Uso de Plastificantes Poliméricos

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El caucho y los plásticos se han convertido en una parte integral de la vida moderna, sin la cual los seres humanos no pueden vivir. Estos materiales se utilizan en suelas de zapatos, sillas de jardín, todo tipo de películas, DVD, CD, tubos, mangueras, neumáticos, empaques y muchos otros productos.

Llevar un registro de la tecnología avanzada de plásticos significa que las personas deberían estar familiarizadas con nombres como polioximetileno, polipropileno, caucho de nitrilo, poliuretano, etc.- eso puede dejarlos bastante confundidos. Sin embargo, en la mayoría de los casos, las excelentes propiedades de los valiosos plásticos utilizados en todas estas aplicaciones efectivas no están vinculadas exclusivamente a los polímeros en sí.

Al igual que un estudiante brillante que obtiene buenas calificaciones en la escuela, los plásticos también alcanzaron la cima de su clase con una pequeña cantidad de ayuda adicional. Y esa ayuda generalmente significa simplemente combinar aditivos únicos para hacer polímeros que sean suaves, flexibles y resistentes al impacto y a la intemperie. En su mayoría, los aditivos son los que hacen que el plástico sea lo que es.

Plastificantes

Los plastificantes son tipos únicos de aditivos. Por ejemplo, sin plastificantes, el PVC habría sido extremadamente frágil y quebradizo, y no habría conquistado el enorme mercado como se ve hoy en día. Sin plastificantes, la mayoría de los compuestos de moldeo por inyección habrían sido completamente inadecuados para ese propósito, y ciertas mezclas de caucho no se habrían producido en absoluto.

Los plastificantes hacen que los plásticos sean elásticos, extensibles, flexibles y plásticos a bajas temperaturas. En la mayoría de los casos, los productos poliméricos solo se pueden producir de forma comercial mediante la integración de un plastificante.

De hecho, la invención de los plastificantes fue la principal responsable del desarrollo de la industria del plástico. Si no fuera por esto, la industria no se habría desarrollado mucho más allá de la etapa que estaba en los primeros días. Esto se debe a que los primeros plásticos, así como los polímeros naturales modificados como el galalito o la nitrocelulosa, eran frágiles y duros, y por lo tanto no podían usarse para aplicaciones diarias.

Ciertamente, no aumenta exactamente la comercialización de un material novedoso, si, por ejemplo, las personas tienen que cuidar sus peines como si estuvieran hechos de porcelana Meissen.

Alcanfor

Sin embargo, los plastificantes cambiaron todo eso. El alcanfor fue el primero en ser utilizado en plásticos reales. Es una sustancia incolora, cuya fragancia recuerda a muchos remedios para el frío, y contiene pequeños cristales obtenidos de la madera de un arbusto de laurel chino llamado Cinnamomum camphora.

Luego, en 1869, un inventor llamado John Wesley Hyatt y su hermano hicieron la nitrocelulosa más maleable, mezclando alcanfor con nitrocelulosa.

Otros aceites

Hyatt no fue la primera persona que intentó hacer que los primeros productos frágiles de un sector de plásticos en evolución fueran más fáciles de manejar mediante el uso de aditivos. Un inventor igualmente ambicioso llamado Alexander Parkes ya había intentado obtener el mismo efecto utilizando aceites vegetales o alquitrán de madera, por ejemplo.

Sin embargo, se enfrentó a dificultades para obtener la receta correcta: su «Parkesin» era moderadamente fácil de procesar, pero después de solo unas semanas, artículos como pulseras, peines y aretes para damas que se habían producido a partir de este producto específico se deformarían hasta tal punto que ya no podrían usarse. Esto se debió probablemente a que los aceites utilizados por Parkes se evaporaron demasiado rápido.

El aceite de plátano o incluso el aceite de fusel, que se forma durante la destilación del whisky, también fue utilizado por otros inventores, pero sin mucho éxito, si se tiene en cuenta la escasez de registros.

Suave como el Chicle pero duro como el cuerno

El nuevo plástico desarrollado por Hyatt estaba mejor equipado para cumplir con los desafíos presentados por el negocio de plásticos recientemente emergente. Basándose en la cantidad de alcanfor que combinó con el colodión, una solución de algodón de pistola, conocida químicamente como nitrocelulosa, creó con éxito un plástico. Este plástico era transparente, pero podía ser de color. Era tan flexible como el caucho crudo, pero tan duro como el cuerno. Este plástico era celuloide.

A una temperatura moderada de entre 80 °C y 90 °C, este material maleable se podría producir en cualquier forma requerida debido a la formulación fragante de Hyatt. Uno de los primeros usos de este material fue la dentadura postiza. Sin embargo, olía a más de una pequeña cantidad de alcanfor y, como resultado, no siempre satisfacía completamente a sus propietarios. Sin embargo, dado que el material se podía crear en un color adecuado, hubo una mejora significativa en las placas de goma resistentes que se habían utilizado hasta entonces. Después, el mismo material se hizo popular como el material de respaldo perfecto para películas fotográficas.

Origen de los plásticos modernos

Es un hecho que durante algún tiempo, el celuloide desarrollado por Hyatt tuvo que superar numerosos desafíos causados por su estrecha asociación con el algodón de pistola. Pequeñas explosiones ocurrieron cuando bolas de billar compuestas de nitrocelulosa chocaron entre sí. Según testigos presenciales, las explosiones eran tan grandes que harían que los vaqueros se pararan alrededor de la mesa de billar para alcanzar sus armas.

Un artículo de revista también citó la historia de una dama cuya noche se volvió aún más emocionante cuando los botones de celuloide puestos en su vestido de noche se acercaron muy cerca de una chimenea y se encendieron. En una ocasión, explotó toda una fábrica de celuloide. Sin embargo, estos incidentes no ocultaron el hecho de que Hyatt había desarrollado el primer termoplástico, y que era un plastificante instrumental para conducir a los plásticos de hoy.

Pero incluso después de Hyatt, la historia de los plásticos siguió estando estrechamente asociada con la de sus plastificantes. Luego, en 1946, se estaba tramitando una solicitud de varios cientos de toneladas de un frágil plástico triacetato de celulosa. Este plástico se había utilizado, entre otras cosas, en la fabricación de ventanas de aviones.

El plástico estaba sin usar en los terrenos de una fábrica, que fue cuando un químico creativo tuvo la idea de integrar el material con un plastificante. Esto dio lugar a un nuevo material de moldeo por inyección. En 1952, el recientemente plastificado Cellit se llamó «Cellidor» y fue la encarnación perfecta de la versatilidad. En la década de 1950, Cellidor se utilizó para hacer carcasas para peines, tableros de instrumentos, radios, marcos de gafas, manijas de destornilladores, diapositivas para el cabello, etc.

Plastificantes en caucho

La industria del caucho también utilizó plastificantes para refinar sus productos. El amasado extensivo hace que el caucho sin vulcanizar sea tan suave como el chicle porque el proceso de amasado rompe las moléculas de cadena larga del polímero. Pero esto significa que otras características importantes de este material útil también se pierden.

Debido a esta razón, los investigadores del caucho comenzaron temprano combinando todos los tipos de componentes líquidos en sus formulaciones negras: aceites, brea, alquitrán de hulla, parafina, terpenos (como alcanfor) e incluso vaselina. Esto significaba que la mezcla de caucho crudo era lo suficientemente pegajosa para varios ingredientes sólidos, incluso cuando el tamaño de las moléculas de caucho no se reduce considerablemente. El negro de carbón es un ejemplo de un ingrediente sólido que se puede amasar sin esfuerzo en la mezcladora.

Estos factores demuestran la importancia de estos plastificantes discretos con respecto al procesamiento de polímeros, y cómo pueden transformar completamente las características de lo que originalmente era un material polimérico relativamente poco atractivo. Paradójicamente, este extraordinario poder también demuestra el hecho de que incluso los historiadores químicos eminentes tienen actualmente dificultades para adquirir información sobre la tecnología de plastificantes.

Los plastificantes «correctos» son tan significativos que la información recopilada sobre el rendimiento del plástico a lo largo de los años se ha desvanecido en las bóvedas de las empresas que utilizan polímeros. Con el paso del tiempo, esto significó que los plastificantes se convirtieron en sustancias utilitarias relativamente anónimas.

Los descendientes modernos de Alcanfor

Sin embargo, es un hecho conocido que, aparte de Hyatt, otros también comenzaron a usar alcanfor. De hecho, dos tercios de todo el alcanfor sintetizado en todo el mundo se utiliza para producir celuloide incluso hoy en día.

Una enciclopedia de química de 1931 con el capítulo titulado «plastificantes» también enumeraba terpenos, además de ésteres de glicerol, ftalatos y fosfatos orgánicos como fosfato tricresilo.

Estos compuestos hacen que los plásticos sean flexibles y también mejoran su potencial ignífugo hasta tal punto que el acetato de celulosa, sucesor del celuloide, pudo superar uno de los principales inconvenientes del plástico original. Por ejemplo, se evitó la inflamabilidad del plástico después de que se elastificara con una combinación de fosfatos y alcanfor.

La tecnología avanzada conoce alrededor de 400 sustancias, es decir, sustancias exóticas y «seres del mundo», que se utilizan como plastificantes de una forma u otra. Alrededor de 100 de estas sustancias tienen un gran valor comercial.

Cantidades de plastificantes

A mediados del decenio de 1990 se utilizaban más de 4,2 millones de toneladas métricas de plastificantes. Hoy en día, alrededor del 90% de todos los plastificantes se utilizan en PVC, un plástico que, en su forma básica, es prácticamente tan frágil como el vidrio y sería completamente inútil para la mayoría de las aplicaciones si los plastificantes no representaran alrededor del 55% de su contenido. Incluso el PVC rígido puede tener alrededor de un 12% de plastificantes que se sabe que mejoran su procesabilidad.

Según el tipo de aplicación, otros polímeros utilizan plastificantes en muchas cantidades diferentes. El papel contiene aproximadamente un 5% de plastificantes, materiales termoplásticos de hasta un 10% y elastómeros, a veces hasta un 60%%; algunos plásticos también tienen el 95% de plastificantes.

Cómo funcionan los plastificantes

Esencialmente, todos los plastificantes se basan en el mismo principio y es prácticamente autoexplicativo, siempre que las personas puedan entender de qué están compuestos los plásticos en el interior. El» plástico » invariablemente contiene moléculas de cadena muy larga que aparecen como hilos largos bajo un aumento extremadamente alto. Un plástico se vuelve flexible cuando estos hilos se entrelazan libremente.

Sin embargo, en el caso de la mayoría de los plásticos, estos hilos tienden a estar uno encima del otro al igual que los espaguetis empaquetados. De hecho, cuando alguien tira espaguetis casualmente en una sartén sin agitarlo mientras se cocina, y luego lo tamiza, aparte de los hilos de pasta sueltos enredados, también habrá áreas donde los hilos de pasta todavía están unidos como estaban en la bolsa. Estos grumos parecen un poco más duros que el resto, aunque la pasta en sí está completamente cocida y suave.

Algo similar ocurre con respecto a las moléculas de cadena de los plásticos. Una estructura rígida análoga a los cristales de composición estrictamente regular permite que el plástico se vea rígido desde el lado exterior. Tanto en el tubo de ensayo como en la bandeja, la regla es la siguiente: la estructura rígida es dura y la estructura flexible es flexible.

Química

Aquí es donde los plastificantes tienen un papel que desempeñar. En la mayoría de los casos, independientemente de si se está discutiendo aceite mineral o alcanfor, las moléculas son relativamente más pequeñas que las moléculas de cadena del material polimérico. Se entrelazan en su estructura de espaguetis al procesar el plástico.

Estas moléculas posteriormente se abren paso entre los hilos vecinos de las moléculas de plástico y las diferencian entre sí. Actúan de la misma manera que el aceite en un plato de espaguetis, donde permite que las hebras de pasta se deslicen entre sí. Esto sugiere que es posible producir una estructura suelta y libremente móvil: el plástico resulta ser flexible y cuando se agrega más plastificante, se vuelve aún más flexible. Esta simple correlación aclara toda una gama de productos que es esencial para el trabajo de un químico de plásticos.

En gran medida, la experiencia de un desarrollador de materiales radica en ser capaz de identificar sustancias que se adaptan bien al plástico que se utiliza. No es posible entretejer sustancias hidrófilas en moléculas repelentes al agua, por ejemplo, las de caucho no vulcanizado, ya que ambas sustancias se separarían al igual que el aceite y el agua.

También es crucial elegir un plastificante que ofrezca un ajuste ideal con respecto a su propia configuración molecular y las moléculas de cadena de plástico objetivo. Las moléculas de cadena no son tan comparables entre sí como las hebras de espagueti: ciertos polímeros pueden parecerse a pasta plana, mientras que otros parecen una cadena de tubos de neón gruesos unidos con cables delgados, o tienen una apariencia de zig—zag. Sin embargo, otros parecen collares hechos de perlas gordas extremas. Sin embargo, el celuloide de Hyatt fue el que logró el éxito que logró. Esto se debe a que las moléculas de alcanfor encajaban bastante bien entre las moléculas de algodón de pistola que se moldeaban como un collar de perlas.

Sin embargo, no todos los plastificantes son apropiados para cada polímero. Otro hecho es que cada plastificante tiene un impacto diferente en su «molécula huésped».»Mientras que un plastificante ofrece un mayor nivel de flexibilidad a temperaturas más bajas, otro está desarrollado específicamente para evitar que los plásticos se liquiden a altas temperaturas. Mientras tanto, hay otros plastificantes que hacen que los plásticos sean más flexibles y también se comportan como una especie de extintor de incendios integrado que puede apagar las llamas en sus etapas iniciales. Los plastificantes logran esto descomponiéndose en presencia de calor para crear sustancias resistentes a las llamas.

Un problema – Muchas soluciones

A lo largo de los años, la cartera de pedidos de plastificantes del sector del plástico se ha convertido en una aglomeración no organizada de productos químicos. Sin embargo, se rige por varias «familias principales» de productos.

Los ftalatos se emplean en películas y cables de PVC, adhesivos de celulosa y recubrimientos. Con los dicarbonatos, el PVC flexible se vuelve elástico a bajas temperaturas. Los fosfatos se utilizan tanto como fluido hidráulico como retardante de llama. Los ésteres de ácidos grasos, los parientes lejanos de la margarina, se utilizan para plastificar revestimientos de pisos de caucho y resina de vinilo. Para algunas aplicaciones, los tecnólogos de plásticos también recurren a ésteres de ácido tartárico y ácido cítrico.

Peligros

Sin duda, debe recordarse que a pesar del efecto beneficioso de los plastificantes en la tecnología de plásticos, también tienen sus inconvenientes. En el pasado reciente, se sospechaba que los ftalatos son perjudiciales para la salud. Aunque todavía no se han obtenido pruebas concluyentes, se están realizando estudios.

Afortunadamente, independientemente del resultado de esta discusión, de ninguna manera implica que todos los plastificantes deben ser condenados: después de todo, un solo plastificante no es lo mismo que el siguiente, como lo demuestra el alcanfor, que resulta ser un producto natural.

Alternativas

Mientras tanto, se han creado algunos productos muy útiles que sirven como sustituto de los ftalatos. Productos como estos toman la forma de una serie de sustancias cuyos miembros se llaman «sulfonatos de alquilo».»Durante mucho tiempo se supo que los sulfonatos de alquilo no tienen efectos adversos, y han sido aprobados como seguros para el uso alimentario en la mayoría de los países.

Los sulfonatos de alquilo, que ya se utilizan en lugar de los controvertidos ftalatos en guantes, figuras de juguete, muñecas y membranas para camas de agua, se pueden encontrar en selladores en el sector de la construcción y se utilizan en botas wellington y ayudas para nadar. Además, el material proporciona una gama completa de beneficios adicionales, por ejemplo, es diferente de muchos otros plastificantes y no es atacado por el agua y los elementos, y también da como resultado productos que son propicios para la impresión. Este es un factor importante cuando se trata de crear piscinas infantiles de colores vivos producidas a partir de película de PVC, entre otras cosas.

La forma cruda del PVC es un plástico frágil, prácticamente similar al vidrio, que sería casi inútil si no fuera por plastificantes. Los sulfonatos de alquilo hacen que el PVC sea elástico y resistente a la saponificación y a la intemperie.

Moléculas de plastificante a la deriva

Recientemente, los investigadores de la industria han encontrado una solución al problema de las moléculas de plastificante a la deriva. Las diminutas partículas de plastificantes que se mantienen dentro de los plásticos son increíblemente móviles. En circunstancias específicas, las partículas se mueven como la miel en una esponja. Dentro del plástico, el movimiento de ciertas moléculas plastificantes termina tarde o temprano cuando llegan a la superficie y crean una película grasa poco atractiva.

Las amas de casa no son las únicas que conocen este hecho. Los plastificantes únicos que han sido entrenados para permanecer en un solo lugar dentro del polímero, por ejemplo, al proporcionarles moléculas de cadena larga, pueden evitar que el caucho y el plástico desarrollen una superficie grasosa o embotada.

Además, los investigadores han creado plastificantes sin halógenos hechos a medida para placas de circuitos electrónicos, para que el plástico frágil utilizado para producirlos no se rompa cuando las placas se perforan, perforan y sueldan.

Crecimiento y desarrollo de la industria

El sector de los plastificantes está involucrado en gran medida con los productos convencionales. Si bien es bastante inusual dedicar tanto esfuerzo al desarrollo de productos, definitivamente vale la pena.

En los últimos dos años, el mercado de los plásticos logró un crecimiento de solo el 4%, pero a pesar de este hecho, las ventas de ciertos plastificantes especializados aumentaron aproximadamente un 15% en el mismo período. Esta cifra por sí sola es suficiente para demostrar que el último capítulo de la larga historia de los plastificantes aún no se ha escrito: los plásticos innovadores y las últimas exigencias impuestas a los productos que se fabrican constantemente a partir de ellos necesitan soluciones novedosas. Aquí, solo la capacidad intelectual colectiva de los expertos en plásticos puede hacer justicia a estos.

Plastificantes naturales

Sin embargo, volviendo a los plastificantes, los productos químicos plastificantes que emergen de crisoles y frascos del sector químico no son los únicos que ocurren en el mundo en general. Dado que la naturaleza también contiene parcialmente polímeros, también necesita sustancias para asegurarse de que estos polímeros sigan siendo flexibles.

Almidones, ADN, proteínas, madera e incluso piedras contienen esencialmente moléculas de cadena largas y a veces interconectadas espacialmente. La naturaleza utiliza el agua como plastificante principal. Las fibras naturales como el algodón, la lana o la seda serán frágiles sin su contenido de agua.

Además, el exceso de agua mantiene flexibles las proteínas musculares. En la edad avanzada, el contenido de agua se reduce, mientras que las grasas juegan más o menos el papel de un plastificante con éxito. La industria del plástico no es la única que depende de los plastificantes, pero incluso la madre naturaleza no puede prescindir de ellos. Las fibras musculares se componen de moléculas en cadena similares a las que se encuentran en los plásticos. Al igual que los polímeros contemporáneos, las fibras musculares contienen sus propios plastificantes en forma de moléculas de grasa y agua.

Además, el agua se puede usar para suavizar el cuarzo, que se sabe que es un material muy duro, mientras que el cuarzo natural duro contiene solo un 0,01% de agua, por razones técnicas, el cuarzo artificial contiene aproximadamente 10 veces esa cantidad. El cuarzo artificial se puede moldear de forma similar al yeso a 400 °C, una temperatura que los minerales pueden tolerar fácilmente, mientras que el cuarzo natural «seco» permanece simplemente «sólido como roca» hasta una temperatura de 1000 °C.

Este es un excelente ejemplo del hecho de que el uso de plastificantes en tecnología no se limita necesariamente a los plásticos. Las personas que piensan mucho en el mango curvo de sus paraguas sabrían que se utiliza algún tipo de procedimiento para hacer que la madera sea flexible.

El vapor de agua caliente se puede usar para ablandar la madera, pero el amoníaco líquido, cuando se mezcla con solventes orgánicos como tetrahidrofurano, sulfóxido de dimetilo o polietilenglicol, hace el trabajo aún mejor. Una formulación específica como esta incluso permite a las personas atar nudos en bastones. Después de la evaporación del amoníaco, la madera vuelve al estado original, es decir, a su estado recién cortado.

Emergiendo de la Edad Media del plástico

Hace más de cien años, los plásticos llegaron a ser conocidos a través de la invención de Hyatt. Por lo tanto, no es sorprendente que las profesiones que hasta ahora se han asociado con la preservación de pigmentos antiguos ahora estén aceptando los problemas de los plastificantes. Por ejemplo, los restauradores están luchando actualmente para mantener los trajes espaciales que fueron usados por los astronautas del Apolo en la luna y llegaron a la Tierra sin daños.

Esos trajes espaciales contenían tubos de PVC plastificados con la ayuda de un ftalato. Después de pasar más de tres décadas en un museo, esta sustancia líquida se ha difundido fuera del polímero, de una manera que es típica de todos los plastificantes a la deriva. Como resultado, los tubos de suministro se han vuelto frágiles. Lo que una vez se creía que era el pináculo de la tecnología de trajes espaciales ahora se ha vuelto menos duradero en comparación con los arneses de caballeros que tienen cientos de años de antigüedad. Mirando las cosas desde este punto de vista, se puede concluir que los seres humanos todavía están en la llamada Edad Media de la tecnología plástica.