Grupo 6: Mateo Ballesteros Castro, Juan Diego Izarra Ludeña, Alejandro Rubio Tirado, Alex Yábar Cáceres, Juan Ynga Pino
FIGURA 1: Sin contaminación por plástico. Sustraído de: https://www.republica.com/2018/06/08/815223/ el 16 de setiembre del 2018
INTRODUCCIÓN
En la vida cotidiana, el uso de polímeros es muy común debido a la facilidad que se tiene para conseguirlos y al bajo costo con el que se produce, algunas personas llaman a nuestro tiempo como¨ la era de los polímeros¨, ya que estos son utilizados para diversas funciones dada su capacidad para dar lugar a una diversidad de materiales. Los plásticos, por ejemplo, son polímeros utilizados para la fabricación de artículos estructurales tales como los tubos de PVC, botellas Pet, etc.
Pero, lo cierto es que los polímeros se han utilizado y han tenido importancia desde la prehistoria, y más ahora, nuestra sociedad actual depende en gran medida de los polímeros.
Por ello, en el siguiente artículo ahondaremos acerca de las características de los polímeros: estructura, clasificación, aplicaciones, formas de reciclaje, etc.
DEFINICIÓN
Los polímeros son moléculas con una alta masa molar que están constituidas en forma de cadena por monómeros. Estos monómeros forman enlaces covalentes entre sí y, en gran parte, definen las propiedades del polímero. Entre sus características más importantes se pueden destacar su bajo costo de producción, baja densidad, resistencia y el hecho de que, en su mayoría, puedan ser moldeados para tener, esencialmente, cualquier forma que se necesite. Ejemplos de objetos fabricados a partir de polímeros son las botellas de plástico, el caucho, la silicona, el vinilo y la mayoría de muebles (en forma de celulosa). Actualmente, las actividades económicas y modo de vida de las personas están muy fuertemente influenciadas por el uso de polímeros, especialmente el plástico, ya que, debido a que muchos de estos son descartables, permiten aumentar la velocidad con que se realizan actividades como la limpieza o la alimentación. Sin embargo, la mayoría de polímeros tardan mucho en degradarse de forma natural, por lo que son altamente contaminantes y, a largo plazo, crean más dificultades para de las que solucionan.
ESTRUCTURA QUÍMICA Y FÍSICA DE LOS POLÍMEROS
Como se mencionó previamente, los polímeros están compuestos por monómeros que están unidos por enlaces covalentes y cuya organización usualmente se repite, en algunos casos como una sucesión constante de un solo monómero o como una secuencia ordenada de monómeros. Sin embargo, es posible encontrar polímeros en los que los monómeros son diferentes, pero no tienen ningún orden o, en los que los monómeros son distintos, pero no están en secuencia, sino, agrupados los del mismo tipo. Estos, si tienen una estructura que se repite, pueden ser representados colocando esta estructura entre corchetes y con un subíndice que indica cuántas veces se repite. Por ejemplo, la imagen mostrada representa una forma de representar el polietileno.
FIGURA 2: Forma de expresar el polietileno. Sustraído de: http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/82-polimeros.html el 16 de setiembre del 2018
CLASIFICACION SEGÚN SU ORIGEN
Hay tres tipos de polímeros clasificados por su origen, encontramos los naturales o biopolímeros, semisintéticos y sintéticos.
LOS POLÍMEROS NATURALES O BIOPOLÍMEROS: se encuentran en la naturaleza, formando parte de los seres vivos como la celulosa, el almidón, el colágeno, la seda, etc.
LOS POLÍMEROS SEMISINTÉTICOS: obtenidos mediante la transformación de un polímero natural como el caucho vulcanizado, nitrocelulosa, etc.
LOS POLÍMEROS SINTÉTICOS: que son aquellos fabricados en laboratorios o en procesos de producción en industrias como el nylon, la baquelita, el PVC y el teflón.
NOTA: Tanto los polímeros naturales como los sintéticos están formados por los mismos componentes, sin embargo, la diferencia es el método de obtención de ellos.
FIGURA 3: Caucho. Sustraído de: https://adiccionalaquimica.files.wordpress.com/2012/04/cauchoooo.jpg el 16 de setiembre del 2018
FIGURA 4: Caucho vulcanizado. Sustraído de: https://adiccionalaquimica.files.wordpress.com/2012/04/imagen8.jpg el 16 de setiembre del 2018
CLASIFICACION SEGÚN SU ESTRUCTURA
Se clasifica en 4 tipos: Lineales, ramificados, entrecruzados y reticulados.
LINEALES: Formado por monómeros difuncionales, además, se puede notar que es un polímero lineal ya que se observa que todos los átomos de carbono se encuentran en la cadena principal. Ejemplo: Polietileno
FIGURA 5: Estructura lineal. Sustraída de: https://adiccionalaquimica.files.wordpress.com/2012/04/alternada1.png el 16 de setiembre del 2018
RAMIFICADOS: Formado por monómeros trifuncionales, también se puede notar que hay grupos voluminosos fuera de la cadena principal. Ejemplo: Poliestireno (PS)
FIGURA 6: Estructura ramificada. Sustraída de: https://adiccionalaquimica.files.wordpress.com/2012/04/rami.jpg el 16 de setiembre del 2018
ENTRECRUZADOS: Cadenas lineales adyacentes unidas linealmente con enlaces covalentes.
FIGURA 7: Estructura entrecruzada. Sustraída de: https://adiccionalaquimica.files.wordpress.com/2012/04/bla.png el 16 de setiembre del 2018
RETICULADOS: Cadenas ramificadas entrelazadas en el espacio.
FIGURA 8: Estructura reticulada. Sustraída de: https://adiccionalaquimica.files.wordpress.com/2012/04/ree.png el 16 de setiembre del 2018
CLASIFICACION POR SU COMPORTAMIENTO TERMICO
Por su comportamiento térmico los polímeros pueden ser: termoplásticos o termoestables
Polímeros termoplásticos:
Al calentarse se ablandan lo que causa una facilidad para moldearlos, y una vez enfriados se endurecen en un proceso físico reversible. Por ejemplo: la botella PET, polietileno, etc.
FIGURA 9: Ejemplar de botella. Sustraído de: https://indumel.pt/producto/garrafa-pet-1000ml-quadrada/?lang=es el 16 de setiembre del 2018
Polímeros termoestables:
Tienen enlaces cruzados y al calentarse se descomponen químicamente, mas no se ablandan. Por ejemplo: el caucho natural, baquelita (usado para la fabricación de asas de ollas), etc.
CLASIFICACION SEGÚN LA UNION DE SUS MONOMEROS
Cuando el polímero está formado por un único monómero este se denomina homopolímero. En general si se poseen dos tipos de monómeros diferentes al polímero formado se le llama copolímero. Tomando en cuenta el orden en el que se encuentran los dos monómeros se puede obtener un copolímero alternado, en bloque o al azar. En el primer caso los monómeros de un solo tipo se ubican uno detrás del otro, en el copolimero en bloque los monómeros de un solo tipo se encuentran en una zona determinada de la molécula, al igual que los monómeros de otro tipo, en el orden al azar no hay un orden determinado para los monómeros componentes dentro de la estructura.
Los copolimeros son de gran utilidad pues conservan las propiedades de ambos monómeros en su estructura.
FIGURA 10: Homopolimero. Sustraído de: http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/82-polimeros.html el 16 de setiembre del 2018
FIGURA 11: Copolimero. Sustraído de: http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/82-polimeros.html el 16 de setiembre del 2018
TIPOS DE POLIMERIZACIÓN
Primero se debe definir qué es la polimerización. Este es el grupo de procesos (reacciones químicas) en el cual un monómero iniciador activa a otro monómero comenzando una reacción en cadena la cual forma un polímero final. Estos se clasifican en:
Polimerización radical:
Para que esta se produzca será necesario que el monómero iniciador posea radicales libres, es decir, que este contenga electrones desapareados, para que ellos reaccionen con el monómero de la resina para formar el polímero producto.
Al llamarse radical se le puede relacionar químicamente a un proceso muy inestable y con gran capacidad de reacción por poseer electrones libres, lo cual también genera una desventaja. Este tipo de polimerización se caracteriza por producirse en tres etapas:
- Iniciación de la reacción
- Crecimiento de cadena
- Terminación de la cadena
Los polímeros producto de una polimerización radical dependen mucho de la temperatura y puede generarse deformaciones en los productos.
Polimerización iónica:
Ocurre un proceso similar al anterior solo que ahora el iniciador es un ion (monoatómico o poliatómico) en el cual una de sus zonas poseerá una carga positiva o negativa por la falta o exceso de electrones. Por el tipo de carga que presenta el ion el proceso será aniónico o catiónico.
Esta polimerización requiere menor gasto de energía química que la polimerización radical, no depende de la temperatura en demasía y se necesitaran agentes exteriores para la terminación de la cadena.
USOS Y APLICACIONES
La lista de los usos del plástico es larguísima; sin embargo, en esta sección se presentará algunos plásticos cuyas aplicaciones son de alta importancia o frecuentes en la vida del ser humano.
Para identificar a los tipos de plásticos, a nivel mundial, se utiliza el Código de identificación de plástico (Resin identification code o RIC en inglés). Se trata de una serie de símbolos que aparecen en los productos plásticos que identifican la resina del plástico del que está hecho.
El polietileno (PE) es el plástico más usado debido a su bajo precio y simplicidad de producción, generando así aproximadamente 80 millones de toneladas anuales en todo el mundo. A pesar de que existen diferentes variedades del polietileno y por ende, diversos productos fabricados, los principales productos creados son las bolsas de todo tipo (supermercados, boutiques, panificación, congelados, industriales, etc.), los envases de botellas (tereftalato de polietileno o PET), revestimientos aislantes o productos de limpieza doméstica.
Otro plástico de similar importancia es el polipropileno (PP). A diferencia del polietileno, este plástico tiene la propiedad de soportar temperaturas más altas. Ejemplo de lo anterior es la utilización de PP en la fabricación de contenedores de alimentos. El polipropileno también se usa para la obtención de depósitos de combustibles, envases, artículos domésticos o en una gran diversidad de piezas de automóviles como parachoques.
El poliestireno es otro plástico que, gracias a su facilidad de uso, es usado a escala mundial. Sin embargo, al no soportar temperaturas tan altas (se deforma cerca a los 100°C), este plástico es utilizado en la fabricación de artículos de uso común, por ejemplo: carcasas de televisores, impresoras, puertas e interiores de frigoríficos, cajas de CD’s o incluso chalecos salvavidas, gracias a su propiedad de flotar en el agua.
Finalmente, el policloruro de vinilo (PVC) se caracteriza por ser dúctil y tenaz y presentar estabilidad en sus dimensiones, además de su resistencia al ambiente. Es por eso que su uso principal es en el rubro de la edificación y construcción. Este material puede ser utilizado en el revestimiento y marcos de ventanas, en el cableado eléctrico o en la creación de las tuberías de agua. Además, puede ser utilizado en los suelos de lugares de poco tránsito, como laboratorios; es llamado piso vinílico en esta aplicación.
FIGURA 12: Ejemplo de tubos de PVC. Sustraída de: https://rivemsaj.com/producto/tubos-pvc-desague/ el 16 de setiembre del 2018
RECICLAJE
El proceso de reciclaje del plástico se define como el proceso de la reutilización del plástico desechado en productos útiles. Ya que la mayoría de plásticos son no-biodegradables, el reciclaje es un esfuerzo global por eliminar el flujo de plástico en las corrientes marinas, ya que aproximadamente 8 millones de toneladas de plástico desechado entra a los océanos cada año.
El reciclaje puede darse a nivel del hogar, reutilizando los envases o desechos plásticos para darles un segundo uso. Por ejemplo, la mayoría de plásticos domésticos, principalmente botellas, se vuelven a reciclar para su reutilización como envases. Una tendencia en los últimos años es reutilizar estas botellas como decoración hogareña o como herramientas de simplificación económicas.
Para el reciclaje a gran escala, el proceso más común y utilizado es el proceso mecánico.
Comienza con la acumulación de los residuos plásticos, que pueden ser obtenidos por residuos sólidos urbanos o residuos sobrantes de procesos industriales. Las etapas básicas de este reciclaje son la trituración del plástico, el lavado y graneado, donde se homogeniza el material y se procede a cortarlos en pequeños trozos.
Una vez terminado el proceso, los granos se funden y se reutilizan en formas de láminas o en forma de piezas huecas.
Otra forma de reciclaje industrial es el reciclaje químico, que se basa en la degradación de los materiales plásticos mediante calor o utilizando catalizadores, hasta el punto en que solo queden moléculas sencillas llamadas monómeros. A partir de estos, se podrían conseguir otros tipos de plásticos. A pesar de que esta técnica no es tan utilizada, es la que posee mayor potencial en reciclado, ya que se pueden obtener plásticos de la misma calidad que los originales.
Las empresas utilizan, para la fabricación posterior al reciclado de plástico, el código de resina proporcionado por la empresa de embalaje. Dependiendo del tipo de plástico utilizado en el proceso de reciclaje, se destina hacia diferentes sectores que utilizarán el nuevo producto.
FIGURA 13: Sustraída de: https://ovacen.com/como-hacer-una-maquina-para-reciclar-plastico/ el 16 de setiembre del 2018
POSTURA E INICIATIVA
En los últimos años ha crecido la preocupación a nivel global por la contaminación que se realiza a diario a causa de los polímeros plásticos y del incorrecto uso de los mismos. Estos son altamente contaminantes y son de los compuestos que más tiempo demoran en desintegrarse. Es por este motivo que la Organización de las Naciones Unidas y sus divisiones enfocadas en el ambiente hacen un llamado a todos los ciudadanos a tomar iniciativa frente a este problema y así reducir la contaminación. Este año el Día Mundial del Ambiente se centró en este problema, exhortando a los asistentes a comprender la importancia y a adoptar medidas en contra del uso desmedido de plásticos desechables. Desde ese día se presentó la iniciativa para que cada persona pueda observar su entorno y presentar su propio proyecto, es con este motivo que en esta oportunidad se presenta uno que se pueda utilizar en nuestro entorno universitario.
Esta idea consiste en algo tan cotidiano que incluso se cree ya implementado, pero aún podemos ver dentro de la universidad los tachos de basura llenos de botellas y bolsas. Ante este fenómeno debemos de comprender que el problema de los polímeros plásticos no es el uso de los mismos si no su falta de reciclaje, pues si bien lo más fácil es tirarlos, estos también pueden ser reutilizados cuantas veces se pueda y se quiera. También se debe reducir la venta de plásticos dentro de la universidad, ya que a pesar de que los comedores implementan platos y cubiertos no descartables, los vasos si lo son así como también los recipientes en los que viene la comida vendida por estudiantes. Por otro lado, están las cafeterías dentro del campus que venden bebidas con tapas de plástico, sorbetes de plástico y hasta recipientes de alimentos de plástico. En las máquinas expendedoras las botellas son de plástico y estas no son reutilizadas.
Con todos estos ejemplos podemos decir que a pesar de que la universidad tiene distintas iniciativas para reducir la contaminación, distintas entidades y los alumnos en general aún producen y compran muchos desechos plásticos. No se usan los tachos de basura correspondientes para cada residuo lo cual hace aún más difícil el trabajo de reciclar este tipo de contaminantes. Lo que proponemos es que se prohíba la venta de productos en recipientes plásticos dentro del campus y también generar la conciencia que la ONU pretende invitando a los alumnos a crear iniciativas que reduzcan el uso y promuevan el reciclaje de los plásticos.
REFERENCIAS
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Chang, R. (1939). Química. Doceava edición.
Cedrón, J., landa, V. y Robles, J. (2011). Química General. Material de enseñanza. Recuperado el 16 de setiembre del 2018.
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Townsend, T. (2015, 12 de febrero) “Eight million tonnes of plastic are going into the ocean each year”. The Conversation.
American Chemistry Council (21 de julio del 2011).“Plastic Packaging Resins” (PDF). Recuperado: el 16 de setiembre del 2018.
Gonzáles, R. (30 de mayo del 2012). Métodos y aplicaciones del reciclado de plásticos.
Strong, A. (2005) Plastics: Materials and Processing. Prentice Hall. pp. 36–37, 68–72.
European Bioplastics e.V. (2015). Mechanical recycling. Berlin.