La palabra plástico en nuestra vida cotidiana la relacionamos con bolsas, empaques, juguetes, electrónicos y muchas piezas de todo tipo a nuestro alrededor. Pero, alguna vez te has preguntado ¿qué tan diferentes son los plásticos que usamos? o si ¿un mismo plástico es útil para diferentes aplicaciones? En este artículo te platicaremos sobre el análisis térmico, un conjunto de técnicas que estudian el comportamiento de los materiales y nos ayuda a resolver este tipo de preguntas.

Para ello, primero es necesario entender que un plástico está conformado por polímeros (derivado de las palabras griegas Poly y Mers o “muchas partes”), que consisten en muchas unidades o moléculas unidas por cadenas. Entre los polímeros más usados en la vida cotidiana, podemos citar al nylon que se utiliza en textiles, líneas y redes de pesca; el polietileno (PE) que encontramos en las bolsas del super, biberones y envases de champú; el poliestireno (PS) con el que se fabrican los platos y vasos desechables; el policloruro de vinilo (PVC) utilizado en tuberías de agua, persianas y revestimiento de cables eléctricos; el polipropileno (PP) necesario para fabricar piezas de automóviles, ropa y electrodomésticos, entre otros.

Todos estos polímeros conforman lo que comúnmente denominamos “plásticos”. Sin embargo, no todos pueden utilizarse para las diferentes aplicaciones. Su aplicación depende del comportamiento del material, que podemos conocer al caracterizarlo térmicamente. El análisis térmico nos permitirá identificar las regiones amorfas (estructura desordenada) o cristalinas (estructura ordenada) de los polímeros, lo que nos ayudará a conocer cómo se comportará al ser sometido a cambios de temperatura.

Cuando las regiones amorfas se exponen al altas o bajas temperaturas presentan una transición térmica conocida como temperatura de transición vítrea (Tg). Los polímeros son muy flexibles cuando presentan una Tg por debajo de la temperatura ambiente (25°C), como es el caso de una bolsa de PE (Tg = -100º C), neumáticos base caucho natural (Tg = -75º C) o suelas de zapato de caucho sintético (Tg = -120º C), entre otros. En contraparte, materiales plásticos como las botellas de PET (Tg =60º C), un tubo de PVC (Tg =80º C) o juguetes de poliestireno (Tg =100º C) que presentan una Tg mayor que la temperatura ambiente, tienen la característica de ser plásticos rígidos.

Por otro lado, cuando la zona cristalina o de estructura ordenada se expone al calor presenta una transición llamada temperatura de fusión (Tf), que ocurre cuando las cadenas poliméricas se desordenan y se transforman en un líquido. Esta es una propiedad muy importante de los polímeros, ya que permite definir las condiciones de procesamiento de un plástico, así como para conocer su posible aplicación en términos de su resistencia térmica. De lo contrario, no sería útil y seguro usar una pala de plástico al cocinar o tener cerca del motor del auto un contenedor de plástico que almacena el anticongelante y esta continuamente expuesto a altas temperaturas.

El análisis térmico nos ayuda a identificar bajo condiciones controladas la respuesta de los polímeros ante la temperatura. Para ello, se puede emplear un equipo llamado Calorímetro Diferencial de Barrido (del inglés, DSC), con el cual se calienta (hasta 400 °C) o enfría (hasta -90 °C) una muestra de plástico para identificar su Tg y/o Tf. Para los plásticos que presentan transiciones térmicas superiores a 500 °C, se utiliza otro equipo, llamado Analizador Termogravimétrico (del inglés, TGA), que puede calentar un material hasta 1000 °C y medir su cambio en peso en función de la temperatura y/o del tiempo en una atmósfera controlada. Esta técnica además es útil para determinar la composición de los materiales, ya que algunos plásticos son la mezcla de diferentes polímeros y aditivos.

En el Laboratorio Central de Instrumentación Analítica (LCIA) del CIQA, se cuenta con analizadores térmicos (DSC y TGA) de última generación, que son de utilidad para identificar y seleccionar polímeros específicos para la elaboración de nuevos materiales, para mejorar su procesamiento en plantas de producción, así como en el control de calidad de productos terminados, lo cual asegura su aplicación y utilidad para todos los consumidores. Si este tema te ha parecido interesante, las puertas del LCIA en CIQA están disponibles para conocer con más detalle el campo de aplicación del análisis térmico en los plásticos y en muchas aplicaciones más.

Referencia: Wypych, G. (2022). Handbook of polymers. Elsevier.

Dr. Israel Sifuentes Nieves: israel.sifuentes@ciqa.edu.mx

M.C. Myrna Salinas Hernández: myrna.salinas@ciqa.edu.mx

L.C.Q. Guadalupe Méndez Padilla: guadalupe.mendez@ciqa.edu.mx

Dra. Esmeralda Saucedo Salazar: esmeralda.saucedo@ciqa.edu.mx

* Centro de Investigación en Química Aplicada