Lixo plástico nunha praia.Artigos domésticos fabricados con diversos tipos de plásticos.
Os plásticos[1] son unha ampla gama de materiais sintéticos ou semisintéticos compostos principalmente por polímeros. A súa característica definitoria, a plasticidade, permítelles ser moldeados, extruidos ou prensados nunha ampla gama de formas sólidas. Esta adaptabilidade, combinada cunha ampla gama doutras propiedades, como o seu baixo peso, durabilidade, flexibilidade, resistencia química, baixa toxicidade e baixo custo de produción, levou ao seu uso xeneralizado en todo o mundo.[2] Aínda que a maioría dos plásticos prodúcense a partir de gas natural e petróleo, unha minoría cada vez maior prodúcese a partir de recursos renovables como o ácido poliláctico.[3]
Estímase que entre 1950 e 2017 fabricáronse 9200 millóns de toneladas métricas de plástico, máis da metade das cales producironse desde 2004. Só en 2023, as cifras preliminares indican que se produciron máis de 400 millóns de toneladas métricas de plástico en todo o mundo.[4] Se continúan as tendencias mundiais na demanda de plástico, prevese que a produción mundial anual de plástico superará os 1300 millóns de toneladas en 2060.[4] Os principais usos do plástico son a embalaxe, que representa ao redor do 40 % do seu uso, e a construción, que representa ao redor do 20 % do seu uso.[2]
O éxito e o predominio dos plásticos desde principios do século XX reportou importantes beneficios á humanidade, desde dispositivos médicos até materiais de construción lixeiros. Os sistemas de rede de sumidoiros de moitos países dependen da resistencia e adaptabilidad do cloruro de polivinilo. Tamén é certo que os plásticos son a causa dunha gran preocupación medioambiental xeneralizada.[5] debido á súa lenta taxa de descomposición nos ecosistemas naturais. A maior parte do plástico producido non se reutilizou. Parte del non é apto para a súa reutilización. Gran parte acaba en vertedoiros ou como contaminación plástica. Os microplásticos son motivo de especial preocupación. A contaminación plástica mariña, por exemplo, crea illas de lixo. De todo o plástico refugado até agora, ao redor do 14 % foi incinerado e menos do 10 % foi reciclado.[6]
Nas economías desenvolvidas, aproximadamente un terzo do plástico utilízase en envases e máis ou menos a mesma cantidade en edificios, en aplicacións como tubaxes, fontanaría ou revestimentos de vinilo.[7] Outros usos inclúen automóbiles (até un 20 % de plástico)[7]), mobles e xoguetes.[7] Nos países en desenvolvemento, as aplicacións do plástico poden variar; o 42 % do consumo da India destínase a envases.[7] A nivel mundial, prodúcense ao redor de 50 kg de plástico por persoa ao ano, e a produción duplícase cada dez anos.
O primeiro plástico totalmente sintético do mundo foi a baquelita, inventada en Nova York en 1907 por Leo Baekeland.,[8] quen acuñou o termo "plásticos".[9] Hoxe en día prodúcense ducias de tipos diferentes de plásticos, como o polietileno, que se usa amplamente en envases de produtos, e o cloruro de polivinilo (PVC), usado na construción e nas tubaxes debido á súa resistencia e durabilidade. Moitos químicos contribuíron á ciencia dos materiais dos plásticos, incluíndo o premio NobelHermann Staudinger, que foi chamado "o pai da química dos polímeros", e Herman Mark, coñecido como "o pai da física dos polímeros".[10]
O día 3 de xullo celébrase o Día Internacional libre de Bolsas de Plástico[11], co obxectivo de reducir o uso de bolsas de plástico, especialmente as dun só uso.
A palabra plástico proven do latínplasticus que a súa vez deriva do grego antigoπλαστικός (plastikos), que significa "capaz de ser moldeado ou formado", que á súa vez provén de πλαστός (plastos), que significa "moldeado"[12][13]. ou "formado".[14] No seu uso moderno, a palabra "plástico" refírese máis comunmente aos produtos sintéticos sólidos derivados da fabricación petroquímica.[15]
A palabra plasticidade, como substantivo, refírese especificamente á deformabilidade dos materiais empregados na fabricación de plásticos. A plasticidade permite o moldeo, a extrusión ou o moldeo por compresión nunha variedade de formas, incluíndo películas, fibras, placas, tubos, botellas e caixas, entre moitas outras. Isto refírese á súa plasticidade durante o procesado, que permite o uso dunha gran cantidade de métodos de conformado, porén moitos plásticos xa procesados non presentan comportamento plástico (isto é, rompen sen se deformaren previamente).
Na ciencia dos materiais, a plasticidade tamén ten unha definición máis técnica, que describe o cambio irreversible de forma das substancias sólidas cando se someten a forzas externas. Non obstante, esta definición vai máis alá do alcance deste artigo.[Cómpre referencia]
A maioría dos plásticos conteñen polímeros orgánicos.[16] A gran maioría destes polímeros están formados por cadeas de átomos de carbono, con ou sen a unión de átomos de osíxeno, nitróxeno ou xofre. Estas cadeas comprenden moitas unidades repetitivas formadas a partir de monómeros. Cada cadea de polímeros consta de varios miles de unidades repetitivas. A cadea principal é a parte da cadea que se atopa na «ruta principal» e une un gran número de unidades repetidas. Para personalizar as propiedades dun plástico, diferentes grupos moleculares chamados cadeas laterais colgan desta cadea principal; normalmente únense aos monómeros antes de que estes únanse entre si para formar a cadea polimérica. A estrutura destas cadeas laterais inflúe nas propiedades do polímero.[Cómpre referencia]
A primeira parte da produción de plásticos consiste na elaboración de polímeros na industria química. Hoxe en día a recuperación de plásticos post-consumidor é esencial tamén.
Parte dos plásticos terminados pola industria úsanse directamente en forma de gran ou resina. Máis frecuentemente, utilízanse varias formas de moldeo (por inxección, compresión, rotación, inflación etc.) ou a extrusión de perfís ou fíos.
Mango de plástico dun utensilio de cociña, deformado pola calor e parcialmente derretido.
Unha clasificación importante dos plásticos é o grao en que os procesos químicos utilizados para fabricalos son reversibles ou non.
Os termoplásticos non sofren cambios químicos na súa composición cando se quentan e, por tanto, poden moldearse repetidamente. Algúns exemplos son o polietileno (PE), o polipropileno (PP), o poliestireno (PS) e o cloruro de polivinilo (PVC).[19]
Os termoestables, ou polímeros termoendurecibles, só poden fundirse e tomar forma unha vez: despois de solidificarse, permanecen sólidos e conservan a súa forma de forma permanente.[20] Se se requentan, os termoestables descomponse en lugar de fundirse. Algúns exemplos de termoestables son a resina epoxi, a poliimida e a baquelita. A vulcanización do caucho é un exemplo deste proceso. Antes de quentarse en presenza de xofre, o caucho natural (poliisopreno) é pegañento,
Os termoestables están formados por polímeros estreitamente reticulados. As reticulacións móstranse como puntos vermellos na figura.
Os elastómeros están formados por polímeros reticulados de malla ancha. A malla ancha permite que o material se estire baixo unha carga de tracción.
Os termoplásticos están formados por polímeros non reticulados, a miúdo cunha estrutura semicristalina (mostrada en vermello). Teñen unha temperatura de transición vítrea e son fusibles.
Clasificación segundo o seu comportamento fronte á calor
Un termoplástico é un plástico que a temperatura ambiente é plástico ou deformábel, derrétese cando é quentado e endurécese nun estado vítreo cando é suficientemente arrefriado. A maioría dos termoplásticos son polímeros de alto peso molecular, os que posúen cadeas asociadas por medio de débiles forzas Van der Waals (polietileno); fortes interaccións dipolo-dipolo e enlace de hidróxeno; ou ata aneis aromáticos apilados (polistireno). Os polímeros termoplásticos difiren dos polímeros termoestábeis en que logo de quentarse e moldearse estes poden reaquecerse e formar outros obxectos, xa que no caso dos termoestábeis ou termorríxidos, a súa forma logo de arrefriarse non cambia.
As súas propiedades físicas cambian gradualmente se se funden e moldéanse varias veces.
Os plásticos termoestábeis son materiais que unha vez que sufriron o proceso de arrequecemento-fusión e formación-solidificación, convértense en materiais ríxidos que non volven fundirse. Xeralmente para a súa obtención pártese dun aldehido.
Polímeros do fenol: son plásticos duros, insolúbeis e infusíbeis pero, se durante a súa fabricación se emprega un exceso de fenol, obtéñense termoplásticos.
Nesta clasificación considérase a orixe do monómero do cal parte a produción do polímero.
Naturais: son os polímeros cuxos monómeros son derivados de produtos de orixe natural con certas características como, por exemplo, a celulosa, a caseína ou o caucho. Dentro destes exemplos existen outros plásticos dos cales proveñen:
Os derivados da celulosa: o celuloide, o celofán e o cellón.
Os derivados do caucho: a goma e a ebonita.
Sintéticos: son aqueles que teñen orixe en produtos elaborados polo ser humano, principalmente derivados do petróleo.
Implican sempre a ruptura ou apertura dunha unión do monómero para permitir a formación dunha cadea. Na medida que as moléculas son máis longas e pesadas, a cera parafínica vólvese máis dura e máis resistente.
Son aqueles nos que a reacción ten lugar entre grupos funcionais reactivos presentes nos monómeros. Debe ter, cando menos, dous grupos reactivos por monómero para darlle continuidade á cadea.
Son amorfos os plásticos nos que as moléculas non presentan ningún tipo de orde; están dispostas aleatoriamente sen corresponder a ningunha orde. Ao non ter orde entre cadeas créanse uns ocos polos que pasa a luz, por esta razón moitos polímeros amorfos son transparentes.
Os polímeros semicristalinos teñen zonas con certo tipo de orde xunto con zonas amorfas. Neste caso ao ter unha orde existen menos ocos entre cadeas polo que non pasa a luz a non ser que posúan unha espesura pequena.
Segundo a velocidade de arrefriado, pode diminuírse (arrefriado rápido) ou incrementarse (arrefriado lento) a porcentaxe de cristalinidade dun polímero semicristalino. Con todo, un polímero amorfo non presentará cristalinidade aínda que a súa velocidade de arrefriado sexa extremadamente lenta
Os elastómeros caracterízanse pola súa elevada elasticidade e a capacidade de estiramento e resiliencia, recuperando a súa forma primitiva unha vez que se retira a forza que os deformaba. Comprenden os cauchos naturais e sintéticos. Entre estes últimos atópanse o neopreno e o polibutadieno.
Os elastómeros son materiais de moléculas grandes as cales logo de ser deformadas a temperatura ambiente, recobran en maior medida o seu tamaño e xeometría ao ser liberada a forza que os deformou.
Plásticos básicos, de enxeñaría e de alto rendemento
Estruturas químicas e usos dalgúns plásticos comúns
Aproximadamente o 80 % da produción mundial de plástico inclúe plásticos básicos, un tipo de plástico elixido principalmente polo seu baixo custo e facilidade de fabricación. Estes plásticos prodúcense en masa e utilízanse en aplicacións cotiás, como envases, recipientes para alimentos e produtos domésticos. A maioría dos plásticos básicos identifícanse polos seus códigos de identificación de resinas (RIC), un sistema de numeración estandarizado desenvolvido por ASTM International.
A fins do século XX o prezo do petróleo diminuíu, e do mesmo xeito decaeu o interese polos plásticos biodegradábeis. Nos últimos anos esta tendencia reverteuse, ademais de producirse un aumento no prezo do petróleo, tomouse maior conciencia de que as reservas petroleiras estanse esgotando de xeito alarmante. Dentro deste contexto, obsérvase un marcado incremento no interese científico e industrial na investigación para a produción de plásticos biodegradábeis ou EDPs (environmentally degradable polymers and plastics).
A fabricación de plásticos biodegradábeis a partir de materiais naturais é un dos grandes retos en diferentes sectores industriais, agrícolas e de materiais para servizos varios. Ante esta perspectiva, as investigacións que involucran aos plásticos obtidos doutras fontes tomaron un novo impulso e os polihidroxialcanoatos aparecen como unha alternativa altamente prometedora.
A substitución dos plásticos actuais por plásticos biodegradábeis é unha vía pola cal o efecto contaminante daqueles veríase diminuído no medio ambiente. Os refugallos de plásticos biodegradábeis poden ser tratados como refugallos orgánicos e eliminados nos depósitos sanitarios, onde a súa degradación se realiza en exiguos períodos de tempo.
Os polímeros biodegradábeis pódense clasificar do seguinte xeito:
Polímeros producidos por síntese química clásica utilizando monómeros biolóxicos de fontes renovábeis.
Polímeros producidos por microorganismos, bacterias produtoras nativas ou modificadas xeneticamente.
Dentro da última categoría áchanse os plásticos biodegradábeis producidos por bacterias, neste grupo atopamos aos PHAs e ao ácido poliláctico (PLA). Os PHAs debido á súa orixe de fontes renovábeis, e polo feito de ser biodegradábeis, denomínanse "polímeros dobremente verdes". O PLA, monómero natural producido por vías fermentativas a partir de elementos ricos en azucres, celulosa e amidón, é polimerizado polo ser humano.
Os bioplásticos presentan propiedades fisicoquímicas e termoplásticas iguais ás dos polímeros fabricados a partir do petróleo pero, unha vez depositados en condicións favorábeis, biodegradan.
O amidón é un polímero natural, un hidrato de carbono que as plantas sintetizan durante a fotosíntese e que serve como reserva de enerxía. Os cereais como o millo e trigo conteñen gran cantidade de amidón e son a fonte principal para a produción de PLA. Os bioplásticos producidos a partir deste polímero teñen a característica dunha resina que pode inxectarse, extruirse e termoformarse.
A produción deste biopolímero empeza co amidón que se extrae do millo, logo os microorganismos transfórmano nunha molécula máis pequena de ácido láctico ou 2 hidroxi-propiónico (monómero), a cal é a materia prima que se polimeriza formando cadeas, cunha estrutura molecular similar aos produtos de orixe petroquímico, que se unen entre si para formar o plástico chamado PLA.
O PLA é un dos plásticos biodegradábeis actualmente máis estudados. Atópase dispoñíbel no mercado desde 1990. É utilizado na fabricación de botellas transparentes para bebidas frías, bandexas de envasado para alimentos, e outras numerosas aplicacións.
Os PHAs son producidos xeralmente por bacterias gramnegativas, aínda que existen bacterias grampositivas tamén produtoras en menor escala. O primeiro PHA descuberto foi o PHB, que foi descrito no instituto Pasteur en 1925 polo microbiólogo Lemoigne quen observou a produción de PHB por Bacillus megaterium. Posteriormente, en 1958 Macrae e Wildinson observaron que Bacillus megaterium acumulaba o polímero cando a relación glicosa/nitróxeno no medio de cultivo non se atopaba en equilibrio e observaron a súa degradación cando existía falta ou deficiencia de fontes de carbono ou enerxía. A partir deste feito, atopáronse inclusións de PHA nunha extensa variedade de especies bacterianas. Na actualidade coñécense aproximadamente 150 diferentes polihidroxialcanoatos.
A primeira patente de PHB foi pedida nos Estados Unidos por J. N. Baptist en 1962. En 1983 ocorreron dous acontecementos importantes, primeiro foi o descubrimento por De Smet, dunha cepa de Pseudomonas oleovorans (ATCC 29347) produtora de PHB, e consecutivamente deuse a primeira produción do primeiro biopoliéster de uso comercial. Un copolímero formado por monómeros de catro e cinco carbonos, denominados PHB e PHV, respectivamente, este produto denominouse comercialmente Biopol e prodúcese utilizando Ralstonia eutropha, a partir de glicosa e ácido propiónico. Este bioplástico na actualidade xa é sintetizado a partir dunha soa fonte de carbono en bacterias recombinantes; e exhibe un alto potencial de biodegradabilidade e propiedades termomecánicas mellores que o PHB puro.
En xeral os PHAs son insolúbeis en auga, biodegradábeis, non tóxicos, polo cal un dos principais beneficios que se obteñen da aplicación de PHAs, é o ambiental. A utilización destes produtos, reduce a dependencia do petróleo por parte da industria plástica, provoca unha diminución dos residuos sólidos e observaríase unha redución da emisión de gases que provocan o efecto invernadoiro.
Os puntos de interese en canto a aplicacións de bioplásticos, de acordo coa IBAW (Asociación Internacional e Grupo de Traballo de Polímeros Biodegradábeis) céntranse nos sectores de empaquetado, medicamento, agricultura e produtos descartábeis. Con todo, co avance desta industria ampliouse a utilización de biomateriais aplicándose en: teléfonos celulares, computadores, dispositivos de son e vídeo. De acordo a esta información estabeleceuse que o 10% dos plásticos que actualmente se empregan na industria electrónica poden ser substituídos por biopolímeros
Existe unha gran variedade de plásticos e para clasificalos existe un sistema de codificación que se mostra na Táboa 1. Os produtos levan unha marca que consiste no símbolo internacional de reciclaxe co código correspondente no medio segundo o material específico.
Táboa 1. Codificación internacional para os distintos plásticos.
↑ 7,07,17,27,3Andrady AL, Neal MA (xullo de 2009). "Applications and societal benefits of plastics". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences364 (1526). pp. 1977–84. PMC2873019. PMID19528050. doi:10.1098/rstb.2008.0304.
Tereftalato de polietileno (PET ou PETE)
Polietileno de alta densidade (HDPE ou PE-HD)
Policloruro de vinilo (PVC ou V)
Polietileno de baixa densidade (LDPE ou PE-LD),
Polipropileno (PP)
Polistireno (PS)
co código correspondente no medio segundo o material específico.
