¿Qué es el poliestireno (PS)?
El poliestireno (PS) es un polímero que se obtiene por polimerización por radicales libres del monómero de estireno; es un termoplástico incoloro y transparente.
En el sistema de codificación para la identificación de resinas plásticas, al PS le corresponde el número 6 (un triángulo de flechas con la cifra en su interior). Este código debe marcarse de forma visible en la base del producto plástico o de su envase para que consumidores y recicladores puedan clasificarlo correctamente.
01Conceptos básicos del poliestireno (PS)
Propiedades físicas
El PS se presenta en forma de pellets incoloros y transparentes. Al arder desprende un humo denso con olor parecido al de la trementina y, al apagar la llama soplando, forma hilos largos. Los productos de PS son rígidos y de aspecto vítreo, y emiten un sonido metálico al caer o al golpearlos. Son frágiles más que flexibles, y la superficie de fractura presenta un brillo nacarado y plateado. El PS tiene una absorción de agua del 0.05 %, algo superior a la del PE, pero esto apenas afecta a la resistencia y la estabilidad dimensional del producto.
Propiedades ópticas
Una de las características más destacadas del PS es su excelente transparencia, con una transmitancia luminosa del 88–92 %. Junto con el PC y el PMMA, se le considera uno de los tres plásticos transparentes más importantes del mercado.
Propiedades mecánicas
El PS es duro y frágil, sin ductilidad: bajo tracción se rompe cerca del punto de fluencia. Entre los termoplásticos de uso general, el PS tiene la mayor resistencia a la tracción y a la flexión, con una resistencia a la tracción de hasta 60 MPa. Sin embargo, su resistencia al impacto es muy baja, por lo que no sirve como plástico de ingeniería. Tiene poca resistencia al desgaste y una resistencia a la fluencia (creep) moderada. Sus propiedades mecánicas dependen mucho de la temperatura.
Propiedades térmicas
El PS tiene poca resistencia al calor: su temperatura de deflexión térmica es de solo 70–90 °C, lo que limita su uso prolongado a temperaturas de 60–80 °C. Tampoco se comporta bien a bajas temperaturas, con un punto de fragilidad de −30 °C.
Propiedades eléctricas
El PS ofrece un excelente aislamiento eléctrico, que no se ve afectado por la temperatura ni por la humedad. Tiene una tangente de pérdidas dieléctricas baja, soporta descargas corona moderadas y presenta buena resistencia al arco, por lo que es adecuado como material aislante para alta frecuencia.
Resistencia química
El PS tiene buena estabilidad química: resiste ácidos débiles, álcalis, sales, aceites minerales y alcoholes de bajo peso molecular. Sin embargo, lo atacan muchos hidrocarburos, cetonas y ácidos grasos superiores, y se disuelve en disolventes aromáticos. Su resistencia a la intemperie es baja, con poca resistencia a la luz y a la oxidación, por lo que no es apto para un uso prolongado en exteriores. En cambio, resiste bien la radiación.
02Tipos de poliestireno (PS)
Según sus características y aplicaciones, el poliestireno (PS) se clasifica principalmente en los siguientes tipos:
| Poliestireno de uso general (GPPS) | CaracterísticasTambién llamado poliestireno cristal, ofrece buena transparencia, rigidez y aislamiento eléctrico. | AplicacionesSe usa ampliamente para fabricar productos plásticos transparentes como envases para alimentos, estuches de CD, tubos de ensayo, artículos de papelería y materiales decorativos. |
|---|---|---|
| Poliestireno de alto impacto (HIPS) | CaracterísticasSe añade caucho (normalmente caucho de polibutadieno) al poliestireno de uso general para mejorar su resistencia al impacto y su tenacidad; suele ser de color blanco lechoso u opaco. | AplicacionesAdecuado para productos que requieren mayor resistencia y tenacidad, como carcasas de electrodomésticos, juguetes, carcasas de instrumentos y revestimientos interiores de refrigeradores. |
| Poliestireno expandido (EPS) | CaracterísticasSe obtiene mediante un proceso de espumado y destaca por su ligereza, su aislamiento térmico y su capacidad de amortiguación. | AplicacionesSe emplea para fabricar materiales aislantes, materiales de embalaje, vajilla desechable y paneles de aislamiento térmico para la construcción. |
Poliestireno extruido (XPS) | CaracterísticasTambién es un tipo de poliestireno espumado, pero se produce por extrusión de espuma, lo que da una estructura uniforme de celda cerrada con mayor resistencia a la compresión y mejor aislamiento térmico. | AplicacionesSe usa habitualmente en sistemas de aislamiento de edificios, aislamiento de cámaras frigoríficas y aislamiento de pisos. |
| Poliestireno degradable | CaracterísticasSe añaden agentes degradantes al poliestireno de uso general para que se degrade con más facilidad en el medio ambiente y reducir así su impacto ambiental. | AplicacionesSe usa en materiales de embalaje ecológicos y productos desechables. |
| Poliestireno antiestático | CaracterísticasSe añaden agentes antiestáticos al poliestireno para reducir la acumulación de electricidad estática. | AplicacionesSe usa en embalajes de productos electrónicos y otras aplicaciones que requieren propiedades antiestáticas. |
Estos tipos de poliestireno difieren mucho en prestaciones y aplicaciones, y cubren así distintas necesidades de uso.
03Aplicaciones del poliestireno (PS)
El PS tiene un amplio abanico de aplicaciones, que en general pueden agruparse en los siguientes campos:
Productos médicos y de laboratorio
El PS de uso general es transparente, rígido y fácil de moldear con tolerancias estrechas, por lo que es el material estándar del material de laboratorio desechable: placas de Petri, tubos de ensayo, frascos de cultivo, pipetas y microplacas para diagnóstico. Estos productos se suministran estériles. El PS soporta la esterilización por radiación gamma o con óxido de etileno, pero no en autoclave de vapor, porque se ablanda por debajo de 100 °C.
La lámina de HIPS se termoforma en bandejas y blísteres para dispositivos médicos y envases farmacéuticos, donde aporta rigidez y resistencia al impacto a bajo costo. El PS es atacado por muchos disolventes orgánicos y tiene una resistencia al calor limitada, por lo que no se utiliza en equipos de procesos químicos ni en otros servicios muy corrosivos.
Industria automotriz
En la industria automotriz, el PS se emplea principalmente en carcasas del tablero de instrumentos, cubiertas de faros y componentes de iluminación. El poliestireno también puede espumarse para obtener materiales de embalaje y de aislamiento térmico, que se usan en piezas como el techo del vehículo. Además, el PS suele modificarse o copolimerizarse por injerto con otros materiales para crear distintas aleaciones plásticas de la familia del PS. Por ejemplo, los copolímeros de estireno-anhídrido maleico (SMA) se usan habitualmente para fabricar armazones de tableros de instrumentos.
Aparatos eléctricos
El PS combina una excelente transparencia con buenas propiedades aislantes, por lo que es adecuado para componentes y carcasas de televisores, grabadoras de audio y diversos aparatos eléctricos, así como para condensadores de alta frecuencia.
Productos transparentes
Gracias a su excelente transparencia, el PS es ideal para instrumentos ópticos de uso general, maquetas transparentes, difusores de luz, carcasas de instrumentos y envases.
Artículos de uso diario
Por su excelente aptitud para la coloración y su brillo, el PS se usa ampliamente en artículos de uso diario como juguetes infantiles, paneles decorativos, estuches de casetes, tiradores de muebles, peines, mangos de cepillos de dientes, cuerpos de bolígrafos y artículos de papelería.
Materiales de embalaje
Las espumas de PS ofrecen una excelente absorción de impactos y un buen aislamiento térmico, por lo que son adecuadas para embalajes de protección contra golpes y como materiales aislantes. Como embalaje se usan sobre todo para aparatos eléctricos, instrumentos de precisión, artesanías, productos de vidrio y cerámica; como aislamiento, en tabiques y paneles sándwich para techos.
04Producción del poliestireno (PS)
Polimerización en masa
El estireno se polimeriza en atmósfera de gas inerte a una temperatura controlada de 60–90 °C, con peróxido de benzoílo como iniciador, y se obtiene una resina transparente en bloque. Esta resina tiene gran pureza, buena transparencia y brillo.
Polimerización en emulsión
Una emulsión acuosa de monómero de estireno se polimeriza a 80–95 °C bajo la acción de un iniciador. A continuación, el polímero se separa de las aguas madres y se procesa hasta obtener una resina en polvo. El producto final tiene una resistencia al calor algo mejor que la resina polimerizada en masa, pero un aislamiento eléctrico y una transparencia algo menores.
05Modificación del poliestireno (PS)
El poliestireno presenta ciertas desventajas, como su fragilidad, su escasa resistencia al agrietamiento por tensiones ambientales y su baja compatibilidad. Por eso, durante la producción suele ser necesario mejorar sus prestaciones mediante modificación. Los métodos habituales son la modificación por compounding, la modificación por copolimerización y la modificación con nanopartículas inorgánicas.
Modificación por compounding
Consiste en mezclar mecánicamente dos o más materiales poliméricos, materiales inorgánicos y aditivos para obtener un material con mejor homogeneidad mecánica y mejores propiedades térmicas y ópticas.
Características de la modificación por compounding:
La modificación por compounding requiere poca inversión y tiene un ciclo de producción corto, por lo que es una vía clave para modificar el PS. No solo es un método importante de modificación de polímeros, sino también un camino relevante para desarrollar nuevos materiales.
PS/PE
El polietileno (PE) tiene excelente flexibilidad y resistencia al impacto, lo que ayuda a mejorar la tenacidad del PS. Sin embargo, el PS y el PE son polímeros incompatibles, por lo que hay que añadir un compatibilizante durante la modificación por compounding.
Hay dos métodos de mezcla PS/PE: la mezcla reactiva y la mezcla no reactiva.
En los estudios de mezcla reactiva se alimentan simultáneamente PS reactivo (RPS), PE clorado (CPE), PE y PS en una extrusora de doble husillo, donde se mezclan en fundido y se extruyen para obtener una mezcla de PS modificado.
Aumentar el peso molecular del PE no afecta a la resistencia a la tracción de la mezcla, pero puede mejorar su resistencia al impacto.
PS/PP
El polipropileno (PP) es más tenaz que el PS y tiene mejor resistencia al calor. Por eso, mezclar PP con PS permite mejorar las propiedades térmicas del PS.
Sin embargo, el PP y el PS son incompatibles, por lo que se necesita un compatibilizante. El uso de sílice con tratamiento superficial en el sistema PS/PP puede reforzar la adhesión interfacial entre los polímeros y mejorar la resistencia a la tracción del sistema. La combinación de PS reactivo (RPS) y polipropileno injertado con anhídrido maleico (MPP) también ofrece una buena compatibilización reactiva de las mezclas PS/PP.
PS/PC
El policarbonato (PC) tiene excelentes propiedades, entre ellas una buena resistencia a la fluencia y una transmitancia de luz visible superior al 90 %. Su índice de refracción es cercano al del PS, y puede mezclarse con él para mejorar su estabilidad térmica, su resistencia y su tenacidad.
En las mezclas PS/PC parcialmente compatibles, la tensión en la interfase se distribuye de forma uniforme y continua bajo cargas externas, lo que provoca la formación de microgrietas (crazes) y bandas de cizallamiento que mejoran las propiedades mecánicas de la mezcla.
Modificación por copolimerización
La modificación por copolimerización es uno de los métodos importantes para modificar el PS. Al copolimerizar el monómero de estireno con un segundo monómero se pueden introducir grupos flexibles que conservan las excelentes propiedades originales del PS y mejoran su tenacidad y su procesabilidad. Los métodos principales son la copolimerización con α-olefinas y la copolimerización por injerto.
1. Copolimerización con α-olefinas
El PS tiene poca compatibilidad cuando se mezcla con poliolefinas, pero su copolimerización puede dar productos rígidos y tenaces a la vez. El segundo monómero suele ser una α-olefina. Copolimerizar el estireno con el segundo monómero mediante un catalizador metalocénico mantiene la rigidez del PS y aumenta su flexibilidad.
2. Copolimerización por injerto
Con un catalizador metalocénico, el estireno se copolimeriza con un derivado del estireno que contiene boro; después, los grupos de boro del producto se oxidan a grupos hidroxilo, que sirven como puntos de injerto.
Mediante polimerización radicalaria por transferencia de átomo (ATRP) se ha sintetizado una serie de copolímeros de injerto de PS, con lo que se logra la funcionalización del poliestireno. La densidad de injerto y la longitud de las cadenas pueden controlarse ajustando el grado de bromación y la cantidad de monómero añadido.
Mediante reacciones de transferencia de cadena in situ, con condiciones de reacción y sistemas catalíticos adecuados, se han sintetizado copolímeros de injerto de PS con grupos polares terminales, lo que permite funcionalizar el PS.
Modificación con nanopartículas inorgánicas
Las nanopartículas inorgánicas presentan efectos de superficie, de volumen y de tamaño cuántico propios, por lo que sus propiedades difieren mucho de las de los polvos convencionales y los materiales macizos. Al combinar nanomateriales inorgánicos con PS en condiciones de proceso específicas, se pueden mejorar notablemente la resistencia, la tenacidad, la resistencia al calor y la resistencia al desgaste del material polimérico. Los principales métodos de preparación de compuestos de PS con nanopartículas inorgánicas son los siguientes:
1. Mezcla en fundido
Las nanopartículas modificadas se añaden a la resina fundida y la mezcla se homogeneiza y se moldea para obtener el compuesto. Como las nanopartículas tienden a aglomerarse y cuesta dispersarlas de forma uniforme en el sistema, es fundamental someterlas a un tratamiento superficial antes de la mezcla.
Los compuestos de PS con nanopartículas preparados por mezcla mecánica pueden mejorar notablemente la resistencia a la tracción, la resistencia al impacto con entalla y las propiedades de flujo térmico.
2. Mezcla en solución
La resina base se disuelve en un disolvente adecuado y se añaden las nanopartículas. Tras agitar a fondo para lograr una dispersión uniforme, se elimina el disolvente y se obtiene el compuesto.
Los nanotubos de carbono de pared múltiple (MWNT) tratados por oxidación ácida se dispersan en tetrahidrofurano y después se añade el PS. Tras 3 horas de tratamiento con ultrasonidos se obtienen compuestos conductores de PS/MWNT. Este método mejora el módulo de almacenamiento y la conductividad del material.
3. Polimerización in situ
Las nanopartículas con tratamiento superficial se añaden al monómero y se mezclan de forma homogénea. En condiciones adecuadas se inicia la polimerización para preparar compuestos de PS con nanopartículas.
Los nanocompuestos de PS/vermiculita preparados in situ presentan temperaturas de descomposición claramente superiores a las del PS puro.
Aunque se han desarrollado diversos métodos de modificación del PS, las prestaciones globales de los productos modificados y los mecanismos de modificación todavía requieren mejoras. Esto se debe a que la resistencia al impacto, la resistencia al calor, la resistencia química y la procesabilidad de los productos modificados deben cumplir exigencias más altas para que los materiales de PS modificado tengan aplicaciones más amplias.
Preguntas frecuentes
¿Se puede reciclar el poliestireno?
Sí, el poliestireno es reciclable, aunque su reciclaje plantea ciertas dificultades. Por ser ligero y voluminoso, el transporte y el procesamiento resultan relativamente caros. Esto vale sobre todo para el poliestireno expandido (EPS), cuyo gran volumen y baja densidad aparente lo hacen aún más difícil de reciclar. El PS reciclado puede usarse para fabricar nuevos productos plásticos o como combustible.
¿Qué impacto ambiental tiene el poliestireno?
El poliestireno se degrada con dificultad en la naturaleza y puede tardar cientos de años en descomponerse, lo que supone una carga prolongada para los ecosistemas. Si no se gestionan correctamente, los residuos de PS pueden contaminar tanto el medio marino como el terrestre. El poliestireno expandido (EPS), en particular, puede fragmentarse en microplásticos al degradarse, lo que supone una amenaza para la fauna.
¿Es seguro el poliestireno para envases de alimentos?
En general, el poliestireno estándar se considera seguro para el contacto con alimentos y se usa habitualmente en vajilla desechable y envases para alimentos. Sin embargo, a altas temperaturas el PS puede liberar trazas de monómero de estireno, por lo que no se recomienda calentarlo en el microondas ni guardar en él alimentos calientes durante mucho tiempo.
¿Cómo se compara el poliestireno con otros plásticos como el PP y el PET?
Frente a otros plásticos, el PS destaca por su alta transparencia y rigidez, pero es más frágil y tiene poca resistencia al impacto. El PP (polipropileno) tiene mejor tenacidad y resistencia al calor, por lo que sirve para una gama de aplicaciones más amplia. El PET (tereftalato de polietileno) también tiene alta transparencia y excelentes propiedades mecánicas, y se usa habitualmente en botellas de bebidas y envases para alimentos.
¿Qué precauciones deben tomarse al usar poliestireno?
- No caliente en el microondas recipientes de PS, sobre todo si contienen alimentos grasos.
- Para reciclarlos, los productos de PS deben separarse y compactarse en lo posible para reducir su volumen y facilitar el transporte y la manipulación.
- El poliestireno expandido (EPS) desechado debe eliminarse correctamente para evitar que llegue al medio natural.
