Los plásticos son una amplia gama de materiales sintéticos o semisintéticos que utilizan polímeros como ingrediente principal. Su plasticidad hace posible que los plásticos sean moldeados , extruidos o prensados en objetos sólidos de diversas formas. Esta adaptabilidad, además de una amplia gama de otras propiedades, como ser liviano, duradero, flexible y económico de producir, ha llevado a su uso generalizado. Los plásticos normalmente 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 elaboradas a partir de materiales renovables, como el maíz o los derivados del algodón . [1]
Se estima que entre 1950 y 2017 se fabricaron 9.200 millones de toneladas de plástico. Más de la mitad de este plástico se ha producido desde 2004. En 2020, se produjeron 400 millones de toneladas de plástico. [2] Si las tendencias mundiales en la 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 dominio de los plásticos a partir de principios del siglo XX ha causado problemas ambientales generalizados, [3] debido a su lenta tasa de descomposición en los ecosistemas naturales. La mayor parte del plástico producido no se ha reutilizado o es incapaz de reutilizarse, ya sea capturado en vertederos o persistiendo en el medio ambiente como contaminación plástica y microplásticos . La contaminación plástica se puede encontrar en todos los principales cuerpos de agua del mundo , creando parches 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, alrededor de un tercio del plástico se utiliza en embalajes y aproximadamente la misma cantidad en edificios en aplicaciones como tuberías , plomería o revestimientos vinílicos . [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 unos 50 kg de plástico al año 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] Hoy en día se producen decenas de tipos diferentes de plásticos, como el polietileno , que se utiliza ampliamente en el embalaje 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 los polímeros ", y Herman Mark , conocido como "el padre de la física de los polímeros ". [7]
La palabra plástico deriva del griego πλαστικός ( plastikos ) que significa "capaz de ser moldeado 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 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 moldeo , extrusión o compresión en una variedad de formas: películas, fibras, placas, tubos, botellas y cajas, entre muchas otras. La plasticidad también tiene una definición técnica en la ciencia de materiales fuera del alcance de este artículo que se refiere al cambio irreversible de forma de sustancias sólidas.
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 unión de átomos de oxígeno, nitrógeno o azufre. Estas cadenas comprenden muchas unidades repetidas formadas a partir de monómeros . Cada cadena polimérica consta de varios miles de unidades repetidas. La columna vertebral es la parte de la cadena que se encuentra en el camino principal , uniendo una gran cantidad de unidades repetidas. Para personalizar las propiedades de un plástico, de esta columna vertebral cuelgan diferentes grupos moleculares llamados cadenas laterales ; normalmente se cuelgan de los monómeros antes de que los propios monómeros se unan entre sí para formar la cadena polimérica. La estructura de estas cadenas laterales influye en las propiedades del polímero.
Los plásticos generalmente se clasifican por la estructura química de la columna vertebral y las cadenas laterales del polímero. Grupos importantes clasificados de esta manera incluyen los acrílicos , poliésteres , siliconas , poliuretanos y plásticos halogenados . Los plásticos se pueden clasificar según el proceso químico utilizado en su síntesis, como condensación , poliadición y reticulación . [11] También se pueden clasificar por sus propiedades físicas, incluyendo dureza , densidad , resistencia a la tracción , resistencia térmica y temperatura de transición vítrea . Los plásticos también se pueden clasificar por su resistencia y reacciones a diversas 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 de productos para un propósito particular. Los ejemplos incluyen termoplásticos , termoestables , polímeros conductores , plásticos biodegradables , plásticos de ingeniería y elastómeros .
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. Los ejemplos incluyen polietileno (PE), polipropileno (PP), poliestireno (PS) y cloruro de polivinilo (PVC). [13]
Los termoestables, o polímeros termoestables, pueden fundirse y tomar forma sólo una vez: después de solidificarse, permanecen sólidos. [14] Si se recalientan, los termoestables se descomponen en lugar de derretirse. En el proceso termoestable se produce una reacción química irreversible. La vulcanización del caucho es un ejemplo de este proceso. Antes de calentarlo en presencia de azufre, el caucho natural ( poliisopreno ) es un material pegajoso y ligeramente líquido; Después de la vulcanización, el producto queda seco y rígido.
Muchos plásticos son completamente amorfos (sin una estructura molecular altamente ordenada), [15] incluidos los termoestables, el poliestireno y el metacrilato de metilo (PMMA). Los plásticos cristalinos exhiben un patrón de átomos espaciados más regularmente, como el polietileno de alta densidad (HDPE), el tereftalato de polibutileno (PBT) y la poliéter éter cetona (PEEK). Sin embargo, algunos plásticos tienen una estructura molecular parcialmente amorfa y parcialmente cristalina, lo que les confiere tanto un punto de fusión como 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 (nylon), poliésteres y algunos poliuretanos.
Los polímeros intrínsecamente conductores (ICP) son polímeros orgánicos que conducen electricidad. Si bien se ha logrado una conductividad de hasta 80 kS/cm en poliacetileno orientado por estiramiento [16] , no se aproxima a la de la mayoría de los metales. Por ejemplo, el cobre tiene una conductividad de varios cientos de kS/cm. [17]
Los plásticos biodegradables son plásticos que se degradan (descomponen) al exponerse a la luz solar o la radiación ultravioleta ; agua o humedad; bacterias; enzimas; o abrasión por el 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 quede 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 son relativamente costosos a partir de 2021. [18]
Si bien la mayoría de los plásticos se producen a partir de petroquímicos, los bioplásticos se fabrican sustancialmente a partir de materiales vegetales renovables como la celulosa y el almidón. [19] Debido tanto a los límites finitos de las reservas de combustibles fósiles como a los crecientes niveles de gases de efecto invernadero causados principalmente por la quema de esos combustibles, el desarrollo de bioplásticos es un campo en crecimiento. [20] [21] La capacidad de producción mundial de plásticos de origen biológico se estima en 327.000 toneladas por año. Por el contrario, la producción mundial de polietileno (PE) y polipropileno (PP), las principales poliolefinas derivadas de petroquímicos del mundo, se estimó en más de 150 millones de toneladas en 2015. [22]
La industria del plástico incluye la producción, composición , conversión y venta global 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 el Este y el Oeste global. La industria del plástico comprende un gran número de empresas y se puede dividir en varios sectores:
Se estima que entre 1950 y 2017 se fabricaron 9.200 millones de toneladas de plástico, de los 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. año en 2021; esto supone un aumento respecto de los 381 millones de toneladas métricas de 2015 (excluidos los aditivos). [2] [23] A partir de la década de 1950, se produjo un rápido crecimiento en el uso de plásticos para embalaje, en la construcción y en otros sectores. [2] Si las tendencias mundiales en la demanda de plástico continúan, se estima que para 2050 la producción mundial anual de plástico superará los 1.100 millones de toneladas anuales. [2]
Los plásticos se producen en plantas químicas mediante la polimerización de sus materiales de partida ( monómeros ); que casi siempre son de naturaleza petroquímica . Estas instalaciones suelen ser grandes y visualmente similares a las refinerías de petróleo , con extensas tuberías por todas partes. El gran tamaño de estas plantas les permite explotar economías de escala . A pesar de esto, la producción de plástico no está particularmente monopolizada: alrededor de 100 empresas representan el 90% de la producción mundial. [24] Esto incluye una combinación de empresas privadas y estatales. Aproximadamente la mitad de toda la producción se realiza 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 se ha convertido en un productor importante: China representó el 31 % de la producción total de resina plástica en 2020. [25] 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 los combustibles fósiles, e inversiones realizadas en la industria petroquímica. Por ejemplo, desde 2010 se han invertido en Estados Unidos más de 200 mil millones de dólares en nuevas plantas de plástico y productos químicos, estimuladas por el bajo costo de las materias primas. También en la Unión Europea (UE) se han hecho grandes inversiones en la industria del plástico, que emplea a más de 1,6 millones de personas y factura 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 366.000 millones de dólares en ingresos. [2]
En 2017, el mercado mundial de los plásticos estuvo dominado por los termoplásticos : polímeros que pueden fundirse y refundirse. Los termoplásticos incluyen polietileno (PE), tereftalato de polietileno (PET), polipropileno (PP), cloruro de polivinilo (PVC), poliestireno (PS) y fibras sintéticas, que en conjunto representan el 86% de todos los plásticos. [2]
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 , cuyo objetivo es 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 hacer su propia preparación antes de la producción, pero algunos productores la hacen un tercero. Las empresas que se especializan en este trabajo se conocen como Compounders.
La combinación de plástico termoestable es relativamente sencilla; ya que permanece líquido hasta que se cura hasta alcanzar su forma final. Para los materiales termosuavizantes, que se utilizan para fabricar la mayoría de los productos, es necesario fundir el plástico para poder mezclar los aditivos. Esto implica calentarlo a una temperatura entre 150 y 320 °C (300 y 610 °F). El plástico fundido es viscoso y presenta un flujo laminar , lo que provoca una mezcla deficiente. Por lo tanto, la composición se realiza utilizando equipos de extrusión, que son capaces de suministrar el calor y la mezcla necesarios para dar un producto adecuadamente disperso.
Las concentraciones de la mayoría de los aditivos suelen ser bastante bajas; sin embargo, se pueden agregar niveles altos para crear productos Masterbatch . Los aditivos que contienen están concentrados pero aún adecuadamente dispersos en la resina huésped. Los gránulos de Masterbatch se pueden mezclar con polímeros a granel más baratos y liberarán sus aditivos durante el procesamiento para dar un producto final homogéneo . Esto puede resultar más económico que trabajar con un material completamente compuesto y es particularmente común para la introducción de color.
Las empresas que producen productos terminados se conocen como convertidores (a veces procesadores). La gran mayoría de los plásticos producidos en todo el mundo son termoablandantes y deben calentarse hasta que se fundan para poder moldearlos. Existen varios tipos de equipos de extrusión que luego pueden darle al plástico casi cualquier forma.
Para los materiales termoestables, el proceso es ligeramente diferente, ya que los plásticos son líquidos al principio y deben curarse para obtener productos sólidos, pero gran parte del equipo es, en términos generales, similar.
Los productos de consumo de plástico más comúnmente producidos incluyen envases hechos de LDPE (por ejemplo, bolsas, contenedores, películas para empaquetar alimentos), contenedores hechos de HDPE (por ejemplo, botellas de leche, botellas de champú, tarrinas para 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, platos, cubiertos, recipientes para llevar y bolsas desechables) se utilizan sólo durante un período breve, muchos de ellos durante menos de un día. El uso de plásticos en la construcción, textiles, transporte y equipos eléctricos también representa una parte sustancial del mercado de los plásticos. Los artículos de plástico utilizados para tales fines generalmente tienen una vida útil más larga. Pueden utilizarse durante períodos que van desde unos 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 existe un alto consumo de plástico per cápita (94 kg y 85 kg/cápita/año, respectivamente). En China hay un consumo per cápita más bajo (58 kg/cápita/año), pero un consumo alto a nivel nacional debido a su gran población. [2]
Alrededor del 70% de la producción mundial se concentra en seis tipos principales de polímeros, los llamados plásticos básicos . A diferencia de la mayoría de los demás plásticos, estos suelen identificarse mediante 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 PP&A [26] a menudo también se incluyen como clases principales de productos básicos, aunque generalmente 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 principal aplicación es el embalaje: en 2015 se utilizaron de esta forma unos 146 millones de toneladas, lo que equivale al 36% de la producción mundial. Debido a su dominio; Muchas de las propiedades y problemas comúnmente asociados con los plásticos, como la contaminación derivada de su escasa biodegradabilidad , son en última instancia atribuibles a los plásticos básicos.
Existe una gran cantidad de plásticos además de los plásticos básicos, y muchos de ellos tienen propiedades excepcionales.
Los plásticos de ingeniería son más robustos y se utilizan para fabricar productos como piezas de vehículos, materiales de construcción y algunas piezas de máquinas. En algunos casos son mezclas de polímeros formadas mezclando diferentes plásticos (ABS, HIPS, etc.). Los plásticos de ingeniería pueden reemplazar 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 fabricado de plástico, pero esto sólo representa entre el 12 y el 17% del peso del vehículo. [28]
Los plásticos de alto rendimiento suelen ser caros y su uso se limita a aplicaciones especializadas que aprovechan sus propiedades superiores.
La mayor aplicación de los plásticos es como material de embalaje, pero se utilizan en una amplia gama de otros sectores, entre ellos: construcción (tuberías, canalones, puertas y ventanas), textiles ( telas elásticas , vellón ), bienes de consumo (juguetes, vajillas, cepillos de dientes), transporte (faros, parachoques, paneles de carrocería , espejos retrovisores ), electrónica (teléfonos, computadoras, televisores) y como piezas de máquinas. [23]
Los aditivos son productos químicos mezclados con 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] Los aditivos son, por tanto, 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 para plásticos. Un producto de plástico elegido al azar contiene generalmente unos 20 aditivos. Las identidades y concentraciones de los aditivos generalmente no figuran 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 del mercado global. [35] Como mínimo, todo plástico contiene algunos estabilizadores de polímeros que permiten procesarlos (moldearlos) en estado fundido 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 del cloruro de polivinilo (PVC) pueden constituir hasta el 80% del volumen total. [2] El plástico puro y sin adulterar (resina descalza) nunca se vende, ni siquiera los productores primarios.
Los aditivos pueden estar débilmente unidos a los polímeros o reaccionar en la matriz polimérica. Aunque los aditivos se mezclan con el plástico, siguen siendo químicamente distintos del mismo y pueden filtrarse gradualmente durante el uso normal, en vertederos o tras su 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 muevan 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 sobre la salud humana y la biota. Una revisión reciente realizada por 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, la ECHA clasificó a 68 como "los más peligrosos para la salud humana" y 68 como "los más peligrosos para la salud humana". por riesgos medioambientales". [2]
Dado que los aditivos cambian las propiedades de los plásticos, es necesario tenerlos en cuenta durante el reciclaje. Actualmente, casi todo el reciclaje se realiza simplemente refundiendo 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 de plástico, incluso si son todos del mismo tipo de polímero, contendrán distintos tipos y cantidades de aditivos. Mezclarlos puede dar como resultado un material con propiedades inconsistentes, lo que puede resultar poco atractivo para la industria. Por ejemplo, mezclar plásticos de diferentes colores con diferentes colorantes plásticos puede producir un material descolorido o marrón y, por esta razón, el plástico generalmente se clasifica tanto por tipo de polímero como por color antes de reciclarlo. [2]
La falta de transparencia y de presentación de informes a lo largo de la cadena de valor a menudo resulta en una falta de conocimiento sobre el perfil químico de los productos finales. Por ejemplo, se han incorporado productos que contienen retardantes de llama bromados a nuevos productos plásticos. Los retardantes de llama son un grupo de sustancias químicas utilizadas en equipos electrónicos y eléctricos, textiles, muebles y materiales de construcción que no deben estar presentes en los envases de alimentos ni en los productos de cuidado infantil. Un estudio reciente encontró dioxinas bromadas como contaminantes no intencionales en juguetes fabricados con desechos 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 en el desarrollo y en el sistema nervioso e interferir con los mecanismos del sistema endocrino. [2]
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 OctaBDE y PentaBDE , ahora prohibidos , son un ejemplo de esto, mientras que los efectos de los ftalatos sobre la salud son un área constante de preocupación pública. Los aditivos también pueden ser problemáticos si se queman desechos, especialmente cuando la quema no está controlada o se realiza en incineradores de baja tecnología, como es común en muchos países en desarrollo. La combustión incompleta puede provocar emisiones de sustancias peligrosas como gases ácidos y cenizas que pueden contener contaminantes orgánicos persistentes (COP) como las dioxinas . [2]
Varios aditivos identificados como peligrosos para los seres humanos y/o el medio ambiente están regulados internacionalmente. El Convenio de Estocolmo sobre Contaminantes Orgánicos Persistentes (COP) es un tratado global 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 ampliamente geográficamente, se acumulan en el tejido adiposo de los seres humanos y la vida silvestre y tienen impactos nocivos para la salud humana o el medio ambiente. [2]
Otros aditivos que han demostrado ser 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 habitualmente en algunos envases de plástico, incluidos los de alimentos. El uso del aditivo bisfenol A (BPA) en 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 en aves marinas la plasticosis , una nueva enfermedad causada únicamente por los plásticos. Las aves identificadas como portadoras de la enfermedad tienen cicatrices en el tracto digestivo por la ingestión de desechos plásticos. [39] ”Cuando las aves ingieren pequeños trozos de plástico, descubrieron que 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]
Los plásticos puros tienen baja toxicidad debido a su insolubilidad en agua y, debido a que tienen un gran peso molecular, son bioquímicamente inertes. Los productos de plástico contienen una variedad de aditivos, aunque algunos de los cuales pueden ser tóxicos. [42] Por ejemplo, a menudo se añaden plastificantes como adipatos y ftalatos a plásticos quebradizos como el PVC para hacerlos lo suficientemente flexibles para su uso en envases de alimentos, juguetes y muchos otros artículos. Trazas 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 EE. UU. ha limitado el uso de DEHP, DPB , BBP , DINP , DIDP. y DnOP en juguetes y artículos de cuidado infantil 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 recipientes de poliestireno para alimentos interfieren con las funciones hormonales y se sospecha que son carcinógenos humanos (sustancias que causan cáncer). [43] Otras sustancias químicas de posible preocupación incluyen los alquilfenoles . [38]
Si bien un plástico terminado puede no ser tóxico, los monómeros utilizados en la fabricación de sus polímeros originales pueden ser tóxicos. 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 del Cáncer (IARC) de la Organización Mundial de la Salud ha reconocido que el cloruro de vinilo , el precursor del PVC, es un carcinógeno humano. [43]
Algunos productos plásticos se degradan a sustancias químicas con actividad estrogénica . [44] El componente principal de los policarbonatos, el bisfenol A (BPA), es un disruptor endocrino similar al estrógeno que puede filtrarse a los alimentos. [43] La investigación en Environmental Health Perspectives encuentra que el BPA lixiviado 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 en animales más reciente sugiere que incluso la exposición a niveles bajos de BPA produce 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 Drogas y Alimentos de los EE. UU. (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 envolturas plásticas a base de PVC, también es motivo de preocupación, al igual que los compuestos orgánicos volátiles presentes en el olor a automóvil nuevo . La UE tiene una prohibición permanente del uso de ftalatos en juguetes. En 2009, el gobierno de Estados Unidos prohibió ciertos tipos de ftalatos comúnmente utilizados en el plástico. [48]
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 residuos plásticos que se han producido en el último siglo. Según una estimación, desde la década de 1950 se han desechado mil millones de toneladas de residuos plásticos. [49] Otros estiman una producción humana acumulada de 8,3 mil millones de toneladas de plástico, de las cuales 6,3 mil 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, el 90% de los cuales estuvo compuesto por residuos plásticos posconsumo (residuos plásticos industriales, agrícolas, comerciales y municipales). El resto eran residuos preconsumo procedentes de la producción de resina y la fabricación de productos plásticos (por ejemplo, materiales rechazados debido a colores, dureza o características de procesamiento inadecuados). [2]
The 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 [de plástico] mundial al mar". [52] [53] [ verificar puntuación de comillas ]
La presencia de plásticos, en particular microplásticos , dentro de la cadena alimentaria es cada vez mayor. 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 no se conocen bien. En 2009 se estimó que el 10% de los residuos 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 áreas 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 daña los ecosistemas y la salud humana. [56]
La investigación sobre los impactos ambientales normalmente se ha centrado en la fase de eliminación. Sin embargo, la producción de plásticos también es responsable de importantes impactos ambientales, socioeconómicos y de salud. [57]
Antes del Protocolo de Montreal , los CFC se utilizaban habitualmente 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 proactivo y la implementación de alternativas a los plásticos, como los envases sostenibles .
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 Productos Químicos . [61] Provocan contaminación al ingresar a los ecosistemas naturales desde una variedad de fuentes, incluidos cosméticos , ropa , envases de alimentos y procesos industriales. [58] [62]
El término macroplásticos se utiliza para diferenciar los microplásticos de los residuos plásticos de mayor tamaño, como botellas de plástico o trozos de plástico 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 , purpurina 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 erosión después de ingresar al medio ambiente. [62] Tales fuentes de microplásticos secundarios incluyen botellas de agua y refrescos, redes de pesca, bolsas de plástico, recipientes para microondas , bolsitas de té y neumáticos desgastados. [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 y prendas de vestir, principalmente debido a la erosión de las prendas de poliéster, acrílico o nailon, a menudo durante el proceso de lavado. [71] Sin embargo, los microplásticos también se acumulan en el aire y en los ecosistemas terrestres .
Debido a que los plásticos se degradan lentamente (a menudo durante cientos o 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 químicos tóxicos que provienen tanto del océano como de la escorrentía también pueden biomagnificarse en 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] El ciclo y el movimiento de los microplásticos en el medio ambiente no se conocen completamente, pero actualmente se están realizando investigaciones para investigar el fenómeno. [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 oceánicos de muestras de superficie. [78] También se han encontrado microplásticos en las altas montañas, a grandes distancias de su fuente. [79]
También se han encontrado microplásticos en la sangre humana, aunque sus efectos se desconocen en gran medida. [80]Los plásticos se degradan mediante diversos 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 ambiente salino y el efecto de enfriamiento del mar, lo que contribuye a la persistencia de los desechos plásticos en ciertos ambientes. [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. [81] Marine Conservancy ha predicho las tasas de descomposición de varios productos plásticos: se estima que un vaso de espuma de plástico tardará 50 años, un recipiente de plástico para bebidas tardará 400 años, un pañal desechable tardará 450 años y un hilo de pescar tardará tarda 600 años en degradarse. [82]
La ciencia conoce especies microbianas capaces de degradar los plásticos, algunas de las cuales son potencialmente útiles para la eliminación de determinadas clases de residuos plásticos.
El reciclaje de plástico es el procesamiento de residuos plásticos para convertirlos en otros productos. [103] [104] [105] 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 . [106] [107] Las tasas de reciclaje son inferiores a las de otros materiales recuperables, como el aluminio , el vidrio y el papel . Hasta 2015, el mundo produjo unos 6.300 millones de toneladas de residuos plásticos, de los cuales solo el 9% se ha reciclado y solo ~1% se ha reciclado más de una vez. [108] Además, el 12% fue incinerado y el 79% restante enviado a vertederos o al medio ambiente, incluido el océano. [108]
Casi todo el plástico no es biodegradable y, si no se recicla, se esparce por el medio ambiente [109] [110] , donde puede causar daños. Por ejemplo, en 2015, aproximadamente 8 millones de toneladas de residuos plásticos ingresan a los océanos anualmente, dañando el ecosistema y formando parches de basura en los océanos . [111] Incluso los procesos de reciclaje de la más alta calidad generan residuos plásticos sustanciales durante el proceso de clasificación y limpieza, liberando grandes cantidades de microplásticos en las aguas residuales y polvo del proceso. [112] [113]
Casi todo el reciclaje es mecánico: fundir y transformar el plástico en otros artículos. Esto puede causar la degradación del polímero a nivel molecular y requiere que los desechos se clasifiquen por color y tipo de polímero antes del procesamiento, lo cual es complicado y costoso. Los errores pueden dar lugar a materiales con propiedades inconsistentes, lo que los hace poco atractivos para la industria. [114] En el reciclaje de materias primas, el plástico de desecho se convierte en sus productos químicos iniciales, que luego pueden convertirse en plástico fresco. Esto implica mayores costos de energía y capital . Alternativamente, el plástico puede quemarse en lugar de combustibles fósiles , en instalaciones de recuperación de energía o convertirse bioquímicamente en otros productos químicos útiles para la industria. En algunos países, la quema es la forma dominante de eliminación de desechos plásticos, particularmente donde existen políticas de desvío de vertederos .
El reciclaje de plástico ocupa un lugar bajo en la jerarquía de residuos . Se ha defendido desde principios de la década de 1970, [115] pero, debido a desafíos económicos y técnicos, no afectó significativamente a los desechos plásticos hasta finales de la década de 1980. La industria del plástico ha sido criticada por presionar para ampliar los programas de reciclaje, incluso cuando las investigaciones demostraron que la mayor parte del plástico no se podía reciclar económicamente. [116] [117]Calentando a más de 500 °C en ausencia de oxígeno ( pirólisis ), los plásticos se pueden descomponer en hidrocarburos más simples . Estos pueden reutilizarse como materiales de partida para nuevos plásticos. [118] También pueden utilizarse como combustibles. [119]
Según la OCDE, el plástico aportó gases de efecto invernadero a la atmósfera en el equivalente a 1.800 millones de toneladas de dióxido de carbono (CO 2 ) en 2019, el 3,4% de las emisiones globales. [120] 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 petróleo, por lo que su producción genera más emisiones. Sin embargo, debido a la ligereza y durabilidad del plástico frente al vidrio o el metal, el plástico puede reducir el consumo de energía. Por ejemplo, se estima que envasar bebidas en plástico PET en lugar de vidrio o metal ahorra un 52% en energía de transporte. [4]
La producción de plásticos a partir de petróleo crudo requiere de 7,9 a 13,7 kWh/lb (teniendo en cuenta la eficiencia media de las estaciones de servicios públicos estadounidenses del 35%). La producción de silicio y semiconductores para equipos electrónicos modernos consume aún más energía: de 29,2 a 29,8 kWh/lb para el silicio y alrededor de 381 kWh/lb para los semiconductores. [121] Esto es mucho mayor que la energía necesaria para producir muchos otros materiales. Por ejemplo, para producir hierro (a partir de mineral de hierro) se requieren entre 2,5 y 3,2 kWh/lb de energía; vidrio (de arena, etc.) 2,3–4,4 kWh/lb; acero (a partir de hierro) 2,5–6,4 kWh/lb; y papel (de madera) 3,2–6,4 kWh/lb. [122]
Los plásticos quemados rápidamente a temperaturas muy altas descomponen muchos componentes tóxicos, como las dioxinas y los furanos . Este método se utiliza ampliamente en la incineración de residuos sólidos municipales . Los incineradores de residuos sólidos municipales normalmente también tratan los gases de combustión para reducir aún más los contaminantes, lo cual es necesario porque la incineración incontrolada de plástico produce dibenzo-p-dioxinas policloradas cancerígenas . [123] La quema de plástico al aire libre se produce a temperaturas más bajas y normalmente libera vapores tóxicos .
En la Unión Europea, la incineración de residuos municipales está regulada por la Directiva de Emisiones Industriales , [124] que estipula una temperatura mínima de 850 °C durante al menos dos segundos. [125]
El desarrollo de los plásticos ha evolucionado desde el uso de materiales plásticos naturales (p. ej., gomas y goma laca ) hasta el uso de la modificación química de esos materiales (p. ej., caucho natural, celulosa , colágeno y proteínas de la leche ) y, finalmente, a productos completamente sintéticos. Plásticos (por ejemplo, baquelita, epoxi y PVC). Los primeros plásticos eran materiales de origen biológico, como proteínas del huevo y de la sangre, que son polímeros orgánicos . Alrededor del año 1600 a. C., los mesoamericanos utilizaban caucho natural para fabricar pelotas, pulseras y figuritas. [4] Los cuernos de ganado tratados se utilizaban como ventanas para faroles en la Edad Media . Se desarrollaron materiales que imitaban las propiedades de los cuernos tratando las proteínas de la leche con lejía. En el siglo XIX, a medida que la química se desarrollaba durante la Revolución Industrial , se informó sobre muchos materiales. El desarrollo de los plásticos se aceleró con el descubrimiento de Charles Goodyear en 1839 de la vulcanización para endurecer el caucho natural.
La parkesina , inventada por Alexander Parkes en 1855 y patentada al año siguiente, [126] se considera el primer plástico fabricado por el hombre. Se fabricó a partir de celulosa (el componente principal de las paredes celulares de las plantas) tratada con ácido nítrico como disolvente. El resultado del proceso (comúnmente conocido como nitrato de celulosa o piroxilina) podría disolverse en alcohol y endurecerse hasta obtener un material transparente y elástico que podría moldearse cuando se calienta. [127] Al incorporar pigmentos al producto, se podría lograr que pareciera marfil. Parkesine se presentó en la Exposición Internacional de 1862 en Londres y le valió a Parkes la medalla de bronce. [128]
En 1893, el químico francés Auguste Trillat descubrió la manera de insolubilizar la caseína (proteínas de la leche) mediante inmersión en formaldehído, produciendo un material comercializado como galalito . [129] En 1897, el propietario de una imprenta masiva, Wilhelm Krische, de Hannover, Alemania, recibió el encargo de desarrollar una alternativa a las pizarras. [129] El plástico resultante con forma de cuerno hecho de caseína se desarrolló en cooperación con el químico austriaco (Friedrich) Adolph Spitteler (1846-1940). Aunque no es adecuado para el fin previsto, se descubrirían otros usos. [129]
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] 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 los polímeros ", y Herman Mark , conocido como "el padre de la física de los polímeros ". [7]
Después de la Primera Guerra Mundial, las mejoras en la química llevaron a una explosión de nuevas formas de plásticos, cuya producción en masa comenzó en las décadas de 1940 y 1950. [55] Entre los primeros ejemplos de la ola de nuevos polímeros se encuentran el poliestireno (producido por primera vez por BASF en la década de 1930) [4] y el cloruro de polivinilo (creado por primera vez en 1872 pero producido comercialmente a finales de la década de 1920). [4] En 1923, Durite Plastics, Inc., fue el primer fabricante de resinas de fenol-furfural. [130] En 1933, el polietileno fue descubierto por los investigadores de Imperial Chemical Industries (ICI), Reginald Gibson y Eric Fawcett. [4]
El descubrimiento del tereftalato de polietileno se atribuye a los empleados de la Calico Printers' Association en el Reino Unido en 1941; se le otorgó la licencia a DuPont para los EE. UU. y a ICI en otros casos, y como uno de los pocos plásticos apropiados como reemplazo del vidrio en muchas circunstancias, lo que resultó en un uso generalizado para botellas en Europa. [4] En 1954, Giulio Natta descubrió el polipropileno y comenzó a fabricarlo en 1957. [4] También en 1954 , Dow Chemical inventó el poliestireno expandido (utilizado para aislamiento de edificios, embalajes y vasos) . [4]
Actualmente se está trabajando para desarrollar un tratado global sobre la contaminación plástica . El 2 de marzo de 2022, los Estados miembros de las Naciones Unidas votaron en la reanudación de la quinta Asamblea de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (UNEA-5.2) para establecer un Comité de Negociación Intergubernamental (CIN) con el mandato de promover un acuerdo internacional jurídicamente vinculante sobre los plásticos. [131] La resolución se titula “Poner fin a la contaminación plástica: hacia un instrumento internacional jurídicamente vinculante”. El mandato especifica que el INC debe comenzar su trabajo a finales de 2022 con el objetivo de "completar un proyecto de acuerdo global jurídicamente vinculante para finales de 2024". [132]
Plástico en el sentido de maleable.
China, Indonesia, Filipinas, Tailandia y Vietnam están arrojando más plástico a los océanos que el resto del mundo combinado, según un informe de 2017 de Ocean Conservancy.
Los 10 ríos mejor clasificados transportan entre el 88 y el 95% de la carga mundial al mar
Resulta que alrededor del 90 por ciento de todo el plástico que llega a los océanos del mundo llega a través de sólo 10 ríos: el Yangtze, el Indo, el río Amarillo, el río Hai, el Nilo, el Ganges, el río Perla, el río Amur, el Níger, y el Mekong (en ese orden).
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![La película de polipropileno metalizado es un material comúnmente utilizado para empaquetar refrigerios.[30]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1f/Image-from-rawpixel-id-5957725-original.jpg/1280px-Image-from-rawpixel-id-5957725-original.jpg){kind=tracking}
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