6. POLÍMEROS Y OTROS MATERIALES

 Clasificación, propiedades y aplicaciones

Los polímeros son macromoléculas formadas por la unión de otras moléculas más pequeñas llamadas monómeros.

Los polímeros se pueden clasificar según:

Su origen:

- Naturales: existen en la naturaleza y se obtienen de esta. Por ejemplo la celulosa, el caucho y la lignina.

- Sintéticos: se obtienen industrialmente a partir de los monómeros. Por ejemplo el nailon o el polietileno.

- Semisintéticos: se obtienen por la transformación de polímeros naturales. Por ejemplo la nitrocelulosa.

 Su mecanismo de polimerización:

- Polímeros de condensación.

- Polímeros de adición.

- Polímeros formados por reacción en cadena.

- Polímeros formados por reacción por etapas.

Su composición química:

- Polímeros orgánicos.

- Polímeros orgánicos vinílicos.

- Poliolefinas.

- Polímeros estirénicos.

- Polímeros vinílicos halogenados.

- Polímeros acrílicos.

- Polímeros orgánicos no vinílicos.

- Poliésteres.

- Poliamidas.

- Poliuretanos.

- Polímeros inorgánicos.

Sus aplicaciones.

- Elastómeros: son materiales cuyo módulo de elasticidad es muy bajo y tienen  alta extensibilidad; es decir, se deforman mucho al someterlos a un esfuerzo pero recuperan su forma inicial al acabar el esfuerzo. Al estirarlo y o contraerlo, se libera energía; esta propiedad se llama resiliencia.

 - Plásticos: son aquellos polímeros que frente un esfuerzo suficientemente intenso, se deforman sin poder volver a su forma original.

- Fibras: tienen alto módulo de elasticidad y baja extensibilidad, lo que permite confeccionar tejidos cuyas dimensiones permanecen estables.

- Recubrimientos: son sustancias, generalmente líquidas, que se adhieren a la superficie de otros materiales para darles alguna propiedad, por ejemplo resistencia a la abrasión.

- Adhesivos: son sustancias que combinan una alta adhesión y una alta cohesión, lo que les permite unir dos o más cuerpos al ponerlos en contacto.

Su comportamiento frente la temperatura:

- Termoplásticos: al calentarlos, pasan de sólido a líquido, pero cuando se enfrían se vuelven a endurecer. Por ejemplo el polietileno o el polipropileno.

- Termoestables: al calentarlos, se descomponen químicamente.

- Elastómeros: se pueden deformar fácilmente al calentrlos.

Métodos de transformación

Las técnicas usadas en la transformación de los plásticos o polímeros consisten en dar las formas y medidas deseadas a un plástico por medio de un molde. El molde es una pieza hueca en la que se vierte el plástico fundido para que adquiera su forma.

- Compresión: esta técnica consiste en que el plástico en polvo es calentado y comprimido entre las dos partes de un molde mediante la acción de una prensa hidráulica. La compresión se puede usar en materiales termoestables y plásticos termofijos. Esta técnica se usa para obtener pequeñas piezas de baquelita, como los mangos aislantes del calor de los recipientes y utensilios de cocina.
A los materiales a los que se le puede aplicar esta técnica de transformación de polímeros son termoplásticos y termoendurecibles. Algunas de las aplicaciones son cubos, carcasas, calzado, bolis, cepillos...

- Extrusión: consiste en obligar a un material fundido a pasar a través de una boquilla o matriz que tiene la forma adecuada, para obtener el diseño deseado. Se usa para materiales termoplásticos, elastómeros y termoendurecibles. Algunas de las aplicaciones son: tuberías, recubrimientos aislantes, mangueras...

- Rotomoldeo: en este proceso el plástico frío funde sobre las paredes de un molde metálico caliente que gira en torno a dos ejes, donde se enfría y adquiere la consistencia para ser desmoldeado. Los principales materiales con los que se usa esta técnica son termoplásticos, termoestables o poliamida. Las principales aplicaciones de esta técnica son: pelotas, juguetes, recipientes, flotadores...

- Moldeo por transferencia: se parte de una carga de material parcialmente reticulado. El material se mantiene caliente hasta reticulación completa. esta técnica se usa para materiales como resinas plásticas. La principal aplicación de esta técnica es para piezas electrónicas con forma muy precisa. 

- Inyección: consiste en introducir material plástico en condiciones adecuadas e introducirlos a presión en la cavidad de un molde donde se enfría a una temperatura apta para que las piezas puedan ser extraídas sin deformarse.   

- Soplado: el proceso consiste en insuflar aire en una preforma tubular fundida que se encuentra en el interior del molde. Los materiales principales para los que se usa esta técnica, son algunos tipos de termoplásticos. Las principales

aplicaciones son botellas y piezas huecas.

- Colado: consiste en el vertido del material plástico en estado líquido dentro de un molde, donde fragua y se solidifica. Esta técnica, se usa principalmente para materiales termoplásticos y algunos termoestables. Las principales aplicaciones son: bisutería, bolas de billar, gafas de sol, mangos de herramientas...

- Espumado: consiste en introducir aire u otro gas en el interior de la masa de plástico de manera que se formen burbujas permanentes. Esta técnica se usa para materiales como el poliestireno o el poliuretano. Las principales aplicaciones son: colchones, esponjas, embalajes, cascos de ciclismo...

Calandrado: consiste pasar el material plásticos a través de unos rodillos que producen, mediante presión, laminas de plásticos flexibles de diferente espesor. Esta técnica se usa para materiales termoplásticos y elastómeros. Las principales aplicaciones son: hules, impermeables o planchas de plástico.

 

 - Termoconformado: es un proceso de moldeo en el que el material se calienta por radiación infrarroja, por conducción o convección, luego se tensa sobre un bastidor y por medio de aire a presión o vacio se estampa sobre las paredes de un molde frio. Esta técnica se usa para polímeros termoplásticos. Algunas de las aplicaciones de esta técnica son: hueveras, letreros, salpicaderos de coches...

- Vulcanización: es un proceso mediante el cual se calienta el caucho crudo en presencia de azufre, con el fin de volverlo más duro y resistente al frío. Esta técnica se usa para materiales como caucho o materiales termorígidos. Algunas de las principales aplicaciones para las que se usa esta técnica son: tuberías de conducción de petróleo, aislantes para materiales...

Piezas que pueden obtenerse con polímeros

Este apartado ya lo he explicado en el apartado anterior al poner las aplicaciones  de cada uno de los mecanismos de transformación.

Impacto ambiental de los polímeros

La producción de polímeros provoca mucho daño al medio ambiente.

Algunos de los problemas más importantes que acarrean son:

- Algunos residuos se depositan en mar y esto provoca la muerte de algunas tortugas al tragarse bolas de plástico al confundirlas con esperma de peces.

- La incineración puede producir compuestos venenosos.

- La no biodegradabilidad de los polímeros, y la imposibilidad de eliminarlos, implica que estos se acumulen, provocando contaminación al expandirse por los mares y montañas por ejemplo.

 Arcillas, cementos, vidrios y madera; obtención y aplicaciones.

Las arcillas son sustancias terrosas formadas principalmente por silicatos y trozos de fragmentos de rocas, que generalmente se hacen plásticas cuando están húmedas y pétreas por la acción del fuego. Estas propiedades dan a las arcillas su utilidad, puesto que se les puede moldear en casi todas las formas, las cuales conservan después de ser sometidas a la acción del fuego. La arcilla tiene muchos otros usos además de la cerámica, principalmente en la construcción y fabricación. La arcilla no es un mineral sino un agregado de minerales y de sustancias que se han formado mediante la desintegración química de las rocas alumínicas. Está compuesta principalmente por sílice, alúmina y agua; aunque también contiene otras substancias como fragmentos de rocas o de óxidos hidratados de hierro. Las arcillas son permeables, resisten a temperaturas difíciles, resiste ante la compresión y se vuelve ductil si se mezcla con agua.

 Sus principales aplicaciones son:

- Materiales de construcción como ladrillos o tejas.

- Azulejos, la arcilla es resistente y no absorbe agua.

- Fabricación de resistencias, ya que la arcilla no conduce la electricidad.

- Uso médico como antiparasitario o contra las diarreas.

El cemento es un conglomerante formado a partir de una combinación de caliza y arcilla calcinadas y molidas posteriormente, que tiene la propiedad de endurecerse al contacto con el agua. La mezcla de estas rocas cuando se encuentran molidas es llamada clinker, este, pasa a ser cemento cuando se le añade yeso, que le da la propiedad a esta mezcla para que pueda fraguar y endurecerse. Al mezclarlo con otros agregados pétreos (grava y arena) y agua, se crea una mezcla uniforme, maleable y plástica que fragua y se endurece, adquiriendo consistencia pétrea, denominada hormigón. El cemento es resistente a la compresión, se endurece rápidamente, tiene una larga duración y resiste a altas temperaturas. Su uso principal es como material de construcción.

El vidrio es un material inorgánico, duro, frágil, transparente y amorfo que se encuentra en la naturaleza, aunque  más comúnmente se produce por el ser humano. El vidrio artificial se usa para hacer ventanas, lentes, botellas y una gran variedad de productos. El vidrio artificial se obtiene a unos 1500 °C a partir de arena de sílice, carbonato de sodio y caliza. El término "cristal" es utilizado muy frecuentemente como sinónimo de vidrio, aunque es incorrecto porque el vidrio es un sólido amorfo (sus moléculas están dispuestas de forma irregular) y no un sólido cristalino. Algunas de las aplicaciones del vidrio son:

- Para la fabricación de botellas.

- Para la fabricación de espejos.

- Para la fabricación de ventanas y de lunas para coches.

La madera es un material con distinta elasticidad según la dirección de deformación, encontrado como principal contenido del tronco de un árbol. Los árboles se caracterizan por tener troncos que crecen año tras año, formando anillos concéntricos correspondientes al diferente crecimiento de la biomasa según las estaciones, y que están compuestos por fibras de celulosa unidas con lignina. Las plantas que no producen madera son conocidas como herbáceas. La madera, es resistente, dura y rígida, además flota debido a su densidad. Una vez cortada y seca, la madera se utiliza para distintas finalidades y distintas áreas:

- Fabricación de pulpa o pasta, materia prima para hacer papel.

- Alimentar el fuego, en este caso se denomina leña y es una de las formas más simples de uso de la biomasa.

- Menaje: vajillas, cuberterías.

- Ingeniería, construcción y carpintería.

- Medicina.

- Medios de transporte: barcos, carruajes.

                                   

Impacto ambiental de la madera y el vidrio.

Los hornos que se utilizan para fundir la materia prima del vidrio y obtener el producto final consumen una mucha energía. Esto implica emisiones de CO2, hasta dos toneladas por cada tonelada de vidrio, según algunos cálculos. Al reciclar el vidrio, se puede compensar esta contaminación. La fabricación de vidrio a partir de vidrio reciclado ahorra 68% de la energía y 50% del agua que normalmente se requiere en el proceso de fabricación. Además, la contaminación del aire que se produce en esta fabricación se reduce 20% y la contaminación del agua por 50%. El vidrio hecho a partir del material reciclado está destinado principalmente a reconvertirse en envases para alimentos.

El ciclo de reciclaje del vidrio comienza cuando lo depositamos en el contenedor verde. Los frascos y botellas deben estar limpios y no tener etiquetas, tapas, corchos u otro elemento que no sea de vidrio. Todo este material reciclado va a una planta de reciclaje, donde es separado por color y machacado hasta ser convertido en calcín. Éste es mezclado con arena, ceniza de sosa y caliza. Esta mezcla es calentada a más de 1500 grados para convertirse en vidrio líquido. Este vidrio líquido puede ser moldeado en cientos de productos.

 Si reciclamos correctamente botellas y tarros, y no los dejamos tirados en los espacios naturales (donde pueden provocar un incendio), el vidrio puede ser uno de los materiales con menor impacto ambiental.

La tala de madera en las proporciones adecuadas, no acarrea en principio ningún problema. Esto si ocurre cuando se llega a la deforestación.

Las consecuencias más importantes de la deforestación son:

-Erosión del suelo por el viento o por el agua, al disminuir la capa de tierra vegetal que lo recubre.

-Desestabilización de las aguas subterráneas, lo que se traduce en seguías o inundaciones.

-Reducción de la biodiversidad; es decir, la diversidad de hábitat, especies vegetales y animales y tipos genéticos.

-Contribución a los desequilibrios climáticos, pues los bosques suponen un consumo considerable de CO2 que, entre otros factores, es causa del llamado efecto invernadero.