Poliestireno

Poliestireno Unidad de repetición del poliestireno.

Símbolo internacional del poliestireno.

El poliestireno (PS) es un polímero termoplástico termoplástico que  que se obtiene de la polimerización del estireno estireno monómero.  monómero. Existen cuatro tipos principales: el PS cristal o GPPS (del inl!s: General Purpose Pol"st"rene)# que es transparente# ríido ríido "  " quebradizo$ el poliestireno de alto impacto o impacto o %&PS (del inl!s: %i' &mpact Pol"st"rene)# resistente al impacto " opaco opaco blanquecino#  blanquecino# el poliestireno expandido o expandido o EPS (del inl!s: Expandable Pol"st"rene$ PSE en ranc!s)# mu" liero# " el poliestireno extruido# extruido# similar al expandido pero más denso e impermeable. as aplicaciones principales del PS antic'oque " el PS cristal son la abricación de en*ases mediante extrusión extrusión+termoormado# +termoormado# " de ob,etos di*ersos mediantemoldeo mediantemoldeo por in"ección. in"ección. as ormas expandida " extruida se emplean principalmente como aislantes t!rmicos en t!rmicos en construcción " para ormar coquillas de protección en los embala,es de ob,etos ráiles para proteerlos. El EPS tambi!n es utilizado para la producción de ca,as de pescado o ne*eras para el transporte de *acunas# por su capacidad aislante. a primera producción industrial de poliestireno cristal ue realizada por -S/ -S/## en lemania en  lemania## en 0123 0123.. El PS expandido " el PS antic'oque ueron in*entados en las d!cadas siuientes. 4esde entonces los procesos de producción 'an me,orado sustancialmente " el poliestireno 'a dado luar a una industria sólidamente establecida. 5on una demanda mundial de unos 03#6 millones de toneladas al a7o (dato de 8333# exclu"e el poliestireno expandido)#0 el poliestireno es 'o" el cuarto plástico más consumido# por detrás del polietileno polietileno## el polipropileno polipropileno "  " el P95 P95..

Índice ocultar ; •

0 .0 @ecanismos de reacción

o

>.8 &n*ersión de ases A Propiedades

•

o

A.0 Propiedades mecánicas

o

A.8 Propiedades t!rmicas

o

A.2 Propiedades ópticas

o

A.> Propiedades el!ctricas

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6 plicaciones

•

B Proceso de producción o

B.0 Proceso del poliestireno cristal

o

B.8 Particularidades del proceso del poliestireno antic'oque C %istoria

•

o

C.0 &nicios

o

C.8 Poliestireno cristal

o

C.2 Poliestireno expandido

o

C.> Poliestireno de alto impacto

o

C.A Poliestireno sindiotáctico

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1 Dormati*a

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03 9!ase tambi!n

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00 -iblioraía " reerencias

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08 Enlaces externos

Tipos de poliestirenoeditar ;

/ramento de poliestireno expandido.

El poliestireno es autoextinuible.

El producto de la polimerización del estireno puro se denomina poliestireno cristal o poliestireno de uso eneral (GPPS# silas en inl!s). Es un sólido transparente# duro pero ráil. Es *ítreo por deba,o de 033 5. Por encima de esta temperatura es ácilmente moldeable " puede dársele mFltiples ormas. 8 Para me,orar la resistencia mecánica del material# se p uede a7adir en la polimerización 'asta un 0> de cauc'o (casi siemprepolibutadieno). El producto resultante se llama poliestireno de alto impacto (%&PS# %i' &mpact Pol"st"rene# silas en inl!s). Es más resistente " no quebradizo. 5apaz de soportar impactos más *iolentos sin romperse. Su incon*eniente principal es suopacidad# si bien alunos abricantes *enden rados especiales de poliestireno c'oque translFcido.8 Htro miembro de esta amilia es el poliestireno expandido (EPS# silas en inl!s). 5onsiste en 1A de poliestireno " A de un as que orma burbu,as que reducen la densidad del material. Su aplicación principal es como aislante en construcción " para el embala,e de productos ráiles.8   partir de poliestireno cristal undido se puede obtener# mediante in"ección de as# una espuma ríida denominadapoliestireno extruido (IPS). Sus propiedades son similares a las del EPS# con el cual compite en las aplicaciones de aislamiento.2 El poliestireno extruido presenta burbu,as cerradas# por lo que puede mo,arse sin perder sus propiedades aislantes. El EPS tambi!n dispone de *ariedades de ba,a absorción de 'umedad. mbos pueden ser usados en la abricación de las cubiertas in*ertidas. En las Fltimas d!cadas se 'a desarrollado un nue*o polímero que recibe el nombre de poliestireno sindiotáctico. Se caracteriza por que los rupos enilo de la cadena polim!rica están unidos alternati*amente a ambos lados de la misma# mientras que el poliestireno JnormalJ o poliestireno atáctico no conser*a ninFn orden con respecto al lado de la cadena donde están unidos los rupos enilos. El Jnue*oJ poliestireno es cristalino " unde a 8B3 5#8 pero es muc'o más costoso. Sólo se utiliza en aplicaciones especiales de alto *alor a7adido.

Estructura del poliestireno cristaleditar ; Peso molecular editar ; as unidades repetiti*as de estireno conorman elpolímero.

El peso molecular  promedio del poliestireno comercial *aría entre 033.333 " >33.333  mol+0.> 5uanto menor es el peso molecular# ma"or es la luidez " por tanto la acilidad de uso del material# pero menor es su resistencia mecánica. Para conseuir un poliestireno a la *ez luido " resistente se puede acudir a distribuciones bimodales de pesos moleculares# un acti*o campo de in*estiación en el poliestireno.

Ramificacióneditar ; as mol!culas de poliestireno ormadas en los procesos industriales actuales son mu" lineales. En laboratorio es posible enerar ramiicación a7adiendo al reactor sustancias como el di*inilbencenoA o peróxidos tetrauncionales6 pero el poliestireno así obtenido es más caro " apenas presenta *enta,as rente a sus equi*alentes lineales.

Tacticidadeditar ; El poliestireno cristal es completamente atáctico$ es decir: los rupos enilo se distribu"en a uno u otro lado de la cadena central# sin ninFn orden particular. Por ello se trata de un polímero completamente amoro (es decir# no cristalino).8

Estructura del poliestireno choqueeditar ; El poliestireno de alto impacto (high-impact polystyrene o %&PS# en inl!s) consiste en una matriz de poliestireno cristal en la cual está n dispersas partículas microscópicas de cauc'o# casi siempre polibutadieno.

Tipo de cauchoeditar ; En la ran ma"oría de los casos el cauc'o utilizado es el polibutadieno# en concreto rados abricados con catalizadores de cobalto (Jalto+cisJ) o litio (Jba,o+cisJ). El peso molecular del polibutadieno utilizado suele estar comprendido entre 0C3.333 " 863.333  mol+0. En alunas aplicaciones mu" minoritarias se utiliza u n elastómero consistente en un dibloque estireno+butadieno. 4ebido a su ma"or ainidad por el poliestireno (" por tanto menor tensión supericial)# este polímero orma partículas de menor tama7o que las de polibutadieno. %asta las a7os 0163 se usó cauc'o estireno+butadieno (S-=) para la modiicación de poliestireno pero desde entonces 'a sido sustituido por el polibutadieno# que proporciona me,ores propiedades mecánicas al producto.B

Partículas de cauchoeditar ; En la ma"oría de los poliestirenos comerciales la ase elastom!rica se presenta en orma de partículas con una estructura llamada Jtipo salamiJ: una partícula más o menos es!rica de polibutadieno que tiene a su *ez en su interior partículas de poliestireno de dierentes tama7os# a las que se denomina JoclusionesJ. En alunos casos se obser*an partículas con moroloía "core-shell"  (que podría traducirse como JnFcleo+en*olturaJ)# en las que el

cauc'o orma sólo una delada membrana alrededor de una Fnica oclusión de poliestireno# normalmente de peque7o tama7o (inerior a una micra de diámetro).B Para tener un poliestireno de alto impacto con buena resistencia mecánica 'acen alta partículas tipo salami con un tama7o comprendido entre 0 " 6 micrómetros. 5uando el tama7o es inerior a una micra el producto se *uel*e casi tan ráil como el poliestireno cristal# si bien la transparencia aumenta# lo cual puede ser interesante en alunas aplicaciones.B El tama7o de las partículas depende esencialmente de tres actores: •

el cizallamiento durante la in*ersión de ases

•

la relación de *iscosidades entre el polibutadieno " la matriz de poliestireno

•

la cantidad de poliestireno in,ertado

Se 'a comprobado que una distribución bimodal de tama7os de partícula aumenta la resistencia al impacto del material. Existen di*ersos m!todos químicos " ísicos para conseuir o al menos aproximarse a la bimodalidad# siendo el más 'abitual el emplear dos polibutadienos de *iscosidad dierente.  l cociente entre el *olumen ocupado por las partículas de polibutadieno (inclu"endo las oclusiones) " el *olumen total del poliestireno se le denomina Jracción en *olumen de la ase elastom!ricaJ (=P9/# silas en inl!s). En líneas enerales# cuanto ma"or es la =P9/ me,ores son las propiedades mecánicas del poliestireno c'oque.C Para aumentar la =P9/ se puede a7adir más polibutadieno pero esto tiene un ra*e incon*eniente: el polibutadieno es más caro que el estireno o que el propio poliestireno c'oque. Por ello# la *ía preerida es aumentar la cantidad de poliestireno ocluido en el interior de las partículas# lo cual constitu"e uno de los ob,eti*os de todos los productores de poliestireno de alto impacto.

Injertoeditar ; 4urante la polimerización del estireno# a *eces ocurre que un radical libre ataca uno de los dobles enlaces de las mol!culas de polibutadieno# ormando así una mol!cula de poliestireno unida químicamente a una de polibutadieno. Se dice entonces que el poliestireno está Jin,ertoJ en el polibutadieno.B El in,erto me,ora las propiedades del poliestireno de alto impacto por dos moti*os. Por un lado acilita la transmisión de enería entre las ases polibutadieno " poliestireno. Por otro# actFa como un emulsionante# estabilizando la dispersión de partículas de cauc'o en la matriz de poliestireno. os productores de poliestireno de alto impacto tratan de adaptar su proceso para maximizar el in,erto# a in de obtener la me,or relación posible entre propiedades mecánicas del producto " cantidad de cauc'o utilizado.B

Reticulacióneditar ;

os dobles enlaces del polibutadieno tambi!n pueden reaccionar entre sí# ormando puentes entre las mol!culas.  esto se le denomina JreticulaciónJ de la ase elastom!rica. a reticulación es más intensa cuanto más tiempo pasa el polibutadieno a alta temperatura. En el proceso de producción del poliestireno c'oque ocurre sobre todo en la sección de des*olatilización.1 5ierto ni*el de reticulación es necesario para que el cauc'o sea elástico pero# si la reticulación llea demasiado le,os# el cauc'o se *uel*e ríido " por tanto el poliestireno pierde parte de su resistencia mecánica.

Química del poliestirenoeditar ; /orma estructural del monómero de estireno

Espectro de transmisión de inrarro,os de la película de poliestireno.

  escala industrial# el poliestireno se prepara calentando el etilbenceno en presencia de un catalizador para dar luar al estireno. a polimerización del estireno se da por radicales libres# polimerización catiónica# polimerización aniónica o sobre catalizador .8

Mecanismos de reaccióneditar ; El estireno puede polimerizar por cuatro mecanismos dierentes: 0. Por radicales libres. os radicales de estireno se orman espontáneamente# a ma"or *elocidad cuanto ma"or sea la temperatura. Por ello el estireno es almacenado en tanques rerierados " estabilizado con in'ibidores# que consumen los radicales libres. a *elocidad de reacciónse *uel*e siniicati*a a partir de una temperatura superior a los 033 5. Se puede acelerar a7adiendo iniciadores como por e,emploperóxidos# que eneran radicales libres adicionales.03 8. Polimerización aniónica 2. Polimerización catiónica >. Sobre catalizador  @ediante el uso de catalizadores de Kieler+Datta o de tipo metaloceno se puede controlar de orma precisa la tacticidad del polímero ormado. El poliestireno sindiotáctico se produce industrialmente de este modo. En todos los casos la polimerización del estireno enera la misma cantidad de calor: 06A cal +0.8

Inversión de faseseditar ;

En la producción de poliestireno de alto impacto# el medio de reacción consiste inicialmente sólo en una ase# una solución de polibutadieno enestireno (Jase P-J).  medida que el estireno *a reaccionando# el poliestireno enerado empieza a precipitar (a partir de 8 de con*ersión) " orma así una ase distinta# la Jase PSJ# que consiste en partículas de poliestireno dispersas en la ase P-. as partículas de poliestireno *an creciendo " siendo cada *ez más numerosas 'asta que# en cierto momento# ocupan un *olumen iual al de la ase P-.  partir de entonces la disposición de las ases se in*ierte: la ase PS se con*ierte en el medio continuo " la ase P- pasa a ormar partículas en el seno de la ase PS.  este enómeno se le denominain*ersión de ases.B a in*ersión de ases no es un enómeno puntual ni instantáneo sino que se desarrolla sobre un inter*alo de con*ersión relati*amente amplio. El *alor de este inter*alo depende de *arios parámetros# principalmente el porcenta,e de cauc'o " el rado de in,erto. En todo caso# es necesario un cierto rado de aitación en el reactor para que ocurra la in*ersión de ases$ en caso de no 'acerse de esta orma# el producto obtenido aparece como una mezcla inorme de poliestireno " polibutadieno# sin distinción clara entre las dos ases.00 4urante la in*ersión de ases la *iscosidad de la mezcla aumenta de orma notable. Esto permite que sea detectada en laboratorio.

Propiedadeseditar ; Se describen las propiedades del PS c'oque " el PS cristal. Para el EPS# *!ase el artículo principal Poliestireno expandido.

Propiedades mecánicaseditar ; PS cristal

PS antichoque

Módulo elástico en tracción(GPa)

3,0 a 3,4

2,0 a 2,5

Alargamiento de rotura en tracción (%)

1a4

20 a 5

$arga de rotura en tracción (MPa)

40 a 0

20 a 35

Módulo de le&ión (GPa)

3,0 a 3,4

1, a 2,'

2

3 a 12

Propiedad

-esistencia al im.acto $ar.+ (/m2)

 

Comentarios

!l P" cristal no es nada d#ctil

!l P" coue es muco más le&i*le ue el cristal + similar al A"

!l P" cristal es el menos resistente de todos los termo.lásticos el P" coue es

intermedio

urea "ore 

5 a '0

0 a 65

!l P" cristal es *astante duro, similar al .olicar*onato7 !l P" coue es similar  al .oli.ro.ileno7

/uente: -&=HD# @ic'el (011C). Propriétés des thermoplastiques (en ranc!s).  En comparación# el proceso de 4oR era mu" rudimentario: el estireno se de,aba simplemente reaccionar en el interior de latas metálicas calentadas durante días. Ello no impidió a 4oR lanzar su poliestireno al mercado en 012C.8A