Poliestireno expandidoEl Poliestireno Expandido (EPS) se define técnicamente como:
"Material plástico celular y rígido fabricado a partir del moldeo de perlas preexpandidas de poliestireno expandible o uno de sus copolímeros, que presenta una estructura celular cerrada y rellena de aire".
La abreviatura EPS deriva del ingles Expanded PolyStyrene. Este material es conocido también como Telgopor o Corcho Blanco.

Historia En 1831 un líquido incoloro, el estireno, fue aislado por primera vez de una corteza de árbol. Hoy día se obtiene mayormente a partir del petróleo.
El poliestireno fue sintetizado por primera vez a nivel industrial en el año 1930. Hacia fines de la década del 50, la firma BASF (Alemania) por iniciativa del Dr. F. Stastny, desarrolla e inicia la producción de un nuevo producto: poliestireno expandible, bajo la marca Styropor. Ese mismo año fue utilizado como aislante en una construcción dentro de la misma planta de BASF donde se realizó el descubrimiento. Al cabo de 45 años frente a escribanos y técnicos de distintos institutos europeos, se levantó parte de ese material, y se lo sometió a todas las pruebas y verificaciones posibles. La conclusión fue que el material después de 45 años de utilizado mantenía todas y cada una de sus propiedades intactas.

Propiedades y características poliestireno expandido Densidad Los productos y artículos terminados en poliestireno expandido se caracterizan por ser extraordinariamente ligeros aunque resistentes. En función de la aplicación las densidades se sitúan en el intervalo que va desde los 10kg/m3 hasta los 35kg/m3.
Color El color natural de poliestireno expandido es blanco, esto se debe a la refracción de la luz.
Resistencia mecánica La densidad del material guarda una estrecha relación con las propiedades de resistencia mecánica. Los gráficos a continuación muestran los valores alcanzados sobre estas propiedades en función de la densidad aparente de los materiales de poliestireno expandido.
Aislamiento térmico Los productos y materiales de poliestireno expandido presentan una excelente capacidad de aislamiento térmico. De hecho, muchas de sus aplicaciones están directamente relacionadas con esta propiedad: por ejemplo cuando se utiliza como material aislante de los diferentes cerramientos de los edificios o en el campo del envase y embalaje de alimentos frescos y perecederos como por ejemplo las cajas de pescado.
Esta buena capacidad de aislamiento térmico se debe a la propia estructura del material que esencialmente consiste en aire ocluido dentro de una estructura celular conformada por el poliestireno. Aproximadamente un 98% del volumen del material es aire y únicamente un 2% materia sólida (poliestireno), siendo el aire en reposo es un excelente aislante térmico.
La capacidad de aislamiento térmico de un material está definida por su coeficiente de conductividad térmica que en el caso de los productos de EPS varía, al igual que las propiedades mecánicas, con la densidad aparente.
Comportamiento frente al agua y vapor de agua. El poliestireno expandido no es higroscópico, a diferencia de lo que sucede con otros materiales del sector del aislamiento y embalaje. Incluso sumergiendo el material completamente en agua los niveles de absorción son mínimos con valores oscilando entre el 1% y el 3% en volumen (ensayo por inmersión después de 28 días).
Al contrario de lo que sucede con el agua en estado líquido el vapor de agua sí puede difundirse en el interior de la estructura celular del EPS cuando entre ambos lados del material se establece un gradiente de presiones y temperaturas.
Estabilidad dimensional. Los productos de EPS, como todos los materiales, están sometidos a variaciones dimensionales debidas a la influencia térmica. Estas variaciones se evalúan a través del coeficiente de dilatación térmica que, para los productos de EPS, es independiente de la densidad y se sitúa en los valores que oscilan en el intervalo 5-7 x 10 -5 K -1 , es decir entre 0,05 y 0,07 mm . por metro de longitud y grado Kelvin.
A modo de ejemplo una plancha de aislamiento térmico de poliestireno expandido de 2 metros de longitud y sometida a un salto térmico de 20 º C experimentará una variación en su longitud de 2 a 2,8 mm .
Estabilidad frente a la temperatura. Además de los fenómenos de cambios dimensionales por efecto de la variación de temperatura descritos anteriormente el poliestireno expandido puede sufrir variaciones o alteraciones por efecto de la acción térmica.
El rango de temperaturas en el que este material puede utilizarse con total seguridad sin que sus propiedades se vean afectadas no tiene limitación alguna por el extremo inferior (excepto las variaciones dimensionales por contracción). Con respecto al extremo superior el límite de temperaturas de uso se sitúa alrededor de los 100ºC para acciones de corta duración, y alrededor de los 80ºC para acciones continuadas y con el material sometido a una carga de 20 kPa.
Comportamiento frente a factores atmosféricos. La radiación ultravioleta es prácticamente es el único factor que reviste importancia. Bajo la acción prolongada de la luz UV, la superficie del EPS se torna amarillenta y se vuelve frágil, de manera que la lluvia y el viento logran erosionarla. Dichos efectos pueden evitarse con medidas sencillas, en las aplicaciones de construcción con pinturas, revestimientos y recubrimientos.
Propiedades químicas del poliestireno expandidoProducción de poliestireno expandidoUsos y Aplicaciones del poliestireno expandidoReciclado del poliestireno expandido
Copolímeros y Terpolímeros
A continuación se citaran los copolímeros y terpolímeros de mayor aplicación en la industria:
SAN
Copolímero de estireno-acrilonitrilo en los que el contenído de estireno varía entre 65 y 80 %. Estos materiales tienen buena resistencia a los aceites lubricantes, a las grasas y a las gasolinas.
Asimismo, tiene mejores propiedades de impacto, tensión y flexión, que los homopolímeros del estireno. Los copolímeros son transparentes, pero con un ligero color amarillo que se vuelve más oscuro a medida que aumenta el contenido en acrilonitrilo. Al mismo tiempo mejora la resistencia química, la resistencia al agrietamiento ambiental y la resistencia térmica al aimentar el porcentaje en acrilonitrilo.
El SAN se usa cuando se requieren partes rígidas, con buena estabilidad dimensional y buena resistencia térmica, por ejemplo, en partes de las máquinas lavaplatos y en piezas para radios u televisores.
Se lo emplea en grandes cantidades en la industria alimenticia. los copolímeros con 30 % estireno y 70 % acrilonitrilo, son excelentes barreras contra el oxígeno, el CO2 y la humedad.
ABS
Terpolímero acrilonitrilo-butadieno-estireno. Son materiales heterogéneos formados por una fase homogénea rígida y una elastomérica.
Originalmente se mezclaban emulsiones de los dos polímeros de SAN y polibutadieno. La mezcla era coagulada para obtener ABS.
Ahora se prefiere polimerizar estireno y acrilonitrilo en presencia de polibutadieno. De esa manera, una parte del estireno y del acrilonitrilo se copolimerizan formando SAN y otra porción se injerta sobre las moléculas de polibutadieno.
El ABS se originó por la necesidad de mejorar algunas propiedades del poliestireno de alto impacto. Este material tiene tres desventajas importantes:
Baja temperatura de ablandamiento.
Baja resistencia ambiental.
Baja resistencia a los agentes químicos.
La incorporación del acrilonitrilo en la fase continua, imparte mayor temperatura de ablandamiento y mejora considerablemente la resistencia química. Sin embargo, la resistencia ambiental se vuelve todavía menor, pero este problema se resuelve empleando aditivos. Las propiedades del ABS son suficientemente buenas para varias aplicaciones:
- Artículos moldeados,
-Artículos extruidos.
Copolímeros estireno-butadieno.
éstos son los hules sintéticos que han sustituído practicamente en su totalidad al natural, en algunas aplicaciones como las llantas para automóviles.
Los hules sintéticos contienen 25 % de estireno y 75 % butadieno; sus aplicaciones incluyen en oreden de importancia:
Llantas,
Espumas,
Empaques,
Suelas para zapatos,
Aislamiento de alambres y cables eléctricos,
Mangeras.
Los copolímeros de estirenio-butadieno con mayor contenido de batadieno, hasta de 60 %, se usan para hacer pinturas y recubrimientos ahulados. Para mejorar la adhesividad, en ocasiones se incorpora el ácido acrílico o los ésteres acrílicos, que elevan la polaridad de los copolímeros.
Otros copolímeros del estireno.
MBS. Se obtienen injertando metacrilato de metilo o mezclas de metacrilato y estireno, en las cadenas de un hule de estireno-batadieno.
Acrílicos. Copolímeros de metacrilato-butilacrilato-estireno o de metacrilato-hexilacrilato-estireno.
Otros copolímeros importantes del estireno, se realizan polimerizando en suspensión, estireno en presencia de divinil-benceno, para obtener materiales entre cruzados, que por sulfonación y otras reacciones químicas se convierten en las conocidas resinas de intercambio iónico.
Poliestireno de alto impacto.
Para hacer este material, se dispersa un elastómero en una matríz que puede ser de poliestireno o de algunos de sus copolímeros. Las variables importantes de la fase continua son:
Distribución de pesos moleculares.
Composición, cuando se trata de un copolímero.
Las variables importantes de la fase elastomérica son:
Número, tamaño, distribución de tamaños y formas de las partículas dispersadas.
Composición, si es un copolímero.
Grado de entrecrusamiento en el elastómero.
Existen dos procedimientos para obtener poliestireno de alto impacto:
Mezclar poliestireno directamente con el elastómero.
Mezclar estireno, el elastómero, el catalizante y el acelerante y se produce la polimerización.
CPE.
Los polietilenos clorados se obtienen clorando polietileno de alta densidad con 30 % a 40 % de cloro. Tiene baja cristalinidad y baja temperatura de transición vítrea. Un nivel de cloro del 36 % resultó experimentalmente para un buen balance al impacto-dispersabilidad-procesabilidad.
EVA.
Copolímero del etileno y acetato de vinilo con 30 % a 50 % del acetato, posee propiedades elastoméricas.
Lubricantes.
Los lubricantes mejoran la procesabilidad de los polímeros, realizando varias importantes funciones.
Reducen la fricción entre las partículas del material, minimizando el calentamiento friccional y retrasando la fusión hasta el punto óptimo.
Reducen la viscocidad del fundido promoviendo el buen flujo del material.
Evitan que el polímero caliente se pegue a las superficies del equipo de procesamiento.
A los lubricantes se los clasifican en:
Lubricantes externos, que son los que reducen la fricción entre las moléculas del polímero y disminuyen la adherencia polímero metal.
Ceras parafínicas, con pesos moleculares entre 300 y 1500, y temperaturas de fusión entre 65 a 75 °C. Las lineales son más rígidas, por su mayor cristalinidad. En las ramificadas, la cristalinidad es menor y los cristales más pequeños.
Ceras de polietileno, son polietilenos de muy bajo peso molecular, ligeramente ramificadas, con temperaturas de fusión de 100 a 130 °C. Son más efectivas que las parafinas.
Ceras tipo éster, se trata de glicéridos obtenidos de cebos y contienen ácidos grasos con 16 a 18 átomos de carbono. El más importante es el triesterato.
Los lubricantes internos y las amidas de los ácidos también se emplean con este fin.
Temperatura de transición vítrea
Generalidades.
A temperaturas altas, los polímeros se vuelven líquidos muy viscosos en los que las cadenas están constantemente en movimiento cambiando su forma y deslizándose unas sobre las otras. A temperaturas muy bajas, el mismo polímero serpia un sólido duro, rígido y frágil.
El polímero puede solidificarse formando un sólido amorfo o uno cristalino. Como se sabe los polímeros con fuertes irregularidades en su estructura tienden a formar sólidos amorfos y los polímeros con cadenas muy simétricas tienden a cristalizar, por lo menos parcialmente.
La línea ABCD corresponde a un polímero completamente amorfo. A temperaturas altas está en forma de un líquido viscoso, y al enfriarlo, se vuelve cada vez más elástico hasta que llega a la temperatura de transición vítrea, Tg, se convierte en un sólido duro, rígido y frágil. Lo que sucede es que, conforme disminuye la temperatura, el polímero se contrae porque las cadenas se mueven menos y se atraen más. Dado que va disminuyendo el volumen libre, es decir, los espacios entre las moléculas, los segmentos de las cadenas tienen cada vez menos lugar para girar, hasta que al llegar a Tg, dejan de hacerlo, el material se pone rígido y en esas condiciones se vuelve vítreo, es decir frágil, porque como sus cadenas aunque todavía vibran ya no pueden girar para cambiar su posición, y no tienen manera de amortiguar los impactos. A esta restricción del movimiento molecular también contribuye por supuesto, la falta de suficiente energía debida a las bajas temperaturas.
Evidentemente, el estado vítreo lo alcanzan diferentes polímeros a diferentes temperaturas. Los que sean más flexibles, con menos grupos voluminosos o con eteroátomos en sus cadenas, podrán girar o permanecer flexibles a temperaturas menores que los otros. Por ejemplo, los silicones, el polietileno y el hule natural tienen temperaturas de transición vítrea de -123, -120 y -73 °C respectivamente. En cambio, polímeros con grupos grandes o grupos muy polares o polarizables, tienen de por sí tan baja movilidad que son vítreos a temperatura ambiente y para reblandecerlos se requiere de altas temperaturas.
La línea ABEF se refiere al polímero semicristalino. En este caso existen dos transiciones: una, cuando cristaliza el polímero al enfriarlo (Tm) y la otra cuando el material elástico resultante se vuelve vítreo (Tg).
Entre Tm y Tg, los cristalitos están embebidos en una matriz más o menos elástica y el material es correoso, pero abajo de Tg los cristales están dispersos en una matriz frágil.
Las propiedades mecánicas de los polímeros también cambian con la temperatura y en la gráfica del módulo de elasticidad con la temperatura se aprecian las mismas transiciones.
Abajo de Tg, el material es un sólido vítreo de gran rigidez, que se manifiesta por altos módulos que generalmente alcanzan los 106 psi. la única deformación posible se debe al estiramiento y doblamiento de los enlaces covalentes que unen a los átomos en la cadena, y al estiramiento de los enlaces intermoleculares. Esta deformación no es permanente ni puede ser muy pronunciada.
A temperaturas superiores a Tg, la deformación es más extensa y más dependiente del tiempo, porque las moléculas ya tienen mayor libertad y cambian continuamente su forma y hasta cierto punto su posición. La aplicación del esfuerza tiende a orientar a las moléculas en favor de configuraciones que tiendan a hacer trabajo. Por ejemplo, un esfuerzo de tensión extiende a las moléculas y las orienta en la dirección del esfuerzo aplicado porque así se produce una elongación de la muestra.
Si la temperatura es mayor, pero muy cercana a Tg, la deformación es prácticamente reversible y se debe al reordenamiento de segmentos cortos de las cadenas.
Entre Tg y Tm, el material es huloso porque las cadenas están enmarañadas y eso dificulta su movimiento.
A temperaturas cercanas a Tm y mayores, las cadenas poliméricas ya se deslizan y separan causando flujo viscoso irreversible. El material se comporta como un líquido muy viscoso.
Un polímero parcialmente cristalino, generalmente tiene mayor resistencia mecánica que el mismo material con estructura amorfa. La mayor resistencia o mayor módulo se debe al gran número y espaciamiento regular de los espacios intermoleculares en las estructuras cristalinas. En los polímeros amorfos, el número de estas interacciones es menos y su espaciamiento es errático, así que al aplicarles esfuerzos, muchas secciones del polímero se extienden o deforman libremente.

Factores cinéticos que controlan la cristalización.
La velocidad de cristalización de los polímeros depende de factores cinético que afectan la capacidad de los segmentos de cadena, para acomodarse en sus posiciones dentro de la red cristalina.
Esos factores son:
1. Flexibilidad de las moléculas.
2. Condiciones de la cristalización.

1. Flexibilidad de las moléculas.
Para que un polímero cristalice, sus moléculas deben tener suficiente elasticidad, es decir, la movilidad necesaria para colocarse en posiciones precisas durante el proceso de cristalización.
Uno de los polímeros con cadenas más flexibles es el polietileno, cuyos segmentos giran fácilmente y eso explica la gran tendencia a cristalizar.
Para apreciar esto, usaremos una proyección en la que imaginamos ver un segmento de dos carbonos, a lo largo del eje mayor de la cadena
Cuando los átomos de carbono giran, llegan a quedar eclipsados y en esa posición, la repulsión entre ellos es máxima.
Cuanto mayor es el tamaño de los átomos o grupos químicos y mayor es su polaridad, más fuerte es la repulsión, más se dificulta el giro y menos flexible es la molécula.
En el polietileno todos los sustituyentes son átomos de hidrógenos y aunque desde luego se repelen, su tamaño es pequeño y las moléculas de polietileno son bastante flexibles, lo cual le permite cristalizar con facilidad, especialmente cuando no tienen ramificaciones, como en el caso del polietileno d alta densidad.
En cambio, en el policloruro de vinilo, uno de los sustituyentes es cloro, átomo de gran tamaño y alta polaridad. La resistencia al giro de los segmentos es muy grande, y el PVC es un polímero rígido con grado de cristalinidad que rara vez sobrepasa el 20 %.

Estructuras químicas que influyen sobre las cadenas polímeras.
Enlaces dobles;
Grupos aromáticos;
Heteroátomos en el esqueleto;
Grupos alquílicos.
a) Enlaces dobles. Los enlaces unidos por la doble ligadura no pueden girar, pero en cambio los segmentos de cadena que le siguen gozan de gran movilidad, precisamente porque los carbonos del doble enlace tienen un sustituyente menos, que si se trata de enlaces sencillos.
Esto explica la gran flexibilidad de los hules de isopreno o del butadieno, que tienen dobles enlaces en sus cadenas.
La presencia de enlaces dobles conjugados imparte rigidez a las moléculas de los polímeros, como le ocurre al PVC cuando se degrada por pérdida de ácido clorhídrico; El PVC degradado es más rígido.
b) Grupos aromáticos. Los anillos bencénicos producen rigidez en las moléculas y a veces evitan la cristalización y en otros casos la reducen.
El polietileno atáctico, por ejemplo es completamente amorfo.
Esto no necesariamente es un defecto. Cuando se desea transparencia en un polímero, se selecciona uno amorfo, y el poliestireno tiene precisamente esta cualidad.
Cuando los grupos aromáticos forman parte del esqueleto, en vez de estar colgando de él, y cuando su colocación es simétrica, el material puede tener alta cristalinidad, a lo cual ayuda una elevada polaridad, como en el caso del polietilentereftalato.
Las cualidades de alta polaridad y alta cristalinidad (cohesividad), son esenciales para que un polímero forme buenas fibras. Sólo así tendrá la resistencia tensil que se requiere.
3) Heteroátomos en el esqueleto. Heteroátomos son los átomos que no son de carbono. Por ejemplo, en el caso de que en la cadena central halla átomos de azufre o de oxígeno.
— CH2— O— CH2— — CH2— S— S— CH2—
Las cadenas son muy flexibles, porque los heteroátomos no tienen sustituyentes que obstaculicen el giro de los segmentos que le siguen.
El enlace más flexible que se conoce, por lo menos de los que existen en polímeros, es el de silicio — oxígeno.
— Si— O— Si— .
Por eso los silicones forman materiales tan flexibles y retienen esa flexibilidad a temperaturas hasta 100 °C bajo cero.
d) Grupos alquilos. Los grupos metílicos del propileno, estorban mucho para el giro de los segmentos y obligan a la molécula a tomar una forma helicoidal, en la que se minimizan las interacciones de estos grupos metilos con otros átomos de la molécula de polipropileno.
Sin embargo, esto no impide la cristalización del polipropileno cuando de trata del isotáctico o del sindotáctico. La consecuencia es una densidad muy baja (0,91) por el espacio libre que queda dentro de la hélice.
Si los grupos alquílicos son de mayor tamaño, las moléculas adyacentes se separan, dejando entre ellas mayor volumen libre y los polímeros se vuelven más flexibles, con menor temperatura de fusión y bajas densidades.
Pero cuando esas cadenas laterales alcanzan longitudes considerables, con 10 a 12 átomos de carbono, y no tienen ramificaciones, vuelve a ser posible la cristalización por el ordenamiento de esas cadenas laterales, ya sea dentro de la propia molécula o entre moléculas adyacentes.

2. Condiciones de la recristalización.
El efecto de la temperatura sobre la cristalización de los polímeros es conflictivo. Por una parte, se requieren temperaturas altas para impartir a las moléculas poliméricas suficiente energía cinética (movilidad) y que puedan acomodarse en la red cristalina. Pero sólo a bajas temperaturas van a permanecer en forma estable en los cristales.
El balance entre esas dos condiciones produce una velocidad máxima de cristalización a una temperatura intermedia.

Factores que determinan el grado de cristalinidad.
Influencia de la cristalinidad sobre las propiedades.
Existen dos factores estructurales que favorecen la cristalización en los polímeros.
La regularidad de la estructura molecular hace posible que las moléculas se acomoden en una red cristalina.
La polaridad de las moléculas aumenta la atracción entre cadenas adyacentes y, en consecuencia, la atracción que tiende a colocarlas ordenadamente en el cristal y mantenerlas firmemente en él.

1) Regularidad estructural.
a) Simetría: la presencia de anillos de fenileno en una cadena puede dar origen a tres distintas estructuras.
De ellas, la primera es la de mayor simetría y representa un polímero más cristalino que los otros.
b) Número par vs. Número non de átomos de carbono entre grupos funcionales: en el caso de las poliamidas y de los poliésteres, cristalizan mejor los materiales con número par de carbonos entre grupos amídicos o grupos éster respectivamente y cuanto mayor es la cristalinidad, más alto es el punto de fusión.
Cuando el número es par, las cadenas son asimétricas
c) Tacticidad: los polímeros isotácticos y los sindiotácticos tienen regularidad estructural y son cristalinos, mientras que los atácticos son amorfos.
Los polímeros isotácticos y los sindiotácticos tienen mayor cristalinidad, mayor resistencia mecánica, mayor densidad, más alta temperatura de fusión, son más resistentes a la acción de los disolventes, y poseen menor transparencia, en comparación con los mismos materiales en la variedad atáctica.
d) Configuración CIS vs. TRANS: existen dos tipos de hule natural que provienen del isopreno.
Hay dos configuraciones posibles.
La primera se llama configuración CIS y así es el hule de la hevea y el de Guayule que se caracterizan por su flexibilidad y su elasticidad, la cual deben en parte a su estructura CIS, que es irregular y les impide cristalizar.
En cambio, la configuración TRANS, con gran regularidad estructural, está presente en el hule de gutapercha, que es cristalino, mucho menos elástico, con alta dureza, por lo que se lo emplea como cubierta de pelotas de golf.
e) Ramificaciones: El ejemplo más claro de las ramificaciones sobre el grado de cristalinidad es el polietileno, del cual hay básicamente tres variedades, las cuales se muestran en el cuadro siguiente.
Polietileno
Cristalinidad
%
Densidad
gramos/cm3
Punto de fusión
°C
Alta densidad
80 — 95
0,94 a 0,97
hasta 135
Baja densidad
50 — 75
0,91 a 0,93
105 — 110
Lineal de baja
densidad
70 — 90
0,92 — 0,95
110 — 125
El polietileno de alta densidad, se fabrica a presiones bajas, utilizando los catalizadores de Ziegler— Natta o los de óxido de cromo o de molibdeno apoyados en óxidos de aluminio.
El polietileno de baja densidad se obtiene por radicales a presiones muy altas: 1.5000 a 3.000 atmósferas. Tanto éste como el de alta densidad, son homopolímeros del etileno y la diferencia entre ellos es la cantidad y el tipo de ramificaciones.
El polietileno de alta densidad, fabricado por los catalizadores de Ziegler— Natta, tiene pocas cadenas laterales de dos carbonos y el que se hace con los catalizadores a base de óxidos metálicos es prácticamente lineal, y es el de mayor densidad.
En cambio, el polietileno de baja densidad tiene muchas ramificaciones: 25 a 30 grupos CH3 por cada 1.000 carbonos, varias cadenas de de C4 y algunas de mayor tamaño.
Estas ramificaciones dificultan la aproximación de las cadenas y su colocación ordenada, disminuyendo el grado de cristalinidad, dejando grandes espacios entre las cadenas y por ello el material tiene mayor densidad. Por lo mismo, las fuerzas de atracción entre cadenas adyacentes no pueden actuar plenamente y, al ser menor la fuerza de cohesión, el calor separa con mayor facilidad las cadenas y el polímero se reblandece a menor temperatura, tiene menor rigidez, mejor resistencia al impacto y mayor transparencia y flexibilidad que el de alta densidad.
El polietileno lineal de baja densidad se separa por copolimerización del etileno CH2=CH2 con a olefinas, empleando catalizadores de Ziegler— Natta o los catalizadores de óxido de cromo a temperaturas y presiones moderadas.
Las a olefinas más empleadas son:
Propileno;
1 buteno;
4 metil 1 penteno;
1 octeno.
El polietileno lineal de baja densidad tiene ramificaciones del mismo tamaño y esto le imparte suficiente regularidad estructural para un grado de cristalinidad bastante alto, pero con baja densidad.
La ventaja del polietileno lineal sobre el ramificado de igual densidad es su mayor rigidez, que permite hacer películas más delgadas con propiedades mecánicas comparables. El ahorro en material compensa el mayor del polietileno lineal de baja densidad.
f) El peso molecular: Los grupos químicos que se encuentran en los extremos de las cadenas, no son iguales que el resto de las unidades estructurales y le restan regularidad a la estructura.
También tienen mayor movilidad, puesto que están unidos a la cadena de un solo lado.
Estos dos factores interfieren en la cristalización. Como los polímeros de bajo peso molecular tienen una alta concentración de extremos, también tienen, en general, una baja cristalinidad.
Por otra parte, los polímeros de muy alto peso molecular tienen dificultad para cristalizar, debido a que las cadenas muy largas se enmarañan más.
La consecuencia de todo esto es que para cada polímero, hay un intervalo intermedio de pesos moleculares en que el grado de cristalinidad es máxima.
g) Copolimerización: La copolimerización por lo general destruye la regularidad estructural y baja el grado de cristalinidad a lo menos de que se trate de copolímeros alternados.
La copolimerización se usa industrialmente para reducir la temperatura de fusión de poliésteres y poliamidas que se usan en adhesivos de fusión en caliente (hot melts.).
Otro caso es el de cloruro de vinilo — acetato de vinilo, un copolímero mucho más flexible que el PVC, y que se emplea para hacer discos fonográficos.
h) Plastificantes: Los plastificantes son sustancias que se agregan a los polímeros para impartirles mayor flexibilidad. Los más comunes son los ftalatos como el DOP.
Si se incorpora un plastificante a un polímero cristalino, se reduce la cristalinidad, se vuelve más flexible y se reblandece a menor temperatura.
El plastificante actúa como un separador de las cadenas.

2. Polaridad.
Ya hemos visto que se requiere regularidad estructural para que haya cristalinidad en los polímeros. A demás si las fuerzas polares entre átomos y grupos químicos en moléculas adyacentes son suficientemente altas, las fuerzas que favorecen la ordenación serán mayores y los cristales retendrán su identidad a mayores temperaturas. En consecuencia, la temperatura de fusión está relacionada con la polaridad de los polímeros, como se aprecia en la siguiente serie de polímeros cristalinos de polaridad creciente.

Polímeros
Temperatura de fusión °C
Polietileno alta densidad
135
Polimetilmetacrilato isotáctico
160
policloruro de vinilideno— (CH2— CCl2)—
198
Nylon
La solubilidad de los polímeros, es decir, su interacción con disolventes de varios tipos, es la forma más común de evaluar la polaridad de las moléculas poliméricas.
Cuando se trata de moléculas pequeñas puede medirse la densidad de energía cohesiva (DEC) de los líquidos, en esta forma:

DEC = Calor molar de vaporización Volumen de un mol de líquido.
Esta cantidad depende de la magnitud de las fuerzas de atracción intermoleculares, que se oponen a la vaporización.
En el caso de los polímeros, la densidad de energía cohesiva se mide indirectamente, puesto que no se les puede vaporizar. Se aprovecha la circunstancia de que los líquidos sólo disuelven substancias con polaridad muy similar a la de ellos.
La raíz cuadrada de la densidad de energía cohesiva, es el parámetro de solubilidad d :

Este parámetro expresa la afinidad entre la sustancias y solamente hay solubilización si las d de ellas tienen valores que no difieren más de una o dos unidades.
Un valor alto del parámetro de solubilidad indica una alta polaridad. Los datos de las tablas que se muestran a continuación, a demás de indicar la polaridad de las diferentes sustancias, sirven para saber cuáles líquidos pueden usarse para disolver cada polímero.
Disolvente
δ
n-Hexano (éter de petroleo)
7.3
éter dietílico
7.4
n-octano
7.6
metil-ciclohexano
7.8
di-isopropil-cetona
8.0
aguarrás (α y β pineno)
8.1
ciclohexano
8.2
metil-isobutil-cetona
8.4
dipenteno
8.5
tetracloruro de carbono
8.6
piperidina
8.7
xileno
8.8
tolueno
8.9
1,2-dicloropropano
9.0
acetato de etilo
9.1
benceno
9.2
cloroformo
9.3
tetracloroetano
9.4
tetralina
9.5
carbitol
9.6
cloruro de metileno
9.7
dicloro etileno
9.8
ciclohexanona
9.9
dioxano
9.9
acetona
10.0
Piridina
10.9
Nitroetano
11.1
n-butanol
11.4
Isopropanol
11.5
n-propanol
11.9
Dimetlformaldehida
12.1
Ácido acético glacial
12.6
Etanol
12.7
Cresol
13.3
Ácido fórmico
13.5
Metanol
14.5
Glicerol
16.5
Agua
23.4
Polímero
δ
Polietileno
7.9 a 8.1
Polipropileno
7.9
Hule estireno-butadieno (25% E)
8.1 a 8.54
Poli-isopreno (hule natural)
7.9 a 8.35
Polibutadieno
8.4 a 8.4
Poliestireno
8.5 a 9.7
Policloropreno (neopreno)
9.2 a 9.4
Hule nitrilo (25% acrilonitrilo)
9.2 a 9.5
Acetato de polivinilo
9.4
Polimetilmetacrilato
9.0 a 9.5
Policloruro de vinilo (PVC)
9.4 a 9.7
Policarbonato
9.5
Policloruro de vinilideno
9.8
Polietilentereftalato
10.7
Acetato de celulosa
11.35
Resinas epóxidas
11.0
Nylon 66
13.6
Poliacrilonitrilo
15.4
Ejemplos de Polímeros
A continuación se encuentra una tabla con los nombres y las estructuras de las moléculas de algunos de los principales polímetros sintéticos.

Nombre
Fórmula
Polietileno
Polipropileno
Poliuretano
Cloruro de polivinilo Poli(cloruro de vinilo)(PVC)
Poliestireno
Poliacrilato de metilo
Polimetacrilato de metilo
poli(4,4’-isopropilidendifenol carbonato(lexan)
Polioximetileno
Nylon
Poli(sulfuro de fenileno)
Plásticos
Orígenes de los Plásticos
El término Plástico, en su significación mas general, se aplica a las sustancias de distintas estructuras y naturalezas que carecen de un punto fijo de ebullición y poseen durante un intervalo de temperaturas propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones. Sin embargo, en sentido restringido, denota ciertos tipos de materiales sintéticos obtenidos mediante fenómenos de polimerización o multiplicación artificial de los átomos de carbono en las largas cadenas moleculares de compuestos orgánicos derivados del petróleo y otras sustancias naturales.
La definición enciclopédica de plásticos reza lo siguiente:
Materiales poliméricos orgánicos (los compuestos por moléculas orgánicas gigantes) que son plásticos, es decir, que pueden deformarse hasta conseguir una forma deseada por medio de extrusión, moldeo o hilado. Las moléculas pueden ser de origen natural, por ejemplo la celulosa, la cera y el caucho (hule) natural, o sintéticas, como el polietileno y el nylon. Los materiales empleados en su fabricación son resinas en forma de bolitas o polvo o en disolución. Con estos materiales se fabrican los plásticos terminados.
Etimología
El vocablo plástico deriva del griego plastikos, que se traduce como moldeable. Los polímeros, las moléculas básicas de los plásticos, se hallan presentes en estado natural en algunas sustancias vegetales y animales como el caucho, la madera y el cuero, si bien en el ámbito de la moderna tecnología de los materiales tales compuestos no suelen encuadrarse en el grupo de los plásticos, que se reduce preferentemente a preparados sintéticos.
El primer plástico se origina como resultado de un concurso realizado en 1860, cuando el fabricante estadounidense de bolas de billar Phelan and Collander ofreció una recompensa de 10.000 dólares a quien consiguiera un sustituto aceptable del marfil natural, destinado a la fabricación de bolas de billar. Una de las personas que compitieron fue el inventor norteamericano Wesley Hyatt, quien desarrolló un método de procesamiento a presión de la piroxilina, un nitrato de celulosa de baja nitración tratado previamente con alcanfor y una cantidad mínima de disolvente de alcohol. Si bien Hyatt no ganó el premio, su producto, patentado con el nombre de celuloide, se utilizó para fabricar diferentes objetos detallados a continuación. El celuloide tuvo un notable éxito comercial a pesar de ser inflamable y de su deterioro al exponerlo a la luz.
El celuloide se fabricaba disolviendo celulosa, un hidrato de carbono obtenido de las plantas, en una solución de alcanfor y etanol. Con él se empezaron a fabricar distintos objetos como mangos de cuchillo, armazones de lentes y película cinematográfica. Sin éste, no hubiera podido iniciarse la industria cinematográfica a fines del siglo XIX. Puede ser ablandado repetidamente y moldeado de nuevo mediante calor, por lo que recibe el calificativo de termoplástico.
En 1909 el químico norteamericano de origen belga Leo Hendrik Baekeland (1863-1944) sintetizó un polímero de interés comercial, a partir de moléculas de fenol y formaldehído. Este producto podía moldearse a medida que se formaba y resultaba duro al solidificar. No conducía la electricidad, era resistente al agua y los disolventes, pero fácilmente mecanizable. Se lo bautizó con el nombre de baquelita (o bakelita), el primer plástico totalmente sintético de la historia.
Baekeland nunca supo que, en realidad, lo que había sintetizado era lo que hoy conocemos con el nombre de copolímero. A diferencia de los homopolímeros, que están formados por unidades monoméricas idénticas (por ejemplo, el polietileno o el polipropileno), los copolímeros están constituidos, al menos, por dos monómeros diferentes.
Otra cosa que Baekeland desconocía es que el alto grado de entrecruzamiento de la estructura molecular de la baquelita le confiere la propiedad de ser un plástico termoestable, es decir que puede moldearse apenas concluida su preparación. En otras palabras, una vez que se enfría la baquelita no puede volver a ablandarse. Esto la diferencia de los polímeros termoplásticos, que pueden fundirse y moldearse varias veces, debido a que las cadenas pueden ser lineales o ramificadas pero no presentan entrecruzamiento.
Entre los productos desarrollados durante este periodo están los polímeros naturales alterados, como el rayón, fabricado a partir de productos de celulosa.
Evolución de los plásticos
Los resultados alcanzados por los primeros plásticos incentivaron a los químicos y a la industria a buscar otras moléculas sencillas que pudieran enlazarse para crear polímeros. En la década del 30, químicos ingleses descubrieron que el gas etileno polimerizaba bajo la acción del calor y la presión, formando un termoplástico al que llamaron polietileno (PE). Hacia los años 50 aparece el polipropileno (PP).
Al reemplazar en el etileno un átomo de hidrógeno por uno de cloruro se produjo el cloruro de polivinilo (PVC), un plástico duro y resistente al fuego, especialmente adecuado para cañerías de todo tipo. Al agregarles diversos aditivos se logra un material más blando, sustitutivo del caucho, comúnmente usado para ropa impermeable, manteles, cortinas y juguetes. Un plástico parecido al PVC es el politetrafluoretileno (PTFE), conocido popularmente como teflón y usado para rodillos y sartenes antiadherentes.
Otro de los plásticos desarrollados en los años 30 en Alemania fue el poliestireno (PS), un material muy transparente comúnmente utilizado para vasos, potes y hueveras. El poliestireno expandido (EPS), una espuma blanca y rígida, es usado básicamente para embalaje y aislante térmico.
También en los años 30 se crea la primera fibra artificial, el nylon. Su descubridor fue el químico Walace Carothers, que trabajaba para la empresa Dupont. Descubrió que dos sustancias químicas como el hexametilendiamina y ácido adípico, formaban polímeros que bombeados a través de agujeros y estirados formaban hilos que podían tejerse. Su primer uso fue la fabricación de paracaídas para las fuerzas armadas estadounidenses durante la Segunda Guerra Mundial, extendiéndose rápidamente a la industria textil en la fabricación de medias y otros tejidos combinados con algodón o lana. Al nylon le siguieron otras fibras sintéticas como por ejemplo el orlón y el acrilán.
En la presente década, principalmente en lo que tiene que ver con el envasado en botellas y frascos, se ha desarrollado vertiginosamente el uso del tereftalato de polietileno (PET), material que viene desplazando al vidrio y al PVC en el mercado de envases.
Características Generales de los Plásticos
Los plásticos se caracterizan por una relación resistencia/densidad alta, unas propiedades excelentes para el aislamiento térmico y eléctrico y una buena resistencia a los ácidos, álcalis y disolventes. Las enormes moléculas de las que están compuestos pueden ser lineales, ramificadas o entrecruzadas, dependiendo del tipo de plástico. Las moléculas lineales y ramificadas son termoplásticas (se ablandan con el calor), mientras que las entrecruzadas son termoendurecibles (se endurecen con el calor).
Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las formas más diferentes. Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones, otras, globos, etc. Algunas se asemejan a las escaleras de mano y otras son como redes tridimensionales.
La mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas.
Lo que distingue a los polímeros de los materiales constituidos por moléculas de tamaño normal son sus propiedades mecánicas. En general, los polímeros tienen una muy buena resistencia mecánica debido a que las grandes cadenas poliméricas se atraen. Las fuerzas de atracción intermoleculares dependen de la composición química del polímero y pueden ser de varias clases. Las más comunes, denominadas Fuerzas de Van der Waals
Tipos de polímeros
Concepto y clasificación
Un polímero (del griego poly, muchos; meros, parte, segmento) es una sustancia cuyas moléculas son, por lo menos aproximadamente, múltiplos de unidades de peso molecular bajo. La unidad de bajo peso molecular es el monómero. Si el polímero es rigurosamente uniforme en peso molecular y estructura molecular, su grado de polimerización es indicado por un numeral griego, según el número de unidades de monómero que contiene; así, hablamos de dímeros, trímeros, tetrámero, pentámero y sucesivos. El término polímero designa una combinación de un número no especificado de unidades.
Si el número de unidades es muy grande, se usa también la expresión gran polímero.
Moldeado, Inyección, Extrusión
Artículos Termoplasticos
Procedimientos De Elaboración
A partir de los polímeros y de acuerdo con el tipo de artículo que se desea confeccionar se emplean distintos procedimientos, siendo los principales:
Moldeo por inyección
Moldeo por extrusión
Moldeo por soplado
Moldeo por vacío
Calandrado
1) Moldeo por inyección
Un émbolo o pistón de inyección se mueve rápidamente hacia adelante y hacia atrás para empujar el plástico ablandado por el calor a través del es­pacio existente entre las paredes del cilindro y una pieza recalentada y situada en el centro de aquél. Esta pieza central se emplea, dada la pequeña conductividad térmica de los plásticos, de forma que la superficie de calefacción del cilindro es grande y el espesor de la capa plástica calentada es pequeño. Bajo la acción combinada del calor y la presión ejercida por el pistón de inyección, el polímero es lo bastante fluido como para llegar al molde frío donde toma forma la pieza en cuestión. El polímero estará lo suficiente fluido como para llenar el molde frío. Pasado un tiempo breve dentro del molde cerrado, el plástico solidifica, el molde se abre y la pieza es removida. El ritmo de producción es muy rápido, de escasos segundos
2) Moldeo por extrusión
En el moldeo por extrusión se utiliza un transportador de tornillo helicoidal. El polímero es transportado desde la tolva, a través de la cámara de calenta­miento, hasta la boca de descarga, en una co­rriente continua. A partir de gránulos sólidos, el polímero emerge de la matriz de extrusión en un estado blando. Como la abertu­ra de la boca de la ma­triz tiene la forma del producto que se desea obtener, el proceso es continuo. Posteriormente se corta en la medida adecuada.
Extrusión de film tubular
En esto proceso se funde polietileno de baja densidad. El fundido es extruído a través de una matriz anular. Se introduce aire inflando el tubo del polímero extruído para formar una burbuja del diámetro requerido, la que es en­friada por una corriente de aire. El film es arrastrado por un par de rodi­llos que aplastan la burbuja manteniendo así el aire empleado para inflar la burbuja dentro de ella.
3) Moldeo por insuflación de aire
Es un proceso usado para hacer formas huecas (botellas, recipientes). Un cilindro plástico de paredes delgadas es extruído y luego cortado en el largo que se desea. Luego el cilindro se coloca en un molde que se cierra sobre el polímero ablandado y le suprime su parte inferior cortándola. Una corriente de aire o vapor es insuflado por el otro extremo y expande el material hasta llenar la cavidad. El molde es enfriado para el fraguado.
4) Moldeo por vacío
Mediante este proceso se comprime una chapa de resina termoplástica ablandada por el calor contra un molde frío. La chapa toma y conserva la forma del molde. Este méto­do se emplea para revestimientos interiores (puertas de heladeras, gabinetes, etc.)
5) Calandrado
El proceso se emplea para la fabricación de chapas y películas plásticas. Consiste en pasar un polímero convertido en una masa blanda entre una serie de rodillos calentados. A medida que el polímero pasa a través de los rodillos se forma" un producto uniforme. El último par do rodillos se ajustan para dar el espesor deseado. El sistema de rodi­llos de enfriamiento da a las cha­pas o películas su estructura molecular permanente.
Artículos Termorrígidos
1) Moldeo por compresión
Se emplean polímeros termorrígidos. Una vez comenzado el calentamiento, un plástico termorrígido continúa endureciéndose. En el moldeado por compresión, el material se coloca en el molde abierto. Un taco calen­tado aplica suficiente calor y presión para ablandar el polímero termorrígido y llenar la cavidad del molde. La temperatura del taco y de la cavidad del molde puede ser de hasta 149 C y la presión de Las cadenas del polímero se entrecruzan rápidamente y el plástico se endurece tomando su forma permanente, pudiendo ser retirado del molde.

2) Modelado de laminados
El modelado para chapas se emplea para los laminados empleándose telas u otros materiales impregnados. El material se impregna en la resina, se calienta y se hace entrar a presión en el molde. Mantenidos en posi­ción bajo la acción del calor y la presión, los materiales se funden formando una densa y sólida masa en forma de lámina.
Proceso de Fundición
En este proceso no se requiere calor ni presión.
El plástico fluido se vierte en un molde, o el polímero sólido que puede ser licuado mediante solventes o catalizadores.
En la fundición, el polímero se coloca en un molde y se solidifica por una reacción química llamada Vulcanización. Si el plástico se solidifica por el añadido de ciertos catalizadores, se dice que está vulcanizado.
El equipo y los moldes necesarios para el proceso son de bajo costo.
Proceso de Lecho fluidificado
Luego tenemos un interesante proceso, particularmente útil para cubrir una gran variedad de artículos con una capa o envoltura de plástico de grosor bastante uniforme. La pieza metálica a cubrir se calienta en un horno a temperatura superior al punto de fusión del polímero que se va a aplicar. Una vez calentada, se sumerge de inmediato en un recipiente lleno de partículas de polímero en polvo que se tornan, "fluidas" mediante el aire introducido por un soplete o fuelle desde la parte inferior del recipiente.
Como la temperatura del metal es superior al punto de fusión del plástico, enseguida empieza a formarse una capa sobre el metal caliente. El grosor de esa capa está determinado por el tiempo durante el cual la parte metá­lica queda sumergida en la masa esponjosa de polvo. Cuando se ha obtenido el grosor que se desea, la pieza se retira y luego se hace pasar por un horno para la fusión final del polímero.
El secreto de obtener una buena capa fluidificada es el chorro de aire a baja presión dirigido hacia arriba a través del polímero pulverizado, para conservar al material en estado esponjoso. Con la debida presión de aire, la masa esponjosa de polvo se com­porta como un líquido, facilitando la inmersión del metal calentado en el lecho fluidificado y obteniendo así una capa uniforme.
Muchos tipos de objetos metálicos reciben capas de plástico uniformes y completas sumergiéndolas a temperaturas superiores al punto de fusión del plástico. Artículos como canastos de alambre para lavaplatos, carritos para hacer compras, complejas chapas metálicas estampadas, quedan totalmente cubiertas y embellecidas por el proceso de Lecho fluidificado. La capa obtenida queda libre de gotas o imperfecciones similares y rincones no cubiertos, como sucede comúnmente cuando se pintan.