Moldeo por inyección

En este proceso los grá nulos o polvos de plá stico se calientan en un cilindro (conocido como husillo) que está separado del molde. El material se calienta hasta que se hace fluido mientras se trans- porta por el husillo mediante un tornillo helicoidal y despué s se empuja al molde donde se enfría y endurece. Despué s el molde se abre mecá nicamente y se sacan los artículos formados (vé ase la Figura 77.9). Este proceso es uno de los má s importantes en la industria de plá sticos. Se ha desarrollado extensamente y ha conseguido fabricar artículos muy complejos a un coste muy bajo. Aunque el moldeo a presió n y por inyecció n son en principio idé nticos, la maquinaria empleada es muy diferente. El moldeo a presió n está restringido normalmente a materiales termoendure- cidos y el moldeo por inyecció n a termoplásticos.

Moldeo a presión

Es una modificació n del moldeo por compresió n. El material termoestable se calienta en una cavidad y despué s se introduce mediante un pistó n en un molde que está físicamente separado y calentado independientemente de la cavidad de calefacció n. Este mé todo se prefiere al moldeo por compresió n cuando el artículo final tiene que llevar insertos metá licos delicados, como un pequeñ o conmutador elé ctrico o cuando, como en los objetos muy gruesos, la reacció n química no se completa mediante el moldeo por compresió n normal.

Moldeo por compresión

Consiste en calentar el material plá stico, que puede estar en forma de grá nulos o polvo, en un molde sostenido en una prensa. Cuando el material se hace “plá stico”, la presió n lo fuerza a adoptar la forma del molde. Si el plá stico es del tipo que se endu- rece al calentar, el artículo formado se retira despué s de un corto período de calentamiento abriendo la prensa. Si el plá stico no se endurece al calentar, debe enfriarse antes de abrir la prensa. Algunos artículos fabricados mediante moldeo por compresió n son tapones de botellas, cierres de jarras, clavijas y enchufes elé c- tricos, asientos de sanitarios, bandejas y artículos de fantasía. El moldeo por compresió n se utiliza tambié n para fabricar lá minas para su moldeo subsiguiente en el proceso de conformado por vacío o para la fabricació n de tanques y grandes contenedores mediante soldadura o revestimiento de los tanques de metal existentes.

Procesado de plásticos - Procesos de conversión

Todos los procesos de conversió n se basan en el fenó meno “plástico” de los materiales polimé ricos y se clasifican en dos tipos. En primer lugar, aquellos en los que el polímero se lleva mediante calentamiento a un estado plá stico en el que se aplica una constricció n mecá nica que da lugar a una forma que retiene al consolidarse y enfriarse. En segundo lugar, aquellos en los que un material polimerizable, que puede estar parcialmente polimerizado, se polimeriza totalmente por la acció n del calor, de un catalizador o de ambos conjuntamente, bajo una constric- ció n mecá nica que permite obtener una forma que retiene cuando está completamente polimerizado y frío. La tecno- logía de los plá sticos se ha desarrollado para explotar estas propiedades y producir artículos muy consistentes con un esfuerzo humano mínimo. Los procesos siguientes se utilizan habitualmente.

Procesado de plásticos - Formulación (II)

Los aditivos requeridos por la industria son muchos y de tipos químicos muy variados. De unas 20 clases, los má s importantes son:
• plastificantes, generalmente é steres de baja volatilidad
• antioxidantes, productos químicos orgá nicos para proteger frente a la descomposició n té rmica durante el tratamiento
• estabilizantes, productos químicos inorgá nicos u orgá nicos para proteger frente a la descomposició n té rmica y frente a la degradació n por energía radiante
• lubricantes
• materiales de carga, sustancias baratas que dan propiedades especiales o abaratan las composiciones
• colorantes, sustancias orgá nicas o inorgá nicas para teñ ir los compuestos
• agentes de espumació n, gases o productos químicos que emiten gases para producir espumas plá sticas

Procesado de plásticos - Formulación (I)

La fabricació n de compuestos a partir de polímeros implica la mezcla del polímero con aditivos. A pesar de la gran variedad de maquinaria utilizada con este fin, cuando se manejan polvos, los molinos de bolas o los agitadores de paletas de alta velocidad son los má s habituales, y al mezclar masas de plá stico normalmente se utilizan má quinas mezcladoras tales como los de cilindros o mezcladores de tipo Banbury, o extrusores.

Procesado de plásticos - Materias primas

La unidad de proceso de la industria del plá stico recibe sus materias primas para la producción en las formas siguientes:

• material polimé rico completamente formulado, en forma de pellets, grá nulos o polvo, que se introduce directamente en las má quinas para su procesamiento

• polímeros no formulados, en forma de gránulos o polvo, que deben ser mezclados con aditivos antes de introducirlos en la maquinaria

• materiales en forma de hojas, rodillos, tubos y lá minas polimé - ricos, que son sometidos a posteriores procesos en la industria

• otros materiales, que pueden ser totalmente polimerizados en forma de suspensiones o emulsiones (conocidos generalmente como dispersiones poliméricas) o líquidos o sólidos que pueden polimerizarse, o sustancias en un estado intermedio entre las materias primas reactivas y el polímero final. Algunos de estos son líquidos y algunos soluciones verdaderas de materiales parcialmente polimerizados en agua de acidez controlada (pH) o en disolventes inorgá nicos.

Fabricación de polímeros - Procesado de plásticos

La industria de proceso de plá sticos convierte material polimé rico a granel en artículos terminados.

Fabricación de polímeros (III)

Son muchos, y muy diferentes entre sí, los procesos que contribuyen a la producción final de un artículo terminado hecho total o parcialmente de plá stico. Unos procesos son puramente químicos, algunos implican procedimientos de mezclado puramente mecá nicos mientras que otros, en particular aquellos hacia el extremo inferior del diagrama, implican el uso de maquinaria especializada. Algunas de estas má quinas son semejantes a las utilizadas en las industrias de caucho, vidrio, papel y textiles; las restantes son específicas de la industria de los plá sticos.

Fabricación de polímeros (II)

La considerable expansió n de la industria de los plásticos después de la Segunda Guerra Mundial estuvo facilitada por el aumento en la oferta de materias primas básicas disponibles; esta disponibilidad y el precio de las materias primas son decisivos para cualquier industria en rá pido crecimiento. Las materias primas tradicionales no podrían haber proporcionado productos químicos intermedios en cantidades suficientes a un coste aceptable para facilitar la producción comercial económica de toneladas de materiales plá sticos; fue el desarrollo de la industria petroquímica lo que hizo posible este desarrollo. El petróleo, como materia prima, es abundante, fá cil de transportar y manipular y hasta la crisis del decenio de 1970 era relativa- mente barato. Por consiguiente, en todo el mundo la industria de los plá sticos está vinculada en primer lugar a la utilizació n de productos intermedios obtenidos del craqueo del petróleo y a partir del gas natural. Las materias primas no convencionales como biomasa y carbó n aú n no han tenido un impacto impor- tante en el suministro a la industria de los plá sticos.
El diagrama de flujo de la Figura 77.8 ilustra la versatilidad del petró leo crudo y del gas natural como puntos de partida Adaptado de la tercera edició n, Enciclopedia de salud y seguridad en el trabajo. para los importantes materiales termoestables y termoplá sticos.
Después de los primeros procesos de destilación del petró leo crudo, la materia prima nafta se craquea o reforma para obtener productos intermedios ú tiles. El etileno producido por el proceso de craqueo tiene aplicación inmediata en la fabricació n de polie- tileno o en otro proceso del que se obtiene un monó mero, el cloruro de vinilo, la base del PVC. El propileno, también obtenido durante el proceso de craqueo, se utiliza vía cumeno o vía isopropilalcohol para la fabricació n de acetona, necesaria para el polimetilmetacrilato; también se utiliza en la fabricació n de ó xido de propileno para resinas de poliéster o polié ter y de nuevo puede polimerizarse directamente a polipropileno. Los butenos se utilizan en la fabricació n de plastificantes y el 1,3-bu- tadieno se utiliza directamente para la fabricació n de caucho sinté tico. Los hidrocarburos aromá ticos como benceno, tolueno y xileno se producen ahora principalmente a partir de derivados de la destilació n del petró leo, en lugar de obtenerse a partir de procesos de coquificado de carbó n; como se observa en el diagrama de flujo, estos son productos intermedios en la fabricación de los materiales plá sticos má s importantes y de los productos auxiliares como los plastificantes. Los hidrocarburos aromá ticos son tambié n un punto de partida para muchos polí- meros requeridos por la industria de las fibras sinté ticas, algunas de las cuales se comentan en otros lugares de esta Enciclopedia.

Fabricación de polímeros (I)

Los materiales plá sticos se clasifican en dos grandes categorías: materiales termoplá sticos, que se pueden ablandar repetidamente mediante la aplicació n de calor y materiales termoestables, que experimentan un cambio químico cuando se calientan y moldean
y no se pueden transformar posteriormente mediante la aplica- ció n de calor. Es posible fabricar varios cientos de polímeros indi- viduales con propiedades muy variables, pero menos de 20 tipos constituyen el 90 % de toda la producció n mundial. El mayor grupo es el de los termoplá sticos, aumentando su producció n a una velocidad mayor que la de los termoestables. En té rminos de cantidad de producció n los termoplá sticos má s importantes son polietileno y polipropileno de alta y baja densidad (las poliole- finas), el cloruro de polivinilo (PVC) y el poliestireno.
Algunas resinas importantes del grupo termoestable son fenol-formaldehído y urea-formaldehído, ambas en forma de resinas y polvo para moldeo. Tambié n son destacables las resinas epoxi, los polié steres insaturados y los poliuretanos. Un volumen menor de “plá sticos té cnicos”, por ejemplo poliacetatos, polia- midas y policarbonatos, tienen un gran valor en aplicaciones específicas.

INDUSTRIA DEL PLASTICO

La industria del plá stico se divide en dos sectores principales, cuya relació n se representa en la Figura 77.7. El primer sector incluye los proveedores de materias primas que fabrican polí- meros y compuestos de moldeo a partir de productos intermedios que ellos mismos pueden haber producido. En té rminos de capital invertido este es normalmente el mayor de los dos sectores. El segundo sector consta de manipuladores que convierten las materias primas en artículos vendibles utilizando diversos procesos como moldeo por extrusió n e inyecció n. Otros sectores incluyen los fabricantes de maquinaria que proporcionan equipos a los manipuladores y proveedores de aditivos especiales para el uso en la industria.

Procesado Químico Riesgos y su prevención (IV)

Los riesgos de ruido se pueden asociar al uso de molinos de bolas y martillos, dispersadores de alta velocidad, tamices vibra- dores utilizados para el filtrado, etc. Las medidas de precaució n son aislantes de vibració n y otros controles té cnicos, la sustitució n del equipo ruidoso, un buen mantenimiento del equipo, el aislamiento de la fuente de ruido y un programa de conserva- ció n de audició n cuando el ruido sea excesivo.
Entre otros riesgos se encuentra la protecció n inadecuada de las má quinas, que es una causa frecuente de lesiones ocasionadas por la maquinaria. Los riesgos elé ctricos son un problema particular si no existe un programa de enclavamiento y descone- xió n para el mantenimiento y la reparació n del equipo. Se calentamiento de los barnices y a las salpicaduras de los materiales y a causa de las colas fundidas calientes utilizadas para envases y etiquetas.

Procesado Químico Riesgos y su prevención (III)

Otros riesgos para la salud incluyen la inhalació n o contacto de la piel con isocianatos, utilizados en la fabricació n de pinturas y revestimientos de poliuretano; con acrilatos, otros monó meros y fotoiniciadores utilizados en la fabricació n de revestimientos curados por radicació n; con acroleína y otras emisiones gaseosas del calentamiento de los barnices; y con agentes endurecedores y otros aditivos en los revestimientos en polvo. Algunas protec- ciones son el cerramiento, LEV, guantes y otras ropas y equipos de protecció n personal, formació n respecto a materiales peli- grosos y buenas prá cticas de trabajo.
Los disolventes inflamables, los polvos combustibles (especial- mente nitrocelulosa utilizada en la producció n de lacas) y los aceites tienen riesgo de explosió n o incendio si se inflaman por una chispa o altas temperaturas. Las fuentes de ignició n pueden ser un equipo elé ctrico defectuoso, fumar, fricciones, llamas abiertas, electricidad está tica, etc. Las alfombrillas empapadas de aceite originan a veces combustiones espontá neas. Las precauciones recomendadas son la conexió n a tierra de los reci- pientes al transferir líquidos inflamables, y de equipos como molinos de bolas que contienen polvos combustibles, la ventila- ció n para mantener la concentració n de vapor por debajo del límite inferior de inflamabilidad, la cobertura de los contene- dores fuera de uso, la eliminació n de las fuentes de ignició n, la utilizació n de herramientas antichispa de metales no ferrosos en proximidad de materiales inflamables o combustibles y las
buenas practicas en las operaciones de mantenimiento.

Procesado Químico Riesgos y su prevención (II)

En la fabricació n de pinturas y revestimientos se utilizan diversos disolventes volá tiles, entre ellos hidrocarburos alifá ticos y aromá ticos, alcoholes, cetonas, etc. Los disolventes má s volá - tiles se encuentran normalmente en lacas y barnices. La exposi- ció n a los vapores de disolvente se puede producir durante la dilució n en la fabricació n de pinturas a base de disolventes; mientras se cargan los recipientes de reacció n (especialmente los tipos má s antiguos de recipientes) en la fabricació n de barnices; durante el llenado de los envases con cualquier revestimiento a base de disolventes; y durante la limpieza manual del equipo de proceso con disolventes. El cerramiento de equipos como los reactores de barnices y los mezcladores de lacas normalmente implica menos exposició n a los disolventes, excepto en caso de fugas. Las protecciones son el cerramiento de los equipos de proceso, LEV para la dilució n y el llenado de los envases y protecció n respiratoria y procedimientos de trabajo en espacios confinados aplicables a la limpieza de reactores.

Procesado Químico Riesgos y su prevención

En general, los principales riesgos asociados con la fabricació n de pintura y revestimientos supone la manipulació n de materiales, que pueden ser sustancias tó xicas, inflamables o explosivas; y agentes físicos como descargas elé ctricas, ruido, calor y frío.
La manipulació n manual de cajas, barriles, recipientes, etc., que contienen las materias primas y los productos terminados, es la principal fuente de lesiones debido a la elevació n incorrecta, deslizamientos, caídas, goteo de recipientes, etc. Las precau- ciones incluyen controles té cnicos y ergonó micos tales como medios auxiliares para manipulació n de materiales (rodillos,
gatos y plataformas) y equipos mecá nicos (transportadores, montacargas y elevadores-transportadores de horquilla), suelos antideslizantes, equipo de protecció n personal (EPP) como zapatos de seguridad y la formació n adecuada en la elevació n manual y otras té cnicas de manipulació n de materiales.
Los riegos químicos incluyen la exposició n a polvos tó xicos como pigmento de cromato de plomo, que puede presentarse durante la pesada, el llenado del mezclador y las tolvas del molino, las operaciones con equipos abiertos, el llenado de reci- pientes de pinturas en polvo y la limpieza del equipo y de los vertidos de los recipientes. La fabricació n de revestimientos en polvo ocasiona a veces altas exposiciones al polvo. Las precau- ciones a adoptar son la sustitució n de polvo por pasta o suspen- siones; la ventilació n por extracció n localizada (LEV) para la abertura de bolsas y sacos (vé ase Figura 77.6) y para el equipo de proceso, el cierre del equipo, los procedimientos de limpieza de vertidos y la protecció n respiratoria cuando sea necesaria.

Revestimientos en polvo

Los revestimientos en polvo son productos sin disolventes basados en la fusió n de resinas y otras partículas de aditivos sobre las superficies de objetos calientes. Los revestimientos en polvo pueden ser termoestables o termoplá sticos e incluyen resinas de tipo epoxi, polietileno, polié ster, cloruro de polivinilo y acrílicas.
El mé todo má s habitual de fabricació n consiste en la mezcla en seco de los ingredientes pulverulentos y el mezclado por fusió n y extrusió n (vé ase Figura 77.5). Se pesan la resina seca o el aglutinante, el pigmento, el material de carga y los aditivos y se transfieren a un mezclador. Este proceso es similar a las operaciones de mezclado en seco en la fabricació n de caucho. Despué s del mezclado, el material se coloca en un extrusor y se calienta hasta que se funde. El material fundido se extruye sobre una correa transportadora refrigerante y despué s se transfiere a un granulador. El granulado se pasa a travé s de un molino fino y se tamiza para obtener el tamañ o de partícula deseado. Por ú ltimo el revestimiento en polvo se envasa.

Diagrama de flujo para la fabricación de revestimientos de polvo por el método de fusión y extrusión-mezcla.

Barnices

En la fabricació n de barnices de oleorresinas se calientan el aceite y la resina para hacerlos má s compatibles, desarrollar molé culas o polímeros de alto peso molecular y aumentar la solubilidad en el disolvente. Las plantas antiguas utilizan recipientes portá tiles y abiertos para el calentamiento. Se añ aden a é stos la resina y el aceite o la resina sola y despué s se calientan a aproximadamente 316 C. Las resinas naturales se deben calentar antes de añ adir los aceites. Los materiales se vacian por la parte superior del reci- piente. Durante el calentamiento, se cubren con campanas de extracció n refractarias. Despué s se trasladan a salas en las que se enfrían rá pidamente, a menudo por rociado con agua, y despué s se añ aden el diluyente y los secantes.
En las plantas modernas se utilizan grandes reactores cerrados con capacidades de 500 a 8.000 galones. Estos reactores son similares a los utilizados en la industria de procesos químicos. Está n provistos de agitadores, mirillas, tuberías para llenar y vaciar los reactores, condensadores, dispositivos de medició n de la temperatura, fuentes de calor, etc.
Tanto en las plantas antiguas como en las modernas, la resina diluida se filtra en una etapa final antes del envasado. Esto se realiza normalmente cuando la resina aú n está caliente, utilizando un filtro prensa.

Lacas

La producció n de lacas se realiza habitualmente en equipos cerrados como tanques y mezcladores, con el fin de minimizar la evaporació n del disolvente, lo que podría causar el depó sito de una película de laca seca sobre el equipo de procesado. Por lo demá s, la producció n de laca tiene lugar de la misma forma que la producció n de pintura.