Los polímeros en la Arquitectura

62 Pages·2015·8.65 MB·Spanish

Los Polímeros en la
Arquitectura

Trabajo práctico de Adscripción:
Taller de Materialidad
Cátedra Dr. Arq. Elio Di Bernardo
Profesor adjunto Arq. Daniel Perone
Adscripta: Arq. Laura Mateos

Facultad de Arquitectura, Planeamiento y Diseño
Universidad Nacional de Rosario

Año 2015
Los Polímeros en la Arquitectura

o Índice
Introducción…………………………………………………………………………………………………..3
Historia……………………………………………………………………………………………………...…4
Propiedades de los plásticos……………………………………………………………………………...4
Usos y aplicaciones………………………………………………………………………………………...9
Estructura molecular……………………………………………………………………………………….10
Procedimiento para identificar los plásticos…………………………………………………………...14
Clasificación………………………………………………………………………………………………...16
Termoplásticos…………………………………………………………………………………..…16
Termoestables…………………………………………………………………………………..….29
La elaboración de los plásticos………………………………………………………………………..….38
Procedimientos y tecnología de fabricación………………………………………………………….....39
Plásticos reforzados………………………………………………………………………………………..44
Modificantes………………………………………………………………………………………………...45
Degradación de los plásticos…………………………………………………………………………...…49
Reciclado de los plásticos………………………………………………………………………………....50
Bibliografía……………………………………………………………………………………..…………....62
Infografía………………………………………………………………………………………………….…62
Anexos……………………………………………………………………………………………………….63

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o Introducción.
Si miramos a nuestro alrededor, descubriremos que la gran mayoría de las cosas y los objetos
son de materiales “plásticos”: la vestimenta, las zapatillas, algunos muebles, las sillas, el televisor,
el teléfono, la computadora, la birome e infinitas cosas más. Y también, podemos observar
distintos tipos y funciones: unos más rígidos que otros, más transparentes u opacos,
impermeables o absorbentes, etc.
Ahora bien, como podemos apreciar, la palabra familiariza a una gran cantidad de características
incluso hasta opuestas. Entonces, ¿qué significa “plástico”? Además de ser un estado de la
materia, la palabra plástico proviene del griego plastiko, que significa “hábil para ser moldeado”.
Otras definiciones posibles son: materiales hechos por el hombre, a los que se les puede dar
cualquier forma; materiales no metálicos, básicos para la ingeniería y que pueden ser
transformados por medio de muchos métodos y procesos.
Estos materiales tienen su origen en la industria química, es decir, que son sustancias artificiales
(composiciones químicas) que no existen en la naturaleza por sí solas, sino que todo el tiempo
están siendo ampliadas y renovadas sus propiedades y sus nuevas aplicaciones.
Sus materias primas es el petróleo y el gas natural, de los cuales sólo el 4% se destina a esta
industria; un 3% se destina a otros productos químicos, mientras que el 93% restante se usa como
combustible para uso doméstico, industrial, transporte y generación de energía eléctrica.
A esta primera etapa de generación primaria, le continúa la de transformación; donde las diversas
industrias las intervienen con procesos incorporándole modificadores para llegar a la resina
buscada. Luego, otras empresas se encargan de darle su forma final: sillas, zapatillas, carcazas
de distintos electrodomésticos, etc. En la siguiente etapa, devenimos nosotros, los consumidores.
Pero su vida útil no finaliza ahí, una bolsa plástica puede tardar 500 años en descomponerse.
Muchos de los plásticos que pasiva y habitualmente usamos (como bolsas de residuos o envases
de comida, etc.) son desechados sin prever su destino, al espacio público y, con mucha suerte, a
un relleno sanitario. Nada de esto es lo mejor. No estamos viendo la parte positiva del problema:
con los residuos plásticos se puede generar energía y se pueden reutilizar para nuevos usos. Los
plásticos son la reserva de petróleo del mañana.
Por todo esto, los invito a que seamos razonables en toda su utilización y a introducirse en el
mundo de los materiales plásticos en la arquitectura.

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o Historia
Los plásticos no son en su totalidad materiales de creación moderna. El poliestireno fue
descubierto en 1831, pero su uso industrial comenzó recién en 1930 casi 100 años después, en
Alemania. Otro plástico importante, el cloruro de polivinilo se conocía también desde un siglo
antes, pero su aplicación comenzó en 1925. El celuloide tiene su origen en los trabajos de
Alexander Parkes, que en 1865 utilizó por primera vez la nitrocelulosa, la que plastificó con aceites
para poder moldearla, obteniendo un producto plástico que llamó “Parkesine”. Éste ofrecía
muchas dificultades tecnológicas y su difusión se frenó. En 1869, John Wesley Hyatt encontró un
plastificante adecuado que le permitió aplicar exitosamente ese material, al que bautizó como
“Celuloide”. Éste se propuso para sustituir el marfil empleado para las bolas de billar con el fin de
salvar a los elefantes africanos en vía de extinción por el marfil de sus colmillos. Este hecho marca
la introducción efectiva de estos materiales en los campos industrial y comercial. Años más tarde
el material se utilizó como soporte para película fotográfica, abriendo camino para el nacimiento
del cine.
Otro plástico conocido fue el fenol formaldehido; la reacción de ambos componentes se conocía
ya en 1850 y fue estudiada en detalle en 1872 por Von Baeyer, el material permaneció sin
aplicación práctica hasta 1909 en que gracias a la intervención de un químico belga llamado
Backeland se consiguió la primera utilización industrial de un plástico termoestable, al que llamo
“Baquelita”. El metil metacrilato fue objeto de estudio de Otto Rohm en 1901, pero fue producido
en forma industrial a partir de 1936.
La utilización de los plásticos como materiales de construcción coincidió con la aparición de
muchos materiales nuevos como respuesta a la explosión del volumen de edificación que siguió a
las guerras mundiales. Por ejemplo el polietileno fue descubierto en 1933 y puesto en producción
un año después en Inglaterra por la Imperial Chemical Co. El neoprene, un caucho sintético, fue
fabricado por primera vez en 1932 por Du Pont de Nemours; el nylon creado por los esfuerzos de
Carothers en 1935, la melanina en 1940 por American Cyanamid; el politetrafluoretileno en 1943.
o Las propiedades de los plásticos
Los plásticos pueden ser: blandos, duros, quebradizos, transparentes, opacos, de pocos o
muchos colores, pueden arder con facilidad o bien pueden ser auto-extinguibles o incombustibles,
pueden poseer una resistencia excelente a la intemperie o deteriorarse rápidamente al exterior.
Como se ve, la variedad de propiedades útiles para la edificación es muy extensa. Entre las más
importantes están la resistencia, la rigidez, dureza, tenacidad, características visuales óptimas,
respuesta a los agentes térmicos, permeabilidad, resistencia al fuego y duración.
Resistencia y rigidez: la resistencia varía desde valores elevados (los plásticos reforzados) hasta
otros muy bajos correspondiente a algunos plásticos blandos y flexibles. De igual manera, la
rigidez puede variar desde débil hasta elevada, pero no superan al acero ni al aluminio, se
encuentran más cerca de la madera y el hormigón armado.
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RESISTENCIA LA TRACCIÓN
kg/mm²
120
100
80
60
40
20
0
Plástico Plásticos Madera Acero Aleaciones de Hormigón
moldeado reforzados y (flexión) estructural aluminio (compresión)
laminados

RIGIDEZ
10 kg⁶/cm²
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Molde de Plásticos Madera Acero Aleaciones de Hormigón
plástico reforzados y aluminio
laminados

Tanto la resistencia como la rigidez pueden ser afectadas por la temperatura y el tiempo. Esto es
particularmente cierto para los termoplásticos, que se reblandecen a elevadas temperaturas y se
endurecen y vuelven más rígidos al enfriarse. En cambio los termoestables son un poco menos
afectados por los cambios de temperatura.
Además de la temperatura, los procesos de fabricación pueden tener una gran influencia en la
resistencia. En los termoplásticos extruidos (las tuberías) las moléculas están en su mayoría
orientadas en la dirección de su extrusión y la resistencia es mayor en esta dirección que en la
perpendicular. Lo mismo ocurre con el moldeo por inyección. Pero no sucede en todos los casos,
la fabricación puede debilitar o reforzar.
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Dureza: los plásticos se comportan de una forma variable frente a los distintos ensayos, pero es
evidente que no son tan duros como el acero o el vidrio, pero sí de la madera, en sentido normal a
las vetas.
La dureza es una propiedad mecánica que admite diversas formas de comprobación. En relación
con los plásticos se usan habitualmente tres distintos procedimientos: dureza de penetración,
dureza al rayado y dureza a la abrasión.
La comprobación de la dureza a la penetración se hace habitualmente por los métodos de Brinell
o de Rockwell. En el primero la dureza se comprueba presionando una esfera de material duro de
diámetro preestablecido con una carga también determinada de antemano; la esfera al ser
presionada deja una impronta en la superficie del material y la dureza queda representada por el
cociente entre la carga y la superficie de la impronta.
En el método de Rockwell se utiliza como índice de la dureza una función inversa de la
profundidad a que penetra un útil determinado al ser comprimido sobre la superficie del material
de ensayo; según el tipo de material se emplean los denominados M, para los duros y R para los
blandos.
DUREZA
Escala Brinell
120
100
80
60
40
20
0
Poliestireno Metil Fenol Melamina Aluminio Aleaciones de Hierro puro Maderas
metacrilato formaldehido aluminio

Transmisión de calor: los plásticos son aislantes del calor. La mayoría de los plásticos sólidos
tienen coeficientes de conductividad más altos que la madera pero inferiores a ladrillos y
hormigón.
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CONDUCTIVIDAD
kcal.m/m².h.⁰C
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Plásticosmoldeadoslaminados yreforzados Espumas deplásticos Madera(perpendicularmentea la fibra) Hormigón Vidrio Ladrillo
CONDUCTIVIDAD
kcal.m/m².h.⁰C
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Aleaciones de Aleaciones de Aleaciones de cobre Plásticos, madera,
hierro y acero aluminio vidrio, etc

Los plásticos espumados están entre los mayores aislantes disponibles. La conductividad térmica
de las espumas depende de la densidad, de si las celdas son abiertas o cerradas, del agente de
soplado utilizado y de si el material consiste en granos expansionados o planchas y tableros
prefabricados o bien si es espumado en la misma obra.
En general, cuanto menor es la densidad menor es la conductividad térmica K, pero si la densidad
resulta demasiado baja, el tamaño de las celdas aumenta a un punto en el que pueden producirse
corrientes de convección y la conductividad aumenta.
La mayoría de los plásticos utilizados en los aislamientos de edificios tienen densidades
comprendidas entre 10 y 35 kg/m³.
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Propiedades ópticas: los plásticos pueden ser muy transparentes, opacos o tener todos los grados
de transparencia y transmisión de luz intermedios. La transmisión total de energía solar puede
llegar a ser del 90% con un 92-93% en la región visible. La transmisión en la región del espectro
de los rayos invisibles ultravioletas e infrarrojos es variable, dependiendo de la longitud de la onda
y puede controlarse mediante la composición. La transmisión ultravioleta puede ser bastante alta,
permitiendo obtener efectos beneficiosos tales como la destrucción de gérmenes o bien puede
suprimirse por medio de constituyentes absorbentes de los rayos ultravioletas, reduciendo los
deterioros tales como el desteñido de los tejidos.
Permeabilidad: los polímeros en general son impermeables al agua líquida, debido a la ausencia
de porosidad interna de la estructura polimérica; pero no todos son impermeables al vapor de
agua, aceites y solventes orgánicos. Lo que nos determina su permeabilidad es el conformado y
transformado de la resina. Los films pueden ser escogidos para una gran variedad de
permeabilidades en función de su utilización. En cambio las espumas no son impermeables.

PERMEABILIDAD AL VAPOR DE AGUA
Films de 26 micrones de espesor
gr.cm/m² 24h, a 25 ⁰C
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Elastómeros deFluorocarbonoNylon (37,7⁰C) Acrílico Polietileno y Poliéster Poliestireno Vinílicos y
poliuretano polipropileno vinilidénicos

Resistencia al fuego: todos los plásticos pueden ser destruidos por fuegos suficientemente
calientes. Algunos plásticos no se encienden, otros son auto-extinguibles y otros queman lenta o
rápidamente.
Los productos de la combustión resultantes de un determinado fuego dependen de las
condiciones de la combustión. Con exceso de aire, los productos principales de la combustión de
la mayoría de los plásticos, maderas, papeles y tejidos son los inofensivos dióxido de carbono y
agua, pero con deficiencia de oxígeno puede haber grandes volúmenes de monóxido de carbono
y humo. La formación de humo es también en función de la composición. Si en el plástico hay
constituyentes como el cloro, flúor, nitrógeno y azufre, éstos también estarán presentes en los
gases desprendidos.
Durabilidad: se hace con frecuencia la pregunta de cuánto tiempo puede durar debido a su
novedad en la construcción, en comparación con el vidrio, la madera, el acero, etc. Todavía hay
muchas preguntas que no han sido contestadas. La resistencia a la corrosión es excelente, no se
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enmohecen. La resistencia a la putrefacción es también excelente. Los insectos y gusanos
pueden atacar a veces los plásticos. Son resistentes a una gran variedad de disolventes.
Ver anexos: 1. Tabla de principales propiedades de los plásticos; 2. Tabla de propiedades típicas
usados en arquitectura; y 3. Tabla de propiedades de plásticos reforzados.
o Usos y aplicaciones
Prácticamente, hay de orden de veinte a treinta familias de materiales denominados plásticos, que
a la vez están constituidos por un ilimitado número de variantes. En la construcción se utiliza un
número limitado pero creciente.
La utilización de los plásticos, como la de cualquier otro material, queda determinada por la
posesión de determinadas propiedades favorables. Las razones pueden agruparse en:
Propiedades intrínsecas: son las que responden a la sustancia en sí misma, tales como la
transparencia, el bajo peso específico, la inercia química, la resistencia mecánica, la baja
conductividad térmica y eléctrica, la repelencia al agua, la impermeabilidad, etc. Queda entendido
que las propiedades no necesariamente son coexistentes en todo su valor en un mismo material.
Propiedades tecnológicas: son las que tienen vinculación con la adecuación, conformado y
adaptación del material para su uso definitivo.
Economía final: el costo de los objetos de plásticos se integra con el costo de la materia prima
más el de las operaciones tecnológicas de conformado y adaptación.
En muchos casos la ventaja en el uso subsiste, ya sea porque la economía obtenida en las
operaciones de conformado y adaptación resulta suficiente para neutralizar el mayor costo de la
materia prima, o porque el producto final posee propiedades superiores que compensan
suficientemente el mayor costo. Ambos aspectos adquieren en los plásticos gran importancia.
La facilidad de conformado y adaptación es tan grande que la producción de objetos plásticos
resulta considerablemente más económica, sobre todo cuando se encara en grandes cantidades,
que si se utilizara como materia prima el metal, a la madera, a la cerámica o al vidrio, por ejemplo.
Contribuye a esa economía la facilidad con que los procedimientos de conformado utilizables con
los plásticos se adaptan a métodos de producción múltiple y/o alta velocidad. Por otra parte en
muchos casos las operaciones de terminación, pulido, abrillantado, etc, quedan prácticamente
eliminadas o reducidas a su más mínima expresión. Además los objetos plásticos pueden poseer
propiedades no presentes en elementos iguales realizados con materiales tradiciones como el
vidrio, la madera, etc., entre estas propiedades pueden mencionarse el poco peso, la
inalterabilidad química, la extensa gama de colores, el aislamiento eléctrico, la baja conductividad,
la muy favorable relación entre resistencia y peso, etc.. Por estas razones, muchas veces se usan
los plásticos aún en desventaja de precio.
El posible mayor costo inicial no es la única limitación en el uso de los plásticos. Para ciertas
aplicaciones existe otro factor importante que es el envejecimiento del material, manifestado en un
cambio, generalmente en sentido desfavorable, de sus características. Los polímeros, plantean
todavía ciertos interrogantes, sin respuesta definitiva por el momento. Muchos materiales de esta
familia tienen una propensión a desmejorar con el curso del tiempo, haciéndose quebradizos, o
cambiando de color; otros en cambio, en los años que llevan de utilización no han acusado
deficiencias de ese tipo, pero no se tiene seguridad total de que ello no ocurra en el futuro.
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En conclusión podemos mencionar que admiten tres tipos principales de uso o aplicación: como
elementos estructurales o semi-estructurales, como elementos no estructurales y como elementos
auxiliares de otros materiales o componentes de la edificación.
Uso estructural y semi-estructural: como la palabra lo indica, reciben, resisten y transmiten cargas.
Los elementos o piezas que cumplen esta función son casi siempre plásticos reforzados o
armados, normalmente son de fibra de vidrio a fin de aumentar su resistencia y rigidez. Los
plásticos para este uso presentan tanto ventajas como inconvenientes.
Una de las ventajas es que se le puede dar una configuración adecuada, es decir la forma que
necesitemos. Otra de las ventajas, es que la resistencia de los plásticos reforzados suele ser muy
grande sumado a una gran resistencia al impacto lo que permite utilizar secciones ligeras o
delgadas.
Una de las desventajas es la poca rigidez, que es un factor limitante y obliga utilizar estructuras
reforzadas.
Uso no estructural: es de los usos más frecuente y habitual en la aplicación de los plásticos en la
construcción. Por ejemplo aislaciones térmicas, impermeabilizaciones, barreras de vapor,
tuberías, como revestimientos de muros o pisos, etc.
Usos auxiliares: es decir que actúan como auxiliar de otros materiales. Por ejemplo en tableros de
madera, de vidrios, en pinturas y barnices, distintos tipos de adhesivos y selladores.
Ver anexo 4. Tabla de usos de los plásticos
o Estructura molecular
Los polímeros sintéticos presentan una estructura macromolecular formada por una cadena de
monómeros. Estos monómeros están compuestos por dos o más elementos de una lista reducida
entre los que se encuentran los siguientes: carbono, hidrogeno, oxigeno, cloro, nitrógeno, azufre,
silicio y flúor. Los integrantes de la sustancia que se considera están combinados entre sí
formando moléculas.
El átomo de carbono es la base de la inmensa mayoría de los materiales plásticos. Cabe
describirlo como una bola dura con cuatro valencias distribuidas simétricamente en el espacio. Las
valencias actúan como conectores a los que pueden acoplarse otros átomos. Por ejemplo el
átomo de hidrógeno solo tiene una valencia, por lo que es posible que cuatro átomos de hidrógeno
se unan a un solo átomo de carbono. El compuesto resultante es el metano.
H

H C H

H
Carbono
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