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Para otros usos, consulte Poliestireno (desambiguación) .

Poliestireno
Unidad de repetición de cadena de polímero PS
Modelo de bola y palo de poliestireno
Nombres
Nombre IUPAC
Poli (1-fenileteno)
Otros nombres
Thermocol
Identificadores
AbreviaturasPD
ChemSpider
  • ninguno
Tarjeta de información ECHA100.105.519 Edita esto en Wikidata
Propiedades
(C 8 H 8 ) n
Densidad0,96–1,05 g / cm 3
Punto de fusion~ 240 ° C (464 ° F; 513 K) [4] Para poliestireno isotáctico
Punto de ebullición 430 ° C (806 ° F; 703 K) y despolimeriza
Insoluble
SolubilidadSoluble en benceno, disulfuro de carbono, hidrocarburos alifáticos clorados, cloroformo, ciclohexanona, dioxano, acetato de etilo, etilbenceno, MEK, NMP, THF [1]
Conductividad térmica0,033 W / (m · K) (espuma, ρ 0,05 g / cm 3 ) [2]
1,6; constante dieléctrica 2,6 (1 kHz - 1 GHz) [3]
Compuestos relacionados
Compuestos relacionados
Estireno (monómero)
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
Referencias de Infobox
Embalaje de poliestireno expandido
Un recipiente de poliestireno para yogur.
Fondo de una taza formada al vacío ; Los detalles finos, como el símbolo de materiales en contacto con el vidrio y el tenedor , y el símbolo del código de identificación de resina, se moldean fácilmente

Poliestireno ( PS ) / ˌ p ɒ l i s t aɪ r i n / es un sintético aromático de hidrocarburo polímero hecho de la monómero conocido como estireno . [5] El poliestireno puede ser sólido o espumado. El poliestireno de uso general es transparente, duro y bastante quebradizo. Es una resina económica por unidad de peso. Es una barrera bastante pobre para el oxígeno y el vapor de agua y tiene un punto de fusión relativamente bajo. [6] El poliestireno es uno de los plásticos más utilizados., la escala de su producción es de varios millones de toneladas por año. [7] El poliestireno puede ser transparente por naturaleza , pero se puede colorear con colorantes. Los usos incluyen embalajes protectores (como cacahuetes de embalaje y en los estuches utilizados para almacenar discos ópticos como CD y ocasionalmente DVD ), envases, tapas, botellas, bandejas, vasos, cubiertos desechables [6] y en la fabricación de modelos.

Como polímero termoplástico , el poliestireno se encuentra en estado sólido (vítreo) a temperatura ambiente, pero fluye si se calienta por encima de aproximadamente 100 ° C, su temperatura de transición vítrea . Se vuelve rígido de nuevo cuando se enfría. Este comportamiento de la temperatura se aprovecha para la extrusión (como en la espuma de poliestireno ) y también para el moldeo y la formación al vacío , ya que se puede moldear en moldes con detalles finos.

Según las normas ASTM , el poliestireno se considera no biodegradable . Se está acumulando como una forma de basura en el ambiente exterior , particularmente a lo largo de las costas y vías fluviales, especialmente en su forma de espuma, y ​​en el Océano Pacífico. [8]

Historia [ editar ]

El poliestireno fue descubierto en 1839 por Eduard Simon , un boticario de Berlín. [9] A partir del estoraque , la resina del árbol de liquidámbar oriental Liquidambar orientalis , destiló una sustancia aceitosa, un monómero al que llamó estirol. Varios días después, Simon descubrió que el estirol se había espesado hasta convertirse en una gelatina que llamó óxido de estirol ("Styroloxyd") porque supuso una oxidación. En 1845, el químico John Buddle Blyth, nacido en Jamaica, y el químico alemán August Wilhelm von Hofmann demostraron que la misma transformación del estirol tenía lugar en ausencia de oxígeno. [10]Llamaron al producto "metaestirol"; El análisis mostró que era químicamente idéntico al Styroloxyd de Simon. [11] En 1866, Marcellin Berthelot identificó correctamente la formación de metaestirol / Styroloxyd a partir de estirol como un proceso de polimerización . [12] Aproximadamente 80 años después se descubrió que el calentamiento del estirol inicia una reacción en cadena que produce macromoléculas , siguiendo la tesis del químico orgánico alemán Hermann Staudinger (1881-1965). Esto finalmente llevó a que la sustancia recibiera su nombre actual, poliestireno. [ cita requerida ]

La empresa IG Farben comenzó a fabricar poliestireno en Ludwigshafen , alrededor de 1931, con la esperanza de que fuera un sustituto adecuado del zinc fundido a presión en muchas aplicaciones. El éxito se logró cuando desarrollaron una vasija de reactor que extruía poliestireno a través de un tubo calentado y un cortador, produciendo poliestireno en forma de gránulos. [ cita requerida ]

Otis Ray McIntire (1918-1996), ingeniero químico de Dow Chemical, redescubrió un proceso patentado por primera vez por el inventor sueco Carl Munters. [13] Según el Science History Institute, "Dow compró los derechos del método de Munters y comenzó a producir un material ligero, resistente al agua y flotante que parecía perfecto para construir muelles y embarcaciones y para aislar casas, oficinas y gallineros. . " [14] En 1944, se patentó la espuma de poliestireno . [ cita requerida ]

Antes de 1949, el ingeniero químico Fritz Stastny (1908-1985) desarrolló perlas de PS preexpandidas mediante la incorporación de hidrocarburos alifáticos, como el pentano. Estas perlas son la materia prima para moldear piezas o extruir láminas. BASF y Stastny solicitaron una patente que se emitió en 1949. El proceso de moldeo se demostró en la Kunststoff Messe 1952 en Düsseldorf. Los productos se llamaron Styropor. [ cita requerida ]

Giulio Natta informó de la estructura cristalina del poliestireno isotáctico . [15]

En 1954, Koppers Company en Pittsburgh, Pensilvania , desarrolló espuma de poliestireno expandido (EPS) con el nombre comercial de Dylite. [16] En 1960, Dart Container , el mayor fabricante de vasos de espuma, envió su primer pedido. [17]

Estructura [ editar ]

El poliestireno es inflamable y libera grandes cantidades de humo negro al quemarse.

En términos químicos , el poliestireno es un hidrocarburo de cadena larga en el que los centros de carbono alternos están unidos a grupos fenilo (un derivado del benceno ). La fórmula química del poliestireno es (C
8H
8)
norte; contiene los elementos químicos carbono e hidrógeno . [ cita requerida ]

Las propiedades del material están determinadas por atracciones de van der Waals de corto alcance entre cadenas de polímeros. Dado que las moléculas constan de miles de átomos, la fuerza de atracción acumulativa entre las moléculas es grande. Cuando se calientan (o se deforman rápidamente, debido a una combinación de propiedades viscoelásticas y de aislamiento térmico), las cadenas pueden adquirir un mayor grado de confirmación y deslizarse unas sobre otras. Esta debilidad intermolecular (frente a la alta debilidad intramolecularfuerza debido a la estructura de hidrocarburos) confiere flexibilidad y elasticidad. La capacidad del sistema para deformarse fácilmente por encima de su temperatura de transición vítrea permite que el poliestireno (y los polímeros termoplásticos en general) se ablanden y moldeen fácilmente con el calentamiento. El poliestireno extruido es casi tan fuerte como un aluminio sin alear, pero mucho más flexible y mucho menos denso (1,05 g / cm 3 para poliestireno frente a 2,70 g / cm 3 para aluminio). [ cita requerida ]

Producción [ editar ]

El poliestireno es un polímero de adición que se produce cuando los monómeros de estireno se interconectan ( polimerización ). En la polimerización, el enlace π carbono-carbono del grupo vinilo se rompe y se forma un nuevo enlace σ carbono-carbono , que se une al carbono de otro monómero de estireno en la cadena. Dado que solo se usa un tipo de monómero en su preparación, es un homopolímero. El enlace σ recién formado es más fuerte que el enlace π que se rompió, por lo que es difícil despolimerizar el poliestireno. Aproximadamente unos pocos miles de monómeros comprenden típicamente una cadena de poliestireno, dando un peso molecular de 100.000 a 400.000 g / mol. [ cita requerida ]

Cada carbono de la columna vertebral tiene geometría tetraédrica , y los carbonos que tienen un grupo fenilo (anillo de benceno) unido son estereogénicos . Si la columna vertebral se colocara como una cadena en zig-zag alargada y plana, cada grupo fenilo se inclinaría hacia adelante o hacia atrás en comparación con el plano de la cadena. [ cita requerida ]

La relación estereoquímica relativa de los grupos fenilo consecutivos determina la tacticidad , que afecta a varias propiedades físicas del material. [ cita requerida ]

Tacticidad [ editar ]

En el poliestireno, la tacticidad describe la medida en que el grupo fenilo está uniformemente alineado (dispuesto en un lado) en la cadena del polímero. La táctica tiene un fuerte efecto sobre las propiedades del plástico. El poliestireno estándar es atáctico. El diastereómero donde todos los grupos fenilo están en el mismo lado se llama poliestireno isotáctico , que no se produce comercialmente. [ cita requerida ]

Poliestireno atáctico [ editar ]

La única forma comercialmente importante de poliestireno es atáctica , en la que los grupos fenilo se distribuyen aleatoriamente en ambos lados de la cadena del polímero. Este posicionamiento aleatorio evita que las cadenas se alineen con suficiente regularidad para lograr cualquier cristalinidad . El plástico tiene una temperatura de transición vítrea T g de ~ 90 ° C. La polimerización se inicia con radicales libres . [7]

Poliestireno sindiotáctico [ editar ]

La polimerización de Ziegler-Natta puede producir un poliestireno sindiotáctico ordenado con los grupos fenilo colocados en lados alternos de la cadena principal de hidrocarburos. Esta forma es altamente cristalina con una T m (punto de fusión) de 270 ° C (518 ° F). La resina de poliestireno sindiotáctico se produce actualmente bajo el nombre comercial XAREC por Idemitsu Corporation, que utiliza un catalizador de metaloceno para la reacción de polimerización. [18]

Degradación [ editar ]

El poliestireno es relativamente inerte químicamente. Si bien es impermeable y resistente a la descomposición por muchos ácidos y bases, es fácilmente atacado por muchos solventes orgánicos (por ejemplo, se disuelve rápidamente cuando se expone a acetona ), solventes clorados y solventes de hidrocarburos aromáticos. Debido a su resistencia e inercia, se utiliza para fabricar muchos objetos comerciales. Como otros compuestos orgánicos, el poliestireno se quema para producir dióxido de carbono y vapor de agua , además de otros subproductos de degradación térmica. El poliestireno, al ser un hidrocarburo aromático , típicamente se quema de manera incompleta como lo indica la llama de hollín. [ cita requerida ]

El proceso de despolimerización del poliestireno en su monómero , estireno , se llama pirólisis . Esto implica el uso de alta presión y calor para romper los enlaces químicos entre cada compuesto de estireno. La pirólisis suele alcanzar los 430 ° C. [19] El alto costo energético de hacer esto ha dificultado el reciclado comercial de poliestireno en monómero de estireno. [ cita requerida ]

Organismos [ editar ]

Generalmente, se considera que el poliestireno no es biodegradable. Sin embargo, ciertos organismos pueden degradarlo, aunque muy lentamente. [20]

En 2015, los investigadores descubrieron que los gusanos de la harina , la forma de larva del escarabajo oscuro Tenebrio molitor , podían digerir y subsistir de manera saludable con una dieta de EPS. [21] [22] Aproximadamente 100 gusanos de la harina podrían consumir entre 34 y 39 miligramos de esta espuma blanca en un día. Se descubrió que los excrementos del gusano de la harina son seguros para su uso como suelo para cultivos. [21]

En 2016, también se informó que los super gusanos ( Zophobas morio ) pueden comer poliestireno expandido (EPS). [23] Un grupo de estudiantes de secundaria de la Universidad Ateneo de Manila descubrió que, en comparación con las larvas de Tenebrio molitor , las larvas de Zophobas morio pueden consumir mayores cantidades de EPS durante períodos de tiempo más prolongados. [24]

La bacteria Pseudomonas putida es capaz de convertir el aceite de estireno en el plástico PHA biodegradable . [25] [26] [27] Esto puede ser útil algún día en la eliminación eficaz de la espuma de poliestireno. Vale la pena señalar que el poliestireno debe someterse a pirólisis para convertirse en aceite de estireno. [ cita requerida ]

Formularios producidos [ editar ]

Propiedades
Densidad de EPS16 a 640 kg / m 3 [28]
Módulo de Young ( E )3000–3600 MPa
Resistencia a la tracción ( s t )46–60 MPa
Alargamiento a la rotura3-4%
Prueba de impacto Charpy2-5 kJ / m 2
Temperatura de transición del vidrio100 ° C [29]
punto de reblandecimiento Vicat90 ° C [30]
Coeficiente de expansión termal8 × 10 −5 / K
Capacidad calorífica específica ( c )1,3 kJ / (kg · K)
Absorción de agua (ASTM)0.03-0.1
DescomposiciónX años, todavía decayendo

El poliestireno se moldea comúnmente por inyección , se forma al vacío o se extruye, mientras que el poliestireno expandido se extruye o moldea en un proceso especial. También se producen copolímeros de poliestireno ; estos contienen uno o más otros monómeros además del estireno. En los últimos años también se han producido los compuestos de poliestireno expandido con celulosa [31] [32] y almidón [33] . El poliestireno se utiliza en algunos explosivos ligados con polímeros (PBX). [ cita requerida ]

Poliestireno laminado o moldeado [ editar ]

Caja de CD hecha de poliestireno de uso general (GPPS) y poliestireno de alto impacto (HIPS)
Navaja de poliestireno desechable

El poliestireno (PS) se utiliza para producir cubiertos y vajillas de plástico desechables , estuches "joya" de CD , carcasas para detectores de humo , marcos de matrículas , kits de montaje de modelos de plástico y muchos otros objetos donde se desea un plástico rígido y económico. Los métodos de producción incluyen termoformado ( conformado al vacío ) y moldeo por inyección .

Las placas de Petri de poliestireno y otros recipientes de laboratorio , como tubos de ensayo y microplacas, desempeñan un papel importante en la investigación y la ciencia biomédicas. Para estos usos, los artículos casi siempre se fabrican mediante moldeo por inyección y, a menudo, se esterilizan después del moldeo, ya sea por irradiación o por tratamiento con óxido de etileno . La modificación de la superficie posterior al molde, generalmente con plasmas ricos en oxígeno , se realiza a menudo para introducir grupos polares. Gran parte de la investigación biomédica moderna se basa en el uso de tales productos; por tanto, desempeñan un papel fundamental en la investigación farmacéutica. [34]

Las láminas delgadas de poliestireno se utilizan en los condensadores de película de poliestireno , ya que forma un dieléctrico muy estable , pero en gran medida ha caído en desuso a favor del poliéster .

Espumas [ editar ]

Primer plano de envases de poliestireno expandido

Las espumas de poliestireno son 95-98% de aire. [35] [36] Las espumas de poliestireno son buenos aislantes térmicos y, por lo tanto, se utilizan a menudo como materiales de aislamiento de edificios, como en encofrados de hormigón aislante y sistemas de construcción de paneles de aislamiento estructural. La espuma de poliestireno gris, que incorpora grafito, tiene propiedades de aislamiento superiores. [37]

Carl Munters y John Gudbrand Tandberg de Suecia recibieron una patente de EE. UU. Para espuma de poliestireno como producto aislante en 1935 (patente de EE. UU. Número 2.023.204). [38]

Las espumas de PS también exhiben buenas propiedades de amortiguación, por lo que se utilizan ampliamente en envases. La marca comercial Styrofoam de Dow Chemical Company se usa informalmente (principalmente en EE. UU. Y Canadá) para todos los productos de poliestireno espumado, aunque estrictamente solo debe usarse para espumas de poliestireno de "celda cerrada extruida" fabricadas por Dow Chemicals.

Las espumas también se utilizan para estructuras arquitectónicas que no soportan peso (como pilares ornamentales ).

Poliestireno expandido (EPS) [ editar ]

Losas Thermocol fabricadas con perlas de poliestireno expandido (EPS). El de la izquierda es de una caja de embalaje. El de la derecha se utiliza para manualidades. Tiene una textura corchosa y parecida al papel y se utiliza para la decoración de escenarios, modelos de exhibición y, a veces, como una alternativa barata a los tallos de shola ( Aeschynomene aspera ) para obras de arte.
Sección de un bloque de termocol bajo un microscopio óptico ( campo claro , objetivo = 10 ×, ocular = 15 ×). Las esferas más grandes son perlas de poliestireno expandido que se comprimieron y fusionaron. El agujero brillante en forma de estrella en el centro de la imagen es un espacio de aire entre las cuentas donde los márgenes de las cuentas no se han fusionado por completo. Cada cuenta está hecha de burbujas de poliestireno de paredes delgadas llenas de aire.

El poliestireno expandido (EPS) es una espuma rígida y resistente de celda cerrada con un rango de densidad normal de 11 a 32 kg / m 3 . [39]Suele ser de color blanco y está fabricado con perlas de poliestireno preexpandido. El proceso de fabricación de EPS comienza convencionalmente con la creación de pequeñas perlas de poliestireno. Los monómeros de estireno (y potencialmente otros aditivos) se suspenden en agua, donde se someten a una polimerización por adición de radicales libres. Las perlas de poliestireno formadas por este mecanismo pueden tener un diámetro medio de alrededor de 200 µm. A continuación, las perlas se impregnan con un "agente de expansión", un material que permite que las perlas se expandan. El pentano se usa comúnmente como agente de expansión. Las perlas se añaden a un reactor de agitación continua con el agente de expansión, entre otros aditivos, y el agente de expansión se filtra en los poros dentro de cada perla. Luego, las perlas se expanden usando vapor. [40]

El EPS se utiliza para envases de alimentos , láminas moldeadas para aislamiento de edificios y material de embalaje, ya sea como bloques sólidos formados para acomodar el artículo que se está protegiendo o como "cacahuetes" de relleno suelto que protegen los artículos frágiles dentro de las cajas. El EPS también se ha utilizado ampliamente en aplicaciones de seguridad vial y automotriz, como cascos de motocicleta y barreras viales en pistas de carreras de automóviles . [41] [42] [43]

Una parte importante de todos los productos de EPS se fabrica mediante moldeo por inyección. Las herramientas para moldes tienden a fabricarse con aceros (que pueden endurecerse y chaparse) y aleaciones de aluminio. Los moldes se controlan mediante un split mediante un sistema de canales de puertas y correderas. [44] El EPS se llama coloquialmente "espuma de poliestireno" en los Estados Unidos y Canadá, una generización aplicada incorrectamente de la marca de poliestireno extruido de Dow Chemical . [45]

EPS en la construcción de edificios [ editar ]

Las hojas de EPS se empaquetan comúnmente como paneles rígidos (lo común en Europa es un tamaño de 100 cm x 50 cm, generalmente dependiendo del tipo de conexión y las técnicas de encolado previstos; de hecho, es de 99,5 cm x 49,5 cm o 98 cm x 48 cm; menos común es 120 x 60 cm; tamaño 4 por 8 pies (1,2 por 2,4 m) o 2 por 8 pies (0,61 por 2,44 m) en los Estados Unidos). Los espesores habituales son de 10 mm a 500 mm. Muchas personalizaciones, aditivos y capas externas adicionales delgadas en uno o ambos lados a menudo se agregan para ayudar con varias propiedades.

La conductividad térmica se mide de acuerdo con EN 12667. Los valores típicos oscilan entre 0.032 y 0.038 W / (m⋅K) dependiendo de la densidad de la placa EPS. El valor de 0.038 W / (m⋅K) se obtuvo a 15 kg / m 3 mientras que el valor de 0.032 W / (m⋅K) se obtuvo a 40 kg / m 3 de acuerdo con la hoja de datos de K-710 de StyroChem Finland. . La adición de rellenos (grafitos, aluminio o carbono) ha permitido recientemente que la conductividad térmica del EPS alcance alrededor de 0.030-0.034 W / (m⋅K) (tan bajo como 0.029 W / (m⋅K)) y, como tal, tiene un color gris / color negro que lo distingue del EPS estándar. Varios productores de EPS han producido una variedad de estos usos de EPS de mayor resistencia térmica para este producto en el Reino Unido y la UE.

La resistencia a la difusión del vapor de agua ( μ ) del EPS es de alrededor de 30 a 70.

ICC-ES ( Servicio de Evaluación del Consejo de Códigos Internacionales ) requiere que las placas de EPS utilizadas en la construcción de edificios cumplan con los requisitos de ASTM C578. Uno de estos requisitos es que el índice de oxígeno límite de EPS medido por ASTM D2863 sea superior al 24% en volumen. El EPS típico tiene un índice de oxígeno de alrededor del 18% en volumen; por tanto, se añade un retardante de llama al estireno o poliestireno durante la formación de EPS.

Las placas que contienen un retardante de llama cuando se prueban en un túnel usando el método de prueba UL 723 o ASTM E84 tendrán un índice de propagación de llama de menos de 25 y un índice de desarrollo de humo de menos de 450. ICC-ES requiere el uso de un 15- barrera térmica diminuta cuando se utilizan placas de EPS dentro de un edificio.

Según la organización EPS-IA ICF, la densidad típica del EPS utilizado para encofrados de hormigón aislado ( hormigón de poliestireno expandido ) es de 1,35 a 1,80 libras por pie cúbico (21,6 a 28,8 kg / m 3 ). Este es EPS Tipo II o Tipo IX según ASTM C578. Los bloques o tableros de EPS utilizados en la construcción de edificios se cortan comúnmente con cables calientes. [46]

Poliestireno extruido (XPS) [ editar ]

La espuma de poliestireno extruido (XPS) consta de células cerradas. Ofrece una mejor rugosidad de la superficie, una mayor rigidez y una conductividad térmica reducida. El rango de densidad es de aproximadamente 28 a 45 kg / m 3 . [ cita requerida ]

El material de poliestireno extruido también se utiliza en la artesanía y la construcción de modelos , en particular modelos arquitectónicos . Debido al proceso de fabricación por extrusión, XPS no requiere facetas para mantener su rendimiento de propiedades físicas o térmicas. Por lo tanto, es un sustituto más uniforme del cartón ondulado . La conductividad térmica varía entre 0.029 y 0.039 W / (m · K) dependiendo de la fuerza / densidad del rodamiento y el valor promedio es ~ 0.035 W / (m · K).

La resistencia a la difusión del vapor de agua (μ) de XPS es de alrededor de 80 a 250.

Los materiales de espuma de poliestireno extruidos comúnmente incluyen:

  • Espuma de poliestireno , también conocida como Blue Board, producida por Dow Chemical Company
  • Depron, una fina lámina aislante que también se utiliza para la construcción de modelos [47]

Absorción de agua de espumas de poliestireno [ editar ]

Aunque es una espuma de celda cerrada, tanto el poliestireno expandido como el extruido no son completamente impermeables ni a prueba de vapor. [48] En el poliestireno expandido hay espacios intersticiales entre los gránulos expandidos de células cerradas que forman una red abierta de canales entre los gránulos unidos, y esta red de espacios puede llenarse con agua líquida. Si el agua se congela y se convierte en hielo, se expande y puede hacer que los gránulos de poliestireno se desprendan de la espuma. El poliestireno extruido también es permeable a las moléculas de agua y no puede considerarse una barrera de vapor. [49]

El anegamiento ocurre comúnmente durante un período prolongado en espumas de poliestireno que están constantemente expuestas a alta humedad o que están continuamente sumergidas en agua, como en las cubiertas de los jacuzzis, en los muelles flotantes, como flotación suplementaria debajo de los asientos de los botes y para exteriores bajo el nivel Aislamiento del edificio constantemente expuesto al agua subterránea. [50] Por lo general, es necesaria una barrera de vapor exterior, como láminas de plástico impermeable o un revestimiento rociado, para evitar la saturación.

Poliestireno orientado [ editar ]

El poliestireno orientado (OPS) se produce estirando la película de PS extruida, mejorando la visibilidad a través del material al reducir la turbidez y aumentar la rigidez. Esto se usa a menudo en envases donde el fabricante desea que el consumidor vea el producto adjunto. Algunos beneficios de OPS son que es menos costoso de producir que otros plásticos transparentes como polipropileno (PP), (PET) y poliestireno de alto impacto (HIPS), y es menos turbio que HIPS o PP. La principal desventaja de OPS es que es frágil y se agrieta o se rompe fácilmente.

Copolímeros [ editar ]

El poliestireno ordinario ( homopolimérico ) tiene un excelente perfil de propiedades en cuanto a transparencia, calidad superficial y rigidez. Su gama de aplicaciones se amplía aún más mediante la copolimerización y otras modificaciones ( mezclas, por ejemplo, con PC y poliestireno sindiotáctico). [51] : 102–104 Se utilizan varios copolímeros a base de estireno : Los copolímeros de estireno-butadieno modificados con elastómero superan la textura crujiente del poliestireno homopolimérico. Los copolímeros de estireno y acrilonitrilo ( SAN ) son más resistentes al estrés térmico, al calor y a los productos químicos que los homopolímeros y también son transparentes. Copolímeros llamados ABStienen propiedades similares y pueden usarse a bajas temperaturas, pero son opacas .

Copolímeros de estireno-butano [ editar ]

Se pueden producir copolímeros de estireno-butano con un bajo contenido de buteno . Los copolímeros de estireno-butano incluyen PS-I y SBC (ver más abajo), ambos copolímeros son resistentes al impacto . El PS-I se prepara por copolimerización de injerto , el SBC por copolimerización de bloque aniónico, lo que lo hace transparente en caso de tamaño de bloque apropiado. [52]

Si el copolímero de estireno-butano tiene un alto contenido de butileno, se forma caucho de estireno-butadieno (SBR).

La resistencia al impacto de los copolímeros de estireno-butadieno se basa en la separación de fases, el poliestireno y el polibutano no son solubles entre sí (ver teoría de Flory-Huggins ). La copolimerización crea una capa límite sin una mezcla completa. Las fracciones de butadieno (la "fase de caucho") se ensamblan para formar partículas incrustadas en una matriz de poliestireno. Un factor decisivo para la mejora de la resistencia al impacto de los copolímeros de estireno-butadieno es su mayor capacidad de absorción para el trabajo de deformación. Sin fuerza aplicada, la fase de caucho se comporta inicialmente como un relleno . Bajo tensión de tracción, locuras(microfisuras) que se extienden a las partículas de caucho. La energía de la grieta que se propaga se transfiere luego a las partículas de caucho a lo largo de su trayectoria. Un gran número de grietas dan al material originalmente rígido una estructura laminada. La formación de cada laminilla contribuye al consumo de energía y, por tanto, a un aumento del alargamiento a la rotura. Los homopolímeros de poliestireno se deforman cuando se aplica una fuerza hasta que se rompen. Los copolímeros de estireno-butano no se rompen en este punto, sino que comienzan a fluir, se solidifican a la resistencia a la tracción y solo se rompen con un alargamiento mucho mayor. [53] : 426

Con una alta proporción de polibutadieno, el efecto de las dos fases se invierte. El caucho de estireno-butadieno se comporta como un elastómero pero puede procesarse como un termoplástico.

Poliestireno resistente a impactos (PS-I) [ editar ]

PS-I ( i mpacto resistente p oly s Tyrene ) se compone de una matriz de poliestireno continua y una fase de caucho dispersado en el mismo. Se produce por polimerización de estireno en presencia de polibutadieno disuelto (en estireno). La polimerización tiene lugar simultáneamente de dos formas: [54]

  • Copolimerización de injerto : La cadena de poliestireno en crecimiento reacciona con un doble enlace del polibutadieno . Como resultado, varias cadenas de poliestireno se unen a una molécula de polibutadieno.
  • Homopolimerización : El estireno se polimeriza a poliestireno y no reacciona con el presente polibutadieno.

Las partículas de polibutadieno (partículas de caucho) en PS-I suelen tener un diámetro de 0,5 a 9 μm. De este modo, dispersan la luz visible, haciendo que el PS-I sea opaco. [55] : 476 El material es estable (no se produce más segregación de fases) porque el polibutadieno y el poliestireno están unidos químicamente . [56] Históricamente, el PS-I se produjo por primera vez mediante una simple mezcla (mezcla física, denominada combinación) de polibutadieno y poliestireno. De esta manera, se produce una mezcla de polímeros , no un copolímero . Sin embargo, el material polimezcla tiene propiedades considerablemente peores. [55] : 476

Copolímeros de bloque de estireno-butadieno [ editar ]

SBS ( s tyrene- b utadiene- s copolímero de bloque Tyrene) se hace por aniónico copolimerización bloque y consiste en tres bloques: [57]

SSSSSSS-SSSSSSS-SSSSSS BBBBBBB-BBBBBBB-BBBBBB SSSSSSS-SSSSSSS-SSSSSS

S representa en la figura la unidad de repetición de estireno , B la unidad de repetición de butadieno. Sin embargo, el bloque intermedio a menudo no consiste en el homopolímero de butano representado, sino en un copolímero de estireno-butadieno:

SSSSSS-SSSSSSS-SSSSSS BB S BB S B - S -ES S B - SS acreditación S B SSSSSSS-SSSSSSS-SSSSS S

Al usar un copolímero estadístico en esta posición, el polímero se vuelve menos susceptible a la reticulación y fluye mejor en la masa fundida. Para la producción de SBS, el primer estireno se homopolimeriza mediante copolimerización aniónica. Normalmente, se utiliza como catalizador un compuesto organometálico como el butillitio. Luego se agrega butadieno y después de estireno nuevamente su polimerización. El catalizador permanece activo durante todo el proceso (para lo cual los productos químicos utilizados deben ser de alta pureza). La distribución del peso molecular de los polímeros es muy baja ( polidispersidaden el rango de 1,05, las cadenas individuales tienen, por tanto, longitudes muy similares). La longitud de los bloques individuales se puede ajustar mediante la relación de catalizador a monómero. El tamaño de las secciones de goma, a su vez, depende de la longitud del bloque. La producción de pequeñas estructuras (más pequeñas que la longitud de onda de la luz) aseguran la transparencia. Sin embargo, a diferencia de PS-I, el copolímero de bloques no forma partículas, pero tiene una estructura laminar.

Caucho de estireno-butadieno [ editar ]

Artículo principal: estireno-butadieno

El caucho de estireno-butadieno (SBR) se produce como PS-I por copolimerización por injerto, pero con un contenido de estireno más bajo. El caucho de estireno-butadieno consta así de una matriz de caucho con una fase de poliestireno dispersa en ella. [56] A diferencia de PS-I y SBC, no es un termoplástico , sino un elastómero . Dentro de la fase de caucho, la fase de poliestireno se ensambla en dominios. Esto provoca una reticulación física a nivel microscópico. Cuando el material se calienta por encima del punto de transición vítrea, los dominios se desintegran, la reticulación se suspende temporalmente y el material se puede procesar como un termoplástico. [58]

Acrilonitrilo butadieno estireno [ editar ]

Artículo principal: Acrilonitrilo butadieno estireno

El acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) es un material más fuerte que el poliestireno puro.

Otros [ editar ]

SMA es un copolímero con anhídrido maleico . El estireno se puede copolimerizar con otros monómeros; por ejemplo, se puede usar divinilbenceno para reticular las cadenas de poliestireno para dar el polímero usado en la síntesis de péptidos en fase sólida . La resina de estireno-acrilonitrilo (SAN) tiene una mayor resistencia térmica que el estireno puro.

Problemas ambientales [ editar ]

Producción [ editar ]

Las espumas de poliestireno se producen utilizando agentes de expansión que forman burbujas y expanden la espuma. En el poliestireno expandido, estos suelen ser hidrocarburos como el pentano , que pueden presentar un peligro de inflamabilidad en la fabricación o almacenamiento de material recién fabricado, pero tienen un impacto ambiental relativamente leve. [ cita requerida ] El poliestireno extruido generalmente se fabrica con hidrofluorocarbonos ( HFC-134a ), [59] que tienen un potencial de calentamiento global de aproximadamente 1000-1300 veces mayor que el del dióxido de carbono. [60]

No biodegradable [ editar ]

El poliestireno residual tarda cientos de años en biodegradarse y es resistente a la fotooxidación . [61]

Basura [ editar ]

  • Residuos de poliestireno

  • Escombros costeros, incluido poliestireno

Los animales no reconocen la espuma de poliestireno como material artificial e incluso pueden confundirla con comida. [62] La espuma de poliestireno sopla con el viento y flota en el agua, debido a su baja gravedad específica. Puede tener efectos graves sobre la salud de las aves o los animales marinos que ingieren cantidades importantes. [62] Las truchas arco iris juveniles expuestas a fragmentos de poliestireno han producido efectos tóxicos al provocar cambios histomorfométricos sustanciales. [63]

Reducir [ editar ]

Restringir el uso de envases de alimentos para llevar de poliestireno espumado es una prioridad de muchas organizaciones ambientales de desechos sólidos . [64] Se han realizado esfuerzos para encontrar alternativas al poliestireno, especialmente la espuma en los restaurantes. El impulso original fue eliminar los clorofluorocarbonos (CFC), que era un antiguo componente de la espuma.

Estados Unidos [ editar ]

En 1987, Berkeley, California , prohibió los envases de alimentos con CFC. [65] Al año siguiente, el condado de Suffolk, Nueva York , se convirtió en la primera jurisdicción estadounidense en prohibir el poliestireno en general. [66] Sin embargo, los desafíos legales de la Sociedad de la Industria del Plástico [67] impidieron que la prohibición entrara en vigor hasta que finalmente se retrasó cuando los partidos Republicano y Conservador obtuvieron la mayoría de la legislatura del condado. [68] Mientras tanto, Berkeley se convirtió en la primera ciudad en prohibir todos los envases de espuma para alimentos. [69] En 2006, alrededor de cien localidades en los Estados Unidos, incluidas Portland, Oregon y San Franciscotenía algún tipo de prohibición de la espuma de poliestireno en los restaurantes. Por ejemplo, en 2007 Oakland, California , requirió que los restaurantes cambiaran a recipientes de comida desechables que se biodegradarían si se agregaran al abono alimentario. [70] En 2013, se informó que San José se convirtió en la ciudad más grande del país en prohibir los envases de alimentos de espuma de poliestireno. [71] Algunas comunidades han implementado amplias prohibiciones del poliestireno, como Freeport, Maine , que lo hizo en 1990. [72] En 1988, se promulgó la primera prohibición estadounidense de la espuma de poliestireno general en Berkeley, California. [69]

El 1 de julio de 2015, la ciudad de Nueva York se convirtió en la ciudad más grande de los Estados Unidos en intentar prohibir la venta, posesión y distribución de espuma de poliestireno de un solo uso (la decisión inicial fue anulada en apelación). [73] En San Francisco, los supervisores aprobaron la prohibición más estricta de "espuma de poliestireno" (EPS) en los EE. UU. Que entró en vigencia el 1 de enero de 2017. El Departamento de Medio Ambiente de la ciudad puede hacer excepciones para ciertos usos como el envío de medicamentos a temperaturas prescritas. [74]

La Asociación de Restaurantes Verdes de EE. UU. No permite el uso de espuma de poliestireno como parte de su estándar de certificación. [75] Varios líderes ecológicos, desde el Ministerio de Medio Ambiente holandés hasta el Equipo Ecológico de Starbucks , aconsejan a las personas que reduzcan su daño ambiental mediante el uso de tazas de café reutilizables. [76]

En marzo de 2019, Maryland prohibió los envases de espuma de poliestireno para alimentos y se convirtió en el primer estado del país en aprobar una prohibición de espuma para envases de alimentos a través de la legislatura estatal. Maine fue el primer estado en obtener oficialmente una prohibición de los envases de espuma para alimentos en los libros. En mayo de 2019, el gobernador de Maryland Hogan permitió que la prohibición de la espuma (Proyecto de ley 109 de la Cámara de Representantes) se convirtiera en ley sin una firma, lo que convirtió a Maryland en el segundo estado en tener una prohibición de espuma en contenedores de alimentos en los libros, pero es el primero en entrar en vigencia el 1 de julio. 2020. [77] [78] [79] [80]

En septiembre de 2020, la legislatura del estado de Nueva Jersey votó a favor de prohibir los recipientes y vasos de espuma de poliestireno desechables para alimentos . [81]

Fuera de los Estados Unidos [ editar ]

China prohibió los envases y vajillas de poliestireno expandido para llevar / comida para llevar alrededor de 1999. Sin embargo, el cumplimiento ha sido un problema y, en 2013, la industria china del plástico estaba presionando para que se derogara la prohibición. [82]

La India y Taiwán también prohibieron los artículos para el servicio de alimentos de espuma de poliestireno antes de 2007. [83]

El gobierno de Zimbabwe , a través de su Agencia de Gestión Ambiental (EMA), prohibió los contenedores de poliestireno (popularmente llamados 'kaylite' en el país), en virtud del Instrumento Estatutario 84 de 2012 (Envases de plástico y botellas de plástico) (Enmienda) Regulaciones, 2012 (No 1 .) [84] [85]

La ciudad de Vancouver , Canadá, anunció su plan Zero Waste 2040 en 2018. La ciudad introducirá enmiendas a los estatutos para prohibir que los titulares de licencias comerciales sirvan comida preparada en vasos de espuma de poliestireno y recipientes para llevar, a partir del 1 de junio de 2019. [86]

Fiji aprobó el proyecto de ley de gestión ambiental en diciembre de 2020. Las importaciones de productos de poliestireno se prohibieron en enero de 2021. [87]

Reciclaje [ editar ]

El símbolo del código de identificación de resina para poliestireno

En general, el poliestireno no se acepta en los programas de reciclaje de recolección en la acera y no se separa y recicla donde se acepta. En Alemania, el poliestireno se recolecta como consecuencia de la ley de empaque (Verpackungsverordnung) que requiere que los fabricantes asuman la responsabilidad de reciclar o desechar cualquier material de empaque que vendan.

La mayoría de los productos de poliestireno no se reciclan actualmente debido a la falta de incentivos para invertir en los compactadores y sistemas logísticos necesarios. Debido a la baja densidad de la espuma de poliestireno, su recolección no es económica. Sin embargo, si el material de desecho pasa por un proceso de compactación inicial, la densidad del material cambia de típicamente 30 kg / m 3 a 330 kg / m 3y se convierte en un producto reciclable de alto valor para los productores de pellets de plástico reciclado. La chatarra de poliestireno expandido se puede agregar fácilmente a productos como láminas de aislamiento de EPS y otros materiales de EPS para aplicaciones de construcción; muchos fabricantes no pueden obtener suficiente chatarra debido a problemas de recolección. Cuando no se utiliza para fabricar más EPS, la chatarra de espuma se puede convertir en productos como perchas de ropa, bancos de parque, macetas, juguetes, reglas, grapadoras, contenedores de plántulas, marcos de fotos y molduras arquitectónicas de PS reciclado. [88] A partir de 2016, se reciclan alrededor de 100 toneladas de EPS cada mes en el Reino Unido. [89]

El EPS reciclado también se utiliza en muchas operaciones de fundición de metales. Rastra está hecho de EPS que se combina con cemento para ser utilizado como enmienda aislante en la realización de cimientos y muros de hormigón. Los fabricantes estadounidenses han producido encofrados de hormigón aislante hechos con aproximadamente un 80% de EPS reciclado desde 1993.

Incineración [ editar ]

Si el poliestireno se incinera adecuadamente a altas temperaturas (hasta 1000 ° C [90] ) y con mucho aire [90] (14 m 3 / kg [ cita requerida ] ), los productos químicos generados son agua, dióxido de carbono y posiblemente pequeñas cantidades de compuestos de halógeno residuales de retardadores de llama. [90] Si solo se realiza una incineración incompleta, también quedarán restos de hollín de carbono y una mezcla compleja de compuestos volátiles. [91] [Se necesita una mejor fuente ] Según el American Chemistry Council, cuando el poliestireno se incinera en instalaciones modernas, el volumen final es el 1% del volumen inicial; la mayor parte del poliestireno se convierte en dióxido de carbono, vapor de agua y calor. Debido a la cantidad de calor liberado, a veces se utiliza como fuente de energía para la generación de vapor o electricidad . [90] [92]

Cuando se quemó poliestireno a temperaturas de 800-900 ° C (el rango típico de un incinerador moderno), los productos de la combustión consistieron en "una mezcla compleja de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), desde alquilbencenos hasta benzoperileno. Más de 90 compuestos diferentes fueron identificados en efluentes de combustión de poliestireno ". [93] [se necesita una mejor fuente ] El Centro de Investigación de Incendios de la Oficina Nacional Estadounidense de Estándares encontró 57 subproductos químicos liberados durante la combustión de la espuma de poliestireno expandido (EPS). [94]

Seguridad [ editar ]

Salud [ editar ]

El American Chemistry Council , anteriormente conocido como la Asociación de Fabricantes de Productos Químicos, escribe:

Con base en pruebas científicas durante cinco décadas, las agencias de seguridad gubernamentales han determinado que el poliestireno es seguro para su uso en productos de servicio de alimentos. Por ejemplo, el poliestireno cumple con los estrictos estándares de la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. Y la Comisión Europea / Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria para su uso en envases para almacenar y servir alimentos. El Departamento de Higiene Ambiental y Alimentaria de Hong Kong revisó recientemente la seguridad de servir varios alimentos en productos de poliestireno para el servicio de alimentos y llegó a la misma conclusión que la FDA de EE. UU. [95]

De 1999 a 2002, un panel de expertos internacionales de 12 miembros seleccionados por el Centro de Evaluación de Riesgos de Harvard llevó a cabo una revisión integral de los posibles riesgos para la salud asociados con la exposición al estireno. Los científicos tenían experiencia en toxicología, epidemiología, medicina, análisis de riesgos, farmacocinética y evaluación de la exposición. El estudio de Harvard informó que el estireno está presente de forma natural en pequeñas cantidades en alimentos como las fresas, la carne de res y las especias, y se produce de forma natural en el procesamiento de alimentos como el vino y el queso. El estudio también revisó todos los datos publicados sobre la cantidad de estireno que contribuye a la dieta debido a la migración de envases de alimentos y artículos desechables en contacto con alimentos.y llegó a la conclusión de que el riesgo para el público en general por la exposición al estireno de los alimentos o las aplicaciones en contacto con los alimentos (como los envases de poliestireno y los recipientes para servicios de alimentos) estaba en niveles demasiado bajos para producir efectos adversos.[96]

El poliestireno se usa comúnmente en recipientes para alimentos y bebidas. El monómero de estireno (a partir del cual se fabrica el poliestireno) es un agente sospechoso de cáncer. [97] El estireno "se encuentra generalmente en niveles tan bajos en los productos de consumo que los riesgos no son sustanciales". [98] El poliestireno que se utiliza para el contacto con alimentos no puede contener más del 1% (0,5% para los alimentos grasos) de estireno en peso. [99] Se ha descubierto que los oligómeros de estireno en recipientes de poliestireno utilizados para el envasado de alimentos migran a los alimentos. [100] Otro estudio japonés realizado en ratones de tipo salvaje y sin AhR encontró que el trímero de estireno, que los autores detectaron en alimentos instantáneos envasados ​​en envases de poliestireno cocido, puede aumentar los niveles de hormona tiroidea.[101]

Es controvertido si el poliestireno se puede calentar en el microondas con alimentos. Algunos recipientes pueden usarse de manera segura en un microondas, pero solo si están etiquetados como tales. [102] Algunas fuentes sugieren que se deben evitar los alimentos que contienen caroteno (vitamina A) o aceites de cocina. [103]

Debido al uso generalizado del poliestireno, estos problemas graves relacionados con la salud siguen siendo de actualidad. [104]

Riesgos de incendio [ editar ]

Como otros compuestos orgánicos , el poliestireno es inflamable. El poliestireno se clasifica según DIN4102 como un producto "B3", lo que significa altamente inflamable o "de fácil ignición". En consecuencia, si bien es un aislante eficaz a bajas temperaturas, su uso está prohibido en cualquier instalación expuesta en la construcción de edificios si el material no es retardante de llama . [ cita requerida ] Debe estar oculto detrás de paneles de yeso , láminas de metal u hormigón. [105] Los materiales plásticos de poliestireno espumado se incendiaron accidentalmente y provocaron grandes incendios y pérdidas de vidas, por ejemplo, en el aeropuerto internacional de Düsseldorf.y en el Túnel del Canal de la Mancha (donde había poliestireno dentro de un vagón de tren que se incendió). [106]

Ver también [ editar ]

  • Espuma de poliestireno
  • Recipiente de espuma para alimentos
  • Bioplástico
  • Geofoam
  • Panel de aislamiento estructural
  • Sulfonato de poliestireno
  • Bebidas Shrinky
  • Encofrado de hormigón aislante

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Bibliografía [ editar ]

  • Haynes, William M., ed. (2011). Manual CRC de Química y Física (92ª ed.). Prensa CRC . ISBN 978-1439855119.

Enlaces externos [ editar ]

  • Composición de poliestireno - Universidad del Sur de Mississippi
  • Código de identificación de resina SPI - Sociedad de la industria del plástico
  • Poliestireno: ordenanzas locales - californianos contra el desperdicio
  • Eche un vistazo más de cerca a los envases de poliestireno de hoy (folleto del grupo industrial American Chemistry Council , que sostiene que el material es "seguro, asequible y ambientalmente responsable")
  • Lettieri TR, Hartman AW, Hembree GG, Marx E (1991). "Certificación de SRM1960: Esferas de poliestireno de diámetro nominal de 10 μm (" Perlas espaciales ")" . Revista de Investigación del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología . 96 (6): 669–691. doi : 10.6028 / jres.096.044 . PMC  4915770 . PMID  28184141 .
  • Biodegradación de poliestireno - Plástico BioSphere