Materiales y productos químicos, los primeros productos de uso masivo en ser comercializados por la economía de reutilización de carbono

Para mitigar el cambio climático, renunciar al uso de carbono fósil es de suma importancia. Uno de los enfoques es la reutilización del dióxido de carbono. Con la ayuda de electricidad libre de emisiones, casi todos los químicos y polímeros orgánicos, como los plásticos, se pueden producir a partir de dióxido de carbono. Hay un potencial considerable en su comercialización.

"Al reutilizar el dióxido de carbono, podríamos reducir nuestra dependencia global de los hidrocarburos fósiles sin intensificar el cambio climático. Esto permite un enfoque neutral en cuanto al clima para producir combustibles, productos químicos, materiales y alimentos, lo cual también es cada vez más valorado por el mundo empresarial", dice El profesor de investigación de VTT, Juha Lehtonen.

En una economía basada en la reutilización del carbono, el carbono fósil queda en la tierra mientras que el carbono superficial, el carbono acumulado en la atmósfera y las plantas, circula capturado en diferentes productos: combustibles, productos químicos, materiales y alimentos. Los bosques actúan como sumideros de carbono y como una fuente importante de carbono renovable. Además de esto, el carbono puede capturarse y utilizarse a partir de emisiones industriales y, a medida que avanza la tecnología, eventualmente también desde el aire.

"Se puede imaginar que, en el futuro, habrá más electricidad baja en carbono y una cantidad casi ilimitada de CO2 atmosférico disponible. La mayor barrera para usar CO2 son principalmente los altos costos de producción relacionados con el suministro de energía baja en carbono en un el mundo estaba acostumbrado al petróleo de bajo costo. Los tomadores de decisiones políticas ahora tendrían que tomar decisiones audaces relacionadas con la energía baja en carbono en cualquier caso", dice el gerente de tecnología Antti Arasto de VTT.

La captura y utilización de carbono será una de las herramientas más importantes para ayudar a alcanzar los objetivos de mitigación del cambio climático determinados por el Acuerdo Climático de París.

Materiales, productos químicos, alimentos y combustibles a partir de dióxido de carbono.
Con la ayuda de electricidad libre de emisiones, casi todos los productos químicos orgánicos y polímeros fabricados actualmente a partir de hidrocarburos fósiles se pueden producir a partir de dióxido de carbono. En comparación con los combustibles, la comercialización de materiales y productos químicos puede ser más fácil debido a su mayor nivel de precios. Aunque los volúmenes de producción de productos químicos no se elevan al mismo nivel que los de los combustibles, un método de producción basado en CO2 y electricidad puede reducir la necesidad de biomasa forestal como materia prima para productos químicos renovables.

Ya es posible producir proteínas alimenticias a partir de CO2 y electricidad libre de emisiones. Cuando, en el futuro, parte de los alimentos que necesita la humanidad se hagan en biorreactores, el área de campo se liberará para otros usos. VTT ha estado desarrollando un método de fabricación de proteínas a base de CO2 y electricidad libre de emisiones. Actualmente está siendo piloteado por la nueva empresa Solar Foods.

Dos enfoques para convertir dióxido de carbono
El CO2 puede convertirse en diferentes compuestos utilizando enfoques de conversión química y biotecnica. Las rutas biotécnicas para la conversión de CO2 ofrecen potencial para productos de mayor valor, como ingredientes alimenticios, mientras que las rutas químicas son eficientes para productos a granel, como combustibles y productos químicos básicos. Al utilizar CO2 para productos químicos y materiales, es posible mantener el carbono dentro de un ciclo por más tiempo en comparación con los combustibles.

En su nueva publicación La economía de la reutilización del carbono: Transformando el CO2 de un contaminante en un recurso, VTT presenta su opinión sobre cómo el carbono puede convertirse de un contaminante en un recurso con un impacto favorable sobre el cambio climático:

https://www.vtt.fi/Documents/uutiset/2019/190620_FINAL_WEB_VTT_CRE_Discussion_Paper_PAGES_display.pdf

VTT Research

09 Setiembre 2019

La cambiante cara del embalaje plástico

Desde las primeros envolturas de celofán hasta los modernos tubos de yogurt y alimentos para bebés, los envases plásticos han recorrido un largo camino en sus más de 150 años. Matmatch investiga cómo el uso de los plásticos cambió la vida moderna y explora algunas de las tendencias innovadoras impuestas para cambiar la cara del embalaje plástico en el futuro.

Botellas plásticas

Hoy podemos afirmar sin ninguna duda que existe un plástico adecuado para casi cualquier aplicación. Los materiales plásticos son muy versátiles, relativamente fáciles de moldear y ofrecen una amplia y siempre creciente gama de formulaciones que cubren un amplio espectro de propiedades físicas.

Los plásticos tuvieron y continúan teniendo un gran impacto en nuestra vida cotidiana, especialmente cuando hablamos de aplicaciones de embalaje . Ellos elevaron el nivel de vida e hicieron bienes, que hoy en día damos por sentado, más fácilmente disponibles a costos más bajos.

En 2016, la producción mundial de plásticos alcanzó 335 millones de toneladas y alrededor del 40% se destinó a la industria del embalaje. Los polímeros más comunes que se utilizan en todo el mundo para el embalaje son el tereftalato de polietileno (PET), el polietileno de alta densidad y baja densidad (PEAD y PEBD), el cloruro de polivinilo (PVC), el polipropileno (PP) y el poliestireno (PS).

El embalaje plástico en la vida moderna
Los polímeros han traído importantes innovaciones en el almacenamiento de alimentos y bebidas . El embalaje plástico brinda seguridad e higiene, manteniendo los alimentos frescos, protegidos de bacterias y gérmenes, reduciendo así los desperdicios en el hogar. La comida en su refrigerador puede estar envuelta en una película adhesiva de PVC (descubierta accidentalmente en 1933), su yogurt probablemente se encuentre en recipientes de polipropileno, restos de la cena de ayer almacenada en Tupperware® (desarrollada en la década de 1940 presentando recipientes herméticos para alimentos con polietileno por primera vez) y leche en cartones Tetra Pak® (donde una película de polietileno actúa como una barrera hermética contra la humedad).

Las botellas de PET permiten el acceso higiénico al agua potable limpia y requieren menos recursos para producir que los materiales alternativos. Incluso el interior de las latas de aluminio suele estar protegido por una película de polímero de micrones de espesor (tales como epoxi, vinilico, acrílico, poliéster, estireno, polietileno o polipropileno).

Los plásticos en la industria farmacéutica

Los plásticos empleados para este propósito deben tener excelentes propiedades de barrera, ser adecuados para el contacto con alimentos y estar libres de sustancias químicas peligrosas para la salud humana como, por ejemplo, el bisfenol A (BPA). Esta sustancia se emplea como aditivo durante el proceso de fabricación y puede migrar a nuestros alimentos, agua y, finalmente, a nuestros cuerpos causando alteraciones en el sistema endocrino. Los requisitos de desempeño adicionales incluyen la idoneidad para seguridad del microondas, lavavajillas y congelador.

Lo mismo es cierto para el cuidado personal y los productos cosméticos donde los plásticos son importantes para la vida útil y el atractivo. Los polímeros utilizados para el embalaje deben cumplir con las regulaciones internacionales, con una absorción de humedad insignificante, resistentes a los solventes, permitir una estética superior y ofrecer un excelente desempeño físico al usuario final.

En la dosificación de fármacos , los recubrimientos de película de polímero se aplican con frecuencia. La motivación para eso va desde consideraciones cosméticas (color, brillo), mejora de la estabilidad (protección contra la luz, humedad y barrera a los gases) y la facilidad para tragar. Además, se pueden usar recubrimientos poliméricos funcionales para modificar el comportamiento de liberación del fármaco desde la forma de dosificación. Dependiendo de los polímeros utilizados, es posible retrasar o mantener la liberación del medicamento durante largos períodos de tiempo.

Además de las ventajas mencionadas anteriormente, los plásticos también contribuyen a ahorrar recursos y reducir las emisiones. Como son livianos y fuertes, se necesitan menos vehículos y menos combustible durante el transporte.

Bioeconomía aplicada al embalaje plástico
Junto con los beneficios, también hay desventajas. Debido a que muchos plásticos son tan duraderos y no se corroen (muchos persistirán durante cientos de años), crean considerables problemas de eliminación. No obstante, se ha avanzado y ahora muchos plásticos pueden ser reciclados química, mecánica o térmicamente o, eventualmente, usarse para la generación de energía. Al mismo tiempo, los productores de materiales están desarrollando bioplásticos , que están hechos de cultivos vegetales en lugar de combustibles fósiles, para crear sustancias más inocuas para el medio ambiente que los plásticos convencionales.

Los bioplásticos típicos y ampliamente utilizados incluyen ácido poliláctico (PLA) y polihidroxibutiratos (PHB). Otros están trabajando para hacer plásticos biodegradables.

La 12ª Conferencia Europea de Bioplásticos que tuvo lugar en Berlín a fines de noviembre de 2017 fue una oportunidad para explorar la dirección del crecimiento y la innovación de un segmento que desempeñará un papel cada vez más destacado en el embalaje.

Embalaje plástico

PepsiCo anunció sus planes de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en un 20% entre 2015 y 2030 y de trabajar para obtener envases 100% reciclables, compostables o biodegradables para 2025. La adopción de bioplásticos es, por lo tanto, un componente clave reconocido de su estrategia de embalaje sostenible a largo plazo.

Mientras tanto, Danone y Nestlé Waters presentaron NaturALL Bottle Alliance , una iniciativa sin precedentes en la que las compañías de agua embotellada más grandes del mundo están trabajando juntas para crear la próxima generación de botellas de bioPET. El proyecto espera lograr una producción de resina PET a escala industrial con un 75% de materias primas biológicas para 2020, llegando a un 95% para 2022. La iniciativa planea utilizar biomasa lignocelulósica de segunda generación, tales como el cartón usado y el aserrín.

Las principales marcas y fabricantes están investigando continuamente nuevos caminos para lograr un embalaje sostenible y la promoción de una economía circular de plásticos, ya que los plásticos no son perfectos, pero son una parte importante y necesaria de nuestro futuro.

Simona Maccarrone
Matmatch
07 Marzo 2018

La Competencia de Polímeros en América Latina: Bendición o Maldición?

Se espera que el próximo aumento de la producción de polímeros en América del Norte genere una mayor competencia por la cuota de mercado en América Latina, donde las condiciones actuales del mercado son mixtas.

La nueva producción estadounidense puede tener un profundo impacto en la región y/o tener ninguno en algunos países. ¿Es probable que los ganadores y los perdedores salgan de esta nueva realidad?

En América Latina, tres escenarios distintos definen los patrones actuales del comercio:

1. Países que no tienen industria para proteger, y aranceles de importación bajos o nulos.
2. Países que tienen industria local pero mantienen aranceles moderados.
3. Países que tienen industria polimérica local y altos aranceles de importación.

En la primera categoría se encuentran países como Chile, Ecuador, Perú y la mayoría de países centroamericanos y caribeños.

Los aranceles de importación suelen ser bajos o nulos y, en general, compran resinas de acuerdo al precio. Tienden a obtener precios bajos, y la logística es un factor importante en las compras.

La segunda categoría incluye países como México y Colombia. Chile podría incluirse aquí también, pero sólo en polipropileno (PP). La producción de polietileno (PE) de Chile cesó en mayo de 2014.

Estos países tienen una industria local que defender, pero mantienen bajas las barreras de importación para asegurar que la actividad doméstica sea lo suficientemente competitiva como para coexistir con las importaciones. Los precios de los polímeros en estos países suelen ser competitivos en el mercado internacional.

En la tercera categoría se encuentran países como Argentina, Brasil y Venezuela. Tienen una industria de polímeros bien establecida y altos aranceles de importación para protegerlo.

Tradicionalmente, estos países tienen algunos de los precios más altos del planeta. Los derechos de aduana los aíslan de la competencia extranjera y sus productos terminados generalmente no son competitivos en los mercados internacionales.

El próximo aumento de la producción petroquímica en América del Norte, impulsado por el gas de esquisto barato, llegará a los mercados latinoamericanos a fines de 2017, pero puede alcanzar su fuerza total en 2018.

El impacto en las dos primeras categorías de países es más fácil de predecir. El aumento drástico de la oferta en los países que abogan por el libre comercio resultará en precios internos más bajos.

Ya vemos este escenario en funcionamiento en México, donde la producción nacional ha aumentado después de la entrada de Braskem Idesa. La nueva producción de México ha tomado participación de mercado de la estatal Pemex y de las importaciones estadounidenses. La participación de Pemex en el mercado de polímeros disminuyó debido a la disminución de la disponibilidad de etano para alimentar sus craqueadores.

Braskem Idesa y los vendedores de las importaciones de EUA se apresuraron a llenar el vacío. La lucha por la cuota de mercado se convirtió en una guerra de precios y México tiene hoy algunos de los precios de PE más competitivos del mundo.

En los primeros cuatro meses de 2017, las exportaciones de EUA a México para todos los grados de PE disminuyeron un 16,4% en comparación con el mismo período de 2016, según estadísticas del Consejo Estadounidense de Química (American Chemistry Council, ACC).

Las exportaciones mexicanas de resinas de PE han aumentado alrededor del 30%, dijo una fuente local citando estadísticas de marzo. En marzo, México exportó 46.000 toneladas de PE. De esa cantidad, unas 33.000 toneladas eran de PEAD y el resto de PEBD. Todas estas exportaciones fueron de Braskem Idesa.

Las fuentes de Pemex dijeron que a pesar de sus pérdidas de cuota de mercado, la mayor competencia es buena para México, buena para los compradores y buena para todos. Esta ha promovido negocios y vigorizado toda la cadena de suministro.

El aumento de la oferta de resinas plásticas en Colombia, Perú, Ecuador, Chile, Centroamérica y el Caribe podría tener un impacto similar.

Sin embargo, ¿podemos esperar lo mismo en Argentina, Brasil y Venezuela?

Venezuela está cada vez más aislada en términos de intercambio. Por esta razón, lo mantendremos fuera de esta discusión.

Tomemos los otros dos como un ejemplo. En Brasil, los aranceles de importación (14 %) y una serie de pequeños gastos se suman para llegar a más del 20%, lo que protege a Braskem, el productor local. Además, Brasil tiene un complejo sistema tributario.

El único país del Mercosur que puede competir libre de aranceles en Brasil es Argentina, pero sus volúmenes de polímeros exportables no son significativos. Braskem exporta resinas de PE y PP a Argentina para compensar sus importaciones.

Dow Chemical tiene el monopolio de la producción de PE en Argentina. Con una protección aduanera similar, el productor puede mantener los precios a la paridad de importación y, a veces, un poco más altos.

Cualquier persona que importe material de PE debe agregar alrededor del 23% al valor CFR (costo y flete) de Argentina y comparar este valor con el precio interno para determinar si el acuerdo es viable. Sólo unos pocos pueden importar libre de aranceles, si el producto terminado está vinculado a las exportaciones.

Los precios de PE y PP en ambos países son algunos de los más altos del mundo. Los procesadores generalmente se quejan de que no pueden competir con los productos acabados de los países vecinos.

¿La nueva producción en América del Norte afectará las condiciones del mercado en estos dos países? No vemos muchas posibilidades de que esto suceda.

Un gran distribuidor en Argentina dijo que el material del Golfo de EUA no tendrá un impacto directo en el mercado argentino de polímeros con las regulaciones existentes, pero podría desplazar el producto de Braskem de otros mercados en Latinoamérica.Esto, a su vez, podría impulsar a Braskem a buscar una mayor cuota de mercado en Argentina.

La mayoría de los grandes distribuidores en Argentina ya están comprometidos a tomar material de Dow y/o Braskem y no podrían tomar material estadounidense de un tercero sin consecuencias negativas para el distribuidor, añadió.
La demanda que quede en el país no sería suficiente para otro canal de distribución. Otra posibilidad sería el aumento de las importaciones de Dow en Argentina, en particular el PEBD que es escaso.

Un corolario de todo esto sería que el uso de reglamentos para la protección de las industrias nacionales es fácilmente defendible, pero llevado al extremo, los aranceles sobreprotectores llevan al abuso y la pérdida de competitividad para toda la cadena de producción de productos terminados.

George Martin
ICIS - Houston
Mayo 2017

Polimeros Usados en Ingenieria Civil

La construcción es uno de los mayores mercados para los polímeros. Una gran variedad de plásticos y cauchos encuentran una multitud de usos. Entre las más importantes se encuentran las tuberías, geosintéticos, revestimientos y adhesivos.

Introducción
Los polímeros generalmente no compiten con los principales materiales metálicos y cerámicos resistentes establecidos, pero, sin embargo, en las últimas décadas se han vuelto indispensables en la ingeniería de la construcción. Ofrecen una gran gama de propiedades materiales valiosas, son generalmente más blandos en comportamiento y pueden tolerar tensiones grandes. Su distintiva tecnología de fabricación, utilizando procesos de moldeo y extrusión, abre nuevas posibilidades en el diseño de productos y componentes, a veces sorprendentemente (Figura 1). Los materiales a base de polímeros tienen atributos de durabilidad y desempeño que contrastan fuertemente con los de los metales y la cerámica. Por lo general son resistentes a daños por el agua, pero son propensos a la oxidación por aire y tienen un desempeño pobre ante el fuego. Aquí examinamos brevemente sus usos en ingeniería civil.

Figura 1. Techo de tela tensionada

Plásticos estructurales y compuestos
Aparte de las tuberías, raramente se encuentran grandes componentes portadores de carga de polímeros sólidos no reforzados debido a la baja rigidez de estos materiales. Los termoplásticos amorfos (PMMA, PC y PVC rígido) se utilizan para formar paneles de tejado y pared y como acristalamiento. Las tensiones son bajas y se puede conseguir cierta rigidez por medio de bandas y nervaduras, o perfiles abovedados. Los termoplásticos son ampliamente utilizados para fabricar tanques de almacenamiento duradero hasta dimensiones de 5m, particularmente para agua potable y agua de lluvia. Estos son más comúnmente moldeado a partir de polietileno de alta densidad (PEAD), polipropileno (PP), cloruro de polivinilo (PVC) o fluoruro de polivinilideno (PVDF). Los tanques más grandes y los recipientes de formas complejas se hacen frecuentemente de plásticos reforzados con fibra de vidrio (principalmente materiales de poliéster no saturados). Tales construcciones complejas también pueden estar hechas de termoplásticos por moldeo, o por extrusión y soldadura (Figura 2). Los polímeros también se utilizan para paneles de construcción, a menudo de la construcción de sándwich de múltiples capas para proporcionar rigidez y aislamiento térmico.

Figura 2 Cámara de inspección fabricada de polipropileno por extrusión y soldadura (cortesía de Pipex Ltd) 

Cuerdas y barras
Los polímeros alcanzan la máxima rigidez cuando son estirados para extender y orientar las cadenas macromoleculares primarias. También puede conseguirse un cierto endurecimiento por estiramiento en dos direcciones en ángulos rectos (orientación biaxial). Muchos termoplásticos semicristalinos son buenos formadores de fibras, especialmente las poliamidas (PA), algunos poliésteres, poliacrilonitrilo (PAN) y polipropileno (PP). El módulo de tracción se puede incrementar en un factor de 10 o más por estiramiento de las fibras. Dichas fibras poliméricas pueden ser entonces agrupadas en hilos para formar cuerdas fuertes.

Las fibras poliméricas más duras y rígidas son las poliaramidas. Éstos se utilizan ahora como cable de suspensión para puentes y como aparejo de techo, y como tendones de pretensado para hormigón. Estas cuerdas de poliaramida tienen módulos de tracción de hasta 120 GPa y resistencias de aproximadamente 2 GPa. La durabilidad de estos materiales en ambientes húmedos trae conspicuos beneficios sobre el acero. Las fibras de poliaramida pueden proporcionar refuerzo de alto desempeño tanto en compuestos de polímero reforzados con fibra como también en cementos reforzados con fibra. Hay alguna fluencia y relajación al esfuerzo. La viscoelasticidad de las fibras de aramida ha sido caracterizada recientemente (Burgoyne y Alwis, 2008).

Tuberías
Las tuberías de polímero de gran diámetro se usan ampliamente para la distribución de agua y gas, drenaje y alcantarillado, y para el manejo de efluentes industriales y lodos (Moser, 2008, Sixsmith y Hanselka, 1997, Smith y Trew et al. Los polímeros también se utilizan como forros para la reparación de alcantarillado y renovación de tuberías. Las tuberías de menor diámetro se utilizan en sistemas de agua de lluvia y desagüe, y para los servicios de agua. Los sistemas de gran diámetro para sistemas de agua y desagüe son predominantemente de polietileno PEAD y de PVC, con algún uso de tubos de poliéster y fibra de vidrio. Los sistemas de agua de menor diámetro emplean una mayor variedad de materiales, incluyendo PE, PP, PE clorado, PVC (PVC rígido y PVC-C clorado), ABS y PVDF. La rigidez y la temperatura de trabajo de la tubería de PEAD pueden aumentarse por reticulación química o por haz de electrones durante o después de la extrusión. (El PE reticulado se denomina comúnmente PEX).

Los métodos de fabricación de termoplásticos también permiten producir tuberías de doble pared o multicapa. La selección de materiales se basa principalmente en resistencia a largo plazo y resistencia a la fluencia, temperatura de servicio y durabilidad. Por lo tanto el PVC-C se puede utilizar para servicios de agua caliente hasta 90 °C, y el ABS se puede utilizar a temperaturas tan bajas como -40 °C. En todos los casos, se plantean consideraciones especiales cuando se especifican sistemas de tuberías para su uso en tierras contaminadas, ya que pueden ocurrir ataques externos y penetración por productos químicos.

Los polímeros también se pueden combinar en construcción compuesta con otros materiales establecidos de tubería . Por ejemplo, se utilizan tuberías de acero/plástico para proporcionar sistemas térmicamente aislados para agua refrigerada o caliente (BS 7572: 1992, BS EN 253: 2009). Una construcción típica es una tubería de servicio de acero con capa intermedia de poliuretano espumado PUR y una carcasa de polietileno PEAD. Para tuberías de agua potable en tierra contaminada, se ha desarrollado una tubería multicapa en la que se incorpora una capa barrera de aluminio en PEAD. El refuerzo de aluminio también proporciona clasificaciones de presión mejoradas (Bowman, 1993).

Debido a la relajación viscoelástica al esfuerzo, las tuberías de polímero son tolerantes a deflexiones y deformaciones causadas, por ejemplo, por movimientos de tierra. Sin embargo, están sujetos a fatiga estática. Para tuberías con presión interna sostenida, el esfuerzo a largo plazo es una consideración importante del diseño.

En los últimos 30 años, se han logrado aumentos sustanciales en la resistencia a largo plazo. Por ejemplo en polietileno, las resistencias a largo plazo han aumentado de 6 a 10 MPa, siendo las mas altas resistencias proporcionadas por los grados bimodales de polietileno PEAD. Estas son las resistencias mínimas requeridas, medidas a partir de los datos de fallo obtenidos a 20 °C bajo estrés hidrostático y extrapolados a 50 y (BS EN ISO 9080: 2003). Los materiales de PE son susceptibles al crecimiento lento de grietas, lo que es evaluado por la prueba de tracción con muesca de PENT (BS ISO 16241: 2005), desarrollado originalmente para los tubos de gas de gran diámetro. La vida útil de la falla PENT se ha incrementado en un factor de 10 o más a medida que los materiales de polietileno han evolucionado.

Las fallas en servicio de las tuberías plásticas directamente atribuibles a los materiales incluyen rotura por esfuerzo ambiental (Environmental Stress Cracking, ESC), que puede rastrearse hasta la exposición a sustancias químicamente activas en el medio ambiente o en el fluido circulante, a menudo a bajas concentraciones (Wright, 2001). Los termoplásticos semicristalinos (tales como las poliolefinas) son menos susceptibles a ESC que los polímeros amorfos (tales como PMMA o PC).

Membranas y Geosintéticos
Los polımeros se forman fácilmente en membranas continuas, láminas, mallas y textiles, cuyo uso en la ingeniería civil ha sido un área reciente de innovación importante (Koerner, 2000; Sarsby, 2000, 2006). En términos generales, podemos distinguir entre membranas impermeables simples formadas por extrusión de termoplásticos y elastómeros y utilizadas principalmente para contener agua como forros, como materiales para techos, y como barreras para el movimiento del agua capilar en la construcción de pisos y paredes; y textiles y mallas termoplásticas utilizadas principalmente como refuerzo del suelo (geotextiles). También se está expandiendo el uso de polímeros en los techos soportados por aire y tracción. Estos materiales se basan generalmente en termoplásticos reforzados con mallas textiles de fibra de vidrio.

Una lámina plástica simple está hecha de polietileno de alta densidad (HDPE), polipropileno (PP), cloruro de polivinilo (PVC), o elastómeros tales como PE clorosulfonado, caucho butilo o caucho EPDM . Estas láminas pueden ser no reforzadas, o reforzadas con una tela o malla. Las aplicaciones geotécnicas son como reservorios, tanques, túneles y forros de rellenos sanitarios, para contención de agua y desechos químicos (Sarsby, 2000, 2006). Aspectos importantes de la especificación se refieren a la resistencia a la perforación, resistencia al desgarre y durabilidad. Debajo del suelo, el PE y el PP tienen una excelente resistencia a la descomposición biológica, aunque el daño puede ser causado por animales e insectos (como en cualquier membrana polimérica).

Para la contención química, se seleccionan polímeros tales como cauchos de epiclorhidrina (ECO). Éstos tienen buenas propiedades de barrera contra el transporte difusivo de productos químicos no acuosos (tales como aceites y gases). Normalmente es necesario que las láminas continuas (que pueden ser tan anchas como 10 m) se unan en el sitio mediante soldadura u ocasionalmente, por unión adhesiva.

La película tubular de polietileno (PE) de ajuste suelto tiene un uso bien establecido y eficaz para proteger la tubería de hierro dúctil enterrada, de la corrosión (BS 6076: 1966).

Los geosintéticos (geotextiles, geomallas y geomembranas) son ahora ampliamente utilizados para la estabilización de suelos, la separación y para drenaje y filtración (Carter y Dixon, 1995). Éstos se hacen comúnmente del polietileno, del poliester y del polipropileno, en formas numerosas y con resistencia y ​​permeabilidad controladas. Por ejemplo, las geomallas PP y PETP se utilizan como refuerzo de base en la construcción de carreteras. Los geosintéticos encuentran usos similares en la construcción de vías férreas para estabilizar y separar el cascajo.

Las estructuras tejidas proporcionan un buen medio para encerrar o cubrir grandes áreas techadas (Huntington, 2004). Las primeras estructuras tensionadas para techos fueron construidas en los años setenta. El material original, un tejido de fibra de vidrio recubierto de politetrafluoretileno PTFE, ha demostrado su durabilidad en esa aplicación durante más de 30 años. El material puede considerarse igualmente como una membrana de PTFE reforzado con fibra de vidrio .

Otros materiales menos duraderos para membrana de techos son tela de poliéster y varias telas de silicona y poliolefinas recubiertas con PVC . Las telas de PTFE para estructuras tensadas tienen un tejido plano de hilado de fibra de vidrio (el hilo tiene aproximadamente 200 filamentos, cada uno de 3,8 mm de diámetro) recubierto con PTFE para producir un tejido impermeable de 0,8 a 1,0 mm de espesor. Las propiedades mecánicas de los materiales de fibra de vidrio PTFE están controlados en gran parte por la tela de vidrio, y son fuertemente direccionales ya que la tela está compuesto de conjuntos de fibras en ángulo recto. Se requiere una prueba biaxial completa para determinar el comportamiento complejo no lineal de esfuerzo-deformación (Bridgens et al., 2004).

Recubrimientos o pinturas
Los recubrimientos superficiales (pinturas) son ampliamente utilizados en la industria de la construcción para proteger las superficies de madera y para prevenir o reducir la corrosión de los metales. Los revestimientos pueden aplicarse en el sitio o durante la manufactura o fabricación. En casi todas estas aplicaciones, los polímeros proporcionan la película de recubrimiento y unen a los pigmentos funcionales o decorativos que pueden estar presentes. Si la película es no pigmentada y más o menos transparente, el recubrimiento se describe a menudo como un barniz.

Una gran variedad de polímeros se utilizan ahora en la formulación de pinturas y recubrimientos (Lambourne y Strivens, 1999, Bentley y Turner, 1997, Stoye y Freitag, 1998). Podemos basar una amplia clasificación de tipos de recubrimientos sobre el mecanismo de formación o secado de la película. En algunos recubrimientos (tales como caucho clorado (CR), PVC y pinturas bituminosas), el polímero se disuelve en un solvente volátil y el recubrimiento aplicado se seca simplemente por evaporación del solvente.

En los últimos años se han producido fuertes presiones ambientales y de seguridad para reducir las cantidades de solventes orgánicos volátiles liberados en operaciones de pintura. Sin embargo, los polímeros utilizados en los recubrimientos son insolubles en agua (como deben ser por razones de desempeño), de modo que el agua no se puede usar directamente como solvente. Sin embargo, se puede utilizar agua en un medio dispersante para partículas finas de polímeros para hacer pinturas en emulsión o látex. Las pinturas en emulsión se secan por evaporación de agua seguido por la coalescencia de las partículas de polímero para formar una película continua. Este proceso es irreversible y el aglutinante polimérico no se redispersa en contacto con el agua.

Otras pinturas se secan por reacción química, ya sea con oxígeno del aire o entre componentes de la pintura. Por lo tanto, las pinturas oleosas o oleorresinosas tradicionales pierden solvente por evaporación pero absorben entonces oxígeno que forma reticulaciones entre cadenas poliméricas para crear una red tridimensional dentro del recubrimiento. Otras pinturas de secado al aire contienen aglutinantes de resinas alquídicas, alquídica-uretano o ésteres epoxicos. Un importante grupo en el que la formación de la película es por reacción entre dos componentes premezclados son las pinturas basadas en dos paquetes de aglutinantes epoxicos. Estos secan y curan por el mismo mecanismo de los adhesivos epóxicos. Las pinturas de poliuretano de dos componentes también secan y curan químicamente.

Algunos recubrimientos, aplicados principalmente durante la fabricación, se forman a partir de un polvo seco que se deposita (generalmente electrostáticamente) y posteriormente fundido para formar y curar una película continua. Los recubrimientos en polvo pueden estar basados ​​en termoendurecibles (tales como poliésteres o epóxicos) o termoplásticos (por ejemplo acrílicos). Los procesos en polvo no usan solvente y producen revestimientos duros y gruesos de cuerpo fuerte (Grainger y Blunt, 1998).

Para las estructuras de acero, BS 5493: 1977 y su sucesor EN BS EN ISO 12944-5: 2007 proporcionan orientación técnica. Los sistemas de pintura protectora consisten invariablemente en dos o más capas, incluyendo una imprimante aplicado directamente a la superficie de metal preparada, que normalmente contiene polvo de zinc como un pigmento metálico, Figura 3.

Figura 3 Una sección a través de un revestimiento rico en zinc para protección contra la corrosión, que muestra una alta concentración de partículas de metal de zinc en el aglutinante (reimpreso de M. Morcillo, Journal of Materials Science # 1990 Springer)

Un sistema tipo de pintura protectora para acero al carbono de baja aleación podría consistir de un imprimante epóxico de dos partes rico en zinc, seguido de dos capas de pintura de caucho clorado para formar una película seca acabada de 160 micrones de espesor. los El sistema general de pintura proporciona protección electroquímica (catódica) a través de las partículas metálicas de zinc y una barrera contra el ingreso de agua y oxígeno. También se usan recubrimientos de PVC y epoxicos para proteger el refuerzo de acero contra la corrosión cuando el hormigón se utiliza en entornos difíciles (Andrade et al., 1992; ISO 14656, 1999).

Adhesivos y sellantes
Los polímeros son la base de todos los adhesivos de ingeniería (Adams et al., 1997, Institution of Structural Engineers, 1999, Mays y Hutchinson, 1992, Packham, 2005). Los adhesivos de alto desempeño están formulados para fijar y desarrollar resistencia por reacciones químicas y por eso son materiales termoestables. Hay por lo tanto semejanzas entre los adhesivos y el componente matriz de los plásticos reforzados compuestos (y también entre adhesivos y pinturas). Por lo tanto, la madera laminada estructural (o incluso el contrachapado) puede considerarse como un compuesto de madera pegada con adhesivo.

Los epóxicos son especialmente versátiles y pueden formularse para su aplicación en muchos sustratos. Otros adhesivos estructurales están basados ​​en polímeros de poliéster, poliuretano, acrílico y cianoacrilato. Para la madera laminada y otros productos de madera, tales como tableros de partículas fabricados en condiciones de fábrica, son ampliamente usados los adhesivos largamente establecidos basados ​​en sistemas de resinas de urea formaldehído (UF) (aminoplástico), fenol-formaldehído (PF), o fenol-resorcinol-formaldehído. Estas resinas proporcionan una excelente adherencia a la madera y un desempeño comprobado (Dunky, 1998). UF tiene poca resistencia al agua y los adhesivos fenólicos PF y fenol resorcinol-formaldehído se usan para exteriores o de otro modo condiciones severas.

También hay adhesivos termoplásticos que se fijan simplemente por evaporación del solvente. Éstos son la base de los bien conocidos adhesivos comerciales que se formulan de poliestireno o elastómeros. Éstos no desarrollan la alta resistencia sino son materiales convenientes de un solo paquete, que son fáciles de aplicar y pueden proporcionar pegado rapido como adhesivos de impacto. Muy estrechamente relacionados a los simples adhesivos en solvente están los adhesivos de látex en los que el aglutinante polimérico está presente como una emulsión de polímero en agua.

Los más importantes son los adhesivos de madera de látex de uso general que contienen poli (acetato de vinilo) PVAC o sus copolímeros como componente principal. Ellos carecen de resistencia en húmedo y no son suficientemente fuertes bajo carga sostenida para ser considerados como adhesivos estructurales.

Mencionamos brevemente que otro subconjunto de polímeros encuentra aplicaciones como sellantes de relleno de juntas, necesarios en una construcción mas moderna que necesita protección de agua de lluvia en grandes cantidades. Estos materiales se formulan para resistir la contracción, para ser duraderos y para proporcionar una buena adherencia a una variedad de superficies relativamente no preparadas. Los sellantes de construcción (tipo F) se clasifican (BS EN 11600: 2003) de acuerdo con su capacidad para acomodar el movimiento (los selladores de acristalamiento forman un grupo separado, tipo G). Estos sellantes están basados ​​en una variedad de polímeros, más comúnmente elastómeros tales como policloropreno (CR) y caucho nitrilo (NBR), siliconas (SI) (elastómeros de grupo 'Q'), polisulfuros, poliuretanos y acrílicos. Algunos de estos sellantes se curan por reacción con la humedad o la luz ultravioleta.

Rodamientos de expansión y soportes antivibración
Un menor pero técnicamente exigente uso de los polímeros está en los cojinetes de expansión para la construcción del puente y ductos. Estos pueden ser fabricados con un caucho sintético duradero como el policloropreno CR (neopreno) o con un termoplástico de baja fricción, usualmente politetrafluoroetileno (PTFE). En el cojinete deslizante, la almohadilla de PTFE, típicamente de 5 mm de espesor, está unida a una placa de sustrato de acero. Durante el uso, esta se desliza sobre una contra superficie de contorno pulida de acero inoxidable, sobre la cual tiene baja fricción (coeficiente de fricción de aproximadamente 0,05). Para cargas elevadas, puede sustituirse un material más rígido de PTFE cargado con fibra de vidrio .

Una aplicación especializada relacionada de elastómeros está en los soportes antivibración para el control de vibraciones y choques en estructuras, por ejemplo generadas por bombas, ventiladores y otras maquinarias. El caucho natural se elige comúnmente para esta función.

Lechadas químicas para suelos
Los polímeros basados principalmente en monómeros de acrilamida solubles en agua han desempeñado un rol menor pero establecido desde hace tiempo en la estabilización de los suelos o en la reducción de la permeabilidad al agua (Karol, 2009). En gran medida, esta tecnología ha sido reemplazada por el uso de geosintéticos. También se han utilizado lechadas químicas para controlar la infiltración de agua en desagües y pozos de inspección. La acrilamida se disuelve en agua y se mezcla con un agente reticulante y un retardante químico. El fluido mixto de baja viscosidad se inyecta en el suelo inestable, y después de alcanzar su objetivo, forma un gel de unión débil a medida que progresa la reacción retardante de reticulación. Han habido preocupaciones de salud sobre el manejo de acrilamida u otros monómeros, y la posible presencia de acrilamida sin reaccionar en la lechada.

Referencias

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• BS 6076: 1966. Polymeric Film for Use as a Protective Sleeving for Buried Iron Pipes and Fittings (for Site and Factory Application).
• BS 7572: 1992. Code of Practice for Thermally Insulated Underground Piping Systems.
• BS EN 253: 2009. District Heating Pipes. Preinsulated Bonded Pipe Systems for Directly Buried Hot Water Networks.
• BS EN 11600: 2003. Building Construction. Jointing Products. Classification and Requirements for Sealants.
• BS EN 13476-1: 2007. Plastics Piping Systems for Non-pressure Underground Drainage and Sewerage.
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• BS EN ISO 12944-5: 2007. Paints and Varnishes. Corrosion Protection of Steel Structures by Protective Paint Systems. Protective Paint Systems.
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Lectura Adicional

• Beasley J. L. Selecting Buildings Sealants with ISO 11600, Digest 463, 2002, Watford: BRE.
• BSEN12201-2: 2003. Plastics Piping Systems for Water Supply –Polyethylene (PE) – Part 2: Pipes.
• Clarke J. L. (Ed.) Alternative Materials for the Reinforcement and Prestressing of Concrete, 1993, London: Chapman & Hall.
• Fowler D. W. Polymers in Concrete. Cement and Concrete Composites, 1999, 21, 449–452.
• Heating and Ventilating Contractors Association. Guide to the Use of Plastic Pipework, Technical report TR/11, 2006.
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• Miller M. Polymers in Cementitious Materials, 2005, Cambridge: Woodhead.
• NBS. Performing Seals. Classification of Construction Sealants, 2007, Newcastle-upon-Tyne: NBS.

Chapter 49 - Polymer uses in civil engineering
Christopher Hall School of Engineering, The University of Edinburgh, UK
ICE Manual of Construction Materials # 2009 Institution of Civil Engineers

Formaldehido a Partir de Dióxido de Carbono (CO2)

Negocio conjunto de investigación con BASF

Se requiere investigación fundamental, que es apoyada, coordinada y evaluada por BASF SE (© 123RF.com) 

Un proyecto conjunto de BASF SE, la Universidad de Heidelberg, la Universidad de Munich y la empresa hte GmbH quiere desarrollar sistemas catalíticos que con la hidrogenación selectiva de CO2 permita el formaldehído. El Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF) está financiando este proyecto con alrededor de 1,5 millones de euros a partir de octubre. También participará el laboratorio de investigación "Catalysis Research Laboratory" (CaRLa), gestionado conjuntamente por la Universidad de Heidelberg y BASF SE.

Producto químico básico para la producción de polímeros
El formaldehído es un importante producto químico básico utilizado principalmente para la producción de polímeros, pero también como un componente básico sintético para la construcción de moléculas más complejas. En la actualidad, la industria química produce más de 13 millones de toneladas de formaldehído al año a través de la oxidación del metanol en todo el mundo. Un acceso directo por hidrogenación de CO2 tendría la ventaja de que en la síntesis, según el comunicado de prensa - dependiendo de la forma de producción de metanol - se podría ahorrar un equivalente de hidrógeno o de monóxido de carbono comparado con el proceso de producción actual, lo que contribuye a la conservación de recursos.

La mayor parte del trabajo es investigación básica realizada por los socios universitarios. También se deberían considerar aspectos importantes de la aplicación en procesos potenciales de producción. El grupo del Prof. Dr. Oliver Trapp (LMU Munich) está trabajando en nuevos sistemas catalíticos y en los estudios mecánicos de la reacción resultantes sobre la reacción del CO2. El grupo de Prof. Dr. A. Stephen K. Hashmi (Universidad de Heidelberg), que es también el nuevo director científico de la Universidad de Heidelberg en CaRLa, se encargará de la síntesis de nuevos ligandos y catalizadores complejos.

El grueso es la investigación básica
Con el fin de sintetizar específicamente nuevos sistemas catalizadores, para entender el mecanismo de reacción y optimizar la catálisis sobre la base de esto, se ha realizado un trabajo teórico en el grupo del Prof. Dr. Peter Comba (Universidad de Heidelberg). Hte GmbH apoyará el proyecto proporcionando capacidad de cribado, mientras que BASF SE como uno de los principales productores de formaldehído coordinará el proyecto y evaluará la posibilidad de implementación económica o tecnológica.

Kunststoffe International
14 Octubre 2016

Los envases 'nanotecnológicos' también pueden existir

Cuando se habla de nanotecnología siempre se asocia a desarrollos electrónicos, informáticos o a los materiales de última generación, pero nunca se piensa que la nanotecnología está presente también en el sector alimentario. Aunque parezca ciencia-ficción o incluso irreal, en los envases alimentarios podemos encontrar nanotecnología que nos ayuda a hacer que nuestros alimentos se conserven durante más tiempo.

Cuenta la historia que en 1959, en una reunión de la Sociedad Americana de Física, Richard Feynman, Premio Nobel de Física en 1965, predijo la existencia de la nanotecnología. Con una conferencia titulada “Hay un montón de espacio al fondo” (“There’s plenty of room at the bottom”) dio una primera visión de esta tecnología diciendo que podía imaginar un montón de enciclopedias escritas en la cabeza de un pin. 50 años después, lo que en su día provocó escepticismo y risas entre la comunidad científica, es toda una realidad y una tecnología con un gran potencial en múltiples aplicaciones.

La nanotecnología abarca toda una serie de técnicas y ciencias en las que se estudian, manipulan y producen los materiales, sustancias y dispositivos entre 1 y 100 nm. Actualmente podemos encontrar nanomateriales o nanosustancias en dispositivos electrónicos, fármacos, materiales para diversas aplicaciones, e incluso en alimentos.

No podemos decir que la nanotecnología sea una ciencia nueva o de reciente nacimiento ya que si echamos la vista atrás podremos encontrar sustancias o materiales a esta escala, por ejemplo la mayonesa, que está constituida por partículas de aceite a escala nanométrica formando una emulsión. Lo que ha hecho que esta ciencia haya despegado tan vertiginosamente ha sido el desarrollo de equipos de medida y manipulación de estos materiales a escala atómica. Pero no es el momento de hablar de estos equipos de medida sino de la aplicación de la nanotecnología a las tecnologías de envase de alimentos.

Los envases alimentarios de mayor uso hoy en día son los basados en materiales poliméricos que proceden del petróleo. La tendencia actual en el sector del envase plástico alimentario es a producir envases con menores contenidos de polímero (disminución del peso del envase y, por tanto, del coste final), que mantengan sus propiedades intactas (barrera a los gases y a la luz, propiedades mecánicas,…) y que no se ponga en riesgo la seguridad del alimento envasado. Una de las vías de conseguir este objetivo es mediante la incorporación de determinadas partículas a tamaño nanométrico (también llamadas nanopartículas) a los polímeros durante el proceso de fabricación de los envases. La principal ventaja de utilizar estas nanopartículas es que, añadiendo cantidades muy pequeñas de las mismas a los polímeros, se consiguen mejorar determinadas propiedades de los envases como es, por ejemplo, la barrera a los gases.

Los envases plásticos alimentarios que se utilizan habitualmente están compuestos por varias capas de diferentes materiales poliméricos ya que de esta manera se consiguen las propiedades que se buscan en función del alimento a envasar. Por ejemplo, cuando se envasa una carne o un producto sensible al oxígeno, los envases tienen una capa intermedia de un material polimérico que es barrera al oxígeno y/o CO2 impidiendo su entrada/salida y, así, aumentando su vida útil. Si se incorporan nanopartículas de arcilla a la matriz polimérica del envase, éstas se disponen en el polímero de tal manera que forman un camino tortuoso impidiendo a los gases moverse rápidamente. Así, se consigue mejorar las propiedades barrera a los gases de los materiales monocapa.

Los polímeros que incorporan nanopartículas de arcilla son los primeros polímeros nanocompuestos que emergieron como materiales mejorados para el envasado de alimentos. El uso de arcillas se debe a su bajo coste, efectividad, alta estabilidad y su escasa toxicidad.

No solo se pueden emplear arcillas a escala nanométrica para la mejora de las propiedades barrera de los envases alimentarios, hay otras partículas que también se pueden incorporar con el fin de proporcionar a los envases propiedades antioxidantes y/o antimicrobianas con el fin de aumentar la vida útil del alimento. Es el caso de las partículas de plata, óxido de zinc y óxido de titanio, que poseen capacidad antimicrobiana y/o antioxidante.

Obstáculos encontrados para hacer realidad estos envases
Pero antes de llevar a la práctica todo lo expuesto y empezar a usar envases “nanotecnológicos” para envasar nuestros alimentos es necesario que la legislación tanto a nivel europeo como español lo permita. Actualmente se está trabajando en darle un marco legal a todo este aspecto ya que existe cierto vacío y, por tanto, no se permite utilizar ninguna partícula a nivel nanométrico que no se encuentre recogida en las listas positivas del Reglamento (UE) No 10/2011 sobre materiales y objetos plásticos destinados a entrar en contacto con alimentos. En la actualidad, tan solo una partícula se encuentra en dicho reglamento, el nitruro de titanio (TiN), y puede ser usada únicamente cuando no se detecte migración de nanopartículas en el alimento. Se usa tan solo en botellas de PET y en concentraciones superiores a 20 mg/Kg.

Entonces… si sólo es posible utilizar una determinada partícula en los envases alimentarios, ¿no sirven para nada el resto de partículas estudiadas hasta ahora y que han demostrado una mejora en la eficiencia de los envases alimentarios? La respuesta es que no ha sido un trabajo en balde pero hay que darle un giro a la investigación y centrarse en estudiar los posibles daños que puedan ejercer estas partículas a las células del cuerpo humano, los efectos que pueden tener a nivel celular si estas partículas migran desde el envase al alimento y son consumidas por el ser humano. Y en ello nos encontramos ahora…

¿Qué dice la legislación alimentaria al respecto?
En los últimos años se ha trabajado en relación con este tema, aunque debemos reconocer que todavía no se cuenta con legislación de la UE específica para aplicaciones de nanotecnología en los alimentos. Es muy importante para la industria alimentaria porque la nanotecnología permite la generación de nuevas soluciones de envase, la creación de nuevos ingredientes para alimentos funcionales y la creación de recubrimientos para instalaciones a través de nanopartículas que mejoren ingredientes, permitan el ahorro en costes de materiales plásticos, etc.

Desde el año 2008 la Comisión Europea ha considerado que la legislación ya abarcaba los riesgos potenciales asociados a los nanomateriales, de tal manera que estos riesgos podían resumirse en riesgos medioambientales o riesgos sobre la salud y la seguridad alimentaria. Llegamos a esta idea al revisar, por ejemplo, la normativa general que hace referencia a los materiales en contacto con los alimentos, expresamente a los materiales y objetos inteligentes en contacto con los alimentos.

Sin embargo, y continuando con el mismo ejemplo, sabemos que existe una normativa específica, por ejemplo, sobre materiales poliméricos, pero no una legislación que especifique lo referente a los nanomateriales destinados a entrar en contacto con los alimentos. Por todo ello, un año después, el Parlamento Europeo lanzó una resolución en abril de 2009 sobre los aspectos reglamentarios de los nanomateriales donde manifestaba su desacuerdo con las conclusiones de la Comisión. Planteó la revisión de toda la legislación relativa al uso de los nanomateriales a fin de garantizar la seguridad de las aplicaciones de los nanomateriales.

A la vista de esta situación, la Comisión decidió a finales de 2009, dentro del Plan de acción para Europa, presentar una actualización de la normativa que todavía estamos esperando. Os invito a que leáis la Comunicación de la Comisión al Parlamento Europeo, al Consejo y al Comité Económico y Social Europeo “Segunda revisión de la normativa sobre nanomateriales” de octubre de 2012 (COM(2012) 572 final) y esperemos a ver que acontece en lo que resta de 2013 y en el 2014.

Ana Valera - Ainia

23 Julio 2013

Concreto auto reparable usa la luz solar para arreglar sus grietas

Los enfoques previos de sistemas de concreto auto reparables se han centrado principalmente en restablecer la fuerza del concreto dañado, dice Chan Chung-Moon , profesor de química de polímeros en la Universidad de Yonsei en Corea del Sur, que dirigió la investigación. Su grupo decidió concentrarse en la protección de la superficie, donde las pequeñas grietas pueden permitir que el agua, ion cloruro de deshielo sal o agua de mar, y el dióxido de carbono penetren en la estructura, lo que puede conducir a un deterioro perjudicial.

Control de daños: Las estructuras de concreto podrían, algún día, ser capaces de  arreglar sus propias rajaduras.

El nuevo recubrimiento contiene microcápsulas de polímero, llena de una solución que, cuando se expone a la luz, se convierte en un sólido resistente al agua. La idea es que los daños en la superficie de concreto recubierto harían que las cápsulas se rompan y liberen la solución, que luego llenaría la grieta y se solidificarian a la luz del sol.

Los investigadores han desarrollado una serie de sistemas auto reparables a base de microcápsulas, en los últimos años. Generalmente, ellos consisten en un "agente curativo", a menudo un polímero combinado con un catalizador. Los sistemas están diseñados para que el daño haga que el agente de curación, originalmente en solución, entre en contacto con el catalizador, lo que provoca que el agente de curación se solidifique. Sin embargo, "hay limitaciones en este sistema", dice Chung, tales como la disponibilidad y el costo del catalizador. Dado que la luz solar induce la reacción clave en el nuevo recubrimiento de su grupo, este tiene la ventaja de estar "sin catalizador" y potencialmente de bajo costo, dice. Chung dice que el polímero que su grupo escogió como agente curativo es atractivo porque no se congela incluso a temperaturas muy bajas, y es considerado como amistoso para el medio ambiente.

Para demostrar la eficacia del recubrimiento, los investigadores lo rociaron sobre la superficie de las muestras de hormigón, y utilizaron hojas de afeitar para aplicarlo en pequeñas grietas. La microscopía electrónica de barrido confirmó que la hoja de afeitar origino que las microcápsulas liberaran su contenido, el cual lleno la zona dañada. Después de que los investigadores expusieron las muestras a la luz solar durante varias horas, la microscopía adicional mostró la cicatrización, mientras que las zonas dañadas en muestras de control permanecieron sin cubrir. Finalmente, los investigadores confirmaron que las muestras con el nuevo revestimiento fueron mucho menos vulnerables a la penetración de agua y iones cloruro que las muestras de control.

Chung dice que la siguiente tarea de su grupo es determinar la composición óptima del recubrimiento, y demostrar que se mantiene estable durante un tiempo prolongado. El dice que, hasta ahora, el grupo ha demostrado que el recubrimiento puede permanecer estable durante un año.

Mike Orcutt – Technology Rewiew
06 Marzo 2013

¿Cómo crear materiales nanoporosos?

Incluso con un polímero encerrado en una matriz

Imagen ampliada de material nanoporoso. 

• Científicos sevillanos participan en el descubrimiento de un nuevo método 
• Sus aplicaciones abarcan desde su uso como membranas hasta sensores

Los laboratorios Cavendish de la Universidad de Cambridge y el Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (ICMS- Universidad de Sevilla y CSIC) han publicado recientemente un trabajo en colaboración por el que se constata la invención de una nueva fórmula, sencilla y versátil, para crear materiales poliméricos porosos con propiedades de cristal fotónico, capaces de reflejar con gran intensidad un color determinado.

El descubrimiento, que tiene potenciales aplicaciones industriales, supone un avance en los conocimientos que se tenían hasta el momento en este ámbito científico y ha sido publicado, este 27 de noviembre, en la revista 'Nature Materials'.

Para conseguir sintetizar un material de esta naturaleza, es necesario partir de una lámina polimérica formada por al menos dos polímeros diferentes. Según los estudios anteriores, uno de estos componentes tenía que estar interconectado y accesible desde el exterior para ser extraído y, consecuentemente, lograr el material poroso.

La importancia de este nuevo trabajo radica en que se demuestra que el método denominado "shock osmótico colectivo" (COS, en sus siglas inglesas) permite obtener un material poroso incluso a partir de estructuras con uno de sus componentes completamente encerrados en una matriz, lo que abre la posibilidad de aplicarlo a multitud de estructuras similares.

Este experimento, según explican Hernán Míguez y Mauricio Calvo, del grupo del Instituto de Materiales hispalense, funciona de un modo similar al experimento escolar en el que se coloca un globo con salmuera en un cubo con agua fría. La sal no puede salir del globo pero el agua sí puede entrar en él, lo que reduce su salinidad. Cuanta más agua entre, más crece el globo hasta llegar a un punto en que revienta, liberando completamente la sal al exterior.

Este proceso por el cual un líquido pasa a través de una membrana semipermeable se conoce como ósmosis y es la base del experimento realizado. En este caso, el polímero encerrado en la matriz es disuelto por un solvente que gradualmente lo expulsa al exterior creando la red porosa.

Dentro del abanico de su proyección industrial, el Laboratorio Cavendish investiga usos potenciales con el grupo de Materiales Ópticos Multifuncionales del Instituto hispalense, en el que han encontrado colaboración con su responsable, Hernán Míguez, y el investigador postdoctoral Mauricio Calvo. Este grupo -cuyo instituto forma parte del Centro de Investigaciones Científicas de la Cartuja- cuenta con gran bagaje en preparación y caracterización de materiales fotónicos, área en la que se estableció inicialmente la colaboración con la Universidad de Cambridge.

Las potenciales aplicaciones que se están explorando se enmarcan en el ámbito de componentes ópticos, protección frente a radiación ultravioleta, sensores, dispositivos emisores de luz y células solares.

El trabajo ha sido financiado por la Fundación Qatar (QNRF), EPSRC, CONACyT, el Ministerio de Ciencia e Innovación y la Junta de Andalucía.

R. G. | Sevilla - El Mundo.es

28/11/2011 

Cuanto L/D realmente necesita un extrusor?

Al igual que seleccionar la combinación del tamaño del extrusor y la unidad de mando, la L/D debe ser cuidadosamente evaluada.

En la década de los 60's, las extrusoras solían tener una relación longitud/diámetro de 20:1, y una máquina con un 24:1 L/D era considerada larga. Desde entonces, las extrusoras se han alargado, convirtiéndose 30:1 a 36:1 L/D en el "estándar" de la industria. Algunas extrusoras incluso superan el 40:1 L/D para fines especiales, como la ventilación doble, compostación o proceso de alta velocidad.

¿Qué ventajas tiene la longitud adicional que proporciona? Sobre todo mayor producción y mejor homogenización.

Desde que la sección de alimentación mantiene aproximadamente su misma longitud, independientemente de la L/D, el resto del tornillo se dedica a la fusión y bombeo. Cuanto más profundo son los canales de tornillo, o cuanto mayor sea la potencia específica (kg/ rpm), mas longitud se necesita para completar la fusión y desarrollar la presión necesaria para empujar el polímero fuera de la matriz. Conforme los diseñadores llegaron a estos límites, las extrusoras se construyeron mas grandes para manejar los requisitos económicos de sacar más y mejores productos.

Sin embargo, hay límites reales en el aumento de la producción conforme se aumenta la L/D. Por lo general, estos límites se deben a la incapacidad de la sección de alimentación para entregar más polímero. En los tornillos de menor diámetro, el límite es determinado a menudo por la fuerza de los tornillos. En tornillos pequeños se puede ir solo tan profundo en los canales de tornillo antes de que el tornillo se sobrecargue y falle. En extrusores más grandes, la eficiencia de la alimentación disminuye a medida que los canales se vuelven más profundos hasta que no haya mas aumento de la producción.

Los tornillos de dos etapas se benefician más con el aumento de L/D ya que aproximadamente 4-6 D se consumen en el área de ventilación, lo que contribuye muy poco a la fusión o la presurización. Para la mayoría de las aplicaciones, se necesitará un tornillo de dos etapas 30:1 para igualar la producción de un tornillo de una sola etapa 24:1.

Para la mayoría de aplicaciones, se necesitaran tornillos
de dos etapas mas largos para igualar la producción
de un tornillo de una etapa.

¿Hay alguna desventaja asociada con una extrusora mas larga? Algunos polímeros funden mucho más fácil y más rápido que otros. Además, algunos procesos suelen tener bajas presiones iniciales, mientras que otros tienen una mayor presión de descarga. La viscosidad inherente difiere mucho entre los polímeros, y algunos se adelgazan de manera significativa, mientras que otros no lo hacen (es decir, son más "newtonianos").Como resultado el desempeño del tornillo se optimiza en una variedad de L/D más que en cualquier L/D estándar.

Un tornillo que es demasiado largo para la situación total de procesamiento de hecho puede limitar la producción. La limitación general se muestra como la temperatura de fusión excesivamente alta que puede causar la descomposición del polímero, cambio de color, pérdida de la eficacia de aditivos, y manchas por migracion, por nombrar solo algunos problemas. Para un polímero que funde con facilidad, la longitud ideal de fusión debe ser más corto, ya que las excesivamente largas transiciones pueden realmente reducir la velocidad de fusión. Lo mismo ocurre con el desarrollo de presión, ya que las ampliamente usadas bombas de fusión reducen grandemente la necesidad de largas secciones de dosificacion para manejar la presión de descarga.

Como resultado, la tendencia a comprar extrusoras mas largas y con un L/D mas grande, en realidad puede penalizar el rendimiento general. Las empresas extrusoras a pedido puedne simplemente tener que vivir con esta realidad porque ellos nunca saben lo que van a correr el año que viene, y una extrusora mas larga tiene una mayor flexibilidad inherente que una más corta. Pero si usted tiene un proceso específico, no puede haber límites autoimpuestos con una extrusora que es demasiado larga.

Al igual que seleccionar la combinación del tamaño del extrusor y la unidad de mando, la L/D debería ser cuidadosamente evaluada. Todo el mundo quiere la producción mas adecuada de su extrusora, pero si el material sale muy caliente o muy degradado entonces el enfoque singular sobre la velocidad esta realmente reduciendo de la capacidad de la extrusora. Datos tales como la difusividad, los coeficiente de la ley de potencia, los puntos de fusión, la presión delantera, la viscosidad y cristalinidad debe ser parte del proceso de evaluación.

El autor, Jim Frankland es un ingeniero mecánico quien ha estado involucrado en todos los tipos de procesos de extrusión por mas de 40 años. El es ahora presidente de Frankland Plastics Consulting, LLC.

From: Plastics Technology
Issue: Diciembre 2011