El poliestireno ( PS ) es un polímero sintético hecho a partir de monómeros del hidrocarburo aromático estireno . [5] El poliestireno puede ser sólido o espumado . El poliestireno de uso general es transparente, duro y quebradizo . Es una resina económica por unidad de peso. Es una barrera pobre para el aire y el vapor de agua y tiene un punto de fusión relativamente bajo. [6] El poliestireno es uno de los plásticos más utilizados , con una escala de producción de varios millones de toneladas por año. [7] El poliestireno es naturalmente transparente , pero se puede colorear con colorantes. Los usos incluyen embalajes protectores (como cacahuetes de embalaje y cajas de discos ópticos ), contenedores, tapas, botellas, bandejas, vasos, cubiertos desechables , [6] en la fabricación de modelos y como material alternativo para discos fonográficos . [8]
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 nuevamente cuando se enfría. Este comportamiento de la temperatura se aprovecha para la extrusión (como en el poliestireno ) y también para el moldeo y el conformado al vacío , ya que se puede verter en moldes con detalles finos. El comportamiento de las temperaturas se puede controlar mediante fotorreticulación. [9]
Según las normas ASTM , el poliestireno se considera no biodegradable . Se acumula como una forma de basura en el ambiente exterior , en particular a lo largo de las costas y vías fluviales, especialmente en su forma de espuma, y en el Océano Pacífico. [10]
El poliestireno fue descubierto en 1839 por Eduard Simon , un boticario de Berlín. [11] A partir del estoraque , la resina del árbol liquidámbar oriental Liquidambar orientalis , destiló una sustancia oleosa, a la que llamó estirol, ahora llamado estireno . Varios días después, Simon descubrió que se había espesado hasta convertirse en una gelatina, que ahora se sabe que era un polímero , al que denominó óxido de estirol ("Styroloxyd") porque supuso que había resultado de la oxidación ( el óxido de estireno es un compuesto distinto). En 1845, el químico jamaiquino John Buddle Blyth y el químico alemán August Wilhelm von Hofmann demostraron que la misma transformación del estirol se producía en ausencia de oxígeno. [12] Llamaron al producto "meta estirol"; el análisis mostró que era químicamente idéntico al Styroloxyd de Simon. [13] En 1866, Marcelino Berthelot identificó correctamente la formación de meta-estirol/estirolóxido a partir de estirol como un proceso de polimerización . [14] Unos 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 un recipiente de reactor que extruía poliestireno a través de un tubo calentado y un cortador, produciendo poliestireno en forma de gránulos. [15]
Ray McIntire (1918-1996), ingeniero químico de Dow Chemical, redescubrió un proceso patentado por primera vez a principios de la década de 1930 por el inventor sueco Carl Munters . [16] Según el Science History Institute, "Dow compró los derechos del método de Munters y comenzó a producir un material liviano, resistente al agua y flotante que parecía perfectamente adecuado para construir muelles y embarcaciones y para aislar casas, oficinas y gallineros". [17] En 1944, se patentó el poliestireno . [18]
Antes de 1949, el ingeniero químico Fritz Stastny (1908-1985) desarrolló perlas de poliestireno expandidas previamente mediante la incorporación de hidrocarburos alifáticos, como el pentano. Estas perlas son la materia prima para moldear piezas o extrudir láminas. BASF y Stastny solicitaron una patente que se concedió en 1949. El proceso de moldeo se demostró en la feria Kunststoff Messe 1952 en Düsseldorf. Los productos se denominaron Styropor. [19]
La estructura cristalina del poliestireno isotáctico fue descrita por Giulio Natta . [20]
En 1954, la empresa Koppers de Pittsburgh , Pensilvania, desarrolló espuma de poliestireno expandido (EPS) bajo el nombre comercial Dylite. [21] En 1960, Dart Container , el mayor fabricante de vasos de espuma, envió su primer pedido. [22]
En términos químicos , el poliestireno es un hidrocarburo de cadena larga en el que los centros de carbono alternados están unidos a grupos fenilo (un derivado del benceno ). La fórmula química del poliestireno es (C
8yo
8)
norte; contiene los elementos químicos carbono e hidrógeno . [ cita requerida ]
Las propiedades del material están determinadas por las atracciones de van der Waals de corto alcance entre las cadenas de polímeros. Dado que las moléculas constan de miles de átomos, la fuerza de atracción acumulada entre las moléculas es grande. Cuando se calientan (o se deforman a un ritmo rápido, debido a una combinación de propiedades viscoelásticas y de aislamiento térmico), las cadenas pueden adquirir un mayor grado de consolidación y deslizarse unas sobre otras. Esta debilidad intermolecular (en comparación con la alta fuerza intramolecular debida a la cadena principal de hidrocarburos) confiere flexibilidad y elasticidad. La capacidad del sistema de 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 al calentarse. 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 el poliestireno frente a 2,70 g/cm 3 para el aluminio). [23]
El poliestireno es un polímero de adición que se forma cuando los monómeros de estireno se polimerizan (se interconectan). 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. Como solo se utiliza 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. Unos pocos miles de monómeros componen típicamente una cadena de poliestireno, lo que da una masa molar de 100.000 a 400.000 g/mol. [ cita requerida ]
Cada carbono de la cadena principal tiene geometría tetraédrica , y aquellos carbonos que tienen unido un grupo fenilo (anillo de benceno) son estereogénicos . Si la cadena principal se dispusiera como una cadena alargada y plana en zigzag, cada grupo fenilo estaría inclinado 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 varias propiedades físicas del material. [24]
En el poliestireno, la tacticidad describe el grado en que el grupo fenilo está alineado de manera uniforme (dispuesto en un lado) en la cadena de polímero. La tacticidad tiene un fuerte efecto en las propiedades del plástico. El poliestireno estándar es atáctico. El diastereómero en el que todos los grupos fenilo están en el mismo lado se denomina poliestireno isotáctico , que no se produce comercialmente. [ cita requerida ]
La única forma comercialmente importante de poliestireno es la atáctica , en la que los grupos fenilo se distribuyen aleatoriamente en ambos lados de la cadena de polímero. Esta posición aleatoria impide que las cadenas se alineen con la regularidad suficiente para lograr cualquier cristalinidad . El plástico tiene una temperatura de transición vítrea Tg de ~90 ° C . La polimerización se inicia con radicales libres . [7]
La polimerización Ziegler-Natta puede producir un poliestireno sindiotáctico ordenado con los grupos fenilo ubicados en lados alternos de la cadena principal de hidrocarburos. Esta forma es altamente cristalina con una Tm (punto de fusión) de 270 °C (518 °F). La resina de poliestireno sindiotáctico se produce actualmente bajo el nombre comercial XAREC por la corporación Idemitsu, que utiliza un catalizador de metaloceno para la reacción de polimerización. [25]
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 la acetona ), solventes clorados y solventes de hidrocarburos aromáticos. Debido a su resiliencia e inercia, se utiliza para fabricar muchos objetos comerciales. Al igual que 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 , generalmente se quema de manera incompleta, como lo indica la llama de hollín . [ cita requerida ]
El proceso de despolimerización del poliestireno para convertirlo en su monómero , el estireno , se denomina pirólisis . Esto implica el uso de calor y presión elevados para romper los enlaces químicos entre cada compuesto de estireno. La pirólisis suele alcanzar los 430 °C. [26] El alto coste energético que supone realizar esta operación ha dificultado el reciclado comercial del poliestireno para convertirlo en monómero de estireno. [ cita requerida ]
En general, se considera que el poliestireno no es biodegradable. Sin embargo, ciertos organismos pueden degradarlo, aunque muy lentamente. [27]
En 2015, los investigadores descubrieron que los gusanos de la harina , la forma larvaria del escarabajo oscuro Tenebrio molitor , podían digerir y subsistir de manera saludable con una dieta de EPS. [28] [29] 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 eran seguros para su uso como suelo para cultivos. [28]
En 2016, también se informó que los supergusanos ( Zophobas morio ) pueden comer poliestireno expandido (EPS). [30] 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. [31]
En 2022, los científicos identificaron varios géneros bacterianos, incluidos Pseudomonas , Rhodococcus y Corynebacterium , en el intestino de los supergusanos que contienen enzimas codificadas asociadas con la degradación del poliestireno y el producto de degradación estireno. [32]
La bacteria Pseudomonas putida es capaz de convertir el aceite de estireno en el plástico biodegradable PHA . [33] [34] [35] Esto puede ser útil algún día para la eliminación eficaz de la espuma de poliestireno. Vale la pena señalar que el poliestireno debe sufrir pirólisis para convertirse en aceite de estireno. [ cita requerida ]
El poliestireno se moldea comúnmente por inyección , se forma al vacío o se extruye, mientras que el poliestireno expandido se extruye o se moldea en un proceso especial. También se producen copolímeros de poliestireno ; estos contienen uno o más monómeros además del estireno. En los últimos años, también se han producido compuestos de poliestireno expandido con celulosa [39] [40] y almidón [41] . El poliestireno se utiliza en algunos explosivos unidos con polímeros (PBX). [ cita requerida ]
El poliestireno (PS) se utiliza para producir cubiertos y vajillas de plástico desechables , estuches de CD , carcasas de detectores de humo , marcos de matrículas , kits de montaje de modelos de plástico y muchos otros objetos para los que se desea un plástico rígido y económico. Los métodos de producción incluyen el termoformado ( formado al vacío ) y el 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 biomédica. 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 después del moldeo, 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 estos productos; por lo tanto, desempeñan un papel fundamental en la investigación farmacéutica. [42]
Se utilizan láminas delgadas de poliestireno en los condensadores de película de poliestireno, ya que forma un dieléctrico muy estable , pero en gran medida se ha dejado de utilizar en favor del poliéster .
Las espumas de poliestireno están compuestas por un 95-98 % de aire. [43] [44] 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 con paneles estructurales aislados. La espuma de poliestireno gris, que incorpora grafito , tiene propiedades de aislamiento superiores. [45]
Carl Munters y John Gudbrand Tandberg de Suecia recibieron una patente estadounidense para espuma de poliestireno como producto aislante en 1935 (número de patente estadounidense 2.023.204). [46]
Las espumas de poliestireno también presentan buenas propiedades de amortiguación, por lo que se utilizan ampliamente en envases. La marca registrada Styrofoam de Dow Chemical Company se utiliza informalmente (principalmente en EE. UU. y Canadá) para todos los productos de poliestireno expandido, aunque estrictamente solo debería utilizarse 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 ).
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El poliestireno expandido (EPS) es una espuma rígida y resistente, de celdas cerradas , con un rango de densidad normal de 11 a 32 kg/m3 . [ 47] Generalmente es blanco y está hecho de perlas de poliestireno preexpandidas. El proceso de fabricación del EPS comienza convencionalmente con la creación de pequeñas perlas de poliestireno. Los monómeros de estireno (y potencialmente otros aditivos) se suspenden en agua, donde experimentan una polimerización por adición de radicales libres. Las perlas de poliestireno formadas por este mecanismo pueden tener un diámetro promedio de alrededor de 200 μm. Luego, las perlas se permean con un "agente de soplado", un material que permite que las perlas se expandan. El pentano se usa comúnmente como agente de soplado. Las perlas se agregan a un reactor agitado continuamente con el agente de soplado, entre otros aditivos, y el agente de soplado se filtra en los poros dentro de cada perla. Luego, las perlas se expanden usando vapor. [48]
El EPS se utiliza para contenedores 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 "maníes" de relleno suelto que amortiguan los artículos frágiles dentro de las cajas. El EPS también se ha utilizado ampliamente en aplicaciones de seguridad vial y automotriz, como cascos de motocicletas y barreras viales en pistas de carreras de automóviles . [49] [50] [51]
Una parte importante de todos los productos de EPS se fabrican mediante moldeo por inyección. Las herramientas de moldeo suelen fabricarse a partir de aceros (que se pueden endurecer y revestir) y aleaciones de aluminio. Los moldes se controlan mediante una división a través de un sistema de canales de compuertas y canales. [52] El EPS se denomina coloquialmente "espuma de poliestireno" en la anglosfera , una genéricaización de la marca de poliestireno extruido de Dow Chemical . [53]
Las láminas de EPS se envasan comúnmente como paneles rígidos (lo común en Europa es un tamaño de 100 cm x 50 cm, generalmente dependiendo del tipo de conexión previsto y las técnicas de encolado, de hecho es 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 comunes son de 10 mm a 500 mm. A menudo se agregan muchas personalizaciones, aditivos y capas externas adicionales delgadas en uno o ambos lados para ayudar con varias propiedades. Un ejemplo de esto es la laminación con placa de cemento para formar un panel aislante estructural .
La conductividad térmica se mide de acuerdo con la norma EN 12667. Los valores típicos varían de 0,032 a 0,038 W/(m⋅K) dependiendo de la densidad del tablero de 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 según la hoja de datos de K-710 de StyroChem Finlandia. La adición de rellenos (grafitos, aluminio o carbonos) 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/negro que lo distingue del EPS estándar. Varios productores de EPS han producido una variedad de estos EPS de mayor resistencia térmica para su uso 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.
El ICC-ES ( Servicio de Evaluación del Consejo Internacional de Códigos ) exige que los paneles de EPS utilizados en la construcción de edificios cumplan con los requisitos de la norma ASTM C578. Uno de estos requisitos es que el índice de oxígeno límite del EPS, medido según la norma ASTM D2863, sea superior al 24 % en volumen. El EPS típico tiene un índice de oxígeno de alrededor del 18 % en volumen; por lo tanto, se agrega un retardante de llama al estireno o al poliestireno durante la formación del EPS.
Los tableros que contienen un retardante de llama cuando se prueban en un túnel utilizando 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 una barrera térmica de 15 minutos cuando se utilizan tableros de EPS dentro de un edificio.
Según la organización ICF EPS-IA, la densidad típica del EPS utilizado para encofrados de hormigón aislados ( hormigón de poliestireno expandido ) es de 1,35 a 1,80 libras por pie cúbico (21,6 a 28,8 kg/m3 ) . Se trata de EPS de tipo II o tipo IX según ASTM C578. Los bloques o tableros de EPS utilizados en la construcción de edificios se cortan habitualmente con alambres calientes. [54]
La espuma de poliestireno extruido (XPS) está formada por celdas cerradas. Ofrece una rugosidad superficial mejorada, mayor rigidez y una conductividad térmica reducida. El rango de densidad es de aproximadamente 28–34 kg/m3 . [ 55] [56]
El poliestireno extruido también se utiliza en la artesanía y en la construcción de modelos , en particular en modelos arquitectónicos . Debido al proceso de fabricación por extrusión, el XPS no requiere revestimientos para mantener su rendimiento térmico o de propiedades físicas. Por lo tanto, constituye un sustituto más uniforme del cartón corrugado . La conductividad térmica varía entre 0,029 y 0,039 W/(m·K) dependiendo de la resistencia/densidad del soporte y el valor promedio es de ~0,035 W/(m·K).
La resistencia a la difusión del vapor de agua (μ) del XPS es de alrededor de 80 a 250.
Los materiales de espuma de poliestireno extruido más comunes incluyen:
Aunque se trata de una espuma de celdas cerradas, tanto el poliestireno expandido como el extruido no son totalmente impermeables ni a prueba de vapor. [58] En el poliestireno expandido existen huecos intersticiales entre los gránulos de celdas cerradas expandidos que forman una red abierta de canales entre los gránulos unidos, y esta red de huecos puede llenarse de 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. [59]
El encharcamiento ocurre comúnmente durante un largo período en espumas de poliestireno que están constantemente expuestas a alta humedad o están continuamente sumergidas en agua, como en cubiertas de jacuzzis, en muelles flotantes, como flotación suplementaria debajo de los asientos de los barcos y para el aislamiento exterior de edificios subterráneos constantemente expuestos al agua subterránea. [60] Normalmente, es necesaria una barrera de vapor exterior, como una lámina de plástico impermeable o un revestimiento rociado, para evitar la saturación.
El poliestireno orientado (OPS) se produce estirando una película de PS extruido, lo que mejora la visibilidad a través del material al reducir la opacidad y aumentar la rigidez. Esto se utiliza a menudo en envases en los que el fabricante desea que el consumidor vea el producto cerrado. Algunas de las ventajas del OPS son que es menos costoso de producir que otros plásticos transparentes como el polipropileno (PP), el PET y el poliestireno de alto impacto (HIPS), y es menos opaco que el HIPS o el PP. La principal desventaja del OPS es que es frágil y se agrieta o se rompe fácilmente.
El poliestireno ordinario ( homopolimérico ) tiene un excelente perfil de propiedades sobre transparencia, calidad de superficie y rigidez. Su rango de aplicaciones se amplía aún más mediante copolimerización y otras modificaciones ( mezclas, por ejemplo, con PC y poliestireno sindiotáctico). [61] : 102–104 Se utilizan varios copolímeros basados en estireno : La fragilidad del poliestireno homopolimérico se supera con copolímeros de estireno-butadieno modificados con elastómeros. 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. Los copolímeros llamados ABS tienen propiedades similares y se pueden usar a bajas temperaturas, pero son opacos .
Los copolímeros de estireno-butano se pueden producir con un bajo contenido de buteno . Los copolímeros de estireno-butano incluyen PS-I y SBC (ver a continuación), ambos copolímeros son resistentes al impacto . El PS-I se prepara mediante copolimerización por injerto , el SBC mediante copolimerización en bloque aniónica, lo que lo hace transparente en caso de un tamaño de bloque adecuado. [62]
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 (véase la teoría de la disolución de Flory-Huggins ). La copolimerización crea una capa límite sin que se mezclen por completo. Las fracciones de butadieno (la "fase de caucho") se agrupan 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, se forman grietas (microfisuras) que se propagan a las partículas de caucho. La energía de la grieta que se propaga se transmite entonces a las partículas de caucho a lo largo de su recorrido. Un gran número de grietas confieren al material originalmente rígido una estructura laminada. La formación de cada lámina contribuye al consumo de energía y, por tanto, a un aumento del alargamiento en 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 hasta alcanzar resistencia a la tracción y solo se rompen con un alargamiento mucho mayor. [63] : 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 se puede procesar como un termoplástico.
El PS-I ( poliestireno resistente a impactos ) consiste en una matriz continua de poliestireno y una fase de caucho dispersa en ella. Se produce por polimerización de estireno en presencia de polibutadieno disuelto (en estireno). La polimerización se lleva a cabo simultáneamente de dos maneras: [64]
Al utilizar 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 estireno primero se homopolimeriza mediante copolimerización aniónica. Normalmente, se utiliza un compuesto organometálico como el butillitio como catalizador. A continuación se añade butadieno y, después del estireno, se polimeriza de nuevo. 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 ( polidispersión en el rango de 1,05, por lo que las cadenas individuales tienen 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 caucho, a su vez, depende de la longitud del bloque. La producción de estructuras pequeñas (más pequeñas que la longitud de onda de la luz) garantiza la transparencia. Sin embargo, a diferencia del PS-I, el copolímero en bloque no forma partículas, sino que tiene una estructura laminar.
El caucho de estireno-butadieno (SBR) se produce como el PS-I mediante copolimerización por injerto, pero con un menor contenido de estireno. Por lo tanto, el caucho de estireno-butadieno consiste en una matriz de caucho con una fase de poliestireno dispersa en ella. [65] A diferencia del PS-I y el 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. [66]
El acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) es un material más resistente que el poliestireno puro.
El SMA es un copolímero con anhídrido maleico . El estireno se puede copolimerizar con otros monómeros; por ejemplo, se puede utilizar divinilbenceno para reticular las cadenas de poliestireno y obtener el polímero utilizado en la síntesis de péptidos en fase sólida . La resina de estireno-acrilonitrilo (SAN) tiene una mayor resistencia térmica que el estireno puro.
Las espumas de poliestireno se producen utilizando agentes de soplado que forman burbujas y expanden la espuma. En el poliestireno expandido, estos suelen ser hidrocarburos como el pentano , que pueden representar un peligro de inflamabilidad en la fabricación o el almacenamiento de material recién fabricado, pero tienen un impacto ambiental relativamente leve. [ cita requerida ] El poliestireno extruido generalmente se fabrica con hidrofluorocarbonos ( HFC-134a ), [67] que tienen potenciales de calentamiento global de aproximadamente 1000 a 1300 veces el del dióxido de carbono. [68] Los envases, en particular el poliestireno expandido, son contribuyentes a los microplásticos de las actividades tanto terrestres como marítimas. [69]
El poliestireno no es biodegradable pero es susceptible a la fotooxidación . [70] Por esta razón los productos comerciales contienen estabilizadores de luz .
Los animales no reconocen la espuma de poliestireno como un material artificial e incluso pueden confundirla con alimento. [71] La espuma de poliestireno se mueve con el viento y flota en el agua debido a su baja gravedad específica. Puede tener efectos graves en la salud de las aves y los animales marinos que ingieren cantidades significativas. [71] Las truchas arcoíris juveniles expuestas a fragmentos de poliestireno muestran efectos tóxicos en forma de cambios histomorfométricos sustanciales. [72]
Restringir el uso de envases de poliestireno expandido para comida para llevar es una prioridad para muchas organizaciones ambientalistas de residuos sólidos . [73] Se han hecho 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.
En 1987, Berkeley, California , prohibió los envases de alimentos con CFC. [74] Al año siguiente, el condado de Suffolk, Nueva York , se convirtió en la primera jurisdicción estadounidense en prohibir el poliestireno en general. [75] Sin embargo, los desafíos legales de la Sociedad de la Industria del Plástico [76] 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. [77] Mientras tanto, Berkeley se convirtió en la primera ciudad en prohibir todos los envases de alimentos de espuma. [78] En 2006, alrededor de cien localidades en los Estados Unidos, incluidas Portland, Oregón , y San Francisco, tenían algún tipo de prohibición de la espuma de poliestireno en los restaurantes. Por ejemplo, en 2007 Oakland, California , exigió a los restaurantes que cambiaran a envases de alimentos desechables que se biodegradarían si se añadieran al abono alimentario. [79] En 2013, San José se convirtió, según se informa, en la ciudad más grande del país en prohibir los envases de alimentos de espuma de poliestireno. [80] Algunas comunidades han implementado amplias prohibiciones al poliestireno, como Freeport, Maine , que lo hizo en 1990. [81] En 1988, se promulgó la primera prohibición estadounidense de la espuma de poliestireno en general en Berkeley, California. [78]
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 revocada en apelación). [82] En San Francisco, los supervisores aprobaron la prohibición más estricta sobre el "poliestireno expandido" (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. [83]
La Asociación de Restaurantes Verdes de Estados Unidos no permite el uso de espuma de poliestireno como parte de su estándar de certificación. [84] Varios líderes ecológicos, incluido el Ministerio de Medio Ambiente holandés , aconsejan a las personas que reduzcan el daño ambiental mediante el uso de vasos de café reutilizables. [85]
En marzo de 2019, Maryland prohibió los envases de alimentos con espuma de poliestireno y se convirtió en el primer estado del país en aprobar una prohibición de los envases de alimentos con espuma a través de la legislatura estatal. Maine fue el primer estado en aprobar oficialmente una prohibición de los envases de alimentos con espuma. 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 los envases de alimentos con espuma en los libros, pero es el primero en entrar en vigor el 1 de julio de 2020. [86] [87] [88] [89]
En septiembre de 2020, la legislatura del estado de Nueva Jersey votó para prohibir los recipientes y vasos de alimentos desechables hechos de espuma de poliestireno. [90]
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China prohibió los recipientes y vajillas de poliestireno expandido 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. [91]
La India y Taiwán también prohibieron la vajilla de poliestireno expandido para el servicio de alimentos antes de 2007. [92]
El gobierno de Zimbabwe , a través de su Agencia de Gestión Ambiental (EMA), prohibió los envases de poliestireno (popularmente llamados 'kaylite' en el país), en virtud del Instrumento Estatutario 84 de 2012 (Envases de Plástico y Botellas de Plástico) (Enmienda) Reglamento, 2012 (Nº 1.) [93] [94]
La ciudad de Vancouver , Canadá, anunció su plan Cero Residuos 2040 en 2018. La ciudad introducirá modificaciones a sus ordenanzas para prohibir a los titulares de licencias comerciales servir comida preparada en vasos de poliestireno expandido y recipientes para llevar, a partir del 1 de junio de 2019. [95]
En 2019, la Unión Europea votó a favor de prohibir los envases y vasos de alimentos de poliestireno expandido, ley que entró oficialmente en vigor en 2021. [96] [97]
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. [98]
En general, el poliestireno no se acepta en los programas de recogida en la calle y no se separa ni se recicla en los lugares donde sí se acepta. En Alemania, el poliestireno se recoge como consecuencia de la ley de embalajes (Verpackungsverordnung) que exige a los fabricantes que se responsabilicen del reciclaje o la eliminación de cualquier material de embalaje que vendan.
La mayoría de los productos de poliestireno actualmente no se reciclan 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, no es económico recolectarla. Sin embargo, si el material de desecho pasa por un proceso de compactación inicial, el material cambia de densidad de 30 kg/m3 a 330 kg/m3 y se convierte en un producto reciclable de alto valor para los productores de pellets de plástico reciclado. Los desechos de poliestireno expandido se pueden agregar fácilmente a productos como láminas de aislamiento de EPS y otros materiales de EPS para aplicaciones de construcción; muchos fabricantes no pueden obtener desechos suficientes debido a problemas de recolección. Cuando no se utilizan para hacer más EPS, los desechos de espuma se pueden convertir en productos como perchas de ropa, bancos de parque, macetas, juguetes, reglas, cuerpos de grapadoras, contenedores de plántulas, marcos de fotos y molduras arquitectónicas a partir de PS reciclado. [99] A partir de 2016, alrededor de 100 toneladas de EPS se reciclan cada mes en el Reino Unido. [100]
El EPS reciclado también se utiliza en muchas operaciones de fundición de metales. Rastra se fabrica a partir de EPS que se combina con cemento para usarse como aditivo aislante en la fabricación de cimientos y paredes de hormigón. Los fabricantes estadounidenses han producido encofrados de hormigón aislante hechos con aproximadamente un 80 % de EPS reciclado desde 1993.
Un estudio conjunto de marzo de 2022 realizado por los científicos Sewon Oh y Erin Stache de la Universidad de Cornell en Ithaca, Nueva York, descubrió un nuevo método de procesamiento para reciclar poliestireno en ácido benzoico . El proceso implicaba la irradiación de poliestireno con cloruro de hierro y acetona bajo luz blanca y oxígeno durante 20 horas. [101] Los científicos también demostraron un proceso comercial escalable similar de reciclaje de poliestireno en valiosas moléculas pequeñas (como el ácido benzoico) que lleva solo unas horas. [101]
Si el poliestireno se incinera adecuadamente a altas temperaturas (hasta 1000 °C [102] ) y con abundante aire [102] (14 m 3 /kg [ cita requerida ] ), los productos químicos generados son agua, dióxido de carbono y posiblemente pequeñas cantidades de compuestos halógenos residuales de retardantes de llama. [102] Si solo se realiza una incineración incompleta, también quedará hollín de carbono restante y una mezcla compleja de compuestos volátiles. [103] [ 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 . [102] [104]
Cuando se quemaba poliestireno a temperaturas de 800 a 900 °C (el rango típico de un incinerador moderno), los productos de la combustión consistían en "una mezcla compleja de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), desde alquilbencenos hasta benzoperileno. Se identificaron más de 90 compuestos diferentes en los efluentes de combustión del poliestireno". [105] [ se necesita una mejor fuente ] El Centro de Investigación de Incendios de la Oficina Nacional de Normas de Estados Unidos encontró 57 subproductos químicos liberados durante la combustión de espuma de poliestireno expandido (EPS). [106]
El Consejo Americano de Química , anteriormente conocido como Asociación de Fabricantes de Productos Químicos, escribe:
Basándose en pruebas científicas realizadas 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 los Estados Unidos y de la Comisión Europea/Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria para su uso en envases para almacenar y servir alimentos. El Departamento de Higiene Alimentaria y Ambiental de Hong Kong revisó recientemente la seguridad de servir diversos alimentos en productos de servicio de alimentos de poliestireno y llegó a la misma conclusión que la FDA de los Estados Unidos. [107]
Entre 1999 y 2002, un grupo de expertos internacionales de 12 miembros seleccionados por el Centro de Evaluación de Riesgos de Harvard llevó a cabo una revisión exhaustiva 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 cantidades mínimas en alimentos como las fresas, la carne de vacuno 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 los envases de alimentos y los artículos desechables en contacto con alimentos, y concluyó que el riesgo para el público en general de la exposición al estireno de los alimentos o de las aplicaciones en contacto con alimentos (como los envases de poliestireno y los recipientes para servicios de alimentos) se encontraba en niveles demasiado bajos para producir efectos adversos. [108]
El poliestireno se utiliza habitualmente en envases para alimentos y bebidas. El monómero de estireno (del que está hecho el poliestireno) es un agente sospechoso de ser cancerígeno. [109] El estireno se encuentra "generalmente en niveles tan bajos en los productos de consumo que los riesgos no son sustanciales". [110] El poliestireno que se utiliza para el contacto con alimentos no puede contener más del 1% (0,5% para alimentos grasos) de estireno en peso. [111] Se ha descubierto que los oligómeros de estireno en los envases de poliestireno utilizados para el envasado de alimentos migran a los alimentos. [112] Otro estudio japonés realizado en ratones de tipo salvaje y sin AhR descubrió que el trímero de estireno, que los autores detectaron en alimentos instantáneos envasados en envases de poliestireno cocidos, puede aumentar los niveles de hormona tiroidea. [113]
Existe controversia sobre si el poliestireno se puede utilizar en microondas junto con los alimentos. Algunos recipientes se pueden utilizar sin problemas en el microondas, pero solo si se indica en la etiqueta. [114] Algunas fuentes sugieren que se deben evitar los alimentos que contienen caroteno (vitamina A) o los aceites de cocina. [115]
Debido al uso generalizado de poliestireno, estos graves problemas de salud siguen siendo de actualidad. [116] [ ¿ fuente poco confiable? ]
Al igual que otros compuestos orgánicos , el poliestireno es inflamable. El poliestireno está clasificado según la norma DIN4102 como un producto "B3", lo que significa que es altamente inflamable o "fácilmente inflamable". Como consecuencia, aunque es un aislante eficiente a bajas temperaturas, su uso está prohibido en cualquier instalación expuesta en la construcción de edificios si el material no es ignífugo . [ cita requerida ] Debe ocultarse detrás de paneles de yeso , chapa metálica u hormigón. [117] Los materiales plásticos de poliestireno espumado se han encendido accidentalmente y han provocado enormes incendios y pérdidas de vidas, por ejemplo, en el Aeropuerto Internacional de Düsseldorf y en el Túnel del Canal (donde el poliestireno estaba dentro de un vagón de tren que se incendió). [118]
Este artículo incorpora texto de una obra de contenido libre . Licenciado bajo Cc BY-SA 3.0 IGO (declaración de licencia/permiso). Texto tomado de Drowning in Plastics – Marine Litter and Plastic Waste Vital Graphics, Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente.
