Otros Usos del Poliestireno

http://www.youtube.com/watch?v=edLT_AiOoUg

Procesos de conformado para fabricación de las piezas

Moldeado por inyeccion 

El conformado de polímeros consiste en transformar el material obtenido en las reacciones de polimerización cuya forma no es útil en piezas de formas concretas con moldes. No obstante, no todos los polímeros requieren este tratamiento, pues depende de la aplicación posterior que reciban.

la maquina de afeitar es una pieza la cual es fabricada por medio de un metodo de  moldeado por inyeccion, en  dicho metodo el polímero en forma granulada alimenta una máquina de inyección por una tolva y mediante un émbolo pasa a un cilindro en donde se arrastra hacia un compartimento en que se calienta hasta fusión produciendo un líquido viscoso. Mediante el movimiento del émbolo y por medio de un pistón se le impulsa a través de una boquilla y un canal que desemboca en el molde cerrado. La presión que se le aplica se mantiene hasta que la masa ha solidificado, para lo cual se acelera enfriando el molde, con agua. Después

se abre el molde, se retira la pieza y el ciclo vuelve a empezar. 

Para termoplásticos los ciclos de proceso son cortos (10 o 30 s). Ventajas: bajos costes de mano de obra,

buenos acabados superficiales, facilidad de automatización, gran calidad de piezas a altas velocidades de producción, formas complicadas. Inconvenientes: altos costes de maquinaria por lo que deben efectuarse producciones elevadas, necesario un riguroso control de proceso 

Etapas del proceso

Seguidamente se detalla cada una de las etapas industriales del proceso para laobtención de poliestireno de alto impacto

PREPARACIÓN DE LA ALIMENTACIÓN

Previamente a que se produzca la polimerización, es necesario preparar una solución de polibutadieno en estireno para alimentar el proceso y disolver el antioxidante. La disolución del elastómero facilita el injerto del mismo con cadenas de poliestireno en crecimiento, mejorando las propiedades mecánicas del producto final.

La disolución tiene lugar en un tanque de mezcla agitado construido en acero inoxidable de tipo martensítico resistente a la corrosión. Este reactor se aprovecha para disolver el antioxidante

que se adiciona con el objeto de reducir la degradación del producto por ataque ambiental.

El objetivo de una buena agitación consiste en impedir la deposición de sólidos en el fondo del tanque y, al mismo tiempo, facilitar la disolución. En este caso, se realiza con un agitador de turbina.

Una vez realizada la disolución, la mezcla resultante se envía a un depósito acumulador con la ayuda de bombas de impulsión. Su misión consiste en contenerla solución preparada anteriormente

y alimentar el proceso de una forma continua.

La solución almacenada se impulsa hacia un calentador. A 100 ºC circula aceite térmico. Su misión consiste en calentar la solución a una temperatura de 60 ºC, de forma que no altere la reacción

cuando entre al prepolimerizador. Es importante tener en cuenta que el tiempo de permanencia debe ser pequeño, para evitar así un sobrecalentamiento del fluido

El reactor de polimerización es un tanque cilíndrico agitado de acero inoxidable. Se trabaja a una temperatura de 14 ºC y 625 mm Hg. Este reactor debeser agitado para homogeneizar la mezcla

y ayudar a la evacuación del calor generado. Se hace uso de un disolvente, como es el etilbenceno, para reducir la viscosidad  de la masa resultante, facilitando la evacuación del calor en exceso generado en las reacciones de polimerización

            

Un polimero de alto impacto

Proceso industrial de fabricación

Se toma la decisión de obtener el poliestireno mediante la polimerización en masa del estireno (monómero) en presencia de polibutadieno (material elastómero) estudiando tres factores importantes: Seguridad, pureza del producto,final y coste de producción.

El principal problema que se plantea, en cuanto a seguridad, es la exotermicidad de las reacciones de polimerización. Cuanto mayor es la temperatura, más elevada es la velocidad de polimerización

y el calor desprendido en la reacción, lo que obliga a mantener controlada la temperatura en el interior de los reactores. Este es uno de los principales problemas de  la polimerización en masa, ya que  la eliminación eficaz del calor desprendido en la polimerización,  agudizá el problema a medida que la reacción avanza y la masa se hace más viscosa, lo que imposibilita la agitación y la buena transmisión del calor.

Asimismo, el calor acumulado produce la ruptura de cadenas poliméricas ya formadas, lo cual implica una disminución del peso molecular final, dando un producto degradado respecto del teórico.

La solución para disminuir la viscosidad es la adición de etilbenceno. El etilbenceno presenta tres funciones:

1. Actúa como disolvente

2. Ayuda a la evacuación del calor generado en los reactores

3. Controla la velocidad de reacción a una temperatura dada

A  pesar de eso la pureza del producto final es mucho mayor si se lleva a cabo la obtención del poliestireno  por el método de polimerización en masa, ya que el único contaminante es el propio estireno. La ventaja principal de este método reside en la obtención de polímeros ópticamente limpios, de composición invariable. A demás la mejor forma de producir un polímero en masa, evitando los problemas de disipación de calor, reside en trabajar objetos pequeños por moldeo, lo cual permite una buena refrigeración y/o calentamiento al ser la masa pequeña. Generalmente, se trabaja en moldes de Vidrio o acerinox, los cuales deben ser calculados teniendo en cuenta la concentración de la masa.

Atendiendo los tres aspectos, se considera que el sistema más adecuado es el de polimerización en masa, ya que, a pesar de ofrecer menores garantías de seguridad debido a la viscosidad del medio que impide la correcta evacuación del calor, este inconveniente podemos subsanarlo empleando solventes más adecuados, como el etilbenceno, y restringiendo la producción final a un 70,5%. De esta manera, si aceptamos el método de polimerización en masa como

el idóneo, los costes de producción serán menores y podremos invertir capital ahorrado, por ejemplo, en la duplicidad de los equipos de seguridad cuya función sea primordial y factible.

MATERIAS PRIMAS Y COMPUESTOS AUXILIARES

Monómero: Como monómero se utiliza el estireno, que es, junto con el material elastomérico, la principal materia prima para producir el HIPS. El estireno es un líquido aceitoso, olor aromático,

insoluble en agua, soluble en alcohol y éter, derivado del petróleo. Su fórmula condensada es:

C6H5CH = CH2

Material elastomérico: Como elastómero se emplea polibutadieno, polímero que se obtiene a partir del butadieno y cuya fórmula general es:CH2-CH = CH-CH2

-

Antioxidante: La adición de pequeñas cantidades de antioxidante es el método más comúnmente usado para estabilizar un polímero frente a la degradación térmica ambiental y/o de proceso.

Los antioxidantes son compuestos que tienen la función de proteger los polímeros de la oxidación inhibiendo o disminuyendo la velocidad de las reacciones de los polímeros con el oxígeno

atmosférico, que son mecanismos de reacción en cadena que involucran radicales libres. Estos aditivos interrumpen la reacción en cadena en algún punto.

Estabilizantes de la luz: La luz y el oxígeno favorecen las reacciones de degradación de los plásticos modificando no sólo su aspecto visual sino también disminuyendo drásticamente sus propiedades

físicas y mecánicas.

Aceite mineral: Es el lubricante interno  que se utiliza para dar una mayor fluidez al producto durante su elaboración y en transformaciones posteriores.

Etilbenceno: Corresponde al disolvente utilizado para facilitar la evacuación del calor y controlar la velocidad de reacción.

Poliestireno de alto impacto o Choque

El poliestireno de alto impacto o poliestireno modificado con caucho (HIPS) es un termoplástico blanco, de translúcido a opaco, resistente al desgaste y con una elevada resistencia al impacto. Cabe destacar que, a escala microscópica, presenta una microestructura algo más compleja. Esto se debe a que es un material constituido por un copolímero que forma enlaces entre  ligómeros de estireno y polibutadieno. Se comercializa bajo el nombre de poliestireno de alto impacto (HIPS) y se prepara disolviendo polibutadieno en estireno y polimerizando éste por procedimientos convencionales. El resultado final, además del polibutadieno y poliestireno, contiene pequeñas cantidades de un copolímero de bloque de estireno y butadieno, producido a partir de dobles enlaces del polibutadieno que se abren por acción del iniciador y que incorporan preferentemente el monómero estireno presente.

La resistencia al impacto que tendrá el poliestireno queda determinada por su contenido en  elastómero. La tabla resume el efecto de la dosificación. De hecho, el criterio real para dicha

determinación no es el contenido en caucho sino en polibutadieno. No obstante, el caucho es el que determina el porcentaje de polibutadieno injertado (tres veces la cantidad de caucho añadido).

Contenido en caucho C

Contenido de Caucho	Contenido de Butadieno	Resistencia al impacto
3%	3%	Mediana
3-10%	6%	Alta
10-15%	8-10%	Muy Alta

Entre las aplicaciones del poliestireno de alto impacto tenemos

Aplicaciones del poliestireno

§ 

Envase de yogur fabricado mediante extrusión - termoformado de una mezcla de poliestireno choque y cristal.

§ 

Caja de CD fabricada mediante moldeo por inyección. La parte transparente es de poliestireno cristal y la opaca de poliestireno choque.

§ 

Cuchilla de afeitar de poliestireno choque fabricada mediante moldeo por inyección.

Conozcamos un poco mas del poliestireno

Poliestireno 


El Poliestireno es un polímero que se obtiene a partir de un monómero llamado Estireno, el cual también se conoce con los nombres de vinilbenceno, feniletileno, estirol o estiroleno. 

Las ventajas principales del poliestireno son su facilidad de uso y su coste relativamente bajo. Sus principales desventajas son su baja resistencia a la alta temperatura (PS atáctico) (se deforma a menos de 100ºC) y su resistencia mecánica modesta. Estas ventajas y desventajas determinan las aplicaciones de los distintos tipos de poliestireno.

Obtención del poliestireno

A escala industrial, el poliestireno se prepara calentando el etilbenceno (C₆ H₅ – CH₂ - CH₃) en presencia de un catalizador para dar lugar al estireno (C₆ H₅ – CH = CH₂). 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.

El poliestireno puro es quebradizo pero lo suficientemente duro como para que se pueda producir un producto de relativamente alto rendimiento mediante la transferencias de algunas de las propiedades de un material más elástico. Es por esto que al en la polimerización se lo mezcla con un cacho, en general caucho polibutadieno.

En condiciones normales  poliestireno y el polibutadieno no pueden ser mezclados, es por esto que se mezclan el estireno, el polibutadieno (u otro caucho), el catalizador y el acelerador durante la polimerización.

Este material ha tenido gran desarrollo en los últimos años y ha formado un grupo de plásticos denominados: familia de Polimeros de Estireno, en los que se incluyen:

• · Poliestireno Cristal o de Uso General (PS)
• · Poliestireno Grado Impacto (PS-I)
• · Poliestireno Expansible (EPS)
• · Estireno/Acrilonitrilo (SAN)
• · Copolímero en Bloque de Estireno/Butadieno/Estireno (SBS)
• · Acrilonitrilo-Butadieno-Estireno (ABS)
• · Aleaciones

Propiedades del poliestireno

Hay que tener en cuenta que, además de los enlaces covalentes que mantienen unidas a las moléculas de los monómeros, suelen producirse otras interacciones intermoleculares e intramoleculares que influyen notablemente en las propiedades físicas del polímero, que son diferentes de las que presentan las moléculas de partida. El poliestireno, en general, posee elasticidad, cierta resistencia al ataque químico, buena resistencia mecánica, térmica y eléctrica y baja densidad.

El poliestireno es un polímero termoplástico. En estos polímeros las fuerzas intermoleculares son muy débiles y al calentar las cadenas pueden moverse unas con relación a otras y el polímero puede moldearse. Cuando el polímero se enfría vuelven a establecerse las fuerzas intermoleculares pero entre átomos diferentes, con lo que cambia la ordenación de las cadenas.

Transformación del poliestireno y aplicaciones

Las técnicas de transformación más utilizadas en la transformación de los plásticos son:

Extrusión: el polímero es calentado y empujado por un tornillo sin fin y pasa a través de un orificio con forma de tubo. Se producen por extrusión tuberías, perfiles, vigas y materiales similares.

Inyección: El polímero se funde con calor y fricción y se introduce en un molde frío donde el plástico solidifica. Este método se usa para fabricar objetos como bolígrafos, utensilios de cocina, juguetes, etc.

Extrusión con soplado: En primer lugar se extrusiona un tubo de plástico que se introduce en un molde que se cierra alrededor del plástico. Entonces se introduce aire dentro del tubo de plástico, el cuál se ve obligado a adquirir la forma del molde. Esta es la forma en que se obtienen las botellas de plástico.

 Usos del poliestireno y modos de obtención

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

El rincon de la ciencia. El poliestireno.15 de febrero de 2002. http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Curiosid/Rc-38/RC-38.htm

Tipos de Poliestirenos