Resumen

Este trabajo trata de explicar cómo podemos reciclar de forma casera el poliestireno expandido (unicel), el cual podemos encontrar en vasos, platos o en cajas para embalajes para la protección de los productos.

• Existen varias posibilidades de poder reutilizar este producto como por ejemplo:
• En la construcción como componente del hormigón liviano, rellenos de terrenos, etc.
• Reusar el embalaje a nivel doméstico (mudanzas, almacenaje, jardinería, decoración).
• Moler piezas de poliestireno expandido recolectadas. Emplear la molienda en la fabricación de hormigón liviano o en el aflojamiento de suelos, jardines, estadios.

Estas formas de reciclaje son mas enfocadas a nivel industrial, pero en este trabajo explicaremos como podemos reciclarlo de forma casera, la cual basa en extraer el aire que contiene el poliestireno expandido a partir del uso de acetona, la cual es un compuesto químico de fórmula  del grupo de las cetonas que se encuentra naturalmente en el medio ambiente. La acetona sintetizada se usa en la fabricación de plásticos, fibras, medicamentos y otros productos químicos, así como disolvente de otras sustancias químicas.

De esta forma podemos reducir el poliestireno este a su mínima cantidad de material y poder lo reutilizar de otra forma.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

El unicel es un elemento usado cada vez con más frecuencia ya que es un material económico pero genera toneladas de basura que dañan y contaminan el medio ambiente.

Mediante una investigación aprendí cómo es que el poliestireno expandido se puede compactar, a partir de un solvente (acetona), con el fin de reciclar el material y darle otro uso. 

Antecedentes

El poliestireno fue sintetizado por primera vez a nivel industrial en el año 1930. Hacia fines de la década del 50, la firma BASF (Alemania) por iniciativa del Dr. F. Stastny, desarrolla e inicia la producción de un nuevo producto: poliestireno expandible, bajo la marca Styropor. Ese mismo año fue utilizado como aislante en una construcción dentro de la misma planta de BASF donde se realizó el descubrimiento. Al cabo de 45 años frente a escribanos y técnicos de distintos institutos europeos, se levantó parte de ese material, y se lo sometió a todas las pruebas y verificaciones posibles. La conclusión fue que el material después de 45 años de utilizado mantenía todas y cada una de sus propiedades intactas.

Poliestireno

Es un plástico versátil usado para fabricar una amplia variedad de productos de consumo. Dado que es un plástico duro y sólido, se usa frecuentemente en productos que requieren transparencia, tales como envases de alimentos y equipos de laboratorio. Cuando se combina con varios colorantes, aditivos y otros plásticos, el poliestireno se usa para hacer electrodomésticos, electrónicos, repuestos automotrices, juguetes, macetas y equipamiento para jardines, entre otros.

El poliestireno también se fabrica en forma de material espumoso llamado poliestireno expandido (EPS) o poliestireno extruido (XPS), valorado por sus propiedades de aislamiento y acolchado. El poliestireno en espuma puede tener más de 95 por ciento de aire y se usa como aislante doméstico y de electrodomésticos, envase protector liviano, tablas para surf, servicio de alimentos y envasado de alimentos, repuestos automotrices, sistemas de estabilización de caminos y acotamientos y mucho más.

El poliestireno se fabrica hilando o polimerizando estireno, una sustancia química fundamental usado en la fabricación de varios productos. El estireno también se encuentra naturalmente en alimentos tales como fresas, canela, café y carne de res.

Poliestireno Expandido (EPS)

Se define técnicamente como:

“Material plástico celular y rígido fabricado a partir del moldeo de perlas preexpandidas de poliestireno expandible o uno de sus copolímeros, que presenta una estructura celular cerrada y rellena de aire”.

La abreviatura EPS deriva del inglés Expanded PolyStyrene. Este material es conocido también como Telgopor o Corcho Blanco.

Propiedades y características poliestireno expandido

Densidad

Los productos y artículos terminados en poliestireno expandido se caracterizan por ser extraordinariamente ligeros, aunque resistentes. En función de la aplicación las densidades se sitúan en el intervalo que va desde los 10kg/m3 hasta los 35kg/m3.

Color

El color natural de poliestireno expandido es blanco, esto se debe a la refracción de la luz.

Resistencia mecánica

La densidad del material guarda una estrecha relación con las propiedades de resistencia mecánica. Los gráficos a continuación muestran los valores alcanzados sobre estas propiedades en función de la densidad aparente de los materiales de poliestireno expandido.

Aislamiento térmico

Los productos y materiales de poliestireno expandido presentan una excelente capacidad de aislamiento térmico. De hecho, muchas de sus aplicaciones están directamente relacionadas con esta propiedad: por ejemplo, cuando se utiliza como material aislante de los diferentes cerramientos de los edificios o en el campo del envase y embalaje de alimentos frescos y perecederos como por ejemplo las cajas de pescado.

Esta buena capacidad de aislamiento térmico se debe a la propia estructura del material que esencialmente consiste en aire ocluido dentro de una estructura celular conformada por el poliestireno. Aproximadamente un 98% del volumen del material es aire y únicamente un 2% materia sólida (poliestireno), siendo el aire en reposo es un excelente aislante térmico.

La capacidad de aislamiento térmico de un material está definida por su coeficiente de conductividad térmica que en el caso de los productos de EPS varía, al igual que las propiedades mecánicas, con la densidad aparente.

Comportamiento frente al agua y vapor de agua.

El poliestireno expandido no es higroscópico, a diferencia de lo que sucede con otros materiales del sector del aislamiento y embalaje. Incluso sumergiendo el material completamente en agua los niveles de absorción son mínimos con valores oscilando entre el 1% y el 3% en volumen (ensayo por inmersión después de 28 días).

Al contrario de lo que sucede con el agua en estado líquido el vapor de agua sí puede difundirse en el interior de la estructura celular del EPS cuando entre ambos lados del material se establece un gradiente de presiones y temperaturas.

Estabilidad dimensional.

Los productos de EPS, como todos los materiales, están sometidos a variaciones dimensionales debidas a la influencia térmica. Estas variaciones se evalúan a través del coeficiente de dilatación térmica que, para los productos de EPS, es independiente de la densidad y se sitúa en los valores que oscilan en el intervalo 5-7 x 10 -5 K -1 , es decir entre 0,05 y 0,07 mm . por metro de longitud y grado Kelvin.

A modo de ejemplo una plancha de aislamiento térmico de poliestireno expandido de 2 metros de longitud y sometida a un salto térmico de 20 º C experimentará una variación en su longitud de 2 a 2,8 mm .

Estabilidad frente a la temperatura.

Además de los fenómenos de cambios dimensionales por efecto de la variación de temperatura descritos anteriormente el poliestireno expandido puede sufrir variaciones o alteraciones por efecto de la acción térmica.

El rango de temperaturas en el que este material puede utilizarse con total seguridad sin que sus propiedades se vean afectadas no tiene limitación alguna por el extremo inferior (excepto las variaciones dimensionales por contracción). Con respecto al extremo superior el límite de temperaturas de uso se sitúa alrededor de los 100ºC para acciones de corta duración, y alrededor de los 80ºC para acciones continuadas y con el material sometido a una carga de 20 kPa.

Comportamiento frente a factores atmosféricos.

La radiación ultravioleta es prácticamente es el único factor que reviste importancia. Bajo la acción prolongada de la luz UV, la superficie del EPS se torna amarillenta y se vuelve frágil, de manera que la lluvia y el viento logran erosionarla. Dichos efectos pueden evitarse con medidas sencillas, en las aplicaciones de construcción con pinturas, revestimientos y recubrimientos.

Usos del Poliestireno

Electrodomésticos

Refrigeradores, aires acondicionados, hornos, horno de microondas, aspiradoras, licuadoras; estos y otros electrodomésticos suelen fabricarse con poliestireno (sólido y en espuma) porque es inerte (no reacciona con otros materiales), económico y duradero.

Automotriz

El poliestireno (sólido y en espuma) se usa para fabricar muchas autopartes, como perillas, paneles de instrumentos, molduras, paneles de absorción de energía para puertas y espuma para mitigar el ruido. La espuma de poliestireno se usa también en asientos de seguridad para niños.

Electrónicos

El poliestireno se usa para las carcasas y otras partes componentes de los televisores, computadores y todo tipo de equipamiento de TI, donde es esencial una combinación de forma, función y estética.

Servicio de alimentos

El envasado para el servicio de alimentos de poliestireno suele ser mejor aislante, mantiene los alimentos frescos por más tiempo y cuesta menos que las otras alternativas.

Aislamiento

La espuma ligera de poliestireno proporciona un excelente aislamiento térmico en varias aplicaciones tales como paredes y techos de edificios, refrigeradores y neveras, e instalaciones industriales de almacenamiento en frío. El aislamiento de poliestireno es inerte, durable y resistente al daño causado por el agua.

Medicina

Dada su transparencia y fácil esterilización, el poliestireno se usa en una amplia gama de aplicaciones médicas, como bandejas para cultivos, tubos de ensayo, platos de Petri, componentes de diagnóstico, carcasas para equipamiento para pruebas y dispositivos médicos.

Envasado

El poliestireno (sólido y en espuma) se usa para proteger productos de consumo. Entre otros, los estuches de CD y DVD, los envases de maní para su envío, envases de alimentos, bandejas para aves y carne y cartones de huevo suelen fabricarse con poliestireno para protegerlos contra daños o deterioro.

Reacción química

Una reacción química es un proceso mediante el cual distintas sustancias cambian su composición formando sustancias nuevas. Este tipo de proceso está presente constantemente en la naturaleza y es el causante de muchos de los fenómenos que cotidianamente percibimos. Así, lo que podemos observar cuando se produce una determinada reacción química es que determinadas sustancias desaparecen para dar lugar a otras con propiedades distintas. Este tipo de fenómeno se debe a la recombinación de átomos como consecuencia de una ruptura de enlaces y la creación de otros nuevos. Las reacciones químicas tienen una serie de características mediante las cuales es posible identificarlas; así, por ejemplo, se desprende o se absorbe energía y las sustancias generadas se distinguen de las originales.

La mayoría de las reacciones químicas tienen un carácter definitivo, significando con esto que es difícil que a partir de nuevas sustancias formadas se pueda volver a obtener las originales; no obstante, tal posibilidad existe si se genera otra reacción química. Por ejemplo, una reacción química que observamos con bastante asiduidad es la que experimenta el hierro; el mismo se combina con oxígeno a través del agua, formando óxido de hierro; ahora bien, es posible volver a formar hierro del óxido de hierro formado si se le aplica la correcta proporción de hidrógeno.

El estudio de las reacciones químicas se realiza mediante el conocimiento de los diversos elementos que existen en la naturaleza, elementos que se encuentran reflejados en la denominada tabla periódica. Dicha tabla da cuenta de los mentados elementos como asimismo de sus propiedades, entre las que destaca la cantidad de electrones que tienen para construir enlaces. Este conocimiento es de enorme relevancia para la labor en diversas áreas; así, es posible encontrar soluciones a muchos problemas de un modo eficiente, solución que consiste en generar determinadas sustancias a voluntad a partir del conocimiento que se tiene de la forma y de los elementos necesarios.

Las reacciones químicas están continuamente sucediéndose en el interior de cada organismo. Así, por ejemplo, los mismos pueden proveerse de energía, almacenarla y consumirla. Este tipo de reacciones son indispensables para la vida, pero no son las únicas. También cabe señalarse las distintas reacciones que hacen crecer al organismo, o que lo hacen reproducirse. Como vemos, el conocimiento de este tipo de procesos también tiene una enorme importancia para el estudio desde la perspectiva biológica. Esta nos da una visión de distintas facetas de la vida animal y vegetal que tiene enorme repercusión en la actividad del hombre.

Tipos de reacciones químicas

Las reacciones químicas se clasifican según el tipo de productos que se obtengan, el uso o liberación de calor o por descomposición, entre otras. Algunos tipos de reacciones son:

1. Reacciones de Oxidación y reducción (Redox): Existe transferencia de electrones entre metales y no metales. Ejemplo: oxidación de cobre expuesto al aire.
2. Combustión: Un combustible y el oxígeno (O2) son los reactivos que forman los productos que suelen ser el dióxido de carbono (CO2) y vapor de agua (H2O). Ejemplo: Quema de petróleo diésel en motores o calefactores.
3. Disolución acuosa: Son las mas comunes, las reacciones químicas ocurren principalmente en medio acuoso, tanto a nivel industrial, de laboratorio, como a nivel biológico. Ejemplo: Algún alcohol como el etílico (CH3CH2OH) en agua (H2O)
4. Neutralización: Cuando un ácido reacciona con una base para formar una sal y desprender agua. Ejemplo: Tablas antiácido en el estómago.
5. Exotérmicas: Son aquellas en que se desprende calor durante la reacción. Ejemplo: La combustión del papel.
6. Endotérmicas: Son aquellas en que se absorbe calor durante la reacción.Ejemplo: La producción de ozono.
7. Exergónicas: Son aquellas en se desprende energía durante la reacción. La respiración celular.
8. Endergónicas: Son aquellas en que se absorbe energía durante la reacción. Ejemplo: La fotosíntesis.
9. Reacción de Descomposición o Análisis: Reacciones en las que una sustancia se descompone en dos sustancias diferentes más simples. Ejemplo: Descomposición del agua oxigenada (H2O2, peróxido de hidrógeno) en agua (H2O).
10. Reacción de Composición o de Síntesis: Reacciones en que dos o mas sustancias se combinan para formar una nueva sustancia. Ejemplo: Síntesis de amoníaco(NH3) a partir del nitrógeno molecular (N2) e hidrógeno molecular (H2).
11. Reacción de Sustitución: Cuando un elemento se sustituye a otro en un compuesto. Puede ser de simple o doble desplazamiento. Ejemplo: Al reaccionar el zinc (Zn) con el ácido sulfúrico (H2SO4) se forma sulfato de zinc (ZnSO4) e hidrógeno molecular (H2).

Soluciones o disoluciones

Son mezclas homogéneas entre dos o más componentes, lo que significa, que al observar una solución, uno no es capaz de distinguir donde esta cada componente. Específicamente se puede decir, que las propiedades y la composición son idénticas en todo el sistema.

Por ejemplo: al mezclar algún tipo de alcohol con agua se produce una mezcla homogénea, donde uno al observar no distingue donde está el alcohol o el agua, y al medir las propiedades de esta solución estas son idénticas en todas las partes del sistema.

Cuando lo anterior no ocurre, estamos en presencia de una mezcla heterogénea, donde se distinguen los componentes del sistema y adicionalmente las propiedades y composición varían dentro del sistema.

Por ejemplo, cuando mezclamos agua con arena en un vaso de precipitado y agitamos. Luego de un tiempo breve la arena comienza a decantar yéndose al fondo y claramente se distinguen los dos componentes. En este caso estaríamos frente a una mezcla heterogénea.

COMPONENTES DE UNA SOLUCIÓN

En una solución cuando existen dos componentes, el que está en mayor cantidad se llama solvente y el que se encuentra en menor cantidad se llama soluto.

TIPOS DE SOLUCIONES

Líquido en líquido: Por ejemplo alcohol etílico (CH3CH2OH)  en agua (H2O).

Sólido en líquido: Por ejemplo una sal como el cloruro de sodio (NaCl) en agua.

Gas en líquido: Por ejemplo dióxido de carbono (CO2) en agua.

Líquido en sólido: Por ejemplo mercurio (Hg) disuelto en zinc.

Gas en sólido: Por ejemplo gas hidrógeno (H2) disuelto en paladio metálico.

Sólido en sólido: Por ejemplo las aleaciones de metales, como el caso del bronce, que es una aleación entre cobre y estaño.

UNIDADES DE CONCENTRACIÓN

Para efectos cuantitativos, es decir conocer las cantidades en que se encuentran los componentes de una solución, se utilizan las unidades de concentración que pueden ser físicas o químicas.

UNIDADES FÍSICAS

Porcentaje masa-masa (%m/m): Son los gramos de soluto que hay en 100 gramos de solución.

%m/m =                    masa soluto en gramos               x      100

masa de la solución en gramos

Porcentaje masa-volumen (%m/v)  Son los gramos de soluto que hay en 100 mililitros de solución.

% m/v =           masa soluto en gramos                     x    100

Volumen de la solución en ml

Porcentaje volumen-volumen (%v/v): Son los mililitros de soluto que hay en 100 mililitros de solución.

% v/v  =               volumen de soluto en ml                  x    100

volumen de la solución en ml

Partes por millón (ppm): Corresponde a las partes en peso de soluto disueltas en un millón de partes en peso de la disolución. También se puede considerar como los miligramos que hay de soluto en 1 kilogramo de disolución.

ppm  =          masa soluto en miligramos

1 Kg de disolución

UNIDADES QUÍMICAS

Molaridad (M): Corresponde a los moles de soluto que hay en 1 litro de disolución.

M    =          moles de soluto

Litro de disolución

Molalidad (m): Corresponde a los moles de soluto que hay en 1 Kilogramo de disolución.

m     =    moles de soluto

Kg de disolución

Normalidad (N): Es el número de pesos equivalentes-gramo que hay en un litro de solución.

N =              N° equivalentes-gramo

1 Litro de solución

Fracción molar (X): La fracción molar de un componente, son los moles de este con respecto al número total de moles de la disolución. Se hace el alcance de que la suma de las fracciones molares es 1.

X   =     moles de soluto

moles totales

Objetivo

Poder reducir la basura de poliestireno (vasos, platos de unicel, etc.) generada en casa, utilizando este material como pegamento o como plástico moldeable

Justificación

Conocer de qué maneras podemos reciclar el poliestireno desde casa, esto con el fin de reducir la basura que podemos acumular y que el material procesado nos podría servir para utilizarlo de otras formas.

Hipótesis

Si podemos reducir la basura generada por el unicel desde casa sin la necesidad de llevarla a un lugar especializado, entonces podremos mejorar el medio ambiente y la calidad de vida de los seres vivos.

Método (materiales y procedimiento)

Material: 

• Acetona  
• Recipiente de vidrio 
• Unicel (poliestireno expandido)

1. Llenar el recipiente de vidrio hasta la mitad con acetona  
2. Cortar el poliestireno en pedazos capaces de entrar en el recipiente contenedor 
3. Meter lentamente los pedazos de poliestireno expandido en el recipiente con acetona

Galería Método

Resultados

¿Qué paso? 

El poliestireno se compacta y se forma una pasta que se queda flotando en la acetona.  

¿Cómo paso? 

La acetona obliga al gas contenido en el poliestireno expandido a salir de el, lo cual solo deja el poliestireno sin expandir 

¿Qué obtuviste? 

Una masa de poliestireno la cual se le pueden dar diferentes usos, des un pegamento al momento de que toda la acetona se evapora o hasta como plástico para formar alguna figura. 

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

Pudimos observar como el poliestireno al momento de entrar en contacto con la acetona este se compacta de forma rápida ya que la acetona obliga al aire contenido en el poliestireno expandido a salir de el, lo cual hace que el poliestireno se reduzca dramáticamente su tamaño, dejando una pequeña porción de poliestireno (plástico) mojado, el cual al secarse (evaporarse la acetona) se endurece o de igual forma esta plasta de poliestireno la podemos usar para pegar objetos de cerámica ( por ejemplo una taza).

Bibliografía

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Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography