El poliestireno ( PS ) / ˌpɒliˈstaɪriːn / es un polímero sintético elaborado 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 mala barrera al aire y al 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 al año. [7] El poliestireno es naturalmente transparente , pero puede colorearse con colorantes. Los usos incluyen embalajes protectores (como embalaje de maní y en estuches utilizados para almacenar discos ópticos como CD y ocasionalmente DVD ), 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 la espuma de poliestireno ) y también para el moldeo y el conformado al vacío , ya que se puede fundir en moldes con detalles finos. El comportamiento de las temperaturas se puede controlar mediante fotoentrecruzamiento. [9]
Según las normas ASTM , el poliestireno no se considera biodegradable . Se acumula como una forma de basura en el ambiente exterior , particularmente a lo largo de las costas y vías fluviales, especialmente en forma de espuma, y en el Océano Pacífico. [10]
El poliestireno fue descubierto en 1839 por Eduard Simon , un boticario de Berlín. [11] Del estoraque , la resina del 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 formar una gelatina, ahora se sabe que era un polímero , 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 jamaicano John Buddle Blyth y el químico alemán August Wilhelm von Hofmann demostraron que la misma transformación del estirol tenía lugar en ausencia de oxígeno. [12] Llamaron al producto "metaestirol"; El análisis mostró que era químicamente idéntico al Styroloxyd de Simon. [13] En 1866 Marcelino Berthelot identificó correctamente la formación de metaestirol/estirolóxido a partir de estirol como un proceso de polimerización . [14] Unos 80 años más tarde 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 necesaria ]
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. Se logró el éxito cuando desarrollaron un recipiente reactor que extruía poliestireno a través de un tubo calentado y un cortador, produciendo poliestireno en forma de gránulos. [15]
Otis Ray McIntire (1918-1996), ingeniero químico de Dow Chemical, redescubrió un proceso patentado por primera vez 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 ligero, resistente al agua y flotante que parecía perfectamente adecuado para la construcción de muelles y embarcaciones y para aislar casas, oficinas y gallineros. ". [17] En 1944, se patentó la espuma de poliestireno . [18]
Antes de 1949, el ingeniero químico Fritz Stastny (1908-1985) desarrolló perlas de PS preexpandido incorporando hidrocarburos alifáticos, como el pentano. Estas perlas son la materia prima para moldear piezas o extruir láminas. BASF y Stastny solicitaron una patente que se concedió en 1949. El proceso de moldeo se demostró en la Kunststoff Messe de 1952 en Düsseldorf. Los productos se denominaron Styropor. [19]
Giulio Natta informó sobre la estructura cristalina del poliestireno isotáctico . [20]
En 1954, Koppers Company en Pittsburgh , Pensilvania, desarrolló espuma de poliestireno expandido (EPS) con 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 alternos están unidos a grupos fenilo (un derivado del benceno ). La fórmula química del poliestireno es (C
8h
8)
norte; contiene los elementos químicos carbono e hidrógeno . [23]
Las propiedades del material están determinadas por atracciones de Van der Waals de corto alcance entre cadenas de polímeros. Dado que las moléculas constan de miles de átomos, la fuerza de atracción acumulativa entre las moléculas es grande. Cuando se calientan (o se deforman a un ritmo rápido, debido a una combinación de propiedades viscoelásticas y de aislamiento térmico), las cadenas pueden adquirir un mayor grado de confirmación y deslizarse unas sobre otras. Esta debilidad intermolecular (frente a la alta resistencia intramolecular debida a la cadena principal de hidrocarburos) confiere flexibilidad y elasticidad. La capacidad del sistema para deformarse fácilmente por encima de su temperatura de transición vítrea permite que el poliestireno (y los polímeros termoplásticos en general) se ablanden y moldeen fácilmente al calentarlo. El poliestireno extruido es casi tan resistente como el 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). [24]
El poliestireno es un polímero de adición que se produce cuando los monómeros de estireno se polimerizan (interconectan). En la polimerización, el enlace carbono-carbono π del grupo vinilo se rompe y se forma un nuevo enlace carbono-carbono σ , uniéndose al carbono de otro monómero de estireno a la cadena. Dado que en su preparación sólo se utiliza un tipo de monómero, se trata de 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 suelen formar una cadena de poliestireno, lo que da una masa molar de 100 000 a 400 000 g/mol. [ cita necesaria ]
Cada carbono del esqueleto tiene geometría tetraédrica , y aquellos carbonos que tienen unido un grupo fenilo (anillo de benceno) son estereogénicos . Si la columna vertebral se dispusiera como una cadena plana alargada en zig-zag, cada grupo fenilo estaría inclinado hacia adelante o hacia atrás en comparación con el plano de la cadena. [ cita necesaria ]
La relación estereoquímica relativa de los grupos fenilo consecutivos determina la tacticidad , que afecta varias propiedades físicas del material. [25]
Hay dos formas principales de producir poliestireno en fábricas; Polimerización en suspensión y polimerización en masa . Verá, la polimerización en suspensión de poliestireno necesita dos factores para poder iniciar el proceso, el factor iniciador y el factor suspensor. El factor iniciador necesita estar a una temperatura específica para iniciar la polimerización, por lo que podemos decir que el proceso de polimerización en suspensión depende de la temperatura. [26]
La segunda forma, que es un proceso más común y un poco más fácil en comparación con la polimerización en suspensión, es la polimerización en masa. De esta forma los monómeros del Polipropileno se funden en un reactor y pueden moldearse en diferentes tamaños y formas. Esa es la razón por la que este proceso es cada vez más popular. [27] [28]
En poliestireno, la tacticidad describe el grado en que el grupo fenilo está uniformemente alineado (dispuesto en un lado) en la cadena polimérica. La tacticidad tiene un fuerte efecto sobre las propiedades del plástico. El poliestireno estándar es atáctico. El diastereoisómero en el que todos los grupos fenilo están del mismo lado se llama poliestireno isotáctico y no se produce comercialmente. [ cita necesaria ]
La única forma comercialmente importante de poliestireno es la atáctica , en la que los grupos fenilo están distribuidos aleatoriamente en ambos lados de la cadena polimérica. Este posicionamiento aleatorio evita que las cadenas se alineen con suficiente regularidad como para lograr cristalinidad . El plástico tiene una temperatura de transición vítrea T g 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 colocados en lados alternos de la cadena principal del hidrocarburo. Esta forma es altamente cristalina con una T m (punto de fusión) de 270 °C (518 °F). Actualmente, la resina de poliestireno sindiotáctica se produce con el nombre comercial XAREC por la corporación Idemitsu, que utiliza un catalizador de metaloceno para la reacción de polimerización. [29]
El poliestireno es relativamente inerte químicamente. Si bien es impermeable y resistente a la degradación 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 resistencia 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 la degradación térmica. El poliestireno, al ser un hidrocarburo aromático , normalmente se quema de forma incompleta, como lo indica la llama de hollín . [ cita necesaria ]
El proceso de despolimerizar el poliestireno en su monómero , estireno , se llama pirólisis . Esto implica el uso de alto calor y presión para romper los enlaces químicos entre cada compuesto de estireno. La pirólisis suele alcanzar los 430 °C. [30] El alto costo energético de hacer esto ha dificultado el reciclaje comercial del poliestireno para convertirlo en monómero de estireno. [ cita necesaria ]
Generalmente se considera que el poliestireno no es biodegradable. Sin embargo, ciertos organismos son capaces de degradarlo, aunque muy lentamente. [31]
En 2015, los investigadores descubrieron que los gusanos de la harina , la forma larvaria del escarabajo oscuro Tenebrio molitor , podían digerir y subsistir saludablemente con una dieta de EPS. [32] [33] Alrededor de 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. [32]
En 2016, también se informó que los supergusanos ( Zophobas morio ) pueden comer poliestireno expandido (EPS). [34] 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 largos. [35]
En 2022, los científicos identificaron varios géneros bacterianos, incluidos Pseudomonas , Rhodococcus y Corynebacterium , en el intestino de supergusanos que contienen enzimas codificadas asociadas con la degradación del poliestireno y el producto de degradación del estireno. [36]
La bacteria Pseudomonas putida es capaz de convertir el aceite de estireno en el plástico biodegradable PHA . [37] [38] [39] Esto algún día podría resultar útil para la eliminación eficaz de la espuma de poliestireno. Vale la pena señalar que el poliestireno debe someterse a pirólisis para convertirse en aceite de estireno. [ cita necesaria ]
El poliestireno comúnmente se moldea por inyección , se forma al vacío o se extruye, mientras que el poliestireno expandido se extruye o se moldea mediante un proceso especial. También se producen copolímeros de poliestireno ; estos contienen uno o más monómeros además de estireno. En los últimos años también se han producido compuestos de poliestireno expandido con celulosa [43] [44] y almidón [45] . El poliestireno se utiliza en algunos explosivos aglutinados con polímeros (PBX). [ cita necesaria ]
El poliestireno (PS) se utiliza para producir cubiertos y vajillas de plástico desechables , estuches para "joyas" de CD , carcasas para detectores de humo , marcos para matrículas , kits de montaje de modelos de plástico y muchos otros objetos en los que se desea un plástico rígido y económico. Los métodos de producción incluyen termoformado ( conformado al vacío ) y moldeo por inyección .
Las placas de Petri de poliestireno y otros recipientes de laboratorio , como tubos de ensayo y microplacas, desempeñan un papel importante en la investigación y la ciencia biomédicas. Para estos usos, los artículos casi siempre se fabrican mediante moldeo por inyección y, a menudo, se esterilizan después del moldeo, ya sea por irradiación o por tratamiento con óxido de etileno . La modificación de la superficie posterior al molde, generalmente con plasmas ricos en oxígeno , se realiza a menudo para introducir grupos polares. Gran parte de la investigación biomédica moderna se basa en el uso de dichos productos; por lo tanto, desempeñan un papel fundamental en la investigación farmacéutica. [46]
Se utilizan láminas delgadas de poliestireno en los condensadores de película de poliestireno , ya que forma un dieléctrico muy estable , pero ha quedado en desuso en favor del poliéster .
Las espumas de poliestireno contienen entre un 95% y un 98% de aire. [47] [48] Las espumas de poliestireno son buenos aislantes térmicos y, por lo tanto, se utilizan a menudo como materiales de aislamiento de edificios, como en el aislamiento de encofrados de hormigón y sistemas de construcción de paneles estructurales aislados. La espuma de poliestireno gris, que incorpora grafito , tiene propiedades aislantes superiores. [49]
Carl Munters y John Gudbrand Tandberg de Suecia recibieron una patente estadounidense para la espuma de poliestireno como producto aislante en 1935 (patente estadounidense número 2.023.204). [50]
Las espumas de PS también presentan buenas propiedades de amortiguación, por lo que se utilizan ampliamente en embalajes. La marca registrada Styrofoam de Dow Chemical Company se usa informalmente (principalmente en EE. UU. y Canadá) para todos los productos de poliestireno espumado, aunque estrictamente solo debe usarse para espumas de poliestireno de "células cerradas extruidas" 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 células cerradas con un rango de densidad normal de 11 a 32 kg/m 3 . [51] Suele ser blanco y está hecho de perlas de poliestireno preexpandido. El proceso de fabricación de EPS comienza convencionalmente con la creación de pequeñas perlas de poliestireno. Los monómeros de estireno (y potencialmente otros aditivos) se suspenden en agua, donde se someten a una polimerización por adición de radicales libres. Las perlas de poliestireno formadas mediante este mecanismo pueden tener un diámetro medio del orden de 200 µm. Luego, las perlas se impregnan con un "agente espumante", un material que permite que las perlas se expandan. El pentano se utiliza comúnmente como agente espumante. Las perlas se añaden a un reactor continuamente agitado 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. [52]
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 artículos frágiles dentro de cajas. El EPS también se ha utilizado ampliamente en aplicaciones automotrices y de seguridad vial, como cascos de motocicleta y barreras viales en pistas de carreras de automóviles . [53] [54] [55]
Una parte importante de todos los productos de EPS se fabrican mediante moldeo por inyección. Las herramientas de molde tienden a fabricarse con aceros (que pueden endurecerse y recubrirse) y aleaciones de aluminio. Los moldes se controlan mediante un split mediante un sistema de canales de compuertas y guías. [56] El EPS se denomina coloquialmente "espuma de poliestireno" en los Estados Unidos y Canadá, una genérica aplicada incorrectamente de la marca de poliestireno extruido de Dow Chemical . [57]
Las láminas de EPS se envasan habitualmente como paneles rígidos (lo común en Europa es un tamaño de 100 cm x 50 cm, normalmente dependiendo del tipo de conexión previsto y de las técnicas de pegado; de hecho, es de 99,5 cm x 49,5 cm o 98 cm x 48 cm; menos común es 120 x 60 cm; tamaño 4 por 8 pies (1,2 por 2,4 m) o 2 por 8 pies (0,61 por 2,44 m) en los Estados Unidos). Los espesores habituales son desde 10 mm hasta 500 mm. A menudo se agregan muchas personalizaciones, aditivos y capas externas adicionales delgadas en uno o ambos lados para ayudar con diversas propiedades. Un ejemplo de esto es la laminación con tablero de cemento para formar un panel estructural aislado .
La conductividad térmica se mide según EN 12667. Los valores típicos oscilan entre 0,032 y 0,038 W/(m⋅K) dependiendo de la densidad de la placa 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 Finland . La adición de cargas (grafitos, aluminio o carbonos) ha permitido recientemente que la conductividad térmica del EPS alcance alrededor de 0,030-0,034 W/(m⋅K) (tan baja como 0,029 W/(m⋅K)) y, como tal, tiene un color gris. /color negro que lo distingue del EPS estándar. Varios productores de EPS han producido una variedad de estos usos de EPS de mayor resistencia térmica para este producto en el Reino Unido y la UE.
La resistencia a la difusión del vapor de agua ( μ ) del EPS es de alrededor de 30 a 70.
ICC-ES ( Servicio de Evaluación del Consejo Internacional de Códigos ) requiere que los tableros de EPS utilizados en la construcción de edificios cumplan con los requisitos de ASTM C578. Uno de estos requisitos es que el índice límite de oxígeno del EPS, medido por ASTM D2863, sea superior al 24 % en volumen. El EPS típico tiene un índice de oxígeno de alrededor del 18 % en volumen; por tanto, se añade un retardante de llama al estireno o poliestireno durante la formación del EPS.
Los tableros que contienen un retardante de llama cuando se prueban en un túnel usando el método de prueba UL 723 o ASTM E84 tendrán un índice de propagación de llama de menos de 25 y un índice de desarrollo de humo de menos de 450. ICC-ES requiere el uso de un 15- barrera térmica mínima cuando se utilizan paneles de EPS dentro de un edificio.
Según la organización EPS-IA ICF, la densidad típica del EPS utilizado para encofrados de hormigón aislado ( hormigón de poliestireno expandido ) es de 1,35 a 1,80 libras por pie cúbico (21,6 a 28,8 kg/m 3 ). Este es EPS tipo II o tipo IX según ASTM C578. Los bloques o tableros de EPS utilizados en la construcción de edificios suelen cortarse con cables calientes. [58]
La espuma de poliestireno extruido (XPS) consta de celdas cerradas. Ofrece una rugosidad superficial mejorada, mayor rigidez y una conductividad térmica reducida. El rango de densidad es de aproximadamente 28 a 34 kg/m 3 . [59] [60]
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, XPS no requiere revestimientos para mantener el rendimiento de sus propiedades térmicas o físicas. Por tanto, constituye un sustituto más uniforme del cartón ondulado . 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 ~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 comúnmente extruidos incluyen:
Aunque se trata de una espuma de células cerradas, tanto el poliestireno expandido como el extruido no son totalmente resistentes al agua ni al vapor. [62] En el poliestireno expandido hay espacios intersticiales entre los gránulos expandidos de células cerradas que forman una red abierta de canales entre los gránulos unidos, y esta red de espacios puede llenarse con agua líquida. Si el agua se congela y se convierte en hielo, se expande y puede hacer que las bolitas 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. [63]
El encharcamiento ocurre comúnmente durante un largo período en espumas de poliestireno que están constantemente expuestas a alta humedad o continuamente sumergidas en agua, como en cubiertas de jacuzzis, en muelles flotantes, como flotación suplementaria debajo de los asientos de embarcaciones y para exteriores bajo el nivel del suelo. El aislamiento del edificio está constantemente expuesto al agua subterránea. [64] Por lo general, es necesaria una barrera de vapor exterior, como una lámina de plástico impermeable o un revestimiento pulverizado, para evitar la saturación.
El poliestireno orientado (OPS) se produce estirando una película de PS extruida, lo que mejora la visibilidad a través del material al reducir la turbidez y aumentar la rigidez. Esto se utiliza a menudo en envases donde el fabricante desea que el consumidor vea el producto incluido. Algunos beneficios del OPS son que su producción es menos costosa que otros plásticos transparentes como el polipropileno (PP), (PET) y el poliestireno de alto impacto (HIPS), y es menos turbio que el HIPS o el PP. La principal desventaja del OPS es que es quebradizo y se agrieta o rasga fácilmente.
El poliestireno ordinario ( homopolimérico ) tiene un excelente perfil de propiedades en cuanto a transparencia, calidad de la superficie y rigidez. Su gama de aplicaciones se amplía aún más mediante la copolimerización y otras modificaciones ( mezclas, por ejemplo, con PC y poliestireno sindiotáctico). [65] : 102–104 Se utilizan varios copolímeros a base de estireno : la textura crujiente del poliestireno homopolimérico se supera con copolímeros de estireno-butadieno modificados con elastómero. 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 pueden usarse 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 más abajo); ambos copolímeros son resistentes a los impactos . PS-I se prepara mediante copolimerización de injerto , SBC mediante copolimerización de bloques aniónicos, lo que lo hace transparente en caso de que el tamaño de bloque sea apropiado. [66]
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 (consulte la teoría de la solución de Flory-Huggins ). La copolimerización crea una capa límite sin una mezcla completa. Las fracciones de butadieno (la "fase de caucho") se ensamblan para formar partículas incrustadas en una matriz de poliestireno. Un factor decisivo para mejorar la resistencia al impacto de los copolímeros de estireno-butadieno es su mayor capacidad de absorción en trabajos de deformación. Sin fuerza aplicada, la fase de caucho se comporta inicialmente como una carga . Bajo tensión de tracción se forman grietas (microfisuras) que se extienden a las partículas de caucho. La energía de la grieta que se propaga se transfiere luego a las partículas de caucho a lo largo de su trayectoria. Una gran cantidad de grietas confieren al material originalmente rígido una estructura laminada. La formación de cada laminilla contribuye al consumo de energía y por tanto a un aumento del alargamiento de rotura. Los homopolímeros de poliestireno se deforman cuando se les aplica una fuerza hasta romperse. 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 sólo se rompen cuando el alargamiento es mucho mayor. [67] : 426
Con una proporción elevada de polibutadieno se invierte el efecto de las dos fases. El caucho de estireno-butadieno se comporta como un elastómero pero puede procesarse como un termoplástico.
PS-I ( poliestireno resistente a impactos ) consta de una matriz continua de poliestireno y una fase de caucho dispersada en ella . Se produce por polimerización de estireno en presencia de polibutadieno disuelto (en estireno). La polimerización se produce simultáneamente de dos maneras: [68]
SSSSSSSSSSSSSSSSSSS BB S BB S B S BBBB S B SS BBB S B SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS S
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 primer estireno se homopolimeriza mediante copolimerización aniónica. Normalmente, se utiliza como catalizador un compuesto organometálico como el butillitio. Luego se añade butadieno y después de estireno se polimeriza nuevamente. El catalizador permanece activo durante todo el proceso (para lo cual los químicos utilizados deben ser de alta pureza). La distribución del peso molecular de los polímeros es muy baja ( polidispersidad 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 proporción de catalizador a monómero. El tamaño de las secciones de goma, a su vez, depende de la longitud del bloque. La producción de pequeñas estructuras (más pequeñas que la longitud de onda de la luz) 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 se compone de una matriz de caucho con una fase de poliestireno dispersada en ella. [69] A diferencia del PS-I y SBC, no es un termoplástico , sino un elastómero . Dentro de la fase de caucho, la fase de poliestireno se ensambla en dominios. Esto provoca una reticulación física a nivel microscópico. Cuando el material se calienta por encima del punto de transición vítrea, los dominios se desintegran, la reticulación se suspende temporalmente y el material puede procesarse como un termoplástico. [70]
El acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) es un material más resistente que el poliestireno puro.
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 para 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 espumantes que forman burbujas y expanden la espuma. En el poliestireno expandido, suelen ser hidrocarburos como el pentano , que pueden suponer un riesgo de inflamabilidad en la fabricación o almacenamiento de material recién fabricado, pero que tienen un impacto medioambiental relativamente leve. [ cita necesaria ] El poliestireno extruido generalmente se fabrica con hidrofluorocarbonos ( HFC-134a ), [71] que tienen potenciales de calentamiento global de aproximadamente 1000 a 1300 veces el del dióxido de carbono. [72] Los envases, en particular el poliestireno expandido, contribuyen a la producción de microplásticos procedentes tanto de actividades terrestres como marítimas. [73]
El poliestireno no es biodegradable pero sí susceptible a la fotooxidación . [74] Por esta razón los productos comerciales contienen estabilizadores de luz .
Los animales no reconocen el poliestireno expandido como un material artificial e incluso pueden confundirlo con alimento. [75] La espuma de poliestireno sopla con el viento y flota en el agua debido a su baja gravedad específica. Puede tener graves efectos sobre la salud de las aves y los animales marinos que ingieren cantidades importantes. [75] Las truchas arco iris juveniles expuestas a fragmentos de poliestireno muestran efectos tóxicos en forma de cambios histomorfométricos sustanciales. [76]
Restringir el uso de envases de comida para llevar de poliestireno espumado es una prioridad para muchas organizaciones medioambientales de residuos sólidos . [77] Se han realizado esfuerzos para encontrar alternativas al poliestireno, especialmente la espuma en 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. [78] Al año siguiente, el condado de Suffolk, Nueva York , se convirtió en la primera jurisdicción estadounidense en prohibir el poliestireno en general. [79] Sin embargo, las impugnaciones legales presentadas por la Sociedad de la Industria del Plástico [80] 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. [81] Mientras tanto, Berkeley se convirtió en la primera ciudad en prohibir todos los envases de espuma para alimentos. [82] En 2006, alrededor de cien localidades en los Estados Unidos, incluidas Portland, Oregon y San Francisco , tenían algún tipo de prohibición sobre la espuma de poliestireno en los restaurantes. Por ejemplo, en 2007, Oakland, California , exigió a los restaurantes que cambiaran a recipientes de alimentos desechables que se biodegradarían si se añadieran al abono alimentario. [83] En 2013, San José se convirtió supuestamente en la ciudad más grande del país en prohibir los contenedores de alimentos de espuma de poliestireno. [84] Algunas comunidades han implementado amplias prohibiciones de poliestireno, como Freeport, Maine , que lo hizo en 1990. [85] En 1988, la primera prohibición general de espuma de poliestireno en Estados Unidos se promulgó en Berkeley, California. [82]
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). [86] En San Francisco, los supervisores aprobaron la prohibición más estricta de la "espuma de poliestireno" (EPS) en los EE. UU., que entró en vigor 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. [87]
La Asociación de Restaurantes Ecológicos de EE. UU . no permite el uso de espuma de poliestireno como parte de su estándar de certificación. [88] Varios líderes ecologistas, incluido el Ministerio de Medio Ambiente holandés , aconsejan a las personas que reduzcan el daño ambiental mediante el uso de tazas de café reutilizables. [89]
En marzo de 2019, Maryland prohibió los contenedores de espuma de poliestireno para alimentos y se convirtió en el primer estado del país en aprobar una prohibición de espuma para contenedores de alimentos a través de la legislatura estatal. Maine fue el primer estado en incorporar oficialmente la prohibición de los envases de espuma para alimentos. 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 la espuma en contenedores de alimentos, pero es el primero en entrar en vigor el 1 de julio de 2020. [90] [ 91 ] [92] [93]
En septiembre de 2020, la legislatura del estado de Nueva Jersey votó a favor de prohibir los recipientes de espuma desechables para alimentos y los vasos hechos de espuma de poliestireno. [94]
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China prohibió los recipientes y vajillas para llevar/para llevar de poliestireno expandido alrededor de 1999. Sin embargo, el cumplimiento ha sido un problema y, en 2013, la industria plástica china estaba presionando para que se derogara la prohibición. [95]
India y Taiwán también prohibieron los utensilios de servicio de alimentos de espuma de poliestireno antes de 2007. [96]
El gobierno de Zimbabwe , a través de su Agencia de Gestión Ambiental (EMA), prohibió los contenedores de poliestireno (popularmente llamados 'kaylite' en el país), bajo el Instrumento Estatutario 84 de 2012 (Envases y Botellas de Plástico) (Enmienda) Reglamento, 2012 (No 1 .) [97] [98]
La ciudad de Vancouver , Canadá, anunció su plan Residuo Cero 2040 en 2018. La ciudad introducirá enmiendas a sus estatutos para prohibir a los titulares de licencias comerciales servir alimentos preparados en vasos de espuma de poliestireno y contenedores para llevar, a partir del 1 de junio de 2019. [99]
En 2019, la Unión Europea votó a favor de prohibir los envases y vasos para alimentos de poliestireno expandido, y la ley entrará oficialmente en vigor en 2021. [100] [101]
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. [102]
En general, el poliestireno no se acepta en los programas de reciclaje de recolección en la acera y no se separa ni se recicla donde se acepta. En Alemania, el poliestireno se recoge como consecuencia de la ley de embalaje (Verpackungsverordnung) que exige que los fabricantes asuman la responsabilidad de reciclar o eliminar cualquier material de embalaje que vendan.
Actualmente, la mayoría de los productos de poliestireno no se reciclan debido a la falta de incentivos para invertir en los compactadores y sistemas logísticos necesarios. Debido a la baja densidad del poliestireno expandido, su recolección no es económica. Sin embargo, si el material de desecho pasa por un proceso de compactación inicial, el material cambia de densidad de típicamente 30 kg/m 3 a 330 kg/m 3 y se convierte en un producto reciclable de alto valor para los productores de gránulos de plástico reciclado. Los restos de poliestireno expandido se pueden agregar fácilmente a productos como láminas aislantes de EPS y otros materiales de EPS para aplicaciones de construcción; muchos fabricantes no pueden obtener suficiente chatarra debido a problemas de recogida. Cuando no se utiliza para fabricar más EPS, los restos de espuma se pueden convertir en productos como perchas, bancos de parques, macetas, juguetes, reglas, cuerpos de grapadoras, contenedores para plántulas, marcos de cuadros y molduras arquitectónicas a partir de PS reciclado. [103] A partir de 2016, alrededor de 100 toneladas de EPS se reciclan cada mes en el Reino Unido. [104]
El EPS reciclado también se utiliza en muchas operaciones de fundición de metales. Rastra está hecho de EPS que se combina con cemento para usarse como enmienda aislante en la fabricación de cimientos y muros de concreto. Los fabricantes estadounidenses han producido encofrados de hormigón aislantes fabricados 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, encontró un nuevo método de procesamiento para reciclar poliestireno en ácido benzoico . El proceso implicó la irradiación de poliestireno con cloruro de hierro y acetona bajo luz blanca y oxígeno durante 20 horas. [105] Los científicos también demostraron un proceso comercial escalable similar de reciclaje de poliestireno en moléculas pequeñas valiosas (como el ácido benzoico) que tomó solo unas pocas horas. [105]
Si el poliestireno se incinera adecuadamente a altas temperaturas (hasta 1000 °C [106] ) y con mucho aire [106] (14 m 3 /kg [ cita necesaria ] ), las sustancias químicas generadas son agua, dióxido de carbono y posiblemente pequeñas cantidades de compuestos halógenos residuales procedentes de retardantes de llama. [106] Si solo se realiza una incineración incompleta, también quedarán restos de hollín de carbono y una mezcla compleja de compuestos volátiles. [107] [ se necesita 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, en ocasiones se utiliza como fuente de energía para la generación de vapor o electricidad . [106] [108]
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 quemaron más de 90 compuestos diferentes. identificados en efluentes de combustión de poliestireno." [109] [ se necesita mejor fuente ] El Centro de Investigación de Incendios de la Oficina Nacional Estadounidense de Estándares encontró 57 subproductos químicos liberados durante la combustión de espuma de poliestireno expandido (EPS). [110]
El Consejo Estadounidense 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 uso del poliestireno es seguro en productos de servicios alimentarios. Por ejemplo, el poliestireno cumple con los estrictos estándares de la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. y de la Comisión Europea/Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria para su uso en envases para almacenar y servir alimentos. El Departamento de Higiene Ambiental y Alimentaria de Hong Kong revisó recientemente la seguridad de servir diversos alimentos en productos de poliestireno para servicios alimentarios y llegó a la misma conclusión que la FDA de EE. UU. [111]
De 1999 a 2002, un panel internacional de expertos de 12 miembros seleccionados por el Centro de Evaluación de Riesgos de Harvard realizó una revisión exhaustiva de los riesgos potenciales para la salud asociados con la exposición al estireno. Los científicos tenían experiencia en toxicología, epidemiología, medicina, análisis de riesgos, farmacocinética y evaluación de exposición. El estudio de Harvard informó que el estireno está presente de forma natural en pequeñas cantidades en alimentos como las fresas, la carne de res y las especias, y se produce naturalmente en el procesamiento de alimentos como el vino y el queso. El estudio también revisó todos los datos publicados sobre la cantidad de estireno que contribuye a la dieta debido a la migración de envases de alimentos y artículos desechables en contacto con alimentos, y concluyó que el riesgo para el público en general por la exposición al estireno de los alimentos o aplicaciones en contacto con alimentos (como (como envases de poliestireno y contenedores de servicios alimentarios) estaba en niveles demasiado bajos para producir efectos adversos. [112]
El poliestireno se utiliza habitualmente en recipientes para alimentos y bebidas. El monómero de estireno (del que se fabrica el poliestireno) es un agente sospechoso de cáncer. [113] El estireno "generalmente se encuentra en niveles tan bajos en los productos de consumo que los riesgos no son sustanciales". [114] 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. [115] Se ha descubierto que los oligómeros de estireno en los recipientes de poliestireno utilizados para el envasado de alimentos migran hacia los alimentos. [116] Otro estudio japonés realizado en ratones de tipo salvaje y AhR nulo encontró que el trímero de estireno, que los autores detectaron en alimentos instantáneos cocidos envasados en recipientes de poliestireno, puede aumentar los niveles de hormona tiroidea. [117]
Es controvertido si el poliestireno se puede calentar en el microondas con los alimentos. Algunos recipientes se pueden utilizar de forma segura en el microondas, pero sólo si están etiquetados como tales. [118] Algunas fuentes sugieren que se deben evitar los alimentos que contienen caroteno (vitamina A) o aceites de cocina. [119]
Debido al uso generalizado de poliestireno, estos graves problemas relacionados con la salud siguen siendo de actualidad. [120] [ fuente poco confiable? ]
Como otros compuestos orgánicos , el poliestireno es inflamable. El poliestireno está clasificado según DIN4102 como un producto "B3", es decir, altamente inflamable o "fácilmente inflamable". En consecuencia, aunque es un aislante eficaz a bajas temperaturas, está prohibido su uso en cualquier instalación expuesta en la edificación si el material no es ignífugo . [ cita necesaria ] Debe estar oculto detrás de paneles de yeso , láminas de metal u hormigón. [121] Los materiales plásticos de poliestireno espumado se han encendido accidentalmente y han causado 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 ferrocarril que se incendió). [122]
Este artículo incorpora texto de un trabajo de contenido gratuito . Licenciado bajo Cc BY-SA 3.0 IGO (declaración/permiso de licencia). Texto tomado de Drowning in Plastics – Marine Litter and Plastic Waste Vital Graphics, Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente.
