El problema de los residuos plasticos tiene un gran impacto ambiental, sobre todo porque son materiales que no se degradan rapidamente, a diferencia de los metales que se oxidan, o la materia organica que se puede descomponer a traves de las bacterias. Para solucionar este problema hay varias alternativas, algunas de ellas son el reciclado de plasticos, por ejemplo por disolucion selectiva. O tambien la creacion de plasticos biodegradables. La combustion de los plasticos tambien es una alternativa, pero los inconvenientes que esto puede tener son aparte de la generacion de dioxido de carbono, la produccion de subproductos toxicos, sobre todo en los plasticos que contienen cloro como el PVC, que al quemarlo en ciertas condiciones puede producir dioxinas (unas de las sustancias mas toxicas que existen, y por lo tanto perjudicial en pequenas cantidades).

                                   

 

                           RESIDUOS PLASTICOS

                                   

                                   

                                 SUMARIO

                                   

 *  Introducción

 

  * Separación de plásticos mediante  solventes:

 

   - Fundamentos teóricos

 

   - Aplicación para separación de plásticos residuales

 

*   Plásticos biodegradables

 

 *  Bibliografía

                                   

                                   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                   

Residuos plásticos

                                   

                                    

 Introducción:

 

  Anualmente se  producen   millones de toneladas de plásticos en el mundo

y  una gran  cantidad termina  en volcaderos  municipales constituyendo un

problema  por  su  gran  durabilidad.  En  este  trabajo  presentamos  dos

aspectos   que  apuntan   a  solucionar  este  inconveniente.  Uno  es  la

recuperación  de plásticos  de los  residuos para utilizarlos como materia

prima,  aprovechando as  su  valor.  El  otro  es  el  uso  de  polímeros

biodegradables.  Existe una  gran variedad  de métodos  de reciclado,  en

este  caso elegimos  la separación  de los plásticos de una mezcla por sus

solubilidades en varios solventes.

 

  Los plásticos  representan menos  del 5%  de todos  los residuos sólidos

pero  aún as  el valor  de este  sector representa un gran porcentaje del

valor  de todos  los residuos  sólidos. Aunque los plásticos pueden servir

directamente   como  ayuda   de  combustión  para  quemar  otros  residuos

orgánicos  su valor  como plásticos  reciclados es considerablemente mayor

que  su valor  como  fuente  de  energía.  Por  otra  parte  si  se  hacen

biodegradables  se evita  tener  que  procesarlos  artificialmente  cuando

termina su vida útil.

 

                                   

 Situación actual del reciclado

 

  EE.UU.: En  1995 se ha logrado que los programas de reciclado lleguen a un

gran  desarrollo, llegando  al punto  de que algunos materiales reciclados

comienzan  a escasear  por  la  gran  demanda  y  los  buenos  precios  de

materiales  como papel,  cartón, aluminio,  acero y plástico. El reciclado

sigue  el paso  del crecimiento  de la  cantidad de  residuos urbanos. Con

respecto  a los plásticos la tasa de reciclado aumentó debido a las nuevas

tecnologías  desarrolladas. En  1993 se  recicló el  41% de  las  botellas

plásticas  de  gaseosas. El reciclado tiene altos costos, es un 15 a 20%

más  caro que  el relleno  sanitario pero tiene gran apoyo del público. En

EE.UU.  (1993) se recicla un 18.6% de los residuos, del resto se entierra el

62,4%,  se quema  el 15,9% y se transforma en compost el 3,1%.Con respecto

a  años anteriores  el reciclado  aumentó enormemente y el uso de rellenos

decayó.

 

  En diciembre  de 1994 la Unión Europea adoptó una norma de que el 25-45%

de  los materiales  de envasado  deben reciclarse.  En Japón  se  pretende

reciclar un 20% de los residuos, siendo la tasa actual del 11%.

 

 

 Métodos de reciclado

 

  Debido a su durabilidad los plásticos han recibido más atención "por Kg."

desde  el público y los medios de comunicación que cualquier otra parte de

los  residuos urbanos.  Como respuesta se desarrollaron nuevas tecnologías

de  separación y  procesos de  reciclado que  resuelven la  mayoría de los

inconvenientes  que existían  en los  años 80. Para mantener un suministro

estable  de resina  reciclada  en  el  futuro  habrán  nuevos  procesos  y

técnicas  de tratamiento.  La ruta  química, que  reduce a los polímeros a

sus  monómeros o  reactivos se  ha probado  con plásticos  pirolizados  en

reactores  o fundidos  en la  alimentación de  refinerías o  disueltos con

solventes.  La necesidad  de pureza es uno de los inconvenientes graves de

los  otros métodos  de reciclado que buscan reusar al plástico en su forma

anterior,   para  ello   se  usan   sofisticados  métodos   de  separación

automatizados.

 

  Costos del reciclaje: Existe la tecnología para llevar desde el polímero

de  nuevo al  monómero o incluso al petróleo crudo, pero de todos modos el

costo  es de  $60 por barril de petróleo, tres veces el precio de mercado,

y  algunos piensan que quemar los plásticos para usar la energía tiene mas

sentido  económicamente. Hoy  en día la mayoría de las plantas reciclan de

la  manera barata,  refundiendo el  plástico y formando productos de menor

valor.  Esta técnica  es poco  conveniente  porque  hace  que  cada  ciclo

degrade   al  material.   La  respuesta   parecen  ser   otras  formas  de

reprocesamiento  como obtener productos químicos a partir de los plásticos

o reprocesarlos térmicamente, pero aún son muy costosas.

 

 

 

 

 La disolución selectiva recicla residuos plásticos

 

En  Abril de  1995 Investigadores  del  Instituto  politécnico  Rensselaer

demostraron  exitosamente que  pueden recuperar químicamente el 98% de los

plásticos  normalmente presentes  en la  corriente  de  basura  doméstica,

eliminando   as  la  necesidad  de  separación  mecánica.  La  disolución

selectiva   patentada  puede   producir  materiales   reciclados  que  son

funcionalmente   indistinguibles  de   los  polímeros   vírgenes  y  a  un

costo sustancialmente  menor, según  Bruce Naumann,  co-inventor y profesor

de  Ing.Química en RPI. En la disolución selectiva los plásticos mezclados

se  recogen, lavan  y se  colocan en  un solvente (hecho con xilenos de la

calidad  usada en  mezclas de gasolina) y se filtran. Entonces cada uno de

los  plásticos más comunes se  recupera de  a uno por vez. El solvente se

calienta  a alta  presión para  disolver selectivamente  al poliestireno a

Temp. ambiente,  polietileno de  baja densidad  75 C,  polietileno de  alta

densidad  105 C  y polipropileno   130  C. La solución se envía entonces a

una  secuencia de  volatilización flash, donde el cambio brusco de presión

hace  que el  solvente se  vaporice, dejando el polímero puro. El solvente

se  recupera y  se reintroduce  a la  mezcla de plásticos. Según Nauman la

pigmentación  puede  eliminarse  económicamente  por  microfiltración.  Se

efectúan  negociaciones  para  dar  licencia  de  esta  tecnología  a  una

compañía de Asia.

 

 

 

Separación de plásticos residuales mediante solventes

                                    

                                   

Fundamentos teóricos

                                   

 

 El proceso de disolución:

 

  Es un proceso lento, que ocurre en dos etapas. Primero las moléculas del

solvente  se difunden  lentamente en  el polímero  para  producir  un  gel

hinchado.  Esto puede  ser todo  lo que  ocurre si por ejemplo las fuerzas

intermoleculares  polímero-polímero son  altas debido  a enlaces cruzados,

cristalinidad  o fuertes  puentes de  hidrógeno.  Pero  si  estas  fuerzas

pueden  vencerse por  la introducción  de fuertes  interacciones polímero-

solvente  puede ocurrir  la segunda etapa de la disolución. Aquí el gel se

desintegra  gradualmente en  una solución verdadera. Solo esta etapa puede

acelerarse  materialmente por  agitación. aún as el proceso de disolución

puede  ser bastante  lento (días  o semanas)  para materiales de alto peso

molecular.

 

 

 Textura del polímero y solubilidad:

 

  Las relaciones de solubilidad en sistemas de polímeros son más complejas

que  aquellas entre  compuestos de bajo peso molecular por las diferencias

en  tamaño entre  las  moléculas  de  polímero  y  las  del  solvente,  la

viscosidad  del sistema,  y los efectos de la textura y peso molecular del

polímero.  A su  vez la  presencia o ausencia de solubilidad al variar las

condiciones  como naturaleza  del solvente  o temperatura  pueden  brindar

mucha información sobre el polímero.

 

  Por lo  que ya  se ha  dicho está  claro que la topología del polímero es

muy  importante al  determinar su solubilidad. Los polímeros entrecruzados

no  se disuelven  sino que solamente se hinchan si es que interaccionan en

absoluto  con el  solvente. En parte al menos el grado de esta interacción

está   determinado por  el alcance  del entrecruzamiento.  Los cauchos poco

entrecruzados  se hinchan  mucho en solventes en los que se puede disolver

la  parte no  vulcanizada, pero  los cauchos  duros, como  muchas  resinas

termoendurecibles  pueden no  hincharse apreciablemente  en  contacto  con

ningún solvente.

 

   La  ausencia   de  solubilidad   no  implica   entrecruzamiento.  Otras

características    pueden   dar    lugar   a    fuerzas   intermoleculares

suficientemente   altas  para  evitar  la  solubilidad.  La  presencia  de

cristalinidad   es  el   ejemplo  común.   Muchos  polímeros  cristalinos,

particularmente  los no  polares no  se  disuelven  salvo  a  temperaturas

próximas  a su  punto de  fusión cristalino. Debido a que la cristalinidad

disminuye  a medida  que se alcanza el punto de fusión y el mismo punto de

fusión  se  baja  por  la  presencia  de  solvente,  frecuentemente  puede

lograrse  la solubilidad  a temperaturas significativamente menores que el

punto  de fusión.  As el polietileno lineal, con un Pf cristalino (Tm) de

135  C es  soluble en la mayoría de los líquidos a temperaturas por encima

de  100 C  mientras que  hasta  el  politetrafluoretileno,  Tm=325  C,  es

soluble  en los  pocos líquidos  que existen  por encima  de  300  C.  Los

polímeros  más polares,  como el  nylon 66,  Tm=265 C  pueden disolverse a

temperatura  ambiente en  solventes que  interactúen fuertemente con ellos

(por ejemplo para formar puentes de hidrógeno).

 

 

 Parámetros de solubilidad:

 

 La solubilidad ocurre cuando la energía libre de mezclado

 

                            G = H -  H - Delta T * Delta S

 

es  negativa. Por  mucho tiempo  se pensó  que la entropía de mezclado era

siempre  positiva, y as el signo de G estaba determinado por el signo y

magnitud  del calor  de mezclado  H. Para  moléculas  razonablemente  no

polares  y en  ausencia de  puentes de  hidrógeno, H  es positivo  y  se

supuso  era igual al deducido para el mezclado de moléculas pequeñas. Para

este  caso el  calor de  mezclado por  unidad de volumen puede aproximarse

(Hildebrand 1950) como:

                                   

 

                            Delta H=v1v2( 1-2)

 

donde  v es  la fracción  en volumen y los subíndices 1 y 2 se refieren al

solvente  y al  polímero respectivamente. La cantidad 2 es la densidad de

energía  cohesiva o  para moléculas pequeñas la energía de evaporación por

unidad  de volumen. La cantidad d se conoce como par metro de solubilidad.

(Esta   expresión  para  el  calor  de  mezclado  es  una  de  las  varias

alternativas en las teorías termodinámicas de soluciones de polímeros)

 

  El valor  del enfoque  del par metro  de  solubilidad  es  que    puede

calcularse  tanto para  el polímero  y para  el solvente. Como una primera

aproximación,  y en  ausencia de  interacciones fuertes  como  puentes  de

hidrógeno,  puede esperarse  la solubilidad  si 1-2 es menor que 3,5-4,0

pero no si es apreciablemente mayor.

 

  Este enfoque a la solubilidad de polímeros, iniciada por Burel (1955) se

ha  usado extensivamente, particularmente en la industria de las pinturas.

Se  dan algunos  valores de  1 y  2 en  la Tabla  a continuación. Se han

publicado  tabulaciones extensivas (Burel 1975, Hoy 1970). Posiblemente la

forma más sencilla  para determinar  2 para  un polímero  de  estructura

conocida  es mediante  el uso  de las  constantes de atracción molar E que

están tabuladas para cada unidad estructural.

 

                       2=( d .sumatoria (E) ) / M

 

donde  los valores  de E se suman sobre la configuración estructural de la

unidad  repetitiva de la cadena del polímero con peso molecular M repetido

y densidad d.

 

  El enfoque  original del  parámetro de solubilidad fue desarrollado para

sistemas  no polares.  Las modificaciones  para  incluir  la  polaridad  y

puentes  de hidrógeno  llevaron a  esquemas tridimensionales de par metros

de  solubilidad, que  no tienen  la simplicidad  del  método  de  un  solo

parámetro  pero son  mas ampliamente  aplicables. A pesar de su defecto el

concepto  es no  obstante extremadamente útil y no deberla abandonarse sin

pruebas.

 

 

 

 

 

 

  En contraste  a las  consideraciones termodinámicas  de la disolución de

polímeros,  la velocidad de esta etapa depende primariamente de la rapidez

conque  el solvente  y el  polímero difunden  uno en el otro. ( Uberreiter

1962,  Asmussen 1962)  Los solventes  que promueven una r pida solubilidad

son  generalmente  pequeñas  moléculas  compactas,  pero  éstos  solventes

buenos  cinéticamente no  necesariamente lo  son  termodinámicamente.  Las

mezclas  de un  liquido bueno  cinéticamente  con  uno  termodinámicamente

bueno son frecuentemente solventes rápidos y poderosos.

 

 

  Tabla de  valores típicos  del parámetro  de  solubilidad  para  algunos

polímeros comunes y solventes.

 

+------------------------------------------------------------------+

| Solvente            1      polímero                      2     |

|------------------------------------------------------------------|

| n-Hexano            14.8    Politetrafluoretileno         12.7   |

| Tetracloruro de C   17.6    Poli(dimetil siloxano)        14.9   |

| Tolueno             18.3    Polietileno                   16.2   |

| 2-Butanona          18.5    Polipropileno                 16.6   |

| Benceno             18.7    Polibutadieno                 17.6   |

| Ciclohexanona       19.0    Poliestireno                  17.6   |

| Estireno            19.0    Polimetacrilato de metilo)    18.6   |

| Clorobenceno        19.4    Policloruro de vinilo         19.4   |

| Acetona             19.9    Poliacetato de vinilo         21.7   |

| Tetrahidrofurano    20.3    Politereftalato de etileno    21.9   |

| Metanol             29.7    Nylon 66                      27.8   |

| Agua                47.9    Acrilonitrilo                 31.5   |

+------------------------------------------------------------------+

                                   

 

 Solubilidad del polímero

 

  Un   producto químico  ser  un  solvente para  otro  material    si  las

moléculas  de los dos materiales son compatibles, es decir pueden coexistir

en  escala molecular y sin haber tendencia a separarse. Esta afirmación no

indica  la velocidad  a la  cual la  solución puede  formarse ya  que esta

depender    de  consideraciones   adicionales   tales   como   el   tamaño

molecular, la  capacidad del  solvente y de la temperaturazas moléculas de

dos  especies diferentes  serán capaces  de  coexistir  si  la  fuerza  de

atracción  entre moléculas  diferentes  no  es  menor  que  la  fuerza  de

atracción de dos moléculas similares de cada una de las especies.

 

  Si la  fuerza de  atracción entre moléculas distintas A y B es FAB y que

entre  moléculas similares  del tipo  B es FBB y entre moléculas similares

del  tipo A  es FAA  ,luego por  compatibilidad   FAB <  FBB y FAB < FAA .

Si  FAA o  FBB es mas grande  que FAB las moléculas con la mayor atracción

molecular  tenderán  a reunirse  o  juntarse  y  expulsaran  las  moléculas

distintas con el resultado de que se formaran dos fases.

 

  Es nuestra  intención mostrar  como ciertas predicciones se pueden hacer

acerca  de la  solubilidad de un determinado material tal como un polímero

en  un solvente  determinado. Para ser  capaz de  hacer predicciones de las

características  de la  solubilidad ser   necesario considerar  3 casos:

1.polímeros  amorfos donde  no hay interacción especifica entre el polímero

y el  solvente.

2.  polímeros  amorfos  donde  hay  interacción.

3.  polímeros cristalinos.

 

  Se ha  razonado que  donde no hay interacción especifica, por ejemplo el

enlace  de  hidrogeno, entre  solvente  y  soluto,  entonces  la  atracción

intermolecular  entre moléculas  distintas es intermedia entre las fuerzas

intermoleculares  de especies  similares, es  decir:      FAA <  FAB < FBB

Por  lo tanto  si FAA  y FBB son similares entonces FAB ser  similar y los

dos materiales serán solubles.

 

  Una medida  de la atracción intermolecular de un material es la densidad

de  energía cohesiva,  la energía  de vaporización  de un  componente  por

volumen molar.

  Se puede demostrar que la densidad de energía cohesiva a una temperatura

especificada  TK esta relacionada con el calor latente de vaporización a

TK, H por la ecuación:

 

DENSIDAD DE ENERGÍA COHESIVA = H-R*T / ( M / D)

 

 Donde R es la constante del gas (1,986)

 M es el peso molecular.

 D  es la densidad.

 

  Muchas veces  es conveniente  al estudiar  la solubilidad  usar la  raíz

cuadrada  de la  densidad de  energía cohesiva.  Esta  es  otra  forma  de

definir   el  parámetro de  solubilidad que se denota por el símbolo  ,es

decir:

                                   

                                             1/2

                            =((H-R*T)*D/M)

 

  En la  practica se  ve que a  menos que  haya interacción especifica, entre

moléculas  distintas ,  y en  la ausencia  de una  especie  que  tiende  a

cristalizarse, los dos  materiales serán compatibles si sus valores están

dentro  de la  unidad uno  del otro.  As en general un polímero amorfo se

disolver  en un  solvente con  un parámetro  de solubilidad  dentro de la

unidad  de ese con el polímero. Algunos valores típicos para los parámetros

de  solubilidad de  un numero  de solventes  y polímeros comunes se dan en

tablas .

 

  Como ejemplo se debe notar que el caucho natural =(8,3) se disuelve con

tolueno  ((=8.9) y  tetracloruro de  carbono =(8,6)  pero  no  en  etanol

=(12,7).  El  diacetato  de  celulosa  =(10.9)  es  soluble  en  acetona

=(10,0) pero no en metanol =(14,5) o tolueno =(8,9).

 

  En algunos  casos los  polímeros pueden ser solubles en solventes con el

parámetro  de solubilidad  bastante diferente. Esto  se debe al  dato de

que el enlace  de hidrogeno  o algunas  otras formas  de  interacción  especifica pueda ocurrir entre moléculas distintas.

 

  Cuando un  polímero cristalino se calienta cerca de su punto de fusión y

se  disuelve en  un solvente  con el  cual no  interacciona  ocurre que el

polímero  tendera a  cristalizar  sin  enfriamiento.  Esto  es  porque  la

cristalización   ser   acompañada   por  una  disminución  de  la  energía

libre. Por  la misma  razón el  polímero no  cristalino se  disolverá en un

solvente  a menos  que exista  alguna forma  de  interacción.  Por  eso  a

temperatura   ambiente  no   hay  solventes   para  el  polietileno  y  el

politetrafluoretileno  aunque esos  polímeros se  disuelvan a temperaturas

mas altas.

 

  El policarbonato de bifenol A =(=9,5) tiene un parámetro de solubilidad

similar  al del  policloruro de  vinilo =(=9,7).Ambos  polímeros  también

cristalizan   a  un   punto  determinado   pero  sus   características  de

solubilidad son completamente diferentes.

 

  Por ejemplo  el cloroformo  =(9,3) y el cloruro de metileno =(9,7) son

buenos  solventes parra  el policarbonato  de bifenol  A pero  no para  el

policloruro   de  vinilo. Por   otro  lado   el   tetrahidrofurano   y   la

ciclohexanona  son buenos  solventes para  el P.V.C.  pero solo  solventes

moderadamente pobres para el policarbonato.

 

  Esta diferencia  se cree  que se debe al hecho que mientras el P.V.C. es

un  dador de  protones debil, el  policarbonato es  un aceptor  de protones

debil. Por  lo tanto  el P.V.C.  se disolverá en aceptores de protones como

la  ciclohexanona y  el  policarbonato  en  dadores  de  protones, como  el

cloruro  de metilo, puesto que la interacción especifica vencerá la barrera

de  energía libre  que restringe la solución de polímeros cristalinos.

 

  Puesto que  el P.V.C.  y los  policarbonatos tienen un nivel muy bajo de

cristalinidad, los  solventes de  parámetro de solubilidad similar y que no

interaccionen   con  el   polímero  pueden   tener  alguna   capacidad  de

disolverlo. Por  lo tanto  en  materiales  altamente  polares  y  altamente

cristalinos  como el  nylon 66  y el  poliacrilonitrilo  alguna  forma  de

interacción  es necesaria  para que  la solución  ocurra. Así la  poliamida

solo  se disolverá en dadores de protones fuertes como el fenol y el  ácido

fórmico,  y el  poliacrilonitrilo  en  dimetil  formamida  y  tetrametilen

sulfoxido.

 

 

 Plastificantes

 

  Se ha  encontrado que  la adición  de ciertos líquidos (y en raros casos

sólidos)  dará un  producto no pegajoso con una temperatura de elaboración

mas  baja y el cual es mas blando y mas flexible que el polímero solo. Como

ejemplo   la  adición   de  70  partes  de  di-iso-octilftalato  a  P.V.C.

convertirá  el polímero  de un  sólido rígido  y duro a la temperatura del

ambiente  a un material semejante al caucho. Tales liquidos, a los cuales se

refieren  como plastificantes,  son  simplemente  solventes  de  punto  de

ebullición alto para el polímero.

 

  Puesto que  es tan importante que tales plastificantes sean no volátiles

ellos  tienen un  peso molecular  de al  menos 300.Por  tanto debido a sus

tamaños  solo se  disuelven en  el polímero a una velocidad muy lenta a la

temperatura  del ambiente. Por  esta razón se mezclan (fluidizan, aglutinan)

con  el polímero  a temperaturas  elevadas o con la presencia de solventes

volátiles (el ultimo se aleja a un estado subsiguiente de la operación).

 

  Para que  un material sea un plastificante debe conformar los siguientes

requisitos:1.Debe  tener un  peso molecular de al menos 300..Debe tener un

parámetro  de solubilidad  similar al  del polímero.3.Si el polímero tiene

alguna  tendencia a critalizar, debe ser capaz de formar alguna interacción

especifica   con  el   polímero.4.No  debe  ser  un  sólido  cristalino  a

temperatura  ambiente a  menos que  sea capaz de la interacción especifica

con el polímero.

 

  Los parámetros de solubilidad de un numero de plastificantes comerciales

se  dan en  tablas. Se  sabe que los plastificantes para el P.V.C. como el

octilftalato   ,el  tritoluil   fosfato  y   el  dioctil  sebasato  tienen

parámetros  de solubilidad  dentro de  la unidad  de ese  del  polímero. El

dimetilftalato  y los aceites parafinicos los cuales no son plastificantes

del P.V.C. caen fuera del rango.

 

  Se notara  que el  tritoluil fosfato el cual se aglutina mas rápidamente

con   el  P.V.C.  tiene  el  parámetro  de  solubilidad  mas  parecido  al

polímero. Los  sebasatos se aglutinan mas lentamente pero dan productos que

son   flexibles  a   temperaturas  mas   bajas  que  las  correspondientes

formulaciones  del tritoluil  fosfato teniendo un parámetro de solubilidad

mas  bajo. Es por  lo tanto  probable que  cualquier diferencia  entre  los

efectos  de los  plastificantes ftalatos, fosfatos y sebasatos en el P.V.C.

se  deba mas  a diferencias  en el enlace de hidrógeno o alguna otra forma

de interacción especifica.

 

  SMALL ha  demostrado que  la mayor  interacción del  plastificante y  el

P.V.C.  es con  el fosfato y la menor con el sebasato. Las comparaciones de

las  tablas   permite la  predicción de  que los  aceites  aromáticos  son

plastificantes  para el caucho natural, que el dibutil ftalato plastificara

el  poli(metil metacrilato),que el toluil fosfato plastificara los cauchos

de   nitrilos, que  el   dibencil  éter  plastificara  el  poli(cloruro  de

vinilideno),y   que  el   dimetil  ftalato   plastificara  el  diacetato de

celulosa.

 

  Esas predicciones  son correctas.  Lo que  no es  predecible es  que  el

alcanfor   deba  ser   un  plastificante   efectivo  para  el  nitrato  de

celulosa. Pareceria  que este  material cristalino,  el cual  tiene que ser

dispersado  por el  polímero con  la ayuda  de líquidos  como  el  alcohol

etilico, es  solamente  compatible  con  el  polímero  a  causa  de  alguna

interacción  especifica entre  el grupo  carbonilo presente  en el alcanfor

con algún grupo en el nitrato de celulosa.

 

 

 Extensores

 

  En la formulación de los componentes del P.V.C. no es inusual reemplazar

algo  del plastificante  con un extensor, un material que no es en si mismo

un  plastificante pero  que  puede  ser  tolerado  hasta  una  determinada

concentración   por  un   sistema  plastificante   verdadero-polímero. Esos

materiales, tales   como  ceras   cloradas  y   aceites  de   refineria, son

generalmente  de parámetros de solubilidad mas bajos que los plastificantes

verdaderos  y no  parecen interaccionar con el polímero. Por lo tanto, donde

el  parámetro de  solubilidad de  una mezcla  de plastificante  y extensor

esta  dentro de  ese del  polímero la  mezcla  de  tres  componentes  ser

compatible.

 

 Se puede demostrar que:

                          mezcla= X1*1 +X2*2

  donde 1 y 2  son los parámetros de solubilidades de los 2 líquidos, X1

y  X2 sus  fracciones molares  en la  mezcla.Puesto que  el  parámetro  de

solubilidad  del tritoluil  fosfato es  mas  alto  que  aquel  de  dioctil

sebasato,  las mezclas  de tritoluil  fosfato-P.V.C. pueden tolerar mas de

un  extensor de  parámetro  de  solubilidad  bajo  de  lo  que  puede  una

correspondiente formulación de sebasato.

 

                                   

 Fraccionamiento por adición de precipitante.

 

  La precipitación fraccionada en el volumen (Kotera 1967) se lleva a cabo

agregando  el precipitante  a una  solución diluida del polímero hasta que

se  desarrolle una leve turbidez a la temperatura de fraccionamiento. Para

asegurar  el establecimiento  de un  equilibrio la  mezcla debe calentarse

hasta   que  quede  homogénea  y  se  deja  enfriar  lentamente  hasta  la

temperatura  requerida que  debe entonces  mantenerse  cuidadosamente.  La

fase  precipitada se  deja  decantar  a  una  capa  coherente  y  la  fase

sobrenadante  se retira. Se hace otro agregado de precipitante y se repite

el  procedimiento. El  polímero se  aísla de la fase precipitada que puede

aún estar relativamente diluida (tal vez 10% de polímero).

 

  El  refraccionamiento  se  usa  frecuentemente  para  lograr  una  mejor

separación.  Un procedimiento  eficiente es restringir los experimentos

iniciales  a soluciones  muy diluidas  o refinar cada fracción inicial por

una  sola reprecipitación  a una mayor dilución, regresando el polímero no

precipitado  a  la  solución  principal  antes  de  retirar  la  siguiente

fracción.

 

  El  solvente  y  el  precipitante  deben  escogerse  de  manera  que  la

precipitación  ocurra en un rango relativamente amplio de composiciones de

solvente  pero sea  completa antes  de que  se alcance  una proporción muy

grande   de  precipitante.   Otras  consideraciones   importantes  son  la

estabilidad  y volatilidad  de los  líquidos y  su capacidad de formar una

fase  móvil de  gel  altamente  hinchado.  Un  equipamiento  relativamente

simple,  como por  ejemplo un  balón de  tres bocas  de varios  litros  de

capacidad es adecuado para el fraccionamiento por precipitación.

                                   

                                 

                                   

              Aplicación para separar plásticos residuales

 

Los principales plásticos en los residuos sólidos son:

 

- Policloruro de vinilo PVC

- Polietileno de baja densidad LDPE

- Polietileno de alta densidad HDPE

- Poliestireno PS

- Polipropileno PP

 

  Estos constituyen  el 30,30,25,10  y 5  % respectivamente  del total  de

plásticos   de  descarte.   Estos  residuos  pueden  compatibilizarse  por

mezclado  con  polietileno  clorado  que  puede  producirse  del  LDPE  de

descarte.

 

  también pueden  separarse las  poliolefinas LDPE  HDPE y PP del PS y PVC

por  extracción con solvente. Como se muestra  adelante los componentes

de  una mezcla  de PS,  PVC, LDPE,  Polimetacrilato de  metilo  (PMMA),  y

Poliacetato de vinilo (PVAC) pueden separarse por medio de solventes.

 

  EL uso  de solventes  para la  separación de  plásticos se  basa  en  el

par metro  de solubilidad  (delta) que  se ha  referido como una constante

universal  ya que  se relaciona con propiedades muy distintas como tensión

superficial,  calor latente,  coeficiente de  expansión  térmica,  energía

cohesiva y presión critica.

 

  Se ha  visto que los plásticos son solubles en solventes con valores del

par metro  de solubilidad  que está  cerca de  la del  plástico dentro  de

aproximadamente  1.8 unidades  (según una  de las  definiciones).  As  es

posible  diseñar un  esquema de separación de los plásticos específicos de

una  mezcla. Se  dispone de  los  par metros  de  solubilidad  tanto  para

plásticos como para solventes.

 

 

 Parte experimental

 

  Se describe  el experimento  de RAYMOND  B. SEYMOUR  Separation of Waste

Plastics, Journal of Chemical Education, Vol 53, N 10 Oct 1976, p 653.

 

  " Una  mezcla representativa de descarte plástico se obtuvo mezclando PS

PMMA  PVC PVAC  y LDPE con 1 g de cada uno. Los componentes de esta mezcla

se  separaron de  acuerdo al  esquema mostrado en la figura. As la mezcla

se  agitó en  100 ml  de tolueno  (=8.9 H) por 30 min a temp. ambiente, y

los  plásticos insolubles  se sacaron  filtrando  a  través  de  un  papel

Whatman No1 en un embudo Buchner.

 

  El material  insoluble se  colocó en  50 ml de tolueno y se agitó por 15

min  a 80  C. El  LDPE soluble  (=8.0 H)  permaneció en solución y el PVC

insoluble  se filtró  por medio  de un  Embudo buchner  calefaccionado con

vapor.  El PVC  Se lavó  con tolueno,  se secó  y se  pesó. Los  plásticos

precipitados  se pueden  secar calentando a 40 C por 1 h o secando al aire

en  la mesada  entre dos  clases. El  LDPE que  precipitó  al  enfriar  el

filtrado  a la  temperatura ambiente  se lavó  con tolueno,  se sec  y se

pesó.

 

 

 

                                   11

 

 

  El PS  (=9.2 H)  se precipitó  de la  solución original  de tolueno por

adición  gradual de 60 ml de metanol con agitación. La tendencia a formar

un sistema coloidal puede evitarse agregando 0.5 g de cloruro de calcio.

 

  El par metro de solubilidad de los solventes mezclados fue 11.0 H. El PS

se eliminó por filtración, se lavó con metanol, se sec y se pesó.

 

  El PMMA  (=9.3 H)  se precipitó de la solución de metanol-tolueno 50-50

(=11.4  H) por  agregado de exceso de éter de petróleo (=7.5 H). El PVAC

se filtró, se lavó con éter de petróleo, se sec y se pesó.

 

 

 Conclusiones

 

  Este experimento  relevante simple  da al  estudiante la  oportunidad de

tomar  contacto con  el uso de par metros de solubilidad en un experimento

práctico  en el  que los  plásticos se separan de una mezcla en una manera

esencialmente  cuantitativa.  Por  medio  del  experimento  el  estudiante

también  puede tener una visión del reuso de materiales, que es uno de los

grandes problemas que enfrenta la sociedad."

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                        plásticos biodegradables.

                                   

 Biodegradación del polivinilalcohol

 

  El polivinil  alcohol es  un polímero  versátil con  muchas aplicaciones

industriales.  El monómero  es el  vinil acetato  que es  polimerizado con

iniciadores por radicales libres para formar el polivinil acetato.

  Degradación por  radicales libres.  Ocurre por  la reacción de radicales

hidroxilos,   que  son   generados  por  enzimas,  con  el  grupo  alcohol

secundario  en el polivinil alcohol y con el grupo cetona formado por este

tipo de reacción o por reacciones enzimáticas.

 

           OH     OH                                O     OH

           |      |                                 |     |

     --CH2-CH-CH2-CH-CH2---  +  .OH   ----->  --CH2-C-CH2-CH-CH2--

 

                 O     O                           O         O

 .OH             |     |          .OH              |         |

------->   --CH2-C-CH2-C-CH2--   ------->   ---CH2-C-OH  CH3-C-CH2--

 

  En la  adición si  el polivinil  alcohol es primero oxidado químicamente

para  convertir una  fracción de  los grupos  alcohol a  grupos cetona, el

polímero resultante es mucho  susceptible a la biodegradación.

 

  La degradación  enzimática entera  de polivinil  alcohol  de  alto  peso

molecular  en el  proceso mostrado anteriormente es facilitada enormemente

por  la solubilidad  del polímero  en agua  y el  acceso de  las  unidades

enteras a la enzima en la solución acuosa.

 

 

 Modificaciones a los polímeros para facilitar la biodegradación.

 

  Los polímeros  con la  cadena principal  conteniendo solo  enlaces  C-C,

excepto  para aquellos  con gran  número de grupos polares sobre la cadena

principal  tal como  el polivinil  alcohol, son poco o nada susceptibles a

la  reacción de degradación enzimática, especialmente en pesos moleculares

altos.  Se hicieron  varios acercamientos  usados para  insertar  "enlaces

débiles"  dentro de  dichas moléculas  o unidos inmediatamente a la cadena

principal  del polímero.  Estos enlaces  débiles son ideados para permitir

la  degradación controlada  de un  polímero hidrofóbico  de peso molecular

inicialmente  alto a  un polímero  de bajo  peso molecular  que pueda  ser

entonces  utilizado y consumido por microorganismos a través de un proceso

de  biodegradación.  El  énfasis  de  este  camino  para  crear  polímeros

biodegradables tiles   fue  acentuado   sobre  dos   tipos  de  polímeros

modificados,  A saber.  1) La inserción de grupos funcionales en la cadena

principal,  especialmente grupos  ester que  pueden ser  introducidos  por

hidrólisis  química 2)  la inserción  de grupos  funcionales en  o obre la

cadena  principal que  puedan sufrir  reacciones de ruptura fotoquímica en

la cadena, especialmente los grupos carbonilo.

 

  Un  método  inteligente  para  insertar  grupos  esteres  en  la  cadena

principal  dentro de  polímeros tipo  vinil incluido  el poliestireno y el

polibutileno  es llevar  a  cabo  una  reacción  de  copolimerización  por

radicales  libres sobre  el monómero  vinil apropiado  (o sea  estireno  o

etileno)  con un  monómero especial  que sufra una reacción de apertura de

anillo  por radicales  libres para  generar un  grupo ester  en la  cadena

 

 

 

 

 

principal.  Los metilenos  sustituidos, los  acetales cíclicos y monómeros

de  ortoésteres pueden participar en tales reacciones por copolimerización

por radicales libres.

 

                           O                                 O

           .              / \                              ./ \

   ----CH2-CH   +    H2C=C   (CH2)4  ----->   --CH2-CH-CH2-C   (CH2)4

           |              \ /                       |       \ /

           R               O                        R        O

 

                                        R

                      O                 |   +-           O            -+

                      |        .    H2C=CH  |            |             |

-->    --CH2-CH-CH2-C-O-(CH2)3-CH2  ------> |-CH2-CH-CH2-C-O-(CH2)4-CH-|

                |                           |     |                 |  |

                R                           +-    R                 R -+

 

  Usando varios tipos diferentes de procedimiento todos los carbonos de la

cadena  del polímero  pueden ser  preparados y  luego hidrolizados para su

terminación  como polímeros  de bajo  peso molecular,  que  posteriormente

pueden degradarse por el ataque de hongos o bacterias.

 

  El otro  camino importante, la preparación de un fotodegradable, también

utiliza  una reacción  de copolimerización  por radicales  libres, pero en

este  caso el  comonomero es  uno que creará un grupo cetona en la cadena

principal  o unido  inmediatamente a  esta. Con  monóxido de  carbono:  La

reacción  1 produce vinil cetonas, la reacción 2 forma los enlaces débiles

y  ambos de  estos comonomeros  pueden usarse  eficientemente en  pequeñas

para  prepara copolímeros tiles con una variedad de monómeros tipo vinilo

(Incluso para poliestireno R=C6H5  y Polietileno R=H )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                 O                            O

          .                      |                            |     .

1)  --CH2-CH + CO -----> --CH2-CH-C. ----> H2C=CH-- ---CH2-CH-C-CH2-CH

          |                     |              |           |        |

          R                     R              R           R        R

 

          .                                 .

2)  --CH2-CH    +    H2C=CH  ---->  ---CH2-CH-CH2-CH

          |              |                 |      |

          R              C=O               R      C=O

                         |                        |

                         R'                       R'

 

              +-                      -+

------------->| -CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH- |

              |      |      |      |   |

              |      R      C=O    R   |

              |             |          |

              |             R'         |

              +-                       +

 

  Sobre la  radiación con  luz ultravioleta, la fragmentación adecuada del

grupo  cetona puede  llevarse a  cabo por  dos  diferentes  reacciones  de

rotura  de enlace  por radicales libres. En la fotoquímica orgánica, estas

dos  reacciones son referidas como Norrish I y Norrish II, se muestran sus

mecanismos  para la  degradación de  copolímeros del etileno y monóxido de

carbono.

                                                     H

                                                     / \

             O                                      O   CH--

             |              Norrish I               |   |

   --CH2-CH2-C-CH2-CH2--    -------->     --CH2-CH2-C   CH2

                                                     \ /

                                                    H-C-H

 

                   O

                   |

----->   --CH2-CH2-C-CH3  +   H2C=CH--

 

 

 

             O                                      O

             |              Norrish II              |

   --CH2-CH2-C-CH2-CH2--    -------->     --CH2-CH2-C. + .CH2-CH2-CH2--

 

 

                      O

  O2RH                |

-------->   --CH2-CH2-C-OH  +   HO-CH2-CH2-CH2--

 

  La reacción Norrish I fragmenta el polímero para generar dos radicales,

carbonilo  y alquilo  y en  la presencia de oxígeno, como se mostró, estos

fragmentos  reactivos de  terminación  ácido  carboxílico y alcohol de bajo

peso   molecular.  La  reacción  posterior  genera  polímeros  que  pueden

interactuar con enzimas.

 

 

 

 

 

  La reacción  Norrish II crea fragmentos con grupos finales metil y vinil

cetonas,   y  posteriormente   pueden  sufrir   reacciones  de   oxidación

fotoquímica  para formar  grupos  terminales  de   ácido  carboxílico,  que

serían  susceptibles a  la interacción  enzimática y  la oxidación  si los

fragmentos son de peso molecular suficientemente bajo.

  Otro método  para  fotodegradación  del  polietileno  es  incluir  sales

metálicas  que reaccionen  por fotooxidación  catalítica  en  el  polímero

sólido.  Los compuestos  más usados  para tal  propósito son de metales de

transición  divalentes, de  ácidos alifáticos tales como el ácido esteárico

o   ácido acetoacético,  o ditiocarbamatos.  La reacción fotoquímica es una

reacción   de  óxido  reducción  que  forma  radicales  libre  capaces  de

reaccionar  con el  polietileno R-H  para iniciar  una reacción  en cadena

como sigue:

 

                        U.V.

               M++(X)n  ----->   M+(X)n-1  + X.

 

               X. + R-H ----->   XH + R.

                                        RH

              R. + O2   ----->   ROO.  ----->   ROOH  + R.

                                                |

                                                RO.   +  .OH

 

 Problemas con plásticos biodegradables:

 

  La ausencia de ensayos normalizados para biodegradabilidad hace que bajo

este  nombre se  fabriquen polímeros que no son realmente biodregradables,

según  un estudio sobre biodegradabilidad de películas plásticas realizado

en  la Univ.  de Cornell.  Se ensayaron 12 películas plásticas modificadas

en  bioreactores aeróbicos y anaeróbicos midiéndose la DBO y la pérdida de

masa.    Solo   una    película,   copolímero    de   polihidroxibutirato-

polihidroxivaleriato  evidenció una  biodegradación sustancial.  Otras como

polietileno conteniendo almidón mostraron que solo se degradó el almidón.

 

 

 La industria de los plásticos biodegradables.

 

  En octubre  de 1993  en Japón se comenzó la construcción de una planta de

100  ton/año  para  producir  una  resina  biodegradable  de  polilactida.

Pensada   para  películas   de  empaquetado  y  productos  de  moldeo  por

inyección,  la resina  tiene una  transparencia similar  al tereftalato de

polietileno,  cuatro veces  la resistencia  tensil del  polietileno  y  un

punto  de fusión  de 170-180  C. La biodegradación completa toma entre dos

meses  y un año dependiendo de los aditivos que se agregan a la resina. la

planta  usa un  proceso a  presión atmosférica  para  convertir  el   ácido

láctico   en  lactida.   Con  la  presencia  de  un  catalizador  metálico

(iniciador)   la  lactida   (ester  heterocíclico)   lleva   a   cabo   la

polimerización  por apertura  de anillo  para dar  una polilactida  con un

rendimiento  de 80%  Con un  catalizador adecuado  se puede variar el peso

molecular  entre varios  cientos de miles y un millón. La resina tiene una

pureza  de 97-98%  y el  resto son  oligómeros. Se  planeaba  aumentar  la

escala  a 10000  ton / año lo  cual reducir   los  precios  de  $12.99/lb  a

$3.46/lb.  Varias  empresas  fabricantes  de  plástico  en  Japón  planean

plantas  a escala comercial para producir resinas biodegradables y esperan

superar  en precio  y desempeño  al poliestireno (PS) y politereftalato de

etileno (PET) .

 

 

  Consolidación del  negocio de los plásticos degradables (Junio 1995): En

Europa  se formó  un grupo  de empresas  para  explorar  las  aplicaciones

comerciales  de los  polímeros del  ácido láctico y espera dar licencias de

la  tecnología. Poseen  mas de  50 patentes  en el   rea de  producción de

poli ácido láctico, fabricación de productos y aplicaciones.

 

  Otra empresa está  desarrollando un proceso de fabricación de bajo costo,

sus   polímeros  pueden   copolimerizarse   y   mezclarse   con   aditivos

convencionales  para una  gran variedad de aplicaciones. Planean hacer los

polímeros a partir de materiales renovables como los productos agrícolas.

 

 

                                   

                                    

                              Bibliografía

 

  -RAYMOND B.  SEYMOUR Separation  of Waste  Plastics, Journal of Chemical

Education, Vol 53, N 10 Oct 1976, p 653.

 - CHEMICAL ENGINEERING, Vol 100 Oct 1993,Nro 10, pp 17,48.

 - CHEMICAL ENGINEERING, Vol 102 Abr 1995,Nro 4, p 21.

 - CHEMICAL ENGINEERING, Vol 100 Dic 1993,Nro 12, p 31.

 - CHEMICAL ENGINEERING, Vol 102 Feb 1995,Nro 2, p 31.

 - CHEMICALWEEK, Junio 1995, p 39.

 - KRUPP y JEWELL, Environ. Sci. Technol., Vol. 26, Nro1, 1992, p193.

 - POLYMER SCIENCE, Biblioteca FIQ.

 - POLYMER HANDBOOK, Biblioteca FIQ