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Plástico

Artículos para el hogar fabricados con diversos tipos de plásticos.

Los plásticos son una amplia gama de materiales sintéticos o semisintéticos que utilizan polímeros como ingrediente principal. Su plasticidad permite que los plásticos se moldeen , extruyan o presionen para formar objetos sólidos de diversas formas. Esta adaptabilidad, además de una amplia gama de otras propiedades, como ser livianos, duraderos, flexibles y económicos de producir, ha llevado a su uso generalizado. Los plásticos generalmente se fabrican mediante sistemas industriales humanos. La mayoría de los plásticos modernos se derivan de productos químicos basados ​​en combustibles fósiles como el gas natural o el petróleo ; sin embargo, los métodos industriales recientes utilizan variantes hechas de materiales renovables, como derivados del maíz o el algodón . [1]

Se estima que entre 1950 y 2017 se fabricaron 9.200 millones de toneladas métricas de plástico, más de la mitad de las cuales se han producido desde 2004. En 2020, se produjeron 400 millones de toneladas de plástico. [2] Si las tendencias mundiales en materia de demanda de plástico continúan, se estima que para 2050 la producción mundial anual de plástico alcanzará más de 1.100 millones de toneladas.

El éxito y el predominio de los plásticos a partir de principios del siglo XX ha provocado problemas ambientales generalizados [3] , debido a su lento ritmo de descomposición en los ecosistemas naturales. La mayor parte del plástico producido no se ha reutilizado o no se puede reutilizar, ya sea que se captura en vertederos o persiste en el medio ambiente en forma de contaminación plástica y microplásticos . La contaminación plástica se puede encontrar en todos los principales cuerpos de agua del mundo , por ejemplo, creando manchas de basura en todos los océanos del mundo y contaminando los ecosistemas terrestres. De todo el plástico desechado hasta ahora, alrededor del 14% se ha incinerado y menos del 10% se ha reciclado [2] .

En las economías desarrolladas, aproximadamente un tercio del plástico se utiliza en envases y aproximadamente la misma cantidad en los edificios en aplicaciones como tuberías , plomería o revestimiento de vinilo . [4] Otros usos incluyen automóviles (hasta un 20% de plástico [4] ), muebles y juguetes. [4] En el mundo en desarrollo, las aplicaciones del plástico pueden diferir; el 42% del consumo de la India se utiliza en envases. [4] En el campo médico, los implantes de polímeros y otros dispositivos médicos se derivan al menos parcialmente del plástico. En todo el mundo, se producen anualmente unos 50 kg de plástico por persona, y la producción se duplica cada diez años.

El primer plástico totalmente sintético del mundo fue la baquelita , inventada en Nueva York en 1907 por Leo Baekeland , [5] quien acuñó el término "plásticos". [6] En la actualidad se producen decenas de tipos diferentes de plásticos, como el polietileno , que se utiliza ampliamente en envases de productos , y el cloruro de polivinilo (PVC), utilizado en la construcción y en tuberías debido a su resistencia y durabilidad. Muchos químicos han contribuido a la ciencia de los materiales de los plásticos, incluido el premio Nobel Hermann Staudinger , a quien se ha llamado "el padre de la química de polímeros ", y Herman Mark , conocido como "el padre de la física de polímeros ". [7]

Etimología

La palabra plástico deriva del griego πλαστικός ( plastikos ) que significa "capaz de ser formado o moldeado ", y a su vez de πλαστός ( plastos ) que significa "moldeado". [8] Como sustantivo, la palabra se refiere más comúnmente a los productos sólidos de la fabricación derivada de la petroquímica. [9]

El sustantivo plasticidad se refiere aquí específicamente a la deformabilidad de los materiales utilizados en la fabricación de plásticos. La plasticidad permite el moldeado , extrusión o compresión en una gran variedad de formas: películas, fibras, placas, tubos, botellas y cajas, entre muchas otras. La plasticidad también tiene una definición técnica en la ciencia de los materiales fuera del alcance de este artículo que hace referencia al cambio no reversible de forma de las sustancias sólidas.

Estructura

La mayoría de los plásticos contienen polímeros orgánicos . [10] La gran mayoría de estos polímeros se forman a partir de cadenas de átomos de carbono, con o sin la unión de átomos de oxígeno, nitrógeno o azufre. Estas cadenas comprenden muchas unidades repetitivas formadas a partir de monómeros . Cada cadena de polímero consta de varios miles de unidades repetitivas. La cadena principal es la parte de la cadena que está en el camino principal , uniendo entre sí una gran cantidad de unidades repetitivas. Para personalizar las propiedades de un plástico, diferentes grupos moleculares llamados cadenas laterales cuelgan de esta cadena principal; generalmente se cuelgan de los monómeros antes de que los propios monómeros se unan entre sí para formar la cadena de polímero. La estructura de estas cadenas laterales influye en las propiedades del polímero.

Clasificaciones

Los plásticos se clasifican generalmente por la estructura química de la cadena principal y las cadenas laterales del polímero. Los grupos importantes clasificados de esta manera incluyen los acrílicos , poliésteres , siliconas , poliuretanos y plásticos halogenados . Los plásticos se pueden clasificar por el proceso químico utilizado en su síntesis, como condensación , poliadición y reticulación . [11] También se pueden clasificar por sus propiedades físicas, incluida la dureza , la densidad , la resistencia a la tracción , la resistencia térmica y la temperatura de transición vítrea . Los plásticos también se pueden clasificar por su resistencia y reacciones a varias sustancias y procesos, como la exposición a disolventes orgánicos, la oxidación y la radiación ionizante . [12] Otras clasificaciones de plásticos se basan en cualidades relevantes para la fabricación o el diseño del producto para un propósito particular. Los ejemplos incluyen termoplásticos , termoestables , polímeros conductores , plásticos biodegradables , plásticos de ingeniería y elastómeros .

Termoplásticos y polímeros termoendurecibles

Un mango de plástico de un utensilio de cocina, deformado por el calor y parcialmente derretido.

Una clasificación importante de los plásticos es el grado en que los procesos químicos utilizados para fabricarlos son reversibles o no.

Los termoplásticos no sufren cambios químicos en su composición cuando se calientan y, por lo tanto, pueden moldearse repetidamente. Algunos ejemplos son el polietileno (PE), el polipropileno (PP), el poliestireno (PS) y el cloruro de polivinilo (PVC). [13]

Los termoestables, o polímeros termoendurecibles, pueden fundirse y tomar forma solo una vez: después de que se han solidificado, permanecen sólidos. [14] Si se recalientan, los termoestables se descomponen en lugar de fundirse. En el proceso de termoendurecimiento, se produce una reacción química irreversible. La vulcanización del caucho es un ejemplo de este proceso. Antes de calentarse en presencia de azufre, el caucho natural ( poliisopreno ) es un material pegajoso y ligeramente líquido; después de la vulcanización, el producto es seco y rígido.

Plásticos básicos, de ingeniería y de alto rendimiento

Plásticos comerciales

Estructuras químicas y usos de algunos plásticos comunes

Alrededor del 70% de la producción mundial se concentra en seis tipos principales de polímeros, los denominados plásticos comerciales . A diferencia de la mayoría de los demás plásticos, estos se pueden identificar a menudo por su código de identificación de resina (RIC):

Tereftalato de polietileno (PET o PETE)
Polietileno de alta densidad (HDPE o PE-HD)
Cloruro de polivinilo (PVC o V)
Polietileno de baja densidad (LDPE o PE-LD),
Polipropileno (PP)
Poliestireno (PS)

Los poliuretanos (PUR) y las fibras de PP&A [15] también suelen incluirse como clases de productos principales, aunque normalmente carecen de RIC, ya que son grupos químicamente bastante diversos. Estos materiales son económicos, versátiles y fáciles de trabajar, lo que los convierte en la opción preferida para la producción en masa de objetos cotidianos. Su mayor aplicación es en el embalaje, con unos 146 millones de toneladas utilizadas de esta manera en 2015, equivalente al 36% de la producción mundial. Debido a su predominio, muchas de las propiedades y problemas comúnmente asociados con los plásticos, como la contaminación derivada de su baja biodegradabilidad , son en última instancia atribuibles a los plásticos comerciales.

Existe una gran cantidad de plásticos más allá de los plásticos comerciales, y muchos de ellos tienen propiedades excepcionales.

Plásticos de ingeniería

Los plásticos de ingeniería son más resistentes y se utilizan para fabricar productos como piezas de vehículos, materiales de construcción y algunas piezas de maquinaria. En algunos casos son mezclas de polímeros formadas mediante la mezcla de distintos plásticos (ABS, HIPS, etc.). Los plásticos de ingeniería pueden sustituir a los metales en los vehículos, reduciendo su peso y mejorando la eficiencia del combustible entre un 6 y un 8 %. Aproximadamente el 50 % del volumen de los coches modernos está hecho de plástico, pero esto solo representa entre un 12 y un 17 % del peso del vehículo. [18]

Plásticos de alto rendimiento

Los plásticos de alto rendimiento suelen ser caros y su uso se limita a aplicaciones especializadas que aprovechan sus propiedades superiores.

Plásticos amorfos y plásticos cristalinos

Muchos plásticos son completamente amorfos (sin una estructura molecular altamente ordenada), [20] incluidos los termoestables, el poliestireno y el metacrilato de metilo (PMMA). Los plásticos cristalinos muestran un patrón de átomos espaciados de manera más regular, como el polietileno de alta densidad (HDPE), el tereftalato de polibutileno (PBT) y el poliéter éter cetona (PEEK). Sin embargo, algunos plásticos son parcialmente amorfos y parcialmente cristalinos en su estructura molecular, lo que les otorga un punto de fusión y una o más transiciones vítreas (la temperatura por encima de la cual el grado de flexibilidad molecular localizada aumenta sustancialmente). Estos plásticos denominados semicristalinos incluyen polietileno, polipropileno, cloruro de polivinilo, poliamidas (nailon), poliésteres y algunos poliuretanos.

Polímeros conductores

Los polímeros intrínsecamente conductores (ICP) son polímeros orgánicos que conducen electricidad. Si bien se ha logrado una conductividad de hasta 80 kS/cm en el poliacetileno orientado por estiramiento [ 21 ] , no se acerca a la de la mayoría de los metales. Por ejemplo, el cobre tiene una conductividad de varios cientos de kS/cm. [22]

Plásticos biodegradables y bioplásticos

Plásticos biodegradables

Los plásticos biodegradables son plásticos que se degradan (se descomponen) al exponerse a la luz solar o la radiación ultravioleta ; al agua o la humedad; a las bacterias; a las enzimas; o a la abrasión del viento. El ataque de insectos, como los gusanos de cera y los gusanos de la harina, también puede considerarse una forma de biodegradación. La degradación aeróbica requiere que el plástico esté expuesto en la superficie, mientras que la degradación anaeróbica sería eficaz en vertederos o sistemas de compostaje. Algunas empresas producen aditivos biodegradables para mejorar la biodegradación. Aunque se puede añadir almidón en polvo como relleno para permitir que algunos plásticos se degraden más fácilmente, dicho tratamiento no conduce a una descomposición completa. Algunos investigadores han modificado genéticamente bacterias para sintetizar plásticos completamente biodegradables, como el polihidroxibutirato (PHB); sin embargo, estos seguían siendo relativamente costosos en 2021. [23]

Bioplásticos

Si bien la mayoría de los plásticos se producen a partir de productos petroquímicos, los bioplásticos se fabrican fundamentalmente a partir de materiales vegetales renovables, como la celulosa y el almidón. [24] Debido tanto a los límites finitos de las reservas de combustibles fósiles como a los niveles crecientes de gases de efecto invernadero causados ​​principalmente por la quema de esos combustibles, el desarrollo de bioplásticos es un campo en crecimiento. [25] [26] La capacidad de producción mundial de plásticos de origen biológico se estima en 327.000 toneladas por año. En contraste, la producción mundial de polietileno (PE) y polipropileno (PP), las principales poliolefinas derivadas de productos petroquímicos del mundo, se estimó en más de 150 millones de toneladas en 2015. [27]

Industria del plástico

La industria del plástico comprende la producción, la composición , la transformación y la venta a nivel mundial de productos plásticos. Aunque Oriente Medio y Rusia producen la mayor parte de las materias primas petroquímicas necesarias , la producción de plástico se concentra en Oriente y Occidente. La industria del plástico comprende una gran cantidad de empresas y se puede dividir en varios sectores:

Producción

Se estima que entre 1950 y 2017 se fabricaron 9.200 millones de toneladas de plástico, de las cuales más de la mitad se produjeron desde 2004. Desde el nacimiento de la industria del plástico en la década de 1950, la producción mundial ha aumentado enormemente, alcanzando los 400 millones de toneladas al año en 2021, frente a los 381 millones de toneladas métricas de 2015 (excluidos los aditivos). [2] [16] A partir de la década de 1950, se produjo un rápido crecimiento en el uso de plásticos para envases, en la construcción y edificación, y en otros sectores. [2] Si las tendencias mundiales en materia de demanda de plástico continúan, se estima que para 2050 la producción mundial anual de plástico superará los 1.100 millones de toneladas anuales. [2]

Producción mundial anual de plástico 1950-2015. [16] Las líneas verticales indican la recesión de 1973-1975 y la crisis financiera de 2007-2008 que provocaron una breve reducción de la producción de plástico.

Los plásticos se producen en plantas químicas mediante la polimerización de sus materias primas ( monómeros ); que casi siempre son de naturaleza petroquímica . Estas instalaciones normalmente son grandes y visualmente similares a las refinerías de petróleo , con extensas tuberías que las recorren. El gran tamaño de estas plantas les permite explotar economías de escala . A pesar de esto, la producción de plástico no está particularmente monopolizada, con unas 100 empresas que representan el 90% de la producción mundial. [28] Esto incluye una mezcla de empresas privadas y estatales. Aproximadamente la mitad de toda la producción se lleva a cabo en el este de Asia, siendo China el mayor productor individual. Los principales productores internacionales incluyen:

Históricamente, Europa y América del Norte han dominado la producción mundial de plásticos. Sin embargo, desde 2010 Asia ha emergido como un productor importante, y China representó el 31% de la producción total de resina plástica en 2020. [29] Las diferencias regionales en el volumen de producción de plásticos están impulsadas por la demanda de los usuarios, el precio de las materias primas de combustibles fósiles y las inversiones realizadas en la industria petroquímica. Por ejemplo, desde 2010 se han invertido más de 200 mil millones de dólares en Estados Unidos en nuevas plantas de plástico y productos químicos, estimuladas por el bajo costo de las materias primas. En la Unión Europea (UE), también se han realizado fuertes inversiones en la industria del plástico, que emplea a más de 1,6 millones de personas con una facturación de más de 360 ​​mil millones de euros al año. En China, en 2016, había más de 15.000 empresas de fabricación de plástico, que generaban más de 366 mil millones de dólares en ingresos. [2]

En 2017, el mercado mundial de plásticos estuvo dominado por los termoplásticos , polímeros que se pueden fundir y volver a moldear. Los termoplásticos incluyen polietileno (PE), tereftalato de polietileno (PET), polipropileno (PP), cloruro de polivinilo (PVC), poliestireno (PS) y fibras sintéticas, que juntos representan el 86% de todos los plásticos. [2]

Composición

Esquema de composición plástica para un material termoablandador

El plástico no se vende como una sustancia pura sin adulterar, sino que se mezcla con diversos productos químicos y otros materiales, que se conocen colectivamente como aditivos. Estos se agregan durante la etapa de composición e incluyen sustancias como estabilizadores , plastificantes y tintes , que tienen como objetivo mejorar la vida útil, la trabajabilidad o la apariencia del artículo final. En algunos casos, esto puede implicar mezclar diferentes tipos de plástico para formar una mezcla de polímeros , como el poliestireno de alto impacto . Las grandes empresas pueden realizar su propia composición antes de la producción, pero algunos productores lo hacen por un tercero. Las empresas que se especializan en este trabajo se conocen como Compounders.

La preparación de compuestos de plástico termoendurecible es relativamente sencilla, ya que permanece líquido hasta que se cura en su forma final. Para los materiales termoendurecibles, que se utilizan para fabricar la mayoría de los productos, es necesario fundir el plástico para mezclar los aditivos. Esto implica calentarlo a una temperatura de entre 150 y 320 °C (300 y 610 °F). El plástico fundido es viscoso y presenta un flujo laminar , lo que provoca una mala mezcla. Por lo tanto, la preparación de compuestos se realiza utilizando un equipo de extrusión, que puede suministrar el calor y la mezcla necesarios para obtener un producto correctamente disperso.

Las concentraciones de la mayoría de los aditivos suelen ser bastante bajas, aunque se pueden añadir niveles elevados para crear productos Masterbatch . Los aditivos que contienen están concentrados, pero se dispersan adecuadamente en la resina huésped. Los gránulos de Masterbatch se pueden mezclar con polímeros a granel más económicos y liberarán sus aditivos durante el procesamiento para dar un producto final homogéneo . Esto puede resultar más económico que trabajar con un material totalmente compuesto y es particularmente común para la introducción de color.

Mudado

Las empresas que producen productos terminados se conocen como transformadores (a veces, procesadores). La gran mayoría de los plásticos producidos en todo el mundo se ablandan por calor y deben calentarse hasta fundirse para poder moldearse. Existen varios tipos de equipos de extrusión que pueden dar al plástico casi cualquier forma.

Para los materiales termoendurecibles el proceso es ligeramente diferente, ya que los plásticos son líquidos al principio pero deben curarse para obtener productos sólidos, aunque gran parte del equipo es básicamente similar.

Los productos de consumo de plástico que se producen con mayor frecuencia incluyen envases fabricados con LDPE (por ejemplo, bolsas, contenedores, películas para envasar alimentos), envases fabricados con HDPE (por ejemplo, botellas de leche, botellas de champú, tarrinas de helado) y PET (por ejemplo, botellas para agua y otras bebidas). En conjunto, estos productos representan alrededor del 36% del uso de plásticos en el mundo. La mayoría de ellos (por ejemplo, vasos desechables, platos, cubiertos, recipientes para comida para llevar, bolsas de plástico) se utilizan solo durante un período corto, muchos de ellos durante menos de un día. El uso de plásticos en la construcción, los textiles, el transporte y los equipos eléctricos también representa una parte sustancial del mercado de plásticos. Los artículos de plástico utilizados para tales fines generalmente tienen una vida útil más larga. Pueden estar en uso durante períodos que van desde alrededor de cinco años (por ejemplo, textiles y equipos eléctricos) hasta más de 20 años (por ejemplo, materiales de construcción, maquinaria industrial). [2]

El consumo de plástico difiere entre países y comunidades, y alguna forma de plástico ha llegado a la vida de la mayoría de las personas. América del Norte (es decir, la región del Tratado de Libre Comercio de América del Norte o TLCAN) representa el 21% del consumo mundial de plástico, seguida de cerca por China (20%) y Europa Occidental (18%). En América del Norte y Europa hay un alto consumo de plástico per cápita (94 kg y 85 kg/cápita/año, respectivamente). En China hay un menor consumo per cápita (58 kg/cápita/año), pero un alto consumo a nivel nacional debido a su gran población. [2]

Galería

Aplicaciones

La mayor aplicación de los plásticos es como material de embalaje, pero se utilizan en una amplia gama de otros sectores, incluidos: construcción (tuberías, canaletas, puertas y ventanas), textiles ( telas elásticas , vellón ), bienes de consumo (juguetes, vajillas, cepillos de dientes), transporte (faros, parachoques, paneles de carrocería , espejos laterales ), electrónica (teléfonos, computadoras, televisores) y como piezas de máquinas. [16]



Aditivos

Los aditivos son sustancias químicas que se mezclan en los plásticos para cambiar su rendimiento o apariencia, lo que permite alterar las propiedades de los plásticos para que se adapten mejor a sus aplicaciones previstas. [31] [32] Por lo tanto, los aditivos son una de las razones por las que el plástico se utiliza tan ampliamente. [33] Los plásticos están compuestos de cadenas de polímeros. Se utilizan muchos productos químicos diferentes como aditivos plásticos. Un producto plástico elegido al azar generalmente contiene alrededor de 20 aditivos. Las identidades y concentraciones de los aditivos generalmente no se detallan en los productos. [2]

En la UE, se utilizan más de 400 aditivos en grandes volúmenes. [34] [2] Se encontraron 5500 aditivos en un análisis de mercado global. [35] Como mínimo, todos los plásticos contienen algunos estabilizadores de polímeros que les permiten ser procesados ​​​​en estado fundido (moldeados) sin sufrir degradación del polímero . Otros aditivos son opcionales y se pueden agregar según sea necesario, con cargas que varían significativamente entre aplicaciones. La cantidad de aditivos contenidos en los plásticos varía según la función de los aditivos. Por ejemplo, los aditivos en cloruro de polivinilo (PVC) pueden constituir hasta el 80% del volumen total. [2] El plástico puro sin adulterar (resina descalza) nunca se vende, ni siquiera por los productores primarios.

Lixiviación

Los aditivos pueden estar débilmente unidos a los polímeros o reaccionar en la matriz del polímero. Aunque los aditivos se mezclan con el plástico, siguen siendo químicamente distintos de él y pueden lixiviarse gradualmente durante el uso normal, cuando se encuentran en vertederos o después de una eliminación inadecuada en el medio ambiente. [36] Los aditivos también pueden degradarse para formar otras moléculas tóxicas. La fragmentación del plástico en microplásticos y nanoplásticos puede permitir que los aditivos químicos se desplacen en el medio ambiente lejos del punto de uso. Una vez liberados, algunos aditivos y derivados pueden persistir en el medio ambiente y bioacumularse en los organismos. Pueden tener efectos adversos para la salud humana y la biota. Una revisión reciente de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (US EPA) reveló que de 3.377 sustancias químicas potencialmente asociadas con los envases de plástico y 906 probablemente asociadas con ellos, 68 fueron clasificadas por la ECHA como "las más peligrosas para la salud humana" y 68 como "las más peligrosas para el medio ambiente". [2]

Reciclaje

Los aditivos modifican las propiedades de los plásticos, por lo que deben tenerse en cuenta durante el reciclaje. En la actualidad, casi todo el reciclaje se realiza simplemente fundiendo y reformando el plástico usado para convertirlo en artículos nuevos. Los aditivos presentan riesgos en los productos reciclados, ya que son difíciles de eliminar. Cuando se reciclan productos plásticos, es muy probable que los aditivos se integren en los nuevos productos. Los residuos plásticos, incluso si son del mismo tipo de polímero, contendrán distintos tipos y cantidades de aditivos. Mezclarlos puede dar lugar a un material con propiedades inconsistentes, lo que puede resultar poco atractivo para la industria. Por ejemplo, mezclar plásticos de distintos colores con distintos colorantes plásticos puede producir un material descolorido o marrón y, por este motivo, el plástico suele clasificarse tanto por tipo de polímero como por color antes de reciclarlo. [2]

La falta de transparencia y de información a lo largo de la cadena de valor suele dar lugar a una falta de conocimiento sobre el perfil químico de los productos finales. Por ejemplo, se han incorporado a nuevos productos plásticos productos que contienen retardantes de llama bromados. Los retardantes de llama son un grupo de sustancias químicas utilizadas en equipos electrónicos y eléctricos, textiles, muebles y materiales de construcción que no deberían estar presentes en los envases de alimentos ni en los productos de puericultura. Un estudio reciente descubrió que las dioxinas bromadas eran contaminantes no intencionales en juguetes fabricados a partir de residuos electrónicos de plástico reciclado que contenían retardantes de llama bromados. Se ha descubierto que las dioxinas bromadas presentan una toxicidad similar a la de las dioxinas cloradas. Pueden tener efectos negativos sobre el desarrollo y el sistema nervioso e interferir con los mecanismos del sistema endocrino. [2]

Efectos sobre la salud

Muchas de las controversias asociadas con los plásticos en realidad se relacionan con sus aditivos, ya que algunos compuestos pueden ser persistentes, bioacumulables y potencialmente dañinos. [37] [38] [31] Los retardantes de llama ahora prohibidos OctaBDE y PentaBDE son un ejemplo de esto, mientras que los efectos de los ftalatos sobre la salud son un área de preocupación pública constante. Los aditivos también pueden ser problemáticos si se queman desechos, especialmente cuando la quema no está controlada o se lleva a cabo en incineradores de baja tecnología, como es común en muchos países en desarrollo. La combustión incompleta puede causar emisiones de sustancias peligrosas como gases ácidos y cenizas que pueden contener contaminantes orgánicos persistentes (COP) como las dioxinas . [2]

Diversos aditivos identificados como peligrosos para los seres humanos y/o el medio ambiente están regulados a nivel internacional. El Convenio de Estocolmo sobre Contaminantes Orgánicos Persistentes (COP) es un tratado mundial para proteger la salud humana y el medio ambiente de las sustancias químicas que permanecen intactas en el medio ambiente durante largos períodos, se distribuyen geográficamente de forma amplia, se acumulan en el tejido graso de los seres humanos y la vida silvestre y tienen efectos nocivos para la salud humana o el medio ambiente. [2]

Otros aditivos que se ha demostrado que son nocivos, como el cadmio , el cromo , el plomo y el mercurio (regulados por el Convenio de Minamata sobre el Mercurio ), que se han utilizado anteriormente en la producción de plástico, están prohibidos en muchas jurisdicciones. Sin embargo, todavía se encuentran de forma rutinaria en algunos envases de plástico, incluidos los de alimentos. El uso del aditivo bisfenol A (BPA) en los biberones de plástico está prohibido en muchas partes del mundo, pero no está restringido en algunos países de bajos ingresos. [2]

En 2023, se descubrió la plasticosis , una nueva enfermedad causada únicamente por plásticos, en aves marinas. Las aves identificadas como portadoras de la enfermedad tienen el tracto digestivo cicatrizado por la ingestión de desechos plásticos. [39] "Cuando las aves ingieren pequeños trozos de plástico, descubrieron, se inflama el tracto digestivo. Con el tiempo, la inflamación persistente hace que los tejidos queden cicatrizados y desfigurados, lo que afecta la digestión, el crecimiento y la supervivencia". [40]

Tipos de aditivos

Toxicidad

Los plásticos puros tienen baja toxicidad debido a su insolubilidad en agua, y debido a que tienen un gran peso molecular, son bioquímicamente inertes. Sin embargo, los productos plásticos contienen una variedad de aditivos, algunos de los cuales pueden ser tóxicos. [42] Por ejemplo, a menudo se agregan plastificantes como adipatos y ftalatos a plásticos frágiles como el PVC para hacerlos lo suficientemente flexibles para su uso en envases de alimentos, juguetes y muchos otros artículos. Los rastros de estos compuestos pueden filtrarse del producto. Debido a las preocupaciones sobre los efectos de dichos lixiviados , la UE ha restringido el uso de DEHP (ftalato de di-2-etilhexilo) y otros ftalatos en algunas aplicaciones, y los EE. UU. han limitado el uso de DEHP, DPB , BBP , DINP , DIDP y DnOP en juguetes para niños y artículos de puericultura a través de la Ley de mejora de la seguridad de los productos de consumo . Se ha propuesto que algunos compuestos que se filtran de los envases de poliestireno para alimentos interfieren con las funciones hormonales y se sospecha que son carcinógenos humanos (sustancias que causan cáncer). [43] Otros productos químicos potencialmente preocupantes incluyen los alquilfenoles . [38]

Si bien un plástico terminado puede no ser tóxico, los monómeros utilizados en la fabricación de sus polímeros originales pueden serlo. En algunos casos, pequeñas cantidades de esos químicos pueden quedar atrapadas en el producto a menos que se emplee un procesamiento adecuado. Por ejemplo, la Agencia Internacional para la Investigación sobre el Cáncer (IARC) de la Organización Mundial de la Salud ha reconocido al cloruro de vinilo , el precursor del PVC, como un carcinógeno humano. [43]

Bisfenol A (BPA)

Algunos productos plásticos se degradan en sustancias químicas con actividad estrogénica . [44] El componente básico de los policarbonatos, el bisfenol A (BPA), es un disruptor endocrino similar al estrógeno que puede filtrarse en los alimentos. [43] La investigación en Environmental Health Perspectives descubre que el BPA filtrado del revestimiento de latas, selladores dentales y botellas de policarbonato puede aumentar el peso corporal de las crías de animales de laboratorio. [45] Un estudio animal más reciente sugiere que incluso una exposición de bajo nivel al BPA resulta en resistencia a la insulina, lo que puede provocar inflamación y enfermedades cardíacas. [46] En enero de 2010, Los Angeles Times informó que la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) está gastando 30 millones de dólares para investigar indicios del vínculo del BPA con el cáncer. [47] El adipato de bis(2-etilhexilo) , presente en envoltorios de plástico a base de PVC, también es motivo de preocupación, al igual que los compuestos orgánicos volátiles presentes en el olor a coche nuevo . La UE tiene una prohibición permanente del uso de ftalatos en los juguetes. En 2009, el gobierno de los EE. UU. prohibió ciertos tipos de ftalatos que se utilizan habitualmente en los plásticos. [48]

Efectos ambientales

Debido a que la estructura química de la mayoría de los plásticos los hace duraderos, son resistentes a muchos procesos de degradación natural. Gran parte de este material puede persistir durante siglos o más, dada la persistencia demostrada de materiales naturales estructuralmente similares, como el ámbar .

Existen diferentes estimaciones sobre la cantidad de desechos plásticos que se han producido en el último siglo. Según una estimación, se han desechado mil millones de toneladas de desechos plásticos desde la década de 1950. [49] Otros estiman una producción humana acumulada de 8.300 millones de toneladas de plástico, de las cuales 6.300 millones de toneladas son desechos, y solo el 9 % se recicla. [50]

Se estima que estos residuos están compuestos por un 81% de resina polimérica, un 13% de fibras poliméricas y un 32% de aditivos. En 2018 se generaron más de 343 millones de toneladas de residuos plásticos, de los cuales el 90% estaban compuestos por residuos plásticos posconsumo (residuos plásticos industriales, agrícolas, comerciales y municipales). El resto eran residuos preconsumo procedentes de la producción de resina y fabricación de productos plásticos (por ejemplo, materiales rechazados por color, dureza o características de procesamiento inadecuados). [2]

La organización Ocean Conservancy informó que China, Indonesia, Filipinas, Tailandia y Vietnam vierten más plástico al mar que todos los demás países juntos. [51] Los ríos Yangtze, Indo, Amarillo, Hai, Nilo, Ganges, Perla, Amur, Níger y Mekong "transportan entre el 88% y el 95% de la carga global [de plástico] al mar". [52] [53] [ verificar puntuación de cita ]

La presencia de plásticos, en particular de microplásticos , en la cadena alimentaria está aumentando. En la década de 1960 se observaron microplásticos en los intestinos de las aves marinas, y desde entonces se han encontrado en concentraciones cada vez mayores. [54] Los efectos a largo plazo de los plásticos en la cadena alimentaria son poco conocidos. En 2009 se estimó que el 10% de los desechos modernos eran plásticos, [55] aunque las estimaciones varían según la región. [54] Mientras tanto, entre el 50% y el 80% de los desechos en las zonas marinas son plásticos. [54] El plástico se utiliza a menudo en la agricultura. Hay más plástico en el suelo que en los océanos. La presencia de plástico en el medio ambiente perjudica a los ecosistemas y a la salud humana. [56]

Las investigaciones sobre los impactos ambientales se han centrado tradicionalmente en la fase de eliminación. Sin embargo, la producción de plásticos también es responsable de importantes impactos ambientales, sanitarios y socioeconómicos. [57]

Antes del Protocolo de Montreal , los CFC se utilizaban comúnmente en la fabricación del plástico poliestireno, cuya producción había contribuido al agotamiento de la capa de ozono .

Los esfuerzos para minimizar el impacto ambiental de los plásticos pueden incluir la reducción de la producción y el uso de plásticos, políticas de residuos y reciclaje y el desarrollo y despliegue proactivo de alternativas a los plásticos, como por ejemplo envases sostenibles .

Microplásticos

Microplásticos en sedimentos de cuatro ríos de Alemania. Observe las diversas formas indicadas por las puntas de flecha blancas. (Las barras blancas representan 1 mm para la escala).
Pajita de plástico fotodegradada. Un toque suave rompe la pajita más grande en microplásticos.

Los microplásticos son fragmentos de cualquier tipo de plástico de menos de 5 mm (0,20 pulgadas) de longitud, [58] según la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de EE. UU. (NOAA) [59] [60] y la Agencia Europea de Sustancias Químicas . [61] Causan contaminación al ingresar a los ecosistemas naturales desde una variedad de fuentes, incluidos los cosméticos , la ropa , los envases de alimentos y los procesos industriales. [58] [62] El término microplásticos se utiliza para diferenciarlos de los desechos plásticos no microscópicos más grandes . Actualmente se reconocen dos clasificaciones de microplásticos. Los microplásticos primarios incluyen cualquier fragmento o partícula de plástico que ya tenga un tamaño de 5,0 mm o menos antes de ingresar al medio ambiente . [62] Estos incluyen microfibras de ropa, microperlas , brillantina de plástico [63] y bolitas de plástico (también conocidas como nurdles). [64] [65] [66] Los microplásticos secundarios surgen de la degradación (descomposición) de productos plásticos más grandes a través de procesos naturales de meteorización después de ingresar al medio ambiente. [62] Estas fuentes de microplásticos secundarios incluyen botellas de agua y refrescos, redes de pesca, bolsas de plástico, recipientes para microondas , bolsitas de té y desgaste de neumáticos. [67] [66] [68] [69] Se reconoce que ambos tipos persisten en el medio ambiente en niveles altos, particularmente en ecosistemas acuáticos y marinos , donde causan contaminación del agua . [70] El 35% de todos los microplásticos oceánicos provienen de textiles/ropa, principalmente debido a la erosión de la ropa a base de poliéster , acrílico o nailon , a menudo durante el proceso de lavado. [71] Sin embargo, los microplásticos también se acumulan en el aire y los ecosistemas terrestres . Debido a que los plásticos se degradan lentamente (a menudo durante cientos a miles de años), [72] [73] los microplásticos tienen una alta probabilidad de ingestión, incorporación y acumulación en los cuerpos y tejidos de muchos organismos. [58] Los productos químicos tóxicos que provienen tanto del océano como de la escorrentía también pueden biomagnificaren la cadena alimentaria. [74] [75] En los ecosistemas terrestres, se ha demostrado que los microplásticos reducen la viabilidad de los ecosistemas del suelo y reducen el peso de las lombrices de tierra . [76] [77] En 2023, el ciclo y el movimiento de los microplásticos en el medio ambiente no se conocían por completo. [62] Los estudios de sedimentos oceánicos de capas profundas en China (2020) muestran la presencia de plásticos en capas de deposición mucho más antiguas que la invención de los plásticos, lo que lleva a una sospecha de subestimación de los microplásticos en los estudios de muestras superficiales del océano. [78]

Un estudio de literatura realizado en 2022 por el estudiante de geología Björn Lycke muestra que la cantidad de microplásticos en los sedimentos está aumentando en todo el mundo, especialmente en puertos y playas turísticas. [79]

Descomposición de plásticos

Los plásticos se degradan mediante una variedad de procesos, el más importante de los cuales suele ser la fotooxidación . Su estructura química determina su destino. La degradación marina de los polímeros tarda mucho más como resultado del entorno salino y el efecto de enfriamiento del mar, lo que contribuye a la persistencia de los desechos plásticos en ciertos entornos. [54] Sin embargo, estudios recientes han demostrado que los plásticos en el océano se descomponen más rápido de lo que se pensaba anteriormente, debido a la exposición al sol, la lluvia y otras condiciones ambientales, lo que resulta en la liberación de sustancias químicas tóxicas como el bisfenol A. Sin embargo, debido al mayor volumen de plásticos en el océano, la descomposición se ha ralentizado. [80] La Marine Conservancy ha predicho las tasas de descomposición de varios productos plásticos: se estima que un vaso de plástico de espuma tardará 50 años, un portavasos de plástico tardará 400 años, un pañal desechable tardará 450 años y un sedal tardará 600 años en degradarse. [81]

La ciencia conoce especies microbianas capaces de degradar plásticos, algunas de las cuales son potencialmente útiles para la eliminación de ciertas clases de residuos plásticos.

Triaje manual de materiales para reciclaje

Reciclaje

Reciclaje de plástico
En el sentido de las agujas del reloj desde la parte superior izquierda:
  • Clasificación de residuos plásticos en un centro de reciclaje de flujo único
  • Botellas usadas clasificadas por color y en fardos
  • HDPE recuperado listo para reciclar
  • Una regadera hecha con botellas recicladas

El reciclaje de plástico es el procesamiento de desechos plásticos para convertirlos en otros productos. [102] [103] [104] El reciclaje puede reducir la dependencia de los vertederos , conservar recursos y proteger el medio ambiente de la contaminación plástica y las emisiones de gases de efecto invernadero . [105] [106] Las tasas de reciclaje están por detrás de las de otros materiales recuperables, como el aluminio , el vidrio y el papel . Desde el inicio de la producción de plástico hasta 2015, el mundo produjo alrededor de 6.300 millones de toneladas de desechos plásticos, de los cuales solo el 9% se ha reciclado y solo aproximadamente el 1% se ha reciclado más de una vez. [107] Del resto de los desechos, el 12% se incineró y el 79% se envió a vertederos o se perdió en el medio ambiente como contaminación. [107]

Casi todo el plástico no es biodegradable y, si no se recicla, se esparce por el medio ambiente [108] [109] , donde causa contaminación plástica . Por ejemplo, en 2015, aproximadamente 8 millones de toneladas de desechos plásticos ingresan a los océanos anualmente, dañando los ecosistemas oceánicos y formando parches de basura oceánica . [110]

Casi todo el reciclaje es mecánico e implica la fusión y la transformación del plástico en otros elementos. Esto puede provocar la degradación de los polímeros a nivel molecular y requiere que los residuos se clasifiquen por color y tipo de polímero antes del procesamiento, lo que suele ser complicado y costoso. Los errores pueden dar lugar a un material con propiedades inconsistentes, lo que lo hace poco atractivo para la industria. [111] Aunque la filtración en el reciclaje mecánico reduce la liberación de microplásticos, incluso los sistemas de filtración más eficientes no pueden evitar la liberación de microplásticos en las aguas residuales. [112] [113]

En el reciclaje de materias primas, los desechos plásticos se convierten en sus sustancias químicas iniciales, que luego pueden convertirse en plástico nuevo. Esto implica mayores costos de energía y capital . Alternativamente, el plástico se puede quemar en lugar de combustibles fósiles en instalaciones de recuperación de energía , o se puede convertir bioquímicamente en otras sustancias químicas útiles para la industria. [114] En algunos países, la quema es la forma dominante de eliminación de desechos plásticos, en particular donde existen políticas de desviación de vertederos .

El reciclaje de plástico ocupa un lugar bajo en la jerarquía de residuos , lo que significa que la reducción y la reutilización son soluciones más favorables y a largo plazo para la sostenibilidad .

Se ha defendido desde principios de la década de 1970, [115] pero debido a los desafíos económicos y técnicos, no afectó la gestión de los residuos plásticos en ninguna medida significativa hasta finales de la década de 1980. La industria del plástico ha sido criticada por presionar para la expansión de los programas de reciclaje, incluso cuando la investigación mostró que la mayoría del plástico no se podía reciclar económicamente. [116] [117] [118] [119] Esto ha dado lugar a ocasiones en las que los residuos plásticos arrojados a los contenedores de reciclaje no se han reciclado y se han tratado como residuos generales. [120]

Pirólisis

Al calentarlos a más de 500 °C en ausencia de oxígeno ( pirólisis ), los plásticos pueden descomponerse en hidrocarburos más simples . Estos pueden reutilizarse como materias primas para nuevos plásticos. [121] También pueden usarse como combustibles. [122]

Emisiones de gases de efecto invernadero

Según la OCDE, el plástico contribuyó con gases de efecto invernadero equivalentes a 1.800 millones de toneladas de dióxido de carbono (CO 2 ) a la atmósfera en 2019, el 3,4% de las emisiones globales. [123] Dicen que para 2060, el plástico podría emitir 4.300 millones de toneladas de gases de efecto invernadero al año.

El efecto de los plásticos sobre el calentamiento global es mixto. Los plásticos generalmente se fabrican a partir de gas fósil o petróleo, por lo que la producción de plásticos crea más emisiones fugitivas de metano cuando se produce el gas fósil o el petróleo. Además, gran parte de la energía utilizada en la producción de plástico no es energía sostenible , por ejemplo, las altas temperaturas derivadas de la quema de gas fósil. Sin embargo, los plásticos también pueden limitar las emisiones de metano, por ejemplo, los envases para reducir el desperdicio de alimentos. [124]

A study from 2024 found that compared to glass and aluminum, plastic may actually have less of a negative effect on the environment and therefore might be the best option for must food packaging and other common uses.[125] The study found that, "replacing plastics with alternatives is worse for greenhouse gas emissions in most cases." and that the study involving European researchers found, "15 of the 16 applications a plastic product incurs fewer greenhouse gas emissions than their alternatives."[125]

Production of plastics

Production of plastics from crude oil requires 7.9 to 13.7 kWh/lb (taking into account the average efficiency of US utility stations of 35%). Producing silicon and semiconductors for modern electronic equipment is even more energy consuming: 29.2 to 29.8 kWh/lb for silicon, and about 381 kWh/lb for semiconductors.[126] This is much higher than the energy needed to produce many other materials. For example, to produce iron (from iron ore) requires 2.5-3.2 kWh/lb of energy; glass (from sand, etc.) 2.3–4.4 kWh/lb; steel (from iron) 2.5–6.4 kWh/lb; and paper (from timber) 3.2–6.4 kWh/lb.[127]

Incineration of plastics

Quickly burning plastics at very high temperatures breaks down many toxic components, such as dioxins and furans. This approach is widely used in municipal solid waste incineration. Municipal solid waste incinerators also normally treat the flue gas to decrease pollutants further, which is needed because uncontrolled incineration of plastic produces carcinogenic polychlorinated dibenzo-p-dioxins.[128] Open-air burning of plastic occurs at lower temperatures and normally releases such toxic fumes.

In the European Union, municipal waste incineration is regulated by the Industrial Emissions Directive,[129] which stipulates a minimum temperature of 850 °C for at least two seconds.[130]

History

The development of plastics has evolved from the use of naturally plastic materials (e.g., gums and shellac) to the use of the chemical modification of those materials (e.g., natural rubber, cellulose, collagen, and milk proteins), and finally to completely synthetic plastics (e.g., bakelite, epoxy, and PVC). Early plastics were bio-derived materials such as egg and blood proteins, which are organic polymers. In around 1600 BC, Mesoamericans used natural rubber for balls, bands, and figurines.[4] Treated cattle horns were used as windows for lanterns in the Middle Ages. Materials that mimicked the properties of horns were developed by treating milk proteins with lye. In the nineteenth century, as chemistry developed during the Industrial Revolution, many materials were reported. The development of plastics accelerated with Charles Goodyear's 1839 discovery of vulcanization to harden natural rubber.

Plaque commemorating Parkes at the Birmingham Science Museum

Parkesine, invented by Alexander Parkes in 1855 and patented the following year,[131] is considered the first man-made plastic. It was manufactured from cellulose (the major component of plant cell walls) treated with nitric acid as a solvent. The output of the process (commonly known as cellulose nitrate or pyroxilin) could be dissolved in alcohol and hardened into a transparent and elastic material that could be molded when heated.[132] By incorporating pigments into the product, it could be made to resemble ivory. Parkesine was unveiled at the 1862 International Exhibition in London and garnered for Parkes the bronze medal.[133]

In 1893, French chemist Auguste Trillat discovered the means to insolubilize casein (milk proteins) by immersion in formaldehyde, producing material marketed as galalith.[134] In 1897, mass-printing press owner Wilhelm Krische of Hanover, Germany, was commissioned to develop an alternative to blackboards.[134] The resultant horn-like plastic made from casein was developed in cooperation with the Austrian chemist (Friedrich) Adolph Spitteler (1846–1940). Although unsuitable for the intended purpose, other uses would be discovered.[134]

The world's first fully synthetic plastic was Bakelite, invented in New York in 1907 by Leo Baekeland,[5] who coined the term plastics.[6] Many chemists have contributed to the materials science of plastics, including Nobel laureate Hermann Staudinger, who has been called "the father of polymer chemistry," and Herman Mark, known as "the father of polymer physics."[7]

After World War I, improvements in chemistry led to an explosion of new forms of plastics, with mass production beginning in the 1940s and 1950s.[55] Among the earliest examples in the wave of new polymers were polystyrene (first produced by BASF in the 1930s)[4] and polyvinyl chloride (first created in 1872 but commercially produced in the late 1920s).[4] In 1923, Durite Plastics, Inc., was the first manufacturer of phenol-furfural resins.[135] In 1933, polyethylene was discovered by Imperial Chemical Industries (ICI) researchers Reginald Gibson and Eric Fawcett.[4]

The discovery of polyethylene terephthalate is credited to employees of the Calico Printers' Association in the UK in 1941; it was licensed to DuPont for the US and ICI otherwise, and as one of the few plastics appropriate as a replacement for glass in many circumstances, resulting in widespread use for bottles in Europe.[4] In 1954 polypropylene was discovered by Giulio Natta and began to be manufactured in 1957.[4] Also in 1954 expanded polystyrene (used for building insulation, packaging, and cups) was invented by Dow Chemical.[4]

Policy

Work is currently underway to develop a global treaty on plastic pollution. On March 2, 2022, UN Member States voted at the resumed fifth UN Environment Assembly (UNEA-5.2) to establish an Intergovernmental Negotiating Committee (INC) with the mandate of advancing a legally-binding international agreement on plastics.[136] The resolution is entitled "End plastic pollution: Towards an international legally binding instrument." The mandate specifies that the INC must begin its work by the end of 2022 with the goal of "completing a draft global legally binding agreement by the end of 2024."[137]

See also

Plastic in the sense of malleable

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Sources

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