Arturo
Cristán Frías , Irina Ize Lema y Arturo Gavilán
García
Introducción
Los
plásticos son sustancias orgánicas de alto peso
molecular que se sintetizan generalmente a partir de compuestos
de bajo peso molecular. También pueden obtenerse por
modificación química de materiales naturales de
alto peso molecular (en especial la celulosa). La mayoría
de los compuestos denominados “plásticos” son polímeros
sintetizados a partir de compuestos orgánicos.
Los
plásticos se caracterizan por una alta relación
resistencia/densidad, que son propiedades excelentes para el
aislamiento térmico y eléctrico y una buena resistencia
a los ácidos, álcalis y solventes. Las enormes
moléculas de las que están integradas pueden ser
lineales, ramificadas o entrecruzadas, dependiendo del tipo
de plástico. Se pueden dividir en dos grandes grupos
en función de su comportamiento ante el calor: los que
son termoplásticos y los plásticos termoestables.
Los primeros se caracterizan por estar compuestos de moléculas
lineales con pocos o ningún enlace cruzado, que se reblandecen
al calentarse y empiezan a fluir; al enfriarse se vuelven sólidos
nuevamente. Este proceso se puede repetir numerosas veces.
Ocurre
lo contrario con los productos termoestables, los cuales consisten
inicialmente de moléculas lineales que por calentamiento
forman irreversiblemente una red de enlaces cruzados, dando
un producto final generalmente más duro, fuerte y resistente
al calor que un termoplástico.
Cuadro
1. Comparación de características de termoplásticos
y termoestables
Termoplásticos
Termoestables
•
Se usa material fundido en la etapa de conformación
en líquidos
•
Se usan polímeros líquidos o gomosos de
menor peso molecular en la conformación
•
Se endurecen al solidificar el material fundido
•
Endurecen por reacción química, con frecuencia
por formación de enlaces cruzados de las cadenas
•
Estados sólido-líquido reversibles
•
El líquido se convierte irreversiblemente en un
sólido
•
Es posible la recuperación de los desperdicios
•
No pueden recuperarse directamente los desperdicios
•
Hay una temperatura máxima de uso
•
Muchas veces pueden soportar altas temperaturas
•
Al tratar el material fundido se orientan, por lo común,
las cadenas del polímero
•
Pueden manejarse con baja orientación
Fuente:
Morton-Jones 1993.
Adicionalmente,
existe un tercer grupo de plásticos llamados elastómeros,
que son materiales elásticos tipo caucho, formados generalmente
por macromoléculas débilmente entrecruzadas. En
el cuadro 2 se resumen las características más
importantes de estos tres grupos de polímeros.
Por
el proceso de polimerización, los plásticos se
pueden clasificar en polímeros de condensación
y polímeros de adición. Las reacciones de condensación
producen diferentes longitudes de polímeros y generan
pequeñas cantidades de subproductos, como agua, amoníaco
y etilenglicol mientras que las reacciones de adición
producen longitudes específicas y no producen ningún
subproducto; las masas moleculares medias de los polímeros
de adición son generalmente mayores que las de los polímeros
de condensación. Algunos polímeros típicos
de condensación son el nylon, los poliuretanos y los
poliésteres. Entre los polímeros de adición
se encuentran el polietileno, el polipropileno, el policloruro
de vinilo y el poliestireno.
Cuadro
2. Comparación de diferentes clases de plásticos
Grupo
Estructura
Aspecto
físico
Densidad
Comportamiento
al calor
Comportamiento
a los disolventes
Termoplásticos
Macromoléculas
lineales o ramificadas.
Parcialmente
cristalino; tipo varilla a flexible; traslucido, lechoso
u opaco, sólo los filmes delgados son transparentes.
0.9 - 1.4
(excepto PTFE, 2 - 2.3)
Materiales
blandos; se hacen transparentes al fundirse; con frecuencia
las fibras pueden fundirse a partir del fundido; sellado
por calor (existen excepciones).
Pueden
hincharse, normalmente difíciles de disolver en disolventes
fríos, pero suelen disolverse en disolventes calientes.
Amorfos:
Incoloros, claros y transparentes sin aditivos; duros a
elásticos (por adición de plastificantes).
0.9 - 1.9
Solubles
(con algunas excepciones) en ciertos disolventes orgánicos,
normalmente después de un hinchamiento inicial.
Termoestables
(Después del procesado)
Normalmente
macromoléculas muy entrecruzadas
Duros,
normalmente contienen cargas y son opacos; sin carga son
transparentes.
1.2 - 1.4
(con cargas 1.4 - 2.0)
Permanecen
duros; dimensionalmente estables hasta casi la descomposición
química
Insolubles,
no se hinchan o a lo sumo ligeramente.
Elasticidad
tipo caucho y capacidad para ser estiradas
0.8 - 1.3
No
fluyen hasta temperaturas próximas a la descomposición química
Insolubles,
pero suelen hincharse.
Fuente:
Braun 1990.
Usos
y aplicaciones
Una
de las aplicaciones principales del plástico es el empaquetado.
Se comercializa una buena cantidad de polietileno de baja densidad
en forma de rollos de plástico transparente para envoltorios.
El polietileno de alta densidad se usa para películas
plásticas más gruesas, como la que se emplea en
las bolsas de basura. Se utilizan también en empaquetado
el polipropileno, el poliestireno, el policloruro de vinilo
(PVC) y el policloruro de vinilideno. Este último se
usa en aplicaciones que requieren hermeticidad, ya que no permite
el paso de gases (por ejemplo, el oxígeno) hacia dentro
o hacia fuera del paquete. De la misma forma, el polipropileno
es una buena barrera contra el vapor de agua; tiene aplicaciones
domésticas y se emplea en forma de fibra para fabricar
alfombras y sogas.
El
polietileno de alta densidad se usa en tuberías, del
mismo modo que el PVC. Este último se emplea también
en forma de láminas como material de construcción.
Muchos plásticos se utilizan para aislar cables e hilos;
el poliestireno aplicado en forma de espuma sirve para aislar
paredes y techos. También se hacen con plástico
los marcos para puertas, ventanas, techos, molduras y otros
artículos.
Riesgos
a la salud y al ambiente
En
la actualidad, en todo el mundo, incluyendo México, existe
una problemática importante por la contaminación
del agua, aire y suelo, ocasionada en gran medida, por los grandes
volúmenes de residuos que se generan diariamente y que
recibe escaso o nulo tratamiento adecuado. Esta situación
se agrava porque la basura, que está conformada por residuos
de composición muy variada, generalmente se junta y mezcla
durante las labores de recolección lo que dificulta su
manejo final.
Si
bien por sus características de peligrosidad la mayoría
de los plásticos sintéticos no representan un
riesgo para el ambiente, sí son un problema mayor porque
no pueden ser degradados por el entorno. Al contrario de lo
que ocurre con la madera, el papel, las fibras naturales o incluso
el metal y el vidrio, los plásticos no se oxidan ni se
descomponen con el tiempo. Se han desarrollado algunos plásticos
biodegradables, pero ninguno ha demostrado ser válido
para las condiciones requeridas en la mayoría de los
vertederos de basura. Su eliminación es por lo tanto,
un problema ambiental de dimensiones considerables.
Un
método práctico para solucionar este problema
es el reciclaje, que se utiliza, por ejemplo, con las botellas
de bebidas gaseosas fabricadas con tereftalato de polietileno,
lo que representa un proceso bastante sencillo.
Situación
de la industria de las resinas sintéticas en México
(tendencias de producción y consumo)
La
capacidad instalada de la industria de resinas sintéticas
alcanzó aproximadamente 2.5 millones de toneladas, de
las cuales el 77% corresponde a resinas termoplásticas
y el 23% a resinas termoestables.
Cuadro
3. Producción, importación y exportación
de resinas sintéticas
Año
Resinas
termoplásticas
(Ton)
Resinas
termoestables
(Ton)
Total
(Ton)
Producción
1997
1,622,976
388,352
2,011,328
1998
1,761,946
418,377
2,180,323
1999
1,897,765
457,649
2,355,414
2000
1,964,734
460,970
2,425,704
Importación
1997
719,169
22,579
741,748
1998
913,791
25,638
939,429
1999
1,172,587
24,631
1,197,218
2000
1,267,549
30,260
1,297,809
Exportación
1997
448,300
33,732
482,032
1998
473,186
35,237
508,423
1999
523,690
42,573
566,263
2000
480,744
46,536
527,280
Consumo
aparente
1997
1,893,845
377,199
2,271,044
1998
2,202,551
408,778
2,611,329
1999
2,546,662
439,707
2,986,369
2000
2,751,539
444,694
3,196,233
Fuente:
ANIQ 1999 y ANIQ 2001.
Cuadro
4. Participación relativa en el mercado de resinas sintéticas
en México
Resina
Consumo
aparente (Ton)
1997
1998
1999
2001
Resinas
termoplásticas
1 893 845
2 202 551
2 546 662
2 566 599
Policloruro
de vinilo (PVC)
269, 705
293, 832
333,214
337, 679
Poliestireno
(PS)
216, 131
240, 756
257,926
153, 346
Polipropileno
(PP)
367, 939
443, 827
489, 165
575, 616
Polietileno
alta densidad (PEAD)
418, 839
472, 193
507, 506
552, 915
Polietileno
baja densidad (PEBD)
515, 300
585, 070
727, 675
649,852
Polietilentereftalato
(PET)
105, 931
166, 873
231, 176
297,191
Resinas
termoestables
377 198
408 778
439 707
447 809
Breas
esterificadas
6,
511
7,750
8,
861
8,
400
Dioctilftalato
(DOP)
53,150
59,510
60,
453
60,
617
Emulsiones
PVA y acrílicas
85,
026
89,
933
97, 290
88,
527
Poliuretano
60,
992
65,091
74,
099
69,
152
Resinas
alcídicas
30,500
34,
404
37,
892
38,
352
Resinas
fenol formaldehído
17 499
19,023
19,
808
21,141
Resinas
fumáricas
768
1, 027
1,
121
1,
067
Resinas
melamina formaldehído
9,
212
9, 743
10, 485
12, 192
Resinas
maléicas
3,
661
3, 894
4, 391
6, 242
Resinas
poliéster
35,200
40, 565
42, 724
53, 536
Resinas
urea formaldehído
74, 679
77, 838
82, 583
88, 583
Total
2, 271, 043
2, 611, 329
2, 986,369
3, 014, 408
Fuente:
ANIQ 1999 y ANIQ 2001.
Figura
1. Usos del policloruro de vinilo homopolímero
1999
2001
Fuente:
ANIQ 1999 y ANIQ 2001.
Figura
2. Usos del poliestireno
1999
2001
Fuente:
ANIQ 1999 y ANIQ 2001.
Figura
3. Producción y consumo de polipropileno
Fuente:
ANIQ 1999 y ANIQ 2001.
Figura
4. Usos del polietileno de alta densidad
1999
2001
Fuente:
ANIQ 1999 y ANIQ 2001.
Figura
5. Usos del polietileno de baja densidad
1999
2001
Fuente:
ANIQ 1999 y ANIQ 2001.
Figura
6. Producción y consumo de polietilentereftalato (PET)
(grado botella)
Dado
el desarrollo económico e industrial, en nuestro país
se produce maquinaria, bienes de inversión y de consumo
y, como consecuencia de estos procesos, se generan residuos
y desechos que en conjunto producen contaminación ambiental.
Como
puede observarse en el cuadro 5, la basura está compuesta
por varios materiales susceptibles de recuperación para
ingresar nuevamente a una cadena productiva, de tal forma que
no representen un problema ni un riesgo a la población
y al ambiente.
Cuadro
5. Composición de la basura en México
Componente
%
Desechos
orgánicos
47
Papel
14
Otros
14
Plásticos
11
Materiales
peligrosos
10
Metales
2
Vidrio
2
Fuente:
Inare 2000.
Uno
de los mayores problemas a los que se enfrenta el país
en materia ambiental es el consumo del plástico; de acuerdo
con el Instituto Nacional de Recicladores, AC ( Inare ), en
1997, el consumo aparente en México fue de 29 kg/habitante,
y se espera que para el año 2005 sea de 49 kg/habitante,
considerando que los residuos plásticos al año
son alrededor de 1, 121,000 ton, recolectándose
únicamente 12% del plástico desechado.
En
general los desperdicios de plásticos están básicamente
formados por:
•
polietileno de baja densidad (PEBD),
•
polietileno de alta densidad (PEAD),
•
policloruro de vinilo (PVC),
•
polipropileno (PP),
•
poliestireno (PS) y
•
polietilentereftalato (PET)
Alternativas
para el manejo (uso, reciclado, disposición final,y destrucción)
Para
resolver el problema de los residuos existen diferentes alternativas,
entre otras:
• Relleno sanitario : es un lugar legalmente
utilizado donde se depositan las basuras municipales después
de la clasificación o selección. Se clasifican
en mecánicos y rústicos: en ambas variantes los
residuos se distribuyen en 20 a 30 cm de espesor y se compactan
formando una celda que deberá recubrirse con una capa
de tierra entre 15 y 20 cm, esparcida y compactada igual que
los residuos.
• Pepena : es un sistema de clasificación
mecánica y/o manual de la basura en sus diferentes componentes,
tales como vidrio, metales, plásticos y otros, realizada
en los llamados tiraderos a cielo abierto. Esta técnica
no es muy eficiente debido a que alrededor del 30% de la basura
producida se queda en barrancas, ríos y calles; mientras
que del 70% que llega a los tiraderos, sólo 40% se aprovecha,
debido a que el otro 30% no puede separarse por consistir en
materiales destruidos y en vías de putrefacción.
• Compactación : este método reduce
el volumen que ocupan los residuos, con la aplicación
de altas presiones ejercidas sobre ellos. Este sistema no ha
dado resultado porque se ha observado que estructuralmente falla
la compresión y que con el tiempo la degradación
de los materiales rompe el mismo tabique.
• Incineración : esta técnica consiste
en eliminar la mayor parte del volumen de los residuos mediante
su combustión, a través de la cual se transforman
los desechos en gases, cenizas y escoria, con el fin de reducir
el volumen y aprovechar la energía producida en ésta.
• Reciclado : reciclar significa que todos los
desechos y desperdicios que generamos en nuestras vidas se vuelven
a integrar a un ciclo natural, industrial o comercial mediante
un proceso cuidadoso que permita llevarlo a cabo de manera adecuada
y limpia.
Un
ejemplo de posibles métodos para reciclado de botellas
elaboradas con PET se describe en las figuras 8 y 9, mismos
que contribuyen en gran escala a la reducción del volumen
de la basura, convirtiéndose en una oportunidad para
la creación de negocios de alta rentabilidad en el reciclado
de plásticos.
Figura
8. Proceso de reciclado de botellas PET
Fuente:
Hernández y González 1997.
Figura
9. Proceso REKO para reciclado de botellas PET
En
1993, se produjeron 1,000 millones de toneladas de basura en
el mundo, que se traducen en 2.7 millones de toneladas diarias;
si se considera que representan una densidad de 200 kg/m 3 ,
de este volumen sólo 30% recibió un tratamiento
y el resto se convirtió en un problema ambiental.
El
reciclado de plásticos se encuentra aún en su
primera etapa en países como México y América
Latina. Afortunadamente, se ha desarrollado en países
como Alemania, Japón y Estados Unidos de América,
quienes han desarrollado programas de recolección de
residuos, teniendo éxito después de varios años.
Estos programas se fundamentan en un cambio de cultura, en la
que los pobladores conocen y reconocen la diferencia entre las
distintas especies de materiales y los separan al final de su
vida útil.
Situación
de Alemania en el manejo de los envases plásticos
En
1993 se realizó un estudio sobre los contenidos e instrumentos
del Decreto sobre Empaques por el Instituto
de Investigación sobre Innovación Aplicada (IIAI,
por sus siglas en inglés) de Bochum, Alemania. En términos
generales, el análisis señala los requisitos generales
que deben cumplir los fabricantes y distribuidores de productos
empacados.
Como
una reacción al Decreto sobre Empaques , 95
empresas líderes de la industria y el comercio fundaron
en 1990 una asociación denominada Punto Verde (Green Dot). El objetivo que se persigue es la creación
y el mantenimiento de un sistema para la recolección,
clasificación y reciclaje de los empaques para venta.
De este modo, el sistema se implementó a nivel nacional.
Los
estudios realizados por el IIAI muestran que los esfuerzos estrictamente
impuestos para ahorrar costos de materiales han logrado reducciones
exitosas de materiales de empaque durante las últimas
décadas. Sin embargo, el análisis demuestra que
el Decreto sobre Empaques sólo ha tenido efectos
marginales sobre la reducción en la cantidad de materiales
de empaque que se utiliza en la etapa de producción.
Esto se debe a que la cuota de autorización generalmente
se transfiere al consumidor; asimismo el diseño del empaque
está determinado principalmente por el producto y la
demanda del mercado, así como por las expectativas de
los consumidores y los comerciantes.
Países
europeos
En
Europa existe una jerarquía para el manejo de los residuos
sólidos, cuyos principales objetivos en orden de importancia
son: reducción, reciclaje, recuperación de energía
y, por último, disposición final en rellenos sanitarios
o incineración sin recuperación de energía,
que serían las opciones menos recomendables.
La
legislación Alemana Due es la precursora para
la elaboración de la legislación europea en materia
de recolección y reciclaje de envases, actualmente 15
países entre los que se encuentran Austria, Bélgica,
Francia, Gran Bretaña, España, Portugal y Suecia,
se encuentran desarrollando sistemas de recolección.
Debido
al enfoque de responsabilidad extendida de fabricantes, en países
como Alemania y Austria tienen costos muy altos ya que toda
la responsabilidad recae en los fabricantes (envasadores); en
Bélgica y Francia se sigue un enfoque de responsabilidad
compartida, donde las autoridades juegan un papel en todo el
sistema de recolección y sólo el costo adicional
por encima del costo normal del manejo y disposición
de los residuos es pagado a través de los sistemas alternativos.
En
los Estados Unidos de América, tradicionalmente los residuos
eran recolectados y posteriormente se depositaban en los sitios
de disposición final, pero en la última década
se introdujo el manejo integral, que incluye programas de reciclaje,
compostaje e incineración y, como última alternativa,
disposición tradicional.
El
sector privado es quién se dedica a la recolección
de residuos. En los últimos años, la competencia
entre los diferentes recolectores privados ha fomentado un enorme
número de innovaciones, tales como nuevos tipos de camiones
de recolección o camiones especializados en transportar
los residuos reciclables para su posterior reprocesamiento,
lo cual ha generado una reducción de hasta 20% en los
costos de reciclaje.
Alternativas
de métodos para la degradación de plásticos
Las
envolturas plásticas son ciertamente un componente muy
visible de los tiraderos, por ello, las envolturas degradables
pueden ser de gran ayuda para reducir el problema en los rellenos
sanitarios. Como resultado se han impuesto legislaciones para
el desarrollo del plástico, principalmente en algunos
países de Europa y Estados Unidos de América,
lo cual a su vez ha propiciado el desarrollo de tecnologías
para mejorar la fabricación de plásticos degradables.
Los
resultados obtenidos actualmente se basan en la adición
de ciertas sustancias al plástico que provoquen su desintegración,
y se distingan de acuerdo con el medio que la ocasiona, de tal
forma que existen diferentes tipos de degradación.
Figura
10. Ciclos de productos plásticos
Fuente:
Hernández y González 1997.
La
utilización de polímeros ha aumentado considerablemente
en los últimos años dada su fácil obtención
y los bajos costos que tienen en comparación con materiales
de origen natural así como su diversidad de usos. De
aquí surge la necesidad de estudiar la degradación
de polímeros, ya que ahora se necesita reducir la cantidad
de desechos que se generan por el uso de los materiales poliméricos
y su poca compatibilidad con el ambiente.
Dado
lo anterior, se viene tratando de desarrollar un método
de degradación con una eficiencia superior a la que la
mayoría de los métodos ofrecen. Es importante
no perder de vista que cada método depende del tipo de
material polimérico que se vaya a tratar, así
como de conocer el volumen de materia a degradar y el costo
que involucra la degradación.
Tipos
de degradación polimérica
Existen
diferentes maneras de clasificar los tipos de degradación
de acuerdo con los factores que intervienen, por ejemplo:
Degradación
ambiental , considera al polímero sometido
a la influencia de los elementos naturales o bien toma en cuenta
los efectos del uso o las condiciones de aplicación sobre
su vida útil. Todos los polímeros sujetos a exposiciones
a la atmósfera se degradan de diferente manera, dependiendo
de su composición.
Degradación
acelerada , consiste en someter al material polimérico
a condiciones climatológicas diferentes a las cuales
fue diseñado, lo que va a repercutir en su tiempo de
vida útil.
Degradación
física , engloba a todos los fenómenos
que interaccionan con los polímeros sin modificar la
estructura química de los mismos. En este tipo de envejecimiento
se consideran dos fenómenos: uno que implica transferencia
de masa y otro en el que no la hay.
Degradación
química , implica la modificación
estructural del material polimérico expuesto a determinadas
condiciones como puede ser la luz, la temperatura en presencia
o ausencia de oxígeno, los disolventes, los diferentes
tipos de radiación y diversos microorganismos.
Degradación
térmica , es aquella que se origina por
los efectos térmicos. Se caracteriza por la ruptura de
enlaces químicos y, una vez que los enlaces químicos
empiezan a romperse, se crean cadenas reactivas y radicales
libres.
La
degradación térmica se puede clasificar en dos
grupos:
•
Depolimerizacion o reacciones de ruptura de cadena;
•
Reacciones de sustitución o sin ruptura de cadenas
Degradación
mecánica , comprende los fenómenos
de fractura así como los cambios químicos inducidos
por esfuerzos mecánicos. Generalmente se refiere a efectos
macroscópicos debidos a la influencia de esfuerzos cortantes,
además de las rupturas de las cadenas del polímero.
Degradación
biológica , es un tipo de degradación
química fuertemente relacionada con un ataque microbiano
debido a que los microorganismos producen una gran variedad
de enzimas capaces de reaccionar con polímeros naturales
y sintéticos.
La
biodegradación de polímeros naturales es común
en forma de degradaciones incompletas, tales como la degradación
de combustibles provenientes del petróleo y las degradaciones
completas de proteínas y lípidos para propósitos
nutritivos.
Los
productos naturales que son susceptibles al ataque biológico
son:
•
Plásticos industriales: hidrolizables por bacterias y
hongos
•
Goma natural: parcialmente consumible por microorganismos de
suelo
•
Almidón: degradado fácilmente por bacterias y
hongos
•
Celulosa: atacada por agentes biológicos, mediante hidrólisis
enzimática
Degradación
de polímeros por Inducción de luz o fotodegradación. La fotodegradación es el proceso por el
cual la luz solar afecta a las sustancias poliméricas
y otros compuestos orgánicos, reduciendo principalmente
el peso molecular de los mismos, lo que ocasiona que éstos pierdan sus propiedades físicas
y mecánicas de una manera irreversible, lo que se manifiesta
en: decoloración, formación de grietas y ampollas
sobre la superficie, fragilidad, pérdida de propiedades
de resistencia e incremento en la conductividad eléctrica,
por mencionar sólo algunos efectos.
Figura
11. Métodos de degradación
Fuente:
Rosales 2001.
Conclusiones
•
Por sus propiedades, los envases de plástico no representan
un riesgo ambiental, pero por su volumen pueden llegar a tener
impacto sobre los cuerpos de agua y suelo.
•
La producción, exportación y consumo aparente
de resinas para envases plásticos a base de PET va en
aumento en nuestro país, mientras que las importaciones
han disminuido:
Concepto
1993
2000
Producción
33 289
420 462
Importación
15 345
1 437
Exportación
24 655
124 708
Consumo
23 979
297 191
•
Hay pocas experiencias exitosas en el mundo para el manejo adecuado
de este tipo de residuos.
•
Un programa para su control deberá incluir varias estrategias
de índole económico, educativo y regulatorio.
•
El costo de la materia prima virgen es más económico
que el de la materia reciclada, por ende hay pocos incentivos
para la reutilización.
•
La industria fabricante debe asumir la responsabilidad compartida
con el consumidor y los entes regulatorios en la implementación
de programas viables para el manejo de este tipo de residuos.
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