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Introduccin - Degradacin trmica de los plsticos

Fecha de Publicación: 24/5/2013

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

De todos los ciclos industriales son los de transformacin de los plsticos 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 polmeros (transformacin, degradacin), son diferentes a las halladas en los procesos de sntesis.

Es por este motivo que intentaremos entregar hojas de diferentes tipos de plsticos en donde se podr encontrar. El tipo de material, composicin y caracterstica del mismo, diferentes aditivos que posea, procesos de transformacin de dicho material y sus temperaturas de trabajo, degradacin trmica del plstico y la toxicidad de los productos emitidos en dicha degradacin.

A fin de poder aclarar algunos puntos definiremos algunos conceptos.

Plsticos:

Los plsticos se llaman de esta manera porque en alguna etapa de su fabricacin o en su utilizacin tienen propiedades plsticas.
Los plsticos son materiales orgnicos (basados en la qumica del carbono).
Los plsticos son materiales sintticos.
Los plsticos son polmeros de elevado peso molecular. Son molculas gigantes formadas por numerosas unidades (monmero) combinados en agregados muy grandes.

Monremo:

Unidad secuencial o molcula unitaria que se repite n veces para dar el polmero final.

Homopolmero:

Polmero formado por la repeticin de un mismo monmero.

Copolmero:

Polmero formado por ms de un monmero base.

Oligmeros y Prepolmeros:

Sustancias inestables, miembros inestables de una serie homloga de polmeros formados, por su descomposicin interna (oligmeros) o por las etapas iniciales de sntesis del polmero final (prepolmero).

Terpolmero:

Polmero formado por al menos tres monmeros distintos.

Aleaciones de Polmeros:

Mezcla de composicin definida de polmeros ya conformados y de distinto tipo o familia. La estabilidad de una aleacin de polmeros depende las propiedades degradables de los polmeros de origen.

Plsticos, Elastmeros y Fibras:

Nombres genricos para designar los principales materiales derivados de la utilizacin de polmeros. Los plsticos incluyen el mayor nmero de estos materiales. Los elastmeros tiene propiedades elsticas sometidos a baja tensin a temperatura ambiente. Las fibras se caracterizan por su pequeo tamao.

Plstico Termoplstico:

Plstico susceptible de ser termodeformado con posibilidad de recuperacin posterior.

Plstico Termorgido:

Plstico que por accin trmica o fotoqumica se deforma o altera sin posibilidades de recuperacin posterior.

Extrusin:

Tcnica de transformacin de un plstico. Consiste en forzar o hacer avanzar el material mediante un pistn o tornillo a travs de un cilindro terminado en hilera o tornillo.

Moldeo por Compresin:

Tcnica de transformacin de un plstico. Consiste en introducir el material en un recipiente caliente abierto, cerrndolo posteriormente mediante una prensa hidrulica.

Moldeo por Inyeccim:

Tcnica de transformacin de un plstico. Consiste en llenar una cavidad de un molde con el material en estado semipastoso o fundido sometindolo a alta presin.

Moldeo por Soplado:

Tcnica de transformacin de un plstico. Consiste en dirigir un fluido a presin de la masa del material fundido obligndolo a recubrir las paredes de un molde con objeto de obtener un cuerpo hueco.

Aditivos - Estabilizantes:

Aditivos que evitan o retardan la descomposicin y degradacin de un plstico bajo la accin del calor o de la luz. Protegen al plstico durante su puesta en servicio como en su procesamiento.

Aditivos - Plastificantes:

Sustancias lquidas o slidas de naturaleza orgnica y baja presin de vapor, destinadas a favorecer las propiedades fsicas de los plsticos. Algunos plastificantes son disolventes de polmeros pero no es regla general.

Antioxidantes:

El oxgeno junto al calor y la luz ejerce un importante efecto en la degradacin de un plstico, por tal motivo muchos estabilizantes son tambin antioxidantes. Los antioxidantes son lbiles frente al calor. Se descomponen formando sustancias voltiles y al mismo tiempo dejan desprotegido al plstico sometido a altas temperaturas.

Aditivos - Lubricantes:

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

Aditivos - Cargas:

La presencia de sustancias de relleno en la composicin de un plstico es variable. Estos aditivos tienen un fin de aprovechamiento econmico, aumento del peso final, pero igualmente le dan cuerpo y fortaleza al material comportndose de algn modo como estabilizante.

Aditivos - Pigmentos:

Las granzas (forma de granulacin que puede tomar un polmero para su manipulacin) suele ser un producto no coloreado. Para obtener un color definido debe someterla a un proceso de pigmentacin, el que se da antes del proceso transformacin.

Aditivos - Antiestticos:

Durante su trabajo un plstico puede acumular cargas electrostticas que llegan a ejercer una fuerza de atraccin sobre el polvo y partculas logrando que se depositen sobre la superficie.

Transformacin, Procesos y Temperaturas:

En todos los procesos de transformacin se debe tener conocimiento de las maquinarias y temperaturas empleadas. Son tres los mtodos de calentamiento empleados. Calefaccin con resistencia, calentamiento dielctrico y calentamiento por induccin.
Si bien muchas veces el proceso de transformacin transcurre en un intervalo muy corto de tiempo, la temperatura alcanzada es suficiente para que comience la descomposicin del plstico. Por otro lado existe la emisin de contaminantes en forma de gases, vapores y humo de sustancias voltiles.

Datos de Degradacin Trmica:

Durante la fabricacin, los polmeros se mantienen estables frente a la influencia de condiciones externas. Los mismos presentan poca alteracin si se guardan en la oscuridad y a temperatura ambiente. Por el contrario, en los procesos de transformacin, estn sujetos a temperaturas elevadas (por lo general mayores a 150C) y a fuerzas mecnicas destructivas.
En la degradacin de un plstico se forman tres fracciones de productos.

  • sustancias voltiles a temperatura ambiente y de tamao molecular anlogo o menor al del monmero original. Se recogen en forma de gases, vapores y se pueden analizar detalladamente.
  • Sustancias voltiles a la temperatura de degradacin trmica, pero no voltiles a temperatura ambiente. Entre estas sustancias aparecen polmeros fraccionados, de estructuras desconocida, semejante a los oligmeros.
  • Residuo no voltil slido duro a temperatura ambiente de consistencia resinosa o en forma de polvo, por lo general no soluble en agua, cidos, bases y disolventes orgnicos y de gran estabilidad trmica. Es un producto siempre presente y difcil de eliminar.

Datos de Combustin a Corto Trmino:

Muchos polmeros, al igual que otros compuestos orgnicos, son capaces, al estar prximos a una fuente de ignicin externa, de provocar, en atmsfera de aire o en contacto con otro comburente, una combustin autosostenida, an cuando la fuente de ignicin externa a sido alejada, ha cesado, o ha sido eliminada.
Si durante la combustin, el calor desarrollado es suficiente para elevar la temperatura y se emiten gases y vapores inflamables, el proceso se activa, con la formacin de llamas y propagacin de fuego.
La combustin de un plstico depende de la propagacin de las sustancias que entran en su composicin, no solo los polmeros, muchos aditivos, como los plastificantes pueden provocar una reaccin de combustin.
Cuando se habla de combustin de plsticos hay dos trminos que son utilizados; LOI (ndice de oxgeno limitado) y la temperatura de ignicin.

LOI:

Relacin porcentual entre la cantidad de oxgeno necesaria para mantener la combustin despus de producirse la ignicin y la masa total de gas existente en la atmsfera.
Temperatura de ignicin: valor de temperatura a la cual el calor desarrollado por influencia de la fuente de ignicin y de factores ambientales (temperatura exterior y la falta de ventilacin del local) puede ser suficiente para provocar la combustin de un slido.
Adems de estos dos trminos, se tiene en cuenta las sustancias (gases y vapores) emitido, teniendo en cuenta las partculas slidas presentes en la combustin, especialmente el holln.
A fin de bajar la inflamabilidad de un plstico se incorporan las resinas, son aditivos que no desaparecen por evaporacin ni por la limpieza con agua otros disolventes.

Toxicidad de Productos Emitidos:

Gran cantidad de sustancias emitidas en la combustin de los plsticos son, aunque molestas, inofensivas para el hombre, sino alcanzan una alta concentracin ambiental laboral. Otras pueden generar un efecto negativo sobre el organismo y depender de la sustancia, la concentracin y el tiempo de exposicin. Las sustancias emitidas en la degradacin del plstico se dividen en productos principales y secundarios.
En las hojas que se entregarn se expondrn todos estos conceptos para cada tipo de plstico.