viernes, 3 de junio de 2011

Poliestireno

Introducción
El poliestireno es un plástico económico y resistente y probablemente sólo el polietileno sea más común en su vida diaria. La cubierta exterior de la computadora que usted está utilizando en este momento probablemente esté hecha de poliestireno, al igual que las maquetas de autos y aviones. El poliestireno también se presenta en forma de espuma para envoltorio y como aislante. Fue obtenido por primera vez en Alemania por la I.G. Faberindustrie, en el año 1930. Es un sólido vítreo por debajo de 100 ºC; por encima de esta temperatura es procesable y puede dársele múltiples formas.

Código de identificación

El número 6 y las siglas PS indican que se trata de poliestireno. El triángulo con flechas indica que se trata de un plástico reciclable (en ningún caso significa que el objeto esté hecho con plástico reciclado)

Estructura y síntesis
A escala industrial, el poliestireno se prepara calentando el etilbenceno en presencia de un catalizador para dar lugar al estireno. La polimerización del estireno requiere la presencia de una pequeña cantidad de un iniciador, entre los que se encuentran los peróxidos, que opera rompiéndose para generar un radical libre. Este se une a una molécula de monómero, formando así otro radical libre más grande, que a su vez se une a otra molécula de monómero y así sucesivamente. Este proceso en cadena finalizará por combinación de dos radicales, sean ambos radicales polímeros o bien radical polímero y otro radical del iniciador, o por abstracción de un átomo de hidrógeno de otra molécula.
Usos del poliestireno y método de moldeo

MÉTODO DE FABRICACIÓN
USOS
Moldeo Por inyección
Juguetes
Carcasas de radio y televisión
Partes del automóvil
Instrumental médico
Menaje doméstico
Tapones de botellas
Contenedores
Moldeo por soplado
Botellas
Contenedores
Partes del automóvil
Extrusión
Películas protectoras
Perfiles en general
Reflectores de luz
Cubiertas de construcción
Extrusión y termoconformado
Interiores de frigoríficos
Equipajes
Embalajes alimentarios
Servicios desechables
Grandes estructuras del automóvil

Diferentes tipos de Poliestirenos

POLIESTIRENO CRISTAL
El producto de la polimerización del estireno puro se denomina poliestireno cristal o poliestireno de uso general (GPPS, siglas en inglés). Es un sólido transparente, duro y frágil. Es vítreo por debajo de 100 ºC. Por encima de esta temperatura es fácilmente procesable y puede dársele múltiples formas.

Estructura





Las unidades repetitivas de estireno conforman el polímero
Peso molecular
El peso molecular promedio del poliestireno comercial varía entre 100.000 y 400.000 g /mol. Cuanto menor es el peso molecular, mayor es la fluidez y por tanto la facilidad de uso del material, pero menor es su resistencia mecánica.
Para conseguir un poliestireno a la vez fluido y resistente se puede acudir a distribuciones bimodales de pesos moleculares.
Ramificación
Las moléculas de poliestireno formadas en los procesos industriales actuales son muy lineales. En laboratorio es posible generar ramificación añadiendo al reactor sustancias como el divinilbenceno o peróxidos tetrafuncionales pero el poliestireno así obtenido es más caro y apenas presenta ventajas frente a sus equivalentes lineales.
Tacticidad
El poliestireno cristal es completamente atáctico; es decir: los grupos fenilo se distribuyen a uno u otro lado de la cadena central, sin ningún orden particular. Por ello se trata de un polímero completamente amorfo (es decir, no cristalino).
Aplicaciones PS cristal
El poliestireno cristal se utiliza también en moldeo por inyección allí donde la transparencia y el bajo costo son importantes. Ejemplos: cajas de CD, perchas, cajas para huevos. Otra aplicación muy importante es en la producción de espumas rígidas, denominadas a veces "poliestireno extruido" o XPS, a no confundir con el poliestireno expandido EPS. Estas espumas XPS se utilizan por ejemplo para las bandejas de carne de los supermercados, así como en la construcción.

CAUCHO SBS
El poliestireno es también un componente de un tipo de caucho duro llamado poli(estireno-butadieno-estireno), o caucho SBS. El caucho SBS es un elastómero termoplástico.

EL POLIESTIRENO DEL FUTURO
Hay una nueva clase de poliestireno, llamada poliestireno sindiotáctico. Es diferente porque los grupos fenilo de la cadena polimérica están unidos alternativamente a ambos lados de la misma. El poliestireno "normal" o poliestireno atáctico no conserva ningún orden con respecto al lado de la cadena donde están unidos los grupos fenilos. 
El nuevo poliestireno sindiotáctico es cristalino, y funde a 270oC. Pero es mucho más costoso. El poliestireno sindiotáctico se obtiene por polimerización catalizada por metalocenos.

POLIESTIRENO DE ALTO IMPACTO HIPS
Se obtiene por polimerizción por radicales libres del monómero estireno, por agregado de caucho polibutadieno a la mezcla. El polibutadieno tiene enlaces dobles en su estructura, capaces de polimerizar. Se obtiene el polibutadieno copolimerizando con el monómero estireno. Copolímero llamado copolímero de injerto. Este es un polímero con cadenas que surgen de él y que son de diferente clase de la cadena principal. En este caso, se trata de una cadena de poliestireno con cadenas de polibutadieno que emergen de ella.
 
Estas cadenas elastómeras colgando de la cadena principal son altamente beneficiosas para el poliestireno. Recuerde que los homopolímeros de polibutadieno y poliestireno no se combinan entre sí. De modo que las ramas de polibutadieno tratan de provocar una separación de fases y forman pequeñas bolitas, como usted ve en la figura de abajo. Pero estas pequeñas bolitas siempre estarán unidas a la fase de poliestireno. Y por lo tanto ejercen un efecto sobre ese poliestireno. Actúan para absorber energía cuando el polímero es golpeado con algo, confiriéndole una resistencia que el poliestireno normal no posee. Esto lo hace más fuerte, no quebradizo y capaz de soportar impactos más violentos, sin romperse como el poliestireno normal. Este material se conoce como poliestireno de alto impacto, o HIPS, según se abreviatura.
Su inconveniente principal es su opacidad, si bien algunos fabricantes venden grados especiales de poliestireno choque translúcido
En la producción de poliestireno choque o de alto impacto, el medio de reacción consiste inicialmente sólo en una fase, una solución de polibutadieno en estireno ("fase PB"). A medida que el estireno va reaccionando, el poliestireno generado empieza a precipitar (a partir de 2% de conversión) y forma así una fase distinta, la "fase PS", que consiste en partículas de poliestireno dispersas en la fase PB. Las partículas de poliestireno van creciendo y siendo cada vez más numerosas hasta que, en cierto momento, ocupan un volumen igual al de la fase PB. A partir de entonces la disposición de las fases se invierte: la fase PS se convierte en el medio continuo y la fase PB pasa a formar partículas en el seno de la fase PS. A este fenómeno se le denomina inversión de fases.

La inversión de fases no es un fenómeno puntual ni instantáneo sino que se desarrolla sobre un intervalo de conversión relativamente amplio. El valor de este intervalo depende de varios parámetros, principalmente el porcentaje de caucho y el grado de injerto. En todo caso, es necesario un cierto grado de agitación en el reactor para que ocurra la inversión de fases; en caso de no hacerse de esta forma, el producto obtenido aparece como una mezcla informe de poliestireno y polibutadieno, sin distinción clara entre las dos fases.
Durante la inversión de fases la viscosidad de la mezcla aumenta de forma notable.
Aplicaciones HIPS
El poliestireno choque se utiliza principalmente en la fabricación de objetos mediante moldeo por inyección. Algunos ejemplos: carcasas de televisores, impresoras, puertas e interiores de frigoríficos, maquinillas de afeitar desechables, juguetes. Según las aplicaciones se le pueden añadir aditivos como por ejemplo sustancias ignífugas o colorantes.

Propiedades

Propiedades mecánicas
Se describen las propiedades del HIPS y el PS cristal
Propiedad
PS cristal
PS alto impacto
Comentarios
Módulo elástico en tracción(GPa)
3,0 a 3,4
2,0 a 2,5

Alargamiento de rotura en tracción (%)
1 a 4
20 a 65
El PS cristal no es nada dúctil
Carga de rotura en tracción (MPa)
40 a 60
20 a 35

Módulo de flexión (GPa)
3,0 a 3,4
1,6 a 2,9
El PS choque es mucho más flexible que el cristal y similar al ABS
Resistencia al impacto Charpy (kJ/m2)
2
3 a 12
El PS cristal es el menos resistente de todos los termoplásticos; el PS choque es intermedio
Dureza Shore D
85 a 90
60 a 75
El PS cristal es bastante duro, similar al policarbonato. El PS choque es similar al polipropileno.


Propiedades térmicas
El poliestireno "compacto" (sin inyección de gas en su interior) presenta la conductividad térmica más baja de todos los termoplásticos. Las espumas rígidas de poliestireno XPS presentan valores aun más bajos de conductividad, incluso menores de 0,03 W / K m, por lo que se suele utilizar como aislante térmico.

Sin embargo, tiene relativamente poca resistencia a la temperatura, ya que reblandece entre 85 y 105ºC (el valor exacto depende del contenido en aceite mineral).

Propiedades ópticas
Mientras que el PS choque es completamente opaco, el PS cristal es transparente. Tiene un índice de refracción en torno a 1,57, similar al del policarbonato y el PVC.
Las mezclas de PS choque y cristal son más translúcidas pero también más frágiles cuanto más PS cristal contienen. Es posible encontrar un compromiso entre ambas propiedades de forma que los objetos fabricados, por ejemplo vasos desechables, sean transparentes a la vez que aceptablemente resistentes.

Propiedades eléctricas
El poliestireno tiene muy baja conductividad eléctrica (típicamente de 10-16 S m-1), es decir, es un aislante. Por sus propiedades suele usarse en las instalaciones de alta frecuencia


POLIESTIRENO EXPANDIDO
BASF y Dow desarrollaron independientemente el poliestireno expandido a principios de los años 1940. El proceso de BASF, basado en el uso de pentano como agente espumante, resultó ser muy superior y en la posguerra pasó a ser el único utilizado industrialmente.
La demanda de poliestireno expandido se disparó a finales de los años 1960 gracias en parte a la invención de extrusoras que permitían la inyección directa de pentano al poliestireno líquido.
El poliestireno expandido, conocido como "corcho blanco", es un plástico bastante frágil y muy sensible a prácticamente todos los disolventes. Está dotado de un excelente comportamiento diélectrico y es de fácil. Se utiliza principalmente en la industria para envases frigoríficos, vasos desechables del tipo térmico o empaques para el uso electrónico, entre otros.

Características y aplicaciones EPS
Envasado y embalado 
El EPS es un material que se utiliza ampliamente en el campo del envasado y embalado de una gran variedad de productos, esto es debido a sus propiedades entre las que destacan su alta capacidad de protección y de aislamiento térmico, así como su ligereza y facilidad de conformado.
ALIMENTACIÓN: Garantiza las máximas garantías de higiene y el mantenimiento de los niveles óptimos de protección térmica.



Electrodomésticos, componentes electrónicos, herramientas y muebles: 
Excelente comportamiento de amortiguación de impactos, además de una buena adaptabilidad de los envases y embalajes.







Productos
Ventajas
Propiedades
Cajas apilables de alimentos. Embalaje de mercadería pesada
Embalajes resistentes a la presión con buena rigidez al doblado y estabilidad de apilado
Resistencia a la presión
Embalajes de mercadería frágil
Acción de amortiguación calculable y por lo tanto, segura
Alta capacidad de amortiguación de golpes
Envases y embalajes para transporte aéreo
Tara baja, invariable y en muchos casos no es necesario tomarla en cuenta
Bajo peso: densidad aparente entre 20 y 30 Kg/m3
Cajas para productos congelados
Alta capacidad de aislamiento térmico. No se vuelve frágil a bajas temperaturas
Reducida conductividad térmica e inalterabilidad al frío
Envases de contacto directo con productos alimenticios
No posee ningún elemento contaminante que afecte el contenido
No permite la proliferación de hongos y bacterias
Embalajes para objetos complicados de superficies no planas
Material versátil, altamente adaptable a las formas más complejas
Libertad de diseño en piezas moldeables
Vasos térmicos
Mantiene la temperatura y la esfervecencia de los líquidos que contiene
Elevado poder aislante y de conservación del gas en las bebidas carbonatadas



El EPS en el sector de la construcción
Tanto en la edificación como en las obras de ingenieria civil, nos encontramos con numerosas aplicaciones del EPS debido a su elevada capacidad de aislamiento térmico, su ligereza, sus propiedades de resistencia mecánica, su adecuado comportamiento frente al agua y resistencia a la difusión del vapor de agua. La utilización del EPS en la construcción aporta además, beneficios medioambientales principalmente derivados de su función de aislante térmico, ya que ahorra energía.






PROCESO DE PRODUCCIÓN
El proceso más utilizado en la actualidad para el poliestireno se basa en la polimerización radical en masa. "Radical" significa que la reacción es iniciada por radicales libres, generados bien térmicamente bien mediante moléculas específicas denominadas iniciadores. "En masa" significa que el medio de reacción está formado esencialmente por estireno y poliestireno, añadiéndose a veces otro hidrocarburo inerte perfectamente miscible con el estireno, a menudo etilbenceno, que sirve para moderar la velocidad de reacción. Las líneas basadas en procesos en emulsión y en solución han quedado anticuadas hoy día, siendo reservadas a la producción de grados de especialidad.
Existen numerosas licencias de proceso de estireno disponibles en el mercado. Se diferencian en detalles tecnológicos que tratan de mejorar tanto la calidad del producto como la productividad del proceso pero en esencia el fondo del proceso es el mismo para todas.

Proceso de producción del poliestireno cristal
Acondicionamiento de las materias primas. Al no estar basado en catalizadores, el proceso del poliestireno puede aceptar concentraciones altas de impurezas en las materias primas, por lo que prácticamente no se realiza purificación de las mismas. Algunas plantas hacen pasar el estireno por un lecho de alúmina para retirar el inhibidor de polimerización.
Reacción. El estireno polimeriza espontáneamente, más rápido cuanto más alta sea la temperatura. Los reactores son en esencia recipientes en los que se fija una temperatura entre 100 y 200ºC y se asegura la homogeneidad mediante agitación. Para acelerar la reacción se pueden añadir también peróxidos, que actúan como iniciadores de polimerización. Existen muchos diseños diferentes de reactor que se diferencian principalmente por la forma de evacuar el calor (por tubos internos o condensador externo), por la distribución de tiempos de residencia (tanque agitado o flujo pistón) y por el tipo de agitación.
Desvolatilización. La conversión en los reactores oscila, según el proceso concreto de que se trate, entre un 60 y un 90%. El estireno no convertido y el etilbenceno son separados del poliestireno en la sección de desvolatilización y recirculados a la alimentación. Aunque los diseños varían según las licencias, la desvolatilización consiste generalmente de uno o varios recipientes vacíos (llamados desvolatilizadores) en los que se aplica alta temperatura y vacío extremo a fin de dejar menos del 0,1% de hidrocarburos residuales en el producto. No obstante, la temperatura no debe superar cierto valor, entre 250 y 300ºC, para no degradar las propiedades del poliestireno.
Purificación del reciclo. El estireno y etilbenceno separados en la desvolatilización (corriente a la que se llama reciclo) contienen gran parte de las impurezas introducidas con las materias primas. En algunas plantas se procede a una purificación del reciclo, bien por destilación en vacío, bien mediante lechos de alúmina. En otras plantas simplemente se purga una parte del reciclo, lo cual permite mantener la concentración de impurezas en el proceso bajo control.
Granulación. En el proceso más frecuente, el poliestireno fundido que sale del desvolatilizador pasa por una hilera de agujeros, formando hilos de pocos milímetros de espesor que son enfriados en un baño de agua, secados y cortados en forma de pequeños cilindros a los que se denomina granza. En otro proceso los hilos se cortan antes de secarlos, con la ventaja de generar menos polvo. Por último, en una pequeña minoría de plantas el cortador está situado directamente dentro del baño de agua, en una configuración idéntica a la utilizada para las poliolefinas por ejemplo.
Expedición. El poliestireno es o bien enviado a silos para ser vendido a granel o bien ensacado y embalado en palet de una tonelada.

Particularidades del proceso del poliestireno choque
El poliestireno choque se produce según un proceso muy similar al del poliestireno cristal, por lo que a continuación sólo se enumeran las diferencias.
La diferencia más obvia es que hay que disolver el caucho (normalmente polibutadieno aunque en ocasiones se utiliza estireno-butadieno) en el estireno antes de alimentarlo a los reactores. Para ello se emplean grandes tanques agitados.
Los reactores pueden tener la misma geometría que los del poliestireno cristal pero su control es mucho más delicado porque los parámetros de la reacción influyen en la morfología de las partículas de polibutadieno (cantidad de partículas, tamaño, forma), lo cual tiene un gran efecto sobre las propiedades mecánicas del producto final.
Por último, la temperatura de desvolatilización también debe ser controlada de forma más fina porque de ella depende la reticulación del polibutadieno, que no debe ser ni excesiva ni insuficiente.

Obtención del poliestireno expandido
Para obtener el EPS se someten los granos de poliestireno a una atmósfera muy disolvente y a una cierta temperatura, con lo que los granos, al absorber el disolvente (pentano), aumentan de volumen convirtiéndose en bolitas blandas llamadas "perlas". Si se introducen estas bolitas en un molde y se someten a un rápido calentamiento, la acción conjunta del gas disolvente y el calor provoca la hinchazón de las perlas y la compresión de las mismas dentro del molde hasta adquirir formas poliédricas y colmar el espacio. Al enfriarse, el poliestireno se ha convertido en un material de constitución globular, elástico y ligero. Otros procedimientos, como la inyección llamada "celular", permite la obtención de piezas en las que la densidad del material es decreciente a medida que se progresa hacia su interior. Este material presenta una buena resistencia mecánica y una apariencia similar a la madera.

RECICLADO DE EPS
A)                Fabricación de nuevas piezas de EPS
Los envases y embalajes ya utilizados pueden triturarse y destinarse a la fabricación de nuevas piezas, de esta forma se fabrican nuevos embalajes con contenido reciclado o planchas para la construcción.
B)               Mejora de suelos
Los residuos de EPS una vez triturados y molidos se mezclan con la tierra para mejorar su drenaje y aireación. También puede destinarse a la aireación de los residuos orgánicos constituyendo una valiosa ayuda para la elaboración del compost, que es un tipo de abono.
C)               Incorporación a otros materiales de construcción
Los residuos tras su molido a diferentes granulometrías, se mezclan con otros materiales de construcción para fabricar ladrillos ligeros y porosos, morteros y enlucidos aislantes, hormigones ligeros,...
D)               Producción de granza de EPS
Los residuos de EPS se transforman fácilmente mediante procesos simples de fusión o sinterizado en el material de partida: poliestireno compacto-PS en forma de granza. Esta granza se utiliza para fabricar piezas sencillas mediante moldeo por inyección (perchas, bolígrafos, carcasas, material de oficina...) o extrusión en placas u otras formas para utilizarse como sustituto de la madera (bancos, postes, celosías...)
E)                Material de relleno
Los EPS se transforman fácilmente en material de relleno para embalajes o rellenos diversos (cojines, peluches...)





Recuperación energética
La recuperación energética es la obtención de energía, normalmente en forma de calor a partir de la combustión de los residuos. Es una opción de gestión de los residuos adecuada para aquellos residuos que no pueden ser reciclados fácilmente.
Para los residuos de EPS "sucios" como las cajas de pescado o semilleros, esta opción de gestión de residuos es adecuada. La combustión del EPS en instalaciones de recuperación energética no produce gases dañinos siempre y cuando que las emisiones se controlen y filtren cuidadosamente.

Vertido
El vertido de los residuos de EPS es el método de gestión de residuos menos aceptable porque implica perder una oportunidad de recuperar recursos valiosos, pero puede destinarse al vertido con total seguridad ya que el material es biológicamente inerte, no tóxico y estable. El EPS no contribuye a la formación del gas metano ni supone ningún riesgo para las aguas subterráneas por su carácter inerte y estable.
Los productos de EPS tienen un alto potencial calorífico, lo que lo convierte en un material idóneo para la recuperación energética.(1Kg de EPS equivale a 1'3 litros de combustible líquido)

20 comentarios:

  1. tal vez tu sepas la respuesta: en los envases de comida de poliestireno expandido , como cajas de helados o embalajes varios, se utiliza el mismo proceso de unir las perlas por calor en un molde o se inyecta de otra manera el material en el molde?

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    1. Hola. Existen dos tipos de poliestireno espumado. El poliestireno expandido (EPS) y el poliestireno extrudado o extruido (XPS). Con ambos pueden obtenerse embalajes. En el proceso de poliestireno expandido, perlas de poliestireno son primeramente preexpandidas mediante un solvente volátil (Ejemplo: pentano) y luego introducidas en un molde donde se realiza la expansión final mediante el aporte de calor. En el proceso de producción de espuma de poliestireno extrudado, el poliestireno en estado fundido es espumado con un agente de soplado (butano) durante el proceso de extrusión para obtener una lámina. La lámina de poliestireno espumado o papel de poliestireno puede ser posteriormente termoformado en forma de bandejas u otro tipo de envase. Es fácil diferenciarlos a simple vista, el XPS tiene una estructura más homogénea mientras que en el EPS se puede ver un conglomerado de bolitas de poliestireno.
      Saludos

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  2. Porque si agregamos 3 toneladas de PS, se combierten en 5 toneladas.
    ¿Porque aumenta su volumen?

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    1. Hola Mariane. No comprendo la pregunta. Dónde lo agregas? A que tipo de poliestireno te refieres?
      Saludos

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  3. hola, me gustaría preguntarte si conoces el proceso para obtener la granza del poliestireno expandido ya utilizado para el proceso de reciclaje. Gracias

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    1. Hola Daylincita. El poliestireno expandido es molido y luego se utiliza una extrusora para obtener los pellets o granza. El extrusor debe tener un sistema de desgasaje que asegure eliminar los gases atrapados en el material.
      Saludos

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  4. Hola es posible en el reciclaje utilizar PP 5 de inyección copopolimero y PS 6 poliestireno proveniente del reciclaje de colgadores de ropa? esto para fabricar palas de plastico para la basura y bases de escobillon? existe compatibilidad? puede generarse diferencia en al contracción.

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    1. El polipropileno y el poliestireno no son compatibles.
      Saludos

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  5. Hola, quería saber qué tipo de tratamientos superficiales se le puede hacer al poliestireno una vez que está creado el objeto?

    Gracias!

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    1. Hola Camila. Existen varios tratamientos que se pueden aplicar sobre el poliestireno. Se puede aplicar algunos tratamientos mecánicos como granallado o impacto con chorro de arena. También se puede efectuar revestimientos o deposición de material como pintura e impresión. Para ello se hace un tratamiento corona sobre el material para aumentar su tensión superficial. Otro tratamiento que se puede hacer es mediante el ataque con solventes.
      Saludos

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  6. Hola que tal,
    Queria saber si es posible manufacturar por medio de inyección los plásticos Poli (butilen-terftalato) y Poliestireno de alto impacto sobre mismas maquinas o si cada uno debe ser moldeado en diferentes procesos. De antemano muchas gracias. Saludos!!

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    1. Hola Javier. Depende de la máquina de inyección utilizada y más específicamente del tornillo de inyección. Si se utiliza un tornillo de propósito general quizás se pueda utilizar para ambos materiales.
      Saludos

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  7. estimado, me gustaría saber si tienes referencias con respecto a protocolos de control de calidad en moldeo de eps, evaluando resistencia, dureza, permeabilidad, etc,,

    si a mayor vapor mayor resistencia o mayor enfriamiento mayor resistencia etcc...

    saludos

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    1. Hola Víctor. Puedes fijarte en el siguiente enlace…
      http://www.tempo-foam.com/engineering/how_foam_expands/melissa_styrochem.ppt
      Saludos

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  8. Alguien me puede conformar que el que una pieza diga PS-EL en este caso EL, es por electrostático?

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    1. Hola Edith. No te lo podría confirmar. No es una nomenclatura habitual EL. Quizás sea una nomenclatura interna de alguna empresa.
      Saludos

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