Reciclaje de los plásticos.

El material plástico tiene varios puntos a favor: es económico, liviano, irrompible, muy duradero y hasta buen aislante eléctrico y acústico. Pero a la hora de hablar de reciclaje presenta muchos inconvenientes. Y cada uno de los pasos para cumplir el proceso de reciclado encarece notablemente el producto.

Para reciclar plástico, primero hay que clasificarlo de acuerdo con la resina. Es decir, en siete clases distintas: PET, PEAD, PVC, PEBD, PP, PS, y una séptima categoría denominada “otros”.

La separación es debida a que, las resinas que componen cada una de las categorías de plástico son termodinámicamente incompatibles unas con otras. A eso hay que sumarle el trabajo de separar las tapas, que generalmente no están hechas del mismo material. Este no es el único inconveniente; en el proceso de reciclaje el plástico pierde algunas de sus propiedades originales, por lo que hay que agregarle una serie de aditivos para que recupere sus propiedades.

La separación, el lavado y el posterior tratamiento, son muy costosos de por sí y cuando se llega al producto final se vuelve inaccesible para el consumo humano. Todavía resta abrir un mercado dispuesto a consumir los productos provenientes del reciclado, que en Argentina aún hoy no existen.

Hay cuatro tipos de reciclaje de plásticos: primario, secundario, terciario y cuaternario. El conocer cual de estos tipos se debe usar depende de factores tales como la limpieza y homogeneidad del material y el valor del material de desecho y de la aplicación final.

Etapas para reciclar el plástico:

1. Recolección: Todo sistema de recolección diferenciada que se implemente descansa en un principio fundamental, que es la separación, en el hogar, de los residuos en dos grupos básicos: residuos orgánicos por un lado e inorgánicos por otro; en la bolsa de los residuos orgánicos irían los restos de comida, de jardín, y en la otra bolsa los metales, madera, plásticos, vidrio, aluminio. Estas dos bolsas se colacarán en la vía pública y serán recolectadas en forma diferenciada, permitiendo así que se encaucen hacia sus respectivas formas de tratamiento.
2. Centro de reciclado: Aquí se reciben los residuos plásticos mixtos compactados en fardos que son almacenados a la interperie. Existen limitaciones para el almacenamiento prolongado en estas condiciones, ya que la radiación ultravioleta puede afectar a la estructura del material, razón por la cual se aconseja no tener el material expuesto más de tres meses.
3. Clasificación: Luego de la recepción se efectúa una clasificación de los productos por tipo de plástico y color. Si bien esto puede hacerse manualmente, se han desarrollado tecnologías de clasificación automática, que se están utilizando en países desarrollados. Este proceso se ve facilitado si existe una entrega diferenciada de este material, lo cual podría hacerse con el apoyo y promoción por parte de los municipios.

Fabricación de plásticos: Soplado.

Moldeo por insuflación de aire

Es un proceso usado para hacer formas huecas (botellas, recipientes). Un cilindro plástico de paredes delgadas es extruído y luego cortado en el largo que se desea. Luego el cilindro se coloca en un molde que se cierra sobre el polímero ablandado y le suprime su parte inferior cortándola. Una corriente de aire o vapor es insuflado por el otro extremo y expande el material hasta llenar la cavidad. El molde es enfriado para el fraguado.

Fabricación de plásticos: Compresión.

Moldeo por compresión:

En el moldeo por compresión se emplean fuerzas considerables para comprimir una cantidad medida de polimero dándole forma entre moldes calientes.



El moldeo por compresión se usa principalmente para plásticos termoestables. Las piezas moldeadas tienen un acabado de primera calidad, haciendo falta solamente quitar la rebaba que pueda quedar en las uniones de las diferentes partes de los moldes.

Los accesorios eléctricos, mangos de cazos y cubiertos, tapones de botellas y asientos de inodoros son solamente unos cuantos de los múltiples productos que se fabrican de esta forma.

El fenol, la urea y la melamina son materiales típicos de moldeo por compresión.

Fabricación de plásticos: Extrusión.

Moldeo por extrusión:

En el moldeo por extrusión se utiliza un transportador de tornillo helicoidal. El polímero es transportado desde la tolva, a través de la cámara de calenta­miento, hasta la boca de descarga, en una co­rriente continua. A partir de gránulos sólidos, el polímero emerge de la matriz de extrusión en un estado blando. Como la abertu­ra de la boca de la ma­triz tiene la forma del producto que se desea obtener, el proceso es continuo. Posteriormente se corta en la medida adecuada.

Frabricación de plásticos: Inyección.

 Moldeo por inyección:

Un émbolo o pistón de inyección se mueve rápidamente hacia adelante y hacia atrás para empujar el plástico ablandado por el calor a través del es­pacio existente entre las paredes del cilindro y una pieza recalentada y situada en el centro de aquél. Esta pieza central se emplea, dada la pequeña conductividad térmica de los plásticos, de forma que la superficie de calefacción del cilindro es grande y el espesor de la capa plástica calentada es pequeño. Bajo la acción combinada del calor y la presión ejercida por el pistón de inyección, el polímero es lo bastante fluido como para llegar al molde frío donde toma forma la pieza en cuestión. El polímero estará lo suficiente fluido como para llenar el molde frío. Pasado un tiempo breve dentro del molde cerrado, el plástico solidifica, el molde se abre y la pieza es removida. El ritmo de producción es muy rápido, de escasos segundos

Microscopio de efecto túnel.

El microscopio de efecto túnel (Scanning Tunneling Microscope STM) es un poderoso instrumento que permite visualizar superficies a escala del átomo.

Este sistema basa su funcionamiento en un efecto cuántico, denominado efecto túnel, que se da en distancias menores a un nanómetro. El control de este tipo de fenómeno es lo que nos permite hacer topografía de superficies a nivel atómico.
Desde el punto de vista de la mecánica clásica un electrón no puede superar una barrera de potencial superior a su energía. Sin embargo, según la mecánica cuántica, los electrones no están definidos por una posición precisa, sino por una nube de probabilidad. Esto provoca que en ciertos sistemas esta nube de probabilidad se extienda hasta el otro lado de una barrera de potencial. Por tanto el electrón puede atravesar la barrera, y contribuir a generar una intensidad eléctrica.
Esta intensidad se denomina intensidad de túnel y es el parámetro de control que nos permite realizar la topografía de superficie.
Este efecto cuántico aparece también en otras ramas de la física. Gamow lo aplicó para dar explicación a la desintegración mediante emisión de partículas alfa en núcleos inestables. En electrónica, hay transistores que basan parte de su funcionamiento en el efecto túnel.

En una instalación cuyo fin es tomar medidas en escala atómica es necesario que el elemento que se usa como sonda de medida tenga una resolución de esa misma escala. En un microscopio de efecto túnel la sonda es una punta conductora, por ejemplo, de Wolframio. La punta se trata para eliminar los óxidos y para que sea lo más afilada posible. En condiciones ideales hay un solo átomo en el extremo de la sonda.
La instalación consiste en un circuito eléctrico en el que están incluidos la muestra y la punta de medida. Como se ha apuntado anteriormente, el parámetro de medida es la intensidad de corriente túnel. Esta intensidad apenas alcanza los nanoamperios y, además, es muy sensible tanto a la distancia, como a la diferencia de tensión entre la punta y la muestra. Debido a esta sensibilidad todo el sistema debe estar controlado electrónicamente. Así, la toma de medidas y los movimientos de la punta (realizados mediante un dispositivo piezoeléctrico con precisiones que pueden llegar a los 0.05 nm) son controlados por el usuario, a través de las interfases correspondientes, por ejemplo: mediante un PC de sobremesa.
La punta no toca la muestra, sino que se queda a una distancia equivalente a un par de átomos (del orden de angstroms) de la superficie. El PC registra la trayectoria de la punta y entonces se puede desplegar la información como una imagen en escala de grises a manera de mapa de densidades o mapa topográfico. A la imagen se le puede agregar color sólo para mejorar el contraste y así observar mejor los cambios detectados.






APLICACIONES

Microscopia con resolución atómica
En esencia, el proceso consiste en realizar una topografía a intensidad de túnel constante sobre una zona de la superficie de la muestra. El sistema busca los parámetros en los que es capaz de medir una intensidad de túnel prefijada y, a partir de estos, calcula la distancia a la que se encuentra la punta de la superficie. Repitiendo el proceso mientras la punta recorre una determinada área de la superficie problema se obtiene, finalmente, una imagen relacionada con la topografía y la estructura electrónica de dicha área.

Caracterización de dominios magnéticos a nivel atómico
La topografía de superficies se realiza mediante una punta de wolframio. Si cambiamos esta punta por una compuesta por un material magnético seremos capaces de realizar caracterizaciones de dominios magnéticos a escala atómica. Además, debido a la especial capacidad de algunos microscopios de trabajar a temperaturas muy bajas se pueden realizar caracterizaciones en función de la temperatura. Este tipo de medidas proporcionan información adicional sobre las propiedades magnéticas de los materiales en relación con sus características a escala atómica, en lugar de con sus propiedades macroscópicas.

Nanolitografía
Esta técnica permite manejar átomos sobre superficies como elementos independientes. Las posibilidades de esta tecnología son inmensas dado que prácticamente se pueden crear las estructuras atómicas que se deseen, es decir, la posibilidad de diseñar materiales "a la carta".
En la imagen se observa un "corral" cuántico creado mediante el desplazamiento de átomos de hierro sobre una superficie de cobalto.
Desde 1989 Donald Eigler y Erhard Schweizer del Centro de investigación Almaden de IBM comenzaron a utilizar el STM para manipular átomos individuales, logrando "escribir" las siglas de la compañía con 35 átomos de xenón sobre una superficie de níquel.

El fullereno.

Hasta los años ochenta solo se conocían dos formas alotrópicas del carbono elemental, que eran el grafito, en el cual los átomos de carbono forman capas de anillos hexagonales y planos de carbono, donde cada átomo de carbono se une a otros tres de una misma capa y no hay enlaces covalentes entre los átomos de carbono de diferentes capas las cuales se mantienen unidas por débiles interacciones de Van der Waals. De esta forma el grafito esta constituido por capas formadas por anillos aromáticos fusionados. La otra forma es el diamante, en el cual los átomos de carbono se encuentran unidos por fuertes enlaces covalentes donde cada átomo de carbono se une tetraédricamente a otros cuatro formando una red tridimensional que es la que le proporciona la rigidez y dureza típica del diamante.

En 1985 los Profesores Kroto y Smalley, cuando estaban realizando experimentos en los que se trataba de convertir carbono gaseoso en partículas (hollín), fenómeno que se produce en las estrellas, encontraron unas nuevas estructuras estables de las cuales la más abundante fue una molécula de fórmula C₆₀, la cual constituye una nueva forma de carbono, junto con ella se obtuvo en menor medida
el C₇₀.

En el C₆₀ cada átomo de carbono esta unido a otros tres átomos utilizando para ello orbitales sp² con un electrón en cada orbital. El cuarto electrón de valencia de cada carbono se encontraría en un orbital p perpendicular a la superficie esférica, de esta manera los orbitales se solapan formando un continuo de orbitales con electrones p por dentro y fuera de la esfera de igual forma a como tiene lugar en el benceno con los seis electrones p que le confieren el carácter aromático. Esto hace que podamos considerar a los fullerenos como una esfera aromática y estable.

La estructura del C₆₀ es similar a la de una pelota de fútbol (de ahí el nombre de futbolanos o buckybolas como también se les conoce) es decir, tiene forma de un icosaedro truncado con 60 vértices, en cada uno de los cuales se encuentra un carbono. Tiene 32 caras, de las cuales 12 son pentágonos y las 20 restantes son hexágonos, además cada pentágono esta rodeado de cinco hexágonos, de forma que dos pentágonos no pueden ser adyacentes entre sí, pero los seis enlaces de cada hexágono están fusionados alternadamente a tres pentágonos y tres hexágonos.

En general, se conoce con el término de fullerenos (en honor del arquitecto Buckminster Fuller) a todas aquellas estructuras formadas por anillos pentagonales y hexagonales.

En cuanto al comportamiento químico de este tipo de compuestos, aún cuando no son aromáticos en el sentido de cómo lo es el benceno, experimentan reacciones de adición al doble enlace (no pueden experimentar reacciones de sustitución ya que no tienen hidrógenos).

                                                      C₆₀  C₆₀Br₂ + C₆₀ Br₄

También es capaz de reaccionar con el cloro a temperaturas mayores (>300ºC).

Hay que tener en cuenta que los 60 carbonos son equivalentes (como sucede en el benceno) pero no así los enlaces.

La importancia que tiene el descubrimiento de estos tipos de moléculas es que abre un nuevo campo de posibles aplicaciones en la elaboración de nuevos tipos de polímeros, superconductores, estructuras con metales o con otros átomos atrapados dentro de estos agrupamientos de carbono, así como nuevos catalizadores, productos farmacéuticos y otras posibles aplicaciones industriales.

Nanomateriales y nanotubos.

NANOMATERIALES:
Los nanomateriales son materiales con propiedades morfológicas más pequeñas que un micrómetro en al menos una dimensión. A pesar del hecho de que no hay consenso sobre el tamaño mínimo o máximo de un nanomaterial, algunos autores restringen su tamaño de 1 a 100 nm, una definición lógica situaría la nanoescala entre la microescala (1 micrómetro) y la escala atómica/molecular (alrededor de 0.2 nanómetros).

Los nanomateriales pueden ser subdivididos en nanopartículas, nanocapas y nanocompuestos. El enfoque de los nanomateriales es una aproximación desde abajo hacia arriba a las estructuras y efectos funcionales de forma que la construcción de bloques de materiales son diseñados y ensamblados de forma controlada.

Un reciente informe de Small Times predice un fuerte crecimiento de los denominados nanomateriales. En el mismo se comentan los diferentes tipos existentes en la actualidad (tales como las nanoarcillas para reforzar plásticos) o los nanotubos de carbono para agregar conductividad a varios materiales.

NANOTUBOS:

Los nanotubos de carbono de otros elementos representan probablemente hasta el momento el más importante producto derivado de la investigación en fullerenes. 

Se componen de una o varias láminas de grafito u otro material enrolladas sobre sí mismas. Algunos nanotubos están cerrados por media esfera de fullerene, y otros no están cerrados. Existen nanotubos monocapa (un sólo tubo) y multicapa (varios tubos metidos uno dentro de otro, al estilo de las famosas muñecas rusas). Los nanotubos de una sola capa se llaman single wall nanotubes (SWNTS) y los de varias capas, multiple wall nanotubes (MWNT)

Los nanotubos tienen un diámetro de unos nanometros y, sin embargo, su longitud puede ser de hasta un milímetro, por lo que dispone de una relación longitud:anchura tremendamente alta y hasta ahora sin precedentes.

La investigación sobre nanotubos de carbono es tan apasionante (por sus múltiples aplicaciones y posibilidades) como complejo (por la variedad de sus propiedades electrónicas, termales y estructurales que cambian según el diámetro, la longitud, la forma de enrollar...).

Los nanotubos de carbono son las fibras más fuertes que se conocen. Un solo nanotubo perfecto es de 10 a 100 veces más fuerte que el acero por peso de unidad y poseen propiedades eléctricas muy interesantes, conduciendo la corriente eléctrica cientos de veces más eficazmente que los tradicionales cables de cobre

El grafito (sustancia utilizada en lápices) es formado por átomos de carbono estructurados en forma de panel. Estas capas tipo-panel se colocan una encima de otra. Una sola capa de grafito es muy estable, fuerte y flexible. Dado que una capa de grafito es tan estable sola, se adhiere de forma débil a las capas al lado, Por esto se utiliza en lápices - porque mientras se escribe, se caen pequeñas escamas de grafito.

En fibras de carbono, las capas individuales de grafito son mucho más grandes que en lápices, y forman una estructura larga, ondulada y fina, tipo-espiral. Se pueden pegar estas fibras una a otras y formar así una sustancia muy fuerte, ligera (y cara) utilizada en aviones, raquetas de tenis, bicicletas de carrera etc.

Pero existe otra forma de estructurar las capas que produce un material más fuerte todavía, enrollando la estructura tipo-panel para que forme un tubo de grafito. Este tubo es un nanotubo de carbono.

Los nanotubos de carbono, además de ser tremendamente resistentes, poseen propiedades eléctricas interesantes. Una capa de grafito es un semi-metal. Esto quiere decir que tiene propiedades intermedias entre semiconductores (como la silicona en microchips de ordenador, cuando los electrones se muevan con restricciones) y metales (como el cobre utilizado en cables cuando los electrones se mueven sin restricción). Cuando se enrolla una capa de grafito en un nanotubo, además de tener que alinearse los átomos de carbono alrededor de la circunferencia del tubo, también las funciones de onda estilo mecánica cuántica de los electrones deben también ajustarse. Este ajuste restringe las clases de
función de onda que puedan tener los electrones, lo que a su vez afecta el movimiento de éstos. Dependiendo de la forma exacta en la que se enrolla, el nanotubo pueda ser un semiconductor o un metal.

Evolución historica de los metales en la prehistoria.

El paso entre el paleolítico y el neolítico es considerado un paso relevante en el desarrollo de la especie humana.

Es en esta etapa en la que el ser humano se fue haciendo capaz de construir espacios urbanos cerca de las fuentes de agua, aprendió a cultivar la tierra y a domesticar animales. Al final del paleolítico, el ser humano descubre los metales, que dieron un importante impulso a su desarrollo, marcando el paso de la Edad de Piedra a la Edad de los Metales.

Edad de los metales
El descubrimiento y la utilización de los metales fue uno de los acontecimientos más influyentes en el desarrollo cultural de la humanidad.
A fines del paleolítico, hacia el año 4.000 a.C., en el cercano oriente, el ser humano descubrió los metales,dando inicio a la edad de los metales. En un comienzo, fue mezclando elementos como la madera, el marfil, la piedra y la arcilla con diversos metales, lo que le permitió perfeccionar la elaboración de sus adornos,utensilios, herramientas e implementos de caza, reemplazando a la manufactura lítica de instrumentos, como hachas, puntas de flecha, cuchillos, etc.
La utilización de los metales, y las consecuencias que ella trajo al desarrollo de los asentamientos humanos, marcó el fin de la Edad de Piedra y el inicio de la Edad de los Metales, dos grandes periodos de la prehistoria.

Edad de Cobre
No se sabe con exactitud cuál fue el primer metal trabajado, pero el más importante y difundido fue el cobre.
Al parecer, el proceso de trabajar los metales, fue descubierto al mismo tiempo que se controlaba el uso del fuego y se descubrían sus posibilidades. Comienza, de esta forma, la metalurgia del cobre a través del fuego y, junto con esto, aparece el cultivo con arado y surgen las primeras poblaciones.

Edad de Bronce
La edad de bronce se inicia cuando las sociedades más complejas que fueron emergiendo y consolidándose idearon combinar el cobre con el estaño, resultando el bronce. Este período se prolongó en Europa occidental desde el 2.000 hasta el 1.000 a. C.
El bronce alcanzaría un notable auge, pues las más diversas sociedades de la Antigüedad lo tuvieron como su metal preferido, tanto para la ornamentación como para sus instrumentos y utensilios cotidianos.
Este periodo se distingue por la metalurgia de bronce y por el nacimiento del comercio a partir del descubrimiento de la rueda, lo que permitió el perfeccionamiento de los medios de transporte. La rueda fue utilizada en el arado, impulsando la agricultura.

Edad de Hierro
Luego de la Edad de Bronce, comienza la denominada Edad del Hierro. En este periodo, los avances en metalurgia alcanzaron niveles insospechados y, dado que el hierro es un metal difícil de trabajar, sólo pudo desarrollarse en sociedades más complejas.
Al agotarse las materias primas para obtener el bronce, fue necesario utilizar el hierro, el cual se encontraba en pequeños fragmentos diseminados en el suelo.
La mayor ventaja del hierro sobre el bronce residía en el hecho de que los filones para extraer el mineral eran mucho más abundantes y, por tanto, más económicos en comparación con el bronce. No era necesaria aleación alguna y constituía un material muy adecuado para la fabricación de sierras, hachas, azuelas y clavos.
El trabajo del hierro es muy difícil y necesita elevadas temperaturas. La industria siderúrgica comenzó humildemente, produciendo primero objetos de adorno y más tarde útiles de labranza e instrumentos de paz (como ejes de carro, cadenas, etc.). Durante un tiempo se continuó fabricando armas de bronce.
Cuando se tuvo armas y útiles de trabajo de hierro, se abrieron para el ser humano tiempos nuevos, modos de vivir diferentes de los pasados.
La metalurgia del hierro implicaba la necesidad de ser un pueblo adelantado, con ordenamiento social y estatal, pues era necesario el trabajo en grupo. Los pueblos del cercano Oriente y del mediterráneo lo usaron para la fabricación de armas, moldes, escudos, monedas, vasijas y joyas, como las encontradas en las
tumbas egipcias. Se destacan, en esta edad, las espadas, que primero fueron de bronce y posteriormente de hierro, y las fíbulas (hebillas, imperdibles), que reemplazaron a las grandes agujas de la cultura de los campos de urnas.