 º, es la que se utiliza para la fabricación de los plásticos sometiéndola previamente a los procesos de craqueo y reformado.
El craqueo es el proceso en el que se produce la ruptura de cadenas hidrocarbonadas dando lugar a moléculas pequeñas de dos a cuatro átomos de carbono con dobles enlaces. Si el proceso se realiza en presencia de vapor de agua, éste se denomina hidrocraqueo. Puede alimentarse el reactor también con fracciones más pesadas —de mayor tamaño—. El craqueo puede realizarse de manera térmica o catalítica.
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