POLIESTIRENO
Definición
Se designa con las siglas PS. Estructuralmente, es una cadena larga de carbono e hidrógeno, con un grupo fenilo unido cada dos átomos de carbono. Es producido por una polimerización vinílica de radicales libres a partir del monómero de estireno. A temperatura ambiente, el poliestireno es un sólido termoplástico, que puede ser derretido a altas temperaturas para moldearlo por extrusión y después resolidificarlo.
El monómero utilizado como base en la obtención del poliestireno es el estireno (vinilbenceno):
La formula del poliestireno es:
Tipos de poliestireno
Debido a las diferentes propiedades que presentan los poliestirenos y que permiten la producción de diversidad de artículos para varios usos, se distinguen dos tipos básicos de resinas de poliestireno.
- Poliestireno de uso general o Poliestireno cristal (GPPS)
- Poliestireno de alto impacto (HIPS)
El poliestireno de uso general o cristal se puede obtener por medio de tres procesos: polimerización en masa, suspensión y solución, el más utilizado es la polimerización en masa, ya que presenta una aparente simplicidad y proporciona un polímero de alta calidad. A partir de este polímero se obtienen otras variedades de poliestireno, como el expansible, que es obtenido por polimerización en suspensión del estireno en presencia de agentes soplantes y a partir de él se obtienen las espumas aislantes.
El Poliestireno de alto impacto, es un poliestireno modificado con un elastómero, generalmente butadieno. Este se puede obtener por reacción o mezcla física entre poliestireno y polibutadieno. Es más fuerte, no quebradizo y capaz de soportar impactos más violentos sin romperse. El grado de resistencia al impacto está en función del contenido de polibutadieno. Puede ser procesado por los métodos de inyección, soplado y termoformado.
Características generales
Dentro de las propiedades que presentan estos compuestos, se encuentran:
- Color transparente (sólo el GPPS, el HIPS es blancuzco opaco)
- Baja resistencia al impacto (aunque algunos grados de HIPS llamados SHIPS alcanzan resistencias al impacto que les hace competitivos con resinas de ingeniería para partes que no demandan demasiadas propiedades de resistencia)
- Muy baja elongación
- Buen brillo
- Liviano
- Puede ser procesado en un amplio rango de temperaturas
- Elevada fuerza de tensión
- Resistente a químicos inorgánicos y al agua
- Soluble en hidrocarburos aromáticos y purificados
- Propiedades eléctricas sobresalientes
- Densidad 1050 kg/m 3
- Conductividad eléctrica (σ ) 10-16 S/m
- Conductividad térmica 0.08 W/(m·K)
Proceso de producción
El proceso mediante el cual se produce el poliestireno es la polimerización; que consiste en la unión de muchas moléculas pequeñas para lograr moléculas muy grandes
A escala industrial, el poliestireno se prepara calentando el etilbenceno (C8H10) en presencia de un catalizador para dar lugar al estireno (C8H8). 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. Finalmente se termina la cadena por reacciones tales como la unión de dos radicales, las cuales consumen pero no generan radicales como se observa en la siguiente figura:
Los procesos de prepolimerización y polimerización son iniciados en un tanque de polimerización con un agitador, se alimenta el monómero de estireno y los aditivos químicos, la reacción inicia cuando aproximadamente el 90% del compuesto es convertido en solución. La solución, conteniendo el polímero, es bombeada hacia un desvolatizador, donde los residuos del monómero de estireno que no reaccionaron son vaporizados, condensados y reciclados continuamente tras la primera etapa de polimerización. El poliestireno fundido fluye del alimentador de base cónica del desvolatizador dentro de un moldeador que da forma, refrigera, seca y filtra el poliestireno en forma de píldoras o comprimidos. Luego, los comprimidos de poliestireno son transportados a los depósitos de almacenamiento.
Métodos de transformación del poliestireno
El poliestireno puede transformarse mediante los siguientes procesos:
Extrusión: Este proceso ha tenido un enorme desarrollo por la elevada producción de lámina para termoformar. El polímero es calentado y empujado por un tornillo sin fin y pasa a través de un orificio con forma definida (dado) de acuerdo a la forma deseada. Se producen por extrusión, tuberías, láminas, perfiles, vigas y materiales similares.
Inyección : El poliestireno ha tenido un gran desarrollo en este tipo de proceso, con los grados de alto flujo que favorecen la elevada productividad de las empresas transformadoras obteniendo una cantidad mayor de producción en un mismo tiempo. El polímero se funde con calor y fricción (a través de un tornillo sinfín) y se inyecta en un molde frío donde el plástico solidifica adoptando la forma del molde. Este método se usa para fabricar objetos como bolígrafos, utensilios de cocina, juguetes, etc.
Termoformado: Este proceso tiene gran aceptación principalmente en el sector de envase de alimentos, médico y promocional. Siendo favorecidos por la elevada productividad que se llega a obtener con resinas como el poliestireno. Consiste en partir de una lámina que se coloca por encima o por debajo de un molde (a veces se usa un molde macho y otro hembra y la lámina se coloca en medio de ambos). Se aplica calor para que la lámina se reblandezca y una vez que esto sucede, se empuja el molde hacia la lámina para que tome la forma de éste. Alternativamente se aplica presión positiva o vacío para que la lámina se adose al molde y adquiera su forma.
Aplicaciones del poliestireno
La siguiente tabla muestra algunas de las aplicaciones del poliestireno y la forma en que se producen:
Método de Fabricación |
Usos |
Moldeo por Inyección |
• Juguetes
• Carcasas de radios, televisores, impresoras y otro equipo de oficina que no requiere especial resistencia al impacto
• Partes automotrices que no están en contacto con el motor y no requieren mucha resistencia a esfuerzos
• Instrumental médico
• Contenedores para el hogar
• Tapas transparentes de botellas que no requieren flexibilidad
• Contenedores transparentes
• Cajas para CDs (jewel boxes)
• Cubiertos desechables |
Extrusión |
• Películas protectoras
• Perfiles en general
• Difusores de luz
• Lámina plástica transparente |
Extrusión y Termoformado |
• Interiores de frigoríficos
• Equipajes
• Embalajes alimentarios
• Platos y vasos desechables
• Anuncios en tiendas y comercios pequeños |
En términos generales el GPPS es apropiado para aplicaciones finales que requieren principalmente alta rigidez, buena elongación, y estabilidad dimensional con excelente transparencia. Si se requiere mayor resistencia al impacto y la transparencia no es indispensable, el HIPS es una muy buena opción. Entre estas aplicaciones se encuentran los artículos para empaque, vasos, platos y cubiertos desechables, televisores, computadoras, muebles, sanitarios, etc.
Además de estas aplicaciones, el poliestireno también se puede impregnar de un agente espumante dando origen al poliestireno expandido (EPS) que se usa para fabricar vasos y platos térmicos, partes rígidas, ligeras y flexibles que se usan para proteger bienes al embalarlos, láminas ligeras y rígidas que se arman con varilla para construcción, etc.
Historia
El poliestireno fue obtenido por primera vez en Alemania por la Farbenindustrie A. G. (hoy BASF), en el año 1930. En ese mismo año la empresa inicia la producción industrial de poliestireno instalando una planta para producir 100 ton/año. El primer poliestireno de uso general se introdujo comercialmente en los Estados Unidos en el año 1938 y el primero de alto impacto en el año 1948.
Durante la 2da Guerra Mundial se realizaron injertos de estireno en polibutadieno, obteniéndose un hule sintético para sustituir al caucho natural debido a su escasez. Partiendo de esto, se obtuvo un poliestireno con mayor resistencia al impacto. En 1948, las mezclas de copolímeros de estireno/acrilonitrilo con acrilonitrilo/butadieno generaron como resultado el ABS.
El desarrollo del poliestireno ha formado un grupo de plásticos denominados “Familia de Polímeros de Estireno”, identificados por incluir la estructura del estireno en su composición.
Los polímeros de estireno son de gran relevancia en el mercado, ocupan el quinto lugar del consumo, después del polietileno, polipropileno, polietilen tereftalato y policloruro de vinilo, es
