Degradación térmica de los plásticos

Los plásticos: este material se utiliza desde los años 1860. a partir de ahí ha ganado terreno en el plano industrial , sustituyendo a muchos materiales.

De todos los ciclos industriales son los de transformación de los plásticos son los que poseen mayores riesgos dadas las altas temperaturas a las que someten a los materiales. Por otro lado en muchos casos las reacciones y productos emitidos al tratar los polímeros (transformación, degradación), son diferentes a las halladas en los procesos de síntesis.

Es por este motivo que intentaremos entregar hojas de diferentes tipos de plásticos en donde se podrá encontrar. El tipo de material, composición y característica del mismo, diferentes aditivos que posea, procesos de transformación de dicho material y sus temperaturas de trabajo, degradación térmica del plástico y la toxicidad de los productos emitidos en dicha degradación.

A fin de poder aclarar algunos puntos definiremos algunos conceptos.

Plásticos:

Los plásticos se llaman de esta manera porque en alguna etapa de su fabricación o en su utilización tienen propiedades plásticas.
Los plásticos son materiales orgánicos (basados en la química del carbono).
Los plásticos son materiales sintéticos.
Los plásticos son polímeros de elevado peso molecular. Son moléculas gigantes formadas por numerosas unidades (monómero) combinados en agregados muy grandes.

Monóremo:

Unidad secuencial o molécula unitaria que se repite n veces para dar el polímero final.

Homopolímero:

Polímero formado por la repetición de un mismo monómero.

Copolímero:

Polímero formado por más de un monómero base.

Oligómeros y Prepolímeros:

Sustancias inestables, miembros inestables de una serie homóloga de polímeros formados, por su descomposición interna (oligómeros) o por las etapas iniciales de síntesis del polímero final (prepolímero).

Terpolímero:

Polímero formado por al menos tres monómeros distintos.

Aleaciones de Polímeros:

Mezcla de composición definida de polímeros ya conformados y de distinto tipo o familia. La estabilidad de una aleación de polímeros depende las propiedades degradables de los polímeros de origen.

Plásticos, Elastómeros y Fibras:

Nombres genéricos para designar los principales materiales derivados de la utilización de polímeros. Los plásticos incluyen el mayor número de estos materiales. Los elastómeros tiene propiedades elásticas sometidos a baja tensión a temperatura ambiente. Las fibras se caracterizan por su pequeño tamaño.

Plástico Termoplástico:

Plástico susceptible de ser termodeformado con posibilidad de recuperación posterior.

Plástico Termorígido:

Plástico que por acción térmica o fotoquímica se deforma o altera sin posibilidades de recuperación posterior.

Extrusión:

Técnica de transformación de un plástico. Consiste en forzar o hacer avanzar el material mediante un pistón o tornillo a través de un cilindro terminado en hilera o tornillo.

Moldeo por Compresión:

Técnica de transformación de un plástico. Consiste en introducir el material en un recipiente caliente abierto, cerrándolo posteriormente mediante una prensa hidráulica.

Moldeo por Inyeccióm:

Técnica de transformación de un plástico. Consiste en llenar una cavidad de un molde con el material en estado semipastoso o fundido sometiéndolo a alta presión.

Moldeo por Soplado:

Técnica de transformación de un plástico. Consiste en dirigir un fluido a presión de la masa del material fundido obligándolo a recubrir las paredes de un molde con objeto de obtener un cuerpo hueco.

Aditivos - Estabilizantes:

Aditivos que evitan o retardan la descomposición y degradación de un plástico bajo la acción del calor o de la luz. Protegen al plástico durante su puesta en servicio como en su procesamiento.

Aditivos - Plastificantes:

Sustancias líquidas o sólidas de naturaleza orgánica y baja presión de vapor, destinadas a favorecer las propiedades físicas de los plásticos. Algunos plastificantes son disolventes de polímeros pero no es regla general.

Antioxidantes:

El oxígeno junto al calor y la luz ejerce un importante efecto en la degradación de un plástico, por tal motivo muchos estabilizantes son también antioxidantes. Los antioxidantes son lábiles frente al calor. Se descomponen formando sustancias volátiles y al mismo tiempo dejan desprotegido al plástico sometido a altas temperaturas.

Aditivos - Lubricantes:

Aditivos auxiliares que se utilizan para el tratamiento de plásticos en procesos de transformación a fin de evitar las fricciones entre el material y las paredes del molde.

Aditivos - Cargas:

La presencia de sustancias de relleno en la composición de un plástico es variable. Estos aditivos tienen un fin de aprovechamiento económico, aumento del peso final, pero igualmente le dan cuerpo y fortaleza al material comportándose de algún modo como estabilizante.

Aditivos - Pigmentos:

Las granzas (forma de granulación que puede tomar un polímero para su manipulación) suele ser un producto no coloreado. Para obtener un color definido debe someterla a un proceso de pigmentación, el que se da antes del proceso transformación.

Aditivos - Antiestáticos:

Durante su trabajo un plástico puede acumular cargas electrostáticas que llegan a ejercer una fuerza de atracción sobre el polvo y partículas logrando que se depositen sobre la superficie.

Transformación, Procesos y Temperaturas:

En todos los procesos de transformación se debe tener conocimiento de las maquinarias y temperaturas empleadas. Son tres los métodos de calentamiento empleados. Calefacción con resistencia, calentamiento dieléctrico y calentamiento por inducción.
Si bien muchas veces el proceso de transformación transcurre en un intervalo muy corto de tiempo, la temperatura alcanzada es suficiente para que comience la descomposición del plástico. Por otro lado existe la emisión de contaminantes en forma de gases, vapores y humo de sustancias volátiles.

Datos de Degradación Térmica:

Durante la fabricación, los polímeros se mantienen estables frente a la influencia de condiciones externas. Los mismos presentan poca alteración si se guardan en la oscuridad y a temperatura ambiente. Por el contrario, en los procesos de transformación, están sujetos a temperaturas elevadas (por lo general mayores a 150ºC) y a fuerzas mecánicas destructivas.
En la degradación de un plástico se forman tres fracciones de productos.

• sustancias volátiles a temperatura ambiente y de tamaño molecular análogo o menor al del monómero original. Se recogen en forma de gases, vapores y se pueden analizar detalladamente.
• Sustancias volátiles a la temperatura de degradación térmica, pero no volátiles a temperatura ambiente. Entre estas sustancias aparecen polímeros fraccionados, de estructuras desconocida, semejante a los oligómeros.
• Residuo no volátil sólido duro a temperatura ambiente de consistencia resinosa o en forma de polvo, por lo general no soluble en agua, ácidos, bases y disolventes orgánicos y de gran estabilidad térmica. Es un producto siempre presente y difícil de eliminar.

Datos de Combustión a Corto Término:

Muchos polímeros, al igual que otros compuestos orgánicos, son capaces, al estar próximos a una fuente de ignición externa, de provocar, en atmósfera de aire o en contacto con otro comburente, una combustión autosostenida, aún cuando la fuente de ignición externa a sido alejada, ha cesado, o ha sido eliminada.
Si durante la combustión, el calor desarrollado es suficiente para elevar la temperatura y se emiten gases y vapores inflamables, el proceso se activa, con la formación de llamas y propagación de fuego.
La combustión de un plástico depende de la propagación de las sustancias que entran en su composición, no solo los polímeros, muchos aditivos, como los plastificantes pueden provocar una reacción de combustión.
Cuando se habla de combustión de plásticos hay dos términos que son utilizados; LOI (índice de oxígeno limitado) y la temperatura de ignición.

LOI:

Relación porcentual entre la cantidad de oxígeno necesaria para mantener la combustión después de producirse la ignición y la masa total de gas existente en la atmósfera.
Temperatura de ignición: valor de temperatura a la cual el calor desarrollado por influencia de la fuente de ignición y de factores ambientales (temperatura exterior y la falta de ventilación del local) puede ser suficiente para provocar la combustión de un sólido.
Además de estos dos términos, se tiene en cuenta las sustancias (gases y vapores) emitido, teniendo en cuenta las partículas sólidas presentes en la combustión, especialmente el hollín.
A fin de bajar la inflamabilidad de un plástico se incorporan las resinas, son aditivos que no desaparecen por evaporación ni por la limpieza con agua otros disolventes.

Toxicidad de Productos Emitidos:

Gran cantidad de sustancias emitidas en la combustión de los plásticos son, aunque molestas, inofensivas para el hombre, sino alcanzan una alta concentración ambiental laboral. Otras pueden generar un efecto negativo sobre el organismo y dependerá de la sustancia, la concentración y el tiempo de exposición. Las sustancias emitidas en la degradación del plástico se dividen en productos principales y secundarios.
En las hojas que se entregarán se expondrán todos estos conceptos para cada tipo de plástico.