U4 Els plàstics

Al final del segle XIX la paraula plàstic, a més de fer referència a materials no elàstics, es va començar a utilitzar també per a materials orgànics i sintètics que es poden deformar per la calor i la pressió, cosa que permet donar-los forma. Actualment, el plàstic és un dels materials moderns que més utilitzem.

A aquest tipus de materials també se’ls anomena polímers, ja que estan formats per macromolècules, constituïdes bàsicament de carboni, oxigen, hidrogen, nitrogen o sofre. Les macromolècules són agrupacions de molècules d’una mateixa família.

Els àtoms s’ajunten en molècules de molts tipus diferents. Les molècules d’alguns d’aquests tipus s’agrupen entre si en les circumstàncies apropiades, formant grans cadenes. Anomenem polímers a aquestes cadenes, i monòmers als seus blocs constituents.

Al procés químic del qual aconseguim que els monòmers s'uneixin formant polímers, s'anomena polimerització.

1. Obtenció dels plàstics

L’elaboració i manufactura dels plàstics passa per les fases següents:

Obtenció de matèries primeres: Poden ser d’origen mineral, vegetal o animal.
Síntesi dels monòmers: Si bé en alguns casos els monòmers s’obtenen directament de la natura, el més habitual és que sigui necessari un procés químic per extraure’ls de les matèries primeres. Aquest procés es fa a la indústria petroquímica.
Síntesi del polímer bàsic: Les matèries primeres passen per diversos processos químics, entre els quals destaquen els de polimerització.
Incorporació d’additius: Substàncies específiques que s’afegeixen als polímers perquè tinguin unes propietats determinades.
Conformació i acabat del plàstic: El producte resultant de les etapes prèvies es treballa per donar-li la forma final. Aquests dos processos es fan a la indústria transformadora.

1.1. Obtenció de matèries primeres

Les matèries primeres poden ser d’origen mineral, vegetal o animal. S’extreuen directament de la naturalesa i algunes necessiten una modificació química per aconseguir propietats plàstiques. Els següents són alguns exemples importants:

Origen vegetal: El làtex és un líquid que s’obté de determinats arbres tropicals, a partir, del qual s’elaboren cautxús i gomes. La cel·lulosa del cotó i de la fusta serveix per elaborar cel·luloide, raió i cel·lofana. Determinats olis de llavors oleaginoses s’utilitzen, per la seva part, per fabricar vernissos.
Origen animal: La caseïna és una proteïna present a la llet que serveix per fabricar galalita i lanital. La secreció resinosa del cuc de la laca serveix, en canvi, per fabricar goma laca.
Origen mineral: El petroli, el carbó d’hulla i els altres combustibles fòssils són el punt de partida d’un llarg procés industrial, a partir dels quals s’obtenen les substàncies bàsiques (monòmers) que permeten la fabricació de la major part dels plàstics que utilitzem.

1.2. Síntesi dels monòmers

Aquesta etapa és especialment important en els plàstics derivats del petroli i altres combustibles fòssils. Consisteix a extraure de la matèria primera, per mitjà de reaccions químiques, els productes (monòmers) que després seran acoblats per donar lloc a substàncies plàstiques.

Tot el procés es porta a terme a les anomenades indústries petroquímiques, que constitueixen un dels pilars de la nostra societat, ja que entre els seus productes no es troben només els monòmers que ens ocupen, sinó també els combustibles fòssils refinats que utilitzem: gasolina, gasoil, querosè, etc. Alguns exemples de productes semielaborats resultants de la tasca de la indústria petroquímica i importants en la producció de plàstics són l’etilè i el propilè.

1.3. Síntesi del polímer

Bàsicament, els plàstics s’elaboren mesclant els components en quantitats específiques, segons el tipus de plàstic que vulguem obtenir.

Quan ja s’han mesclat els components, se sotmeten a processos químics com la polimerització, la policondensació, la poliaddició, etc. Així se’n modifiquen les propietats, cosa que dóna lloc a uns nous materials en forma de grans, resines, flocs, pols, pastes, líquids, etc.

1.4. Additius

Són productes químics que s’afegeixen en les proporcions precises per dotar el polímer de propietats com la conductivitat tèrmica i elèctrica, la resistència al foc, la rigidesa, la flexibilitat, etc.

Colorants o pigments: Donen color.
Plastificants: Potencien la plasticitat i intensifiquen la brillantor de les superfícies.
Antiestàtics: Redueixen les càrregues electrostàtiques perquè no s’hi adhereixi la pols ni la brutícia.
Ignífugs o retardants a la flama: Retarden la formació de flames.
Estabilitzants d’UV: Protegeixen de les radiacions ultraviolades (UV) i de fenòmens atmosfèrics. A més, eviten la descomposició.
Càrregues, reforços i lubricants: Milloren les propietats mecàniques i afavoreixen el procés de manufactura.
Desemmotllants: Fan que la peça es pugui treure del motlle amb facilitat.
Antioxidants: Eviten l’admissió d’oxigen.

1.5. Conformació i acabats

En aquesta fase es treballa el plàstic per fabricar productes. S’utilitzen mètodes diferents segons el tipus i els components del plàstic i de la forma que ha de tenir el producte.

1.5.1. Emmotllament per extrusió:

Amb aquest mètode es fabriquen tubs, barres i perfils laminats. El plàstic s’introdueix en una tremuja que el descarrega sobre un tub d’escalfament. Al tub hi ha un cargol sense fi que fa avançar el plàstic. La massa de plàstic fosa surt per un broquet que li dóna forma i passa a una cambra de refredament. Un cop seca i endurida, es talla a mida.

1 El plàstic es fon dins el cilindre calefactor.

2 Bandes calefactores.

3 El broc extrusor modela el material.

4 Refrigeració.

5 El contorn de l'orifici de la màquina d'extrusió dóna la forma al tub.

1.5.2. Emmotllament per injecció:

Amb aquest mètode es fabriquen objectes de formes complexes, peces per a vehicles, carcasses d’electrodomèstics i tot tipus de galledes.

El plàstic s’introdueix en una tremuja que el descarrega sobre un tub d’escalfament. Després, el plàstic es fon i s’injecta en un motlle. Quan s’ha refredat i endurit, el motlle s’obre i ja se’n pot treure la peça.

1 Entrada dels grànuls al cilindre calefactor.

2 Els grànuls avancen pel moviment giratori del cargol i es fonen per l'efecte de la calor.

3 Motlle d'acer de dos semimatrius.

4 Bandes calefactores

5 Un moviment ràpid del pistó injecta el plàstic fos al motlle, on se solidifica i pren la forma.

6 S'obre el motlle i s'expulsa la peça.

1.5.3. Emmotllament per bufament:

Amb aquest mètode es fabriquen envasos per a líquids. La preforma (un tub, una làmina, una barra, etc.) que s’obté prèviament per injecció s’introdueix en un motlle. El motlle es tanca i s’hi insufla aire a pressió perquè el plàstic s’adhereixi a les parets. Quan el plàstic s’ha refredat i endurit, el motlle s’obre i ja se’n pot treure la peça.

1.5.4. Emmotllament per escumeig:

Amb aquest mètode es fabriquen embalatges, aïllants tèrmics i acústics, matalassos, coixins i esponges. El plàstic que s’utilitza conté adhesius escumosos. S’introdueix en un motlle i s’escalfa fins que assoleix una temperatura en què es forma una massa sòlida i esponjosa, i s’expandeix fins que ocupa tot el volum del motlle.

1.5.5. Termocompressió:

Amb aquest mètode es fabriquen productes de plàstic termostable.

El plàstic s’introdueix en una tremuja que el descarrega sobre un motlle calent. Es comprimeix el plàstic calent amb una premsa que li dóna forma i, quan ja s’ha refredat i endurit, el motlle s’obre i se’n treu la peça.

1.5.6. Emmotllament per buit:

Amb aquest mètode es fabriquen vasos, embalatges i caixes.

Es col·loca una làmina de plàstic sobre un motlle obert amb uns canals per on circula l’aire. S’escalfa fins que la làmina s’estova i es fa el buit entre la làmina i el motlle. D’aquesta manera, la làmina queda comprimida contra el motlle i n’agafa la forma.

1.5.7. Laminatge per calandratge:

Amb aquest mètode es fabriquen hules, paper transparent i planxes de plàstic. El plàstic es fa passar entre uns corrons calents que el pressionen. Així s’aconsegueixen làmines de diferent gruix.

1.5.8. Laminatge per extrusió amb bufatge:

Amb aquesta tècnica s'obté una pel·lícula molt prima, amb doble paret, ideal per fer tot tipus de bosses.

2. Propietats dels plàstics

Generalitzar sobre les propietats dels plàstics es fa difícil. N'hi ha una diversitat molt gran i, a més, les propietats d'uns i altres són ben diferents. Per això només estudiarem les més significatives.

- Conductivitat elèctrica. Els plàstics són mals conductors de l'electricitat, i aquesta característica els permet que s'utilitzin com a aïllants elèctrics.
- Conductivitat tèrmica. Els plàstics tenen una conductivitat tèrmica baixa. Solen ser materials aïllants perquè transmeten la calor molt lentament.
- Resistència mecànica. Els plàstics són molt resistents, si se'n té en compte a més la lleugeresa. I això explica per què es fan servir, conjuntament amb els aliatges metàl·lics, per construir avions.
- Combustibilitat. La major part dels plàstics crema amb facilitat, ja que les molècules es componen de carboni i hidrogen. El color de la flama i l'olor del fum que desprenen sol ser característic de cada tipus de plàstic.
- Plasticitat. Molts plàstics s'estoven amb la calor i, sense que s'arribin a fondre, es poden modelar molt fàcilment. Això permet fabricar amb aquest material peces de formes complicades.
- Economia. El plàstic és un material molt econòmic, amb algunes excepcions. Competeix amb alguns metalls en condicions d'igualtat i amb preus més baixos.
- Facilitat de processament i versatilitat. La gran plasticitat fa que les tècniques industrials de fabricació siguin senzilles, i això permet fabricar materials plàstics segons les necessitats del dissenyador.
- Facilitat per combinar-se amb altres materials. Aquesta qualitat fa possible la creació de materials compostos amb propietats cada cop més bones, com ara el polièster reforçat amb fibra de vidre.
  - L' inconvenient principal dels plàstics és que, en general, perden les propietats quan se sotmeten a temperatures elevades.

3. Classificació dels plàstics

Classifiquem els plàstics en tres grups diferents: termoplàstics, termostables i elastòmers.

3.1. Termoplàstics

Els plàstics termoplàstics tenen les propietats següents:

Es deformen per la calor.
Se solidifiquen en refredar-se.
Es poden processar uns quants cops sense que perdin les propietats. És a dir, que són reciclables.

La temperatura màxima que poden suportar no supera els 150 °C, excepte el tefló, que resisteix temperatures molt més altes i s'utilitza, de fet, com a recobriment d'olles i paelles.

3.2. Termostables

Els plàstics termostables sofreixen un procés anomenat de tractament quan se'ls modela i dóna forma aplicant-hi pressió o calor. Durant el procés, les cadenes polimèriques s'entrecreuen. I el resultat és un plàstic rígid i més resistent a les temperatures que els termoplàstics, però també més fràgil. No es poden reciclar aplicant-los calor. Per donar-los forma fem servir la tècnica de termocompressió.

3.3. Elastòmers

Les macromolècules dels plàstics elastòmers formen una xarxa que es pot contraure i estirar quan aquests materials són comprimits o bé estirats, i fins i tot poden lliscar unes cadenes sobre les altres. Per això són tan elàstics.

No suporten bé la calor i es degraden a temperatures mitjanes, cosa que fa que el reciclatge mitjançant calor no sigui possible. Un exemple d'elastòmer és el cautxú natural.

4. Reciclatge dels plàstics

Com ja hem vist, només els plàstics termoplàstics es poden reciclar. Per facilitar aquest reciclatge, aquests plàstics porten un nombre assignat:

Page updated

Report abuse