Termofijos. Larga vida a los Plásticos

Los Plásticos Termofijos son llamados así por sus características térmicas, es decir, una vez que son procesados mediante calor ocurre una reacción química que provoca su endurecimiento y no pueden volver a fundirse. Esto se debe a que las moléculas que los conforman crecen de manera entrecruzada.
Por la consistencia de líquido viscoso que presentan antes de reaccionar, se les conoce como resinas, y va a depender de la aplicación con diferentes tipos de fibras, como la de vidrio o la de carbono, para que se refuercen o aumenten sus propiedades.
En todo el mundo, el consumo actual de resinas termofijas es cercano a las 22 millones de toneladas, lo que representa alrededor del 9% del consumo total de plásticos. Y aunque se trata de una industria madura, muestra un crecimiento anual de 2.5%.
Los termofijos incluyen un amplio rango de materiales agrupados por familias: acrílicos, alquidálicos, aminorresinas, bismaleimidas, epóxicos, furanos, fenólicos, poliimidas, poliésteres insaturados, poliuretanos y vinil ésteres. Asimismo, recientemente se han desarrollado nuevos materiales, como los ésteres de cianato, los silicones y las resinas arilizeno junto con las resinas híbridas.
Las aplicaciones de los termofijos son muy variadas. Generalmente se utilizan como la matriz base de materiales compuestos -también denominados “composites”-, los cuales se reconocen ahora, en sectores como la industria marina, aeroespacial, automotriz, eléctrica y electrónica, como materiales de ingeniería de alto desempeño.
Para moldearlos se emplean distintas técnicas, que van desde lo artesanal hasta el moldeo por transferencia, pultrusión, espumado o moldeo por autoclave, entre otras.
Los adhesivos son otras de las principales aplicaciones de los Termofijos que, además, prosperan de manera muy rápida.
En la actualidad existe un amplio rango de formulaciones que permiten ensamblar componentes automotrices o aeroespaciales. De igual manera, el mercado de la construcción para estos materiales es el más grande.
Otra industria importante para las resinas termofijas es la de los Recubrimientos y Pinturas, donde los fabricantes se esfuerzan para eliminar la emisión de compuestos orgánicos volátiles a través de reducir el uso de solventes y lograr formulaciones que curan en el rango de la luz ultravioleta.
El reciclado es otro factor ambiental que deben enfrentar los fabricantes, y entre las innovaciones se incluye el uso de fibras naturales para el refuerzo de compuestos y la aplicación de biopolímeros.

Y se hizo el plástico…
El estudio de la química es fascinante (por cierto, este 2011 es el Año de la Química) y la mayoría de las cosas que conocemos hoy en día resultaron de experimentos que se hacían para buscar algo completamente diferente. Los casos de serendipia son abundantes en esta industria.
Hace poco más de 150 años: “Todo comenzó con la idea de sustituir el marfil con que se fabricaban las bolas de billar, que provenía de los colmillos de elefantes, que por su demanda corrían el peligro de extinción”. En 1860, el fabricante norteamericano de bolas de billar Phelan and Collander lanzó un concurso en el que ofrecía $10,000 dólares a quien encontrara un material sustituto al marfil para fabricar las bolas; de esta manera, y cuatro años antes del descubrimiento de la estructura del átomo de carbono, John Hyatt desarrolló una resina semi-sintética que denominó “celuloide”, que se obtiene de la reacción entre la celulosa de las plantas con el alcohol y el alcanfor.
A partir de ese momento se disparó, sin vuelta atrás, la evolución de los materiales sintéticos, que comenzaron a dar vida a nuevas aplicaciones. Sin embargo, los primeros plásticos sintéticos llegaron varias décadas después, cuando Leo Baekeland experimentó con fenol y formaldehido y desarrolló la “Bakelita”; Staudinger estudió y trabajó con la reticulación de Poliésteres Insaturados; Prileschajew, con la reacción entre olefinas y ácido peroxibenzico, resultando las Resinas Epóxicas; Otto Bayer, con el Poliuretano; y Kipping y Hyde con los compuestos de silicio, dando a luz al Silicón.

El plástico pionero: la Bakelita.
La Bakelita pertenece a la familia de las Resinas Fenólicas (PF) y fue el primer material sintético inventado por el hombre. Sus propiedades más importantes son la rigidez y la alta resistencia térmica, química y dieléctrica. La síntesis de este plástico termofijo se realiza a partir de moléculas de fenol y formaldehido, en proporción de 2 a 3.
Con esa estructura, su densidad es muy alta, así como su rigidez y la poca permisibilidad del paso de electricidad, es decir, ofrece excelente resistencia dieléctrica. Para llegar a los productos finales hay dos vías, a manera de novolacas y de resoles. La reacción puede catalizar por medio de ácidos o bases, y dependiendo de la temperatura será la viscosidad de la resina, y resultará novolaca con catalizadores ácidos y resol con catalizadores básicos.
De acuerdo con los compuestos que se combinen serán los diferentes grados, aglomerantes, recubrimientos y compuesto para moldeo. Gracias a sus propiedades, el mercado para las Resinas Fenólicas abarca desde los adhesivos, como los que se utilizan en el papel, hasta los recubrimientos que protegen contra la corrosión. Además, se puede fabricar película y también funcionan como catalizadores, pigmentos y cargas.
La maquinaria que se utiliza para este tipo de resinas es especial, ya que es un material muy abrasivo, y en el proceso de inyección se debe tener cuidado de no exceder en esfuerzo de torque ya que el material puede endurecerse.
Para moldear esta resina es necesario calentar el molde a la temperatura de curado, es decir, entre 160 y 190°C y se ejerce presión. En el proceso de transferencia, el material se introduce en la cámara del equipo, dónde se calienta de 80 a 110°C, hasta adquirir una consistencia de masa moldeable, y luego se acciona un pistón que llena las cavidades del molde.
El mercado actual en México para este tipo de resinas mantiene un crecimiento bajo, pero estable, de aproximadamente 3% por año, debido a la evolución de los termoplásticos, que son una alternativa para sustituirlos, como el PBT (Polibutilén Tereftalato) en cietas aplicaciones del sector eléctrico y automotriz.
Sin embargo, aún existen aplicaciones donde las propiedades de las resinas PF se imponen, como es el caso de las asas y mangos de sartenes, interruptores, fusibles y otras aplicaciones para la industria eléctrica y de recubrimientos.
El consumo total en México se estima en 30,000 toneladas al año.
Los fabricantes de Resina Fenólica más importantes en México son: BIP Plastics, quienes son los formuladores de los compuestos de moldeo; Fenoresinas, con plantas de producción en Hidalgo y Monterrey, que fabrican alrededor de 9,800 toneladas mensuales de los diferentes materiales, como formaldehido, resinas industriales, entre otros, en la planta de Hidalgo, y alrededor de 3,900 toneladas mensuales en la planta de Monterrey; Pionner Fábrica de Resinas Sintéticas S.A., que atienden principalmente al mercado eléctrico y de construcción.

Resina Poliéster, de la artesanía a la industria marina
La Resina Poliéster (UP) es, sin duda, el plástico termofijo más versátil en el mercado, no sólo por la infinidad de aplicaciones que se pueden fabricar con ella, sino por lo práctico que resulta su procesamiento, además de económico y con muchas oportunidades aún por explorar. Este material nace de la policondensación de ácidos dicarboxílicos insaturados. Los tipos de resina se derivan de acuerdo con las materias primas que se utilizan en su fabricación; éstos son, la resina ortoftálica, isoftálica, cloréndica, bisfenólica, furánica y vinil éster; cada una tiene sus aplicaciones y mercados específicos.
En México existen varios productores de Resina Poliéster. Los más importantes son AOC Mexicana de Resinas, Reichhold, firma líder a nivel mundial, Reacciones Químicas y Grupo Químico, entre otros más pequeños que, en suma, tienen capacidad de producción de 96,000 toneladas anuales.
Las aplicaciones de la Resina Poliéster son muy variadas. Existen grados de la resina que se utilizan para fabricar macetas, casas para mascotas, adornos domésticos…, hasta grados para la industria de la construcción, donde vemos al poliéster en láminas translúcidas para techos, superficies de cocinas, tinas de baño –industria en crecimiento, donde se encuentra un consumo importante de la resina-, lavamanos e, incluso, fachadas de edificios elaboradas con concreto polimérico.
“La resina poliéster está en muchísimos mercados. Actualmente tenemos identificados 19, el de mayor importancia es el de la construcción, en donde México es el número uno en el consumo de láminas; el segundo es el automotriz, principalmente en las carrocerías de camiones, microbuses y para reparaciones; el tercero representa las exportaciones para la industria náutica en Estados Unidos, al igual que el mercado artesanal, que aunque se ha visto afectado por las importaciones provenientes de China, sigue teniendo grandes oportunidades para la creación de nuevos negocios”, comenta el licenciado Jorge Gómez Chacón, Director General de Poliformas Plásticas.
La historia de la Resina Poliéster comienza en 1833, con varios experimentos que realizaron los franceses Joseph Louis Gay Lussac y Pelouze; continúa luego en 1894, con el desarrollo del primer Poliéster Insaturado lineal del químico alemán D.Vörlander, y sigue, posteriormente, en 1942, cuando aparecen comercialmente, después de años de investigación, las Resinas Poliéster Insaturadas, las cuales presentaban una extremada rigidez y fragilidad, fue entonces que, para contrarrestar esta debilidad, se mezclaron con fibra de vidrio.
A partir de este descubrimiento, la evolución de los composites fue en aumento y, gracias a las cargas como la fibra de vidrio o de carbono, se han logrado grados de resina con alta resistencia y excelentes propiedades mecánicas. “En la Segunda Guerra Mundial hubo importantes aplicaciones de esta resina...; resulta que las embarcaciones elaboradas con metal atraían a las minas explosivas, pero cuando se comenzaron a fabricar embarcaciones con resina Poliéster reforzada con fibra de vidrio, el problema desapareció. Este hecho histórico impulsó la industria de los compuestos, sobre todo en los transportes,” explica el ingeniero José Luis Arzaluz, Gerente de Tecnología Aplicaciones de Reichhold.
Otra de las características importantes de la Resina Poliéster es su gran resistencia química, propiedad ideal para la fabricación de tanques de almacenamiento de sustancias altamente corrosivas, lo que permitió grandes ahorros en la industria.
Actualmente se producen gran variedad de contenedores que prácticamente son eternos. “Es un mercado interesante para los compuestos de fibra de vidrio. A nivel mundial, la mayoría de los tanques de gasolina son de Resina Poliéster Isoftálica, y se hacen de 30,000 litros y 6 m de altura por 6 m de diámetro, y aunque deben sustituirse después de 30 años de uso, por normas de seguridad, mantiene las propiedades mecánicas y químicas, y cuando se reemplazan están prácticamente como nuevos”, asegura el ingeniero Pedro Calzada, Gerente de Ventas de Nida Core.
Los procesos de transformación de la Resina Poliéster y compuestos son muy variados. Existen procesos donde el molde se hace a mano y con la misma resina, hasta procesos muy sofisticados que requieren de maquinaria especial.
En México hay oportunidades para estos materiales. Por ejemplo, en la fabricación de tanques de almacenamiento para gasolinas, o en el uso de energía eólica, o en el concreto polimérico (aplicación que ya se puede ver en varios edificios en México, como en el Hospital La Raza del Distrito Federal).
Existen muchas necesidades que se pueden convertir en grandes oportunidades. Por ejemplo, México tiene un gran problema en el abasto de agua, y la mayor parte de las tuberías son ya muy viejas. Cuando éstas se reparan con UP no se tiene que abrir la calle, la reparación es más rápida y las tuberías son altamente resistentes”, asegura el ingeniero Gómez Chacón.

Pegar sin despegar, Resinas Epóxicas (EP)
Esta resina resulta de la reacción entre el Bisfenol A y la Epiclorhidrina. Sus principales propiedades son la resistencia química, resistencia a la fatiga, resistencia dieléctrica y tenacidad. Por lo general Son utilizadas en recubrimientos, anticorrosivos, en la industria eléctrica-electrónica y en aglomerantes y adhesivos.
Para que esta resina endurezca se necesita de agentes de curado, o reticulantes. Este proceso puede llevarse a cabo en caliente o a temperatura ambiente. Dependiendo del curado, las propiedades de la Resina Epoxi varían. Por ejemplo, cuando el curado es a temperatura ambiente, la flexibilidad y elongación mejoran, así como sus propiedades químicas. Sin embrago, hay limitaciones en la estabilidad dimensional de los artículos.
Por otro lado, el curado en caliente se utiliza en resinas que se van a utilizar en láminas o productos que tienen que resistir químicos, especialmente solventes, pues se mantienen excelentes propiedades químicas y eléctricas.
Hay diferentes grados de Resina Epóxica, de Bisfenol –A, Epoxi Novolaca, Halogenada, Ciclo-alifática, Epoxi Flexible y modificada. Dependiendo de la aplicación en la que se vaya utilizar es el grado recomendado por ejemplo las resinas Epoxi Ciclo- Alifática se recomienda para proteger exteriores en compuestos  reforzados con fibra de vidrio y como diluyente para resinas base Bisfenol-A, la Resina Epoxi Halogenada es muy resistente a la flama.
Los jugadores más importantes en el campo de las Resinas Epóxicas y sus compuestos, son Reichhold, y el consumo aproximado de estas resinas son 30,000 toneladas al año, divididos en recubrimientos, con casi el 60% de mercado, seguido por laminaciones y por composites, con poco más de 20%. El resto se divide en Compuestos de moldeo, pisos y adhesivos. Estas resinas producen más de $5,000 millones de dólares, sólo en América del Norte, y aproximadamente $15,000 millones de dólares, a nivel mundial.
El futuro de estas resinas es muy promisorio, sobre todo como adhesivos de paneles estructurales y en la fabricación de naves aeroespaciales y aviones. Hasta la fecha, la Resina Epóxica es considerada como el pegamento más resistente en el mundo. Otro de los grados de la resina es el que se utiliza para encapsular aparatos o dispositivos eléctricos o electrónicos.
En la actualidad, uno de los mercados más fuertes es China, donde consumen el 30% de la producción mundial de este material, las empresas más importantes son Hexion -antes Shell-, Dow Chemical Company, y la unidad de negocios de materiales avanzados de Huntsman Corporation, quienes hicieron un negocio con Hexion y formaron el grupo Apollo; KUKDO que atiende el mercado asiático con aproximadamente 300,000 millones de toneladas al año.
A pesar de que este mercado tuvo una contracción de un 30% en 2008 y 2009, presentó un importante repunte en 2010, y se espera que siga creciendo de un 3 a un 5% en los próximos años, especialmente en el renglón de los compuestos epóxicos y el mercado de los adhesivos, sobre todo en Estados Unidos y Alemania.

La espuma que sube. Poliuretano, PUR
Desde que fue descubierto, en 1937, el Poliuretano ha incursionado en importantes sectores gracias a sus propiedades de aislante acústico y térmico. Aunque también existen aplicaciones, como adhesivos y pinturas, debido a su gran resistencia química.
El PUR nace a partir de la reacción de policondensación entre un isocianado y un poliol. En función del tipo, grado y cantidad de cada uno de estos componentes se forma una amplia variedad de grados de Poliuretano, ya sean espumas, sólidos, elastómeros o adhesivos.
Las espumas de PUR pueden ser rígidas, semirrígidas o flexibles. Cuando la densidad aumenta, también se incrementa la resistencia mecánica, y cuando la densidad es baja, sus cualidades mecánicas disminuyen. Debido a que estas espumas son altamente flamables por naturaleza, se formulan con aditivos antiflama. El PUR es un material que se formula a la medida de cada necesidad específica.
Del uso total del Poliuretano en el mundo, aproximadamente la cuarta parte constituye el mercado de la espuma rígida, del cual, un 95% está basado en el MDI (Diisocianato de Difenilmetano). Los mercados que más demandan Poliuretano son la industria del calzado, la construcción, muebles, industria y transporte.
Los isocianatos que se utilizan en el PUR son: toluen di-isocianato, que deriva en espumas flexibles; Metanol difenil di-isocianato, para espumas y elastómeros; Di-isocianato Naftaleno, para elastómeros; Trifenil metano tri-isocianato, para adhesivos; Hexano di-isocianato, para recubrimientos y elastómeros, y el Isofurano di isocianato, para la modificación de recubrimientos.
Por el lado de los polioles, encontramos el poliol-poliéter que se utiliza en las espumas flexibles, semirrígidas, rígidas y elastómeros, y el poliol-poliéster que se recomienda para piezas fabricadas en molde cerrado, pues en estas condiciones las propiedades mecánicas de la espuma mejoran considerablemente. “El mercado más importante lo tiene el tipo Poliéter. Sin embargo, el tipo Poliéster genera mejor espuma, y hoy en día presenta una ventaja competitiva”, comenta el ingeniero Aldimir Torres, Director General de RESYMAT.
En México se consumen aproximadamente 175,000 toneladas por año, 105,000 de Poliuretano rígido y 70,000 de flexible. Sin embargo, este mercado sigue aumentando gracias que se utiliza como aislante en los refrigeradores.
En Europa se producen más de dos millones de toneladas al año. “México es el tercer país productor de refrigeradores a nivel mundial, por lo tanto, las diferentes empresas que fabrican refrigeradores siempre están actualizándose y utilizando tecnología de punta para permanecer competitivos”, afirma Gloriamar Gámez Menéndez, de Dow Química Mexicana.
Según un reporte del Economista, las exportaciones mexicanas de refrigeradores grandes, con dos puertas externas, presentaron un crecimiento de 34%, lo que aumenta el consumo de materiales de PUR para este mercado.
La espuma rígida de PUR sirve como aislante acústico y térmico, con ella se recubren tubos, refrigeradores y salas donde se necesita disminuir el ruido exterior, como estudios musicales. La espuma flexible se emplea en la industria del empaque para proteger piezas muy frágiles, y en la industria automotriz, en techos, asientos de coches y defensas.
En México no se produce isocianato, de manera que las empresas que lo proveen son formuladoras de los distintos sistemas. Las más importantes son Bayer, Polioles, Química Pumex y Huntsman. El Poliuretano presenta un crecimiento aproximado de 4% al año con la demanda más grande de casi 40% para el sector de la construcción.

La estética del Silicón
Un integrante más de esta vasta familia de polímeros, es el Silicón. Frederick Kipping fue quien acuñó el término silicona, y fue el químico pionero que estudió los compuestos orgánicos que contienen las moléculas de carbono y silicio.
La estructura molecular de este material se compone de silicio y oxígeno. El silicón se caracteriza por ser un material elástico, impermeable, flexible y que resiste las altas temperaturas. Incluso, en fuego directo resiste a la flama, es hidrófobo y prácticamente no le afectan los solventes. Es el plástico más flexible y se presenta en forma de aceite, resinas y elastómeros.
Tal vez su aplicación más conocida es como implantes para la cirugía plástica estética, pero sus usos industriales son numerosos y van desde los chupones de los biberones, hasta sellos de naves aeroespaciales, ya que el silicón cumple sin fallas con las más altas exigencias y puede estar sujeto a calor, presión y esfuerzos mecánicos. De hecho, la primera huella en la luna se hizo con silicón.
En el sector de la construcción es un material indispensable. Por ejemplo, en el sellado de ventanas, ya que tiene la propiedad de unirse al vidrio y al metal, gracias a su origen inorgánico.
En México, en el área de la construcción, hay un importante consumo para la protección de las fachadas de monumentos históricos, y debido a que nuestro país es el quinto armador mundial de automóviles, existe una gran demanda de selladores y encapsulados eléctricos.
Las empresas más importantes en la producción de Silicones son Dow Corning, Momentive Performance Materials (antes GE Advanced Materials) y Wacker Chemie AG, todas con presencia en México, además de NuSil.
Otra empresa es Bluestar Silicones, que forma parte de China National Bluestar Corporation, y que se creó tras la compra de la división mundial de silicones de la firma francesa Rhodia.
Globalmente, el uso del silicón crece en el orden del 10% anual, y firmas de maquinaria, como Engel Machinery Co., han desarrollado equipos especiales para la inyección de silicón líquido. Otra firma especializada en la inyección de silicón es la alemana Arburg GmbH + Co. K.G., que cuenta con equipos horizontales, verticales, rotativas, convertibles, hidráulicas, híbridas o eléctricas.

Aminorresinas, ureas y melaminas
Otra rama de los plásticos formaldehidos son las dos familias de aminorresinas, que son productos que derivan de la policondensación de la urea y la melamina con el formaldehido.
Sus propiedades son muy parecidas a las de las Resinas Fenólicas, aunque en precio, un poco más caras. Por sus propiedades de dureza y transparencia son utilizadas en la fabricación de artículos para el hogar, como vajillas y recubrimientos de cocinas integrales o puertas.
También se utilizan en la fabricación de paneles decorativos y como adhesivos. Su consumo representa, quizás, el más bajo de los demás termofijos, los precios de estas resinas son un poco más elevados que las diferentes opciones que existen para las mismas aplicaciones.

El futuro presente de los termofijos
El crecimiento del consumo de los Plásticos Termofijos en nuestro país es relativamente bajo, comparado con países como China, que tiene un crecimiento de 11.3% anual en el consumo de estos materiales. Sin embargo, en México existen todavía muchas oportunidades de nuevos negocios.
Nuestro país está incrementando sus estándares de calidad, y un claro ejemplo es el crecimiento del número de armadoras automotrices en México, y también en la fabricación de refrigeradores; ambas industrias son altos consumidores de termofijos.
Pero no sólo hay oportunidades en estas áreas.
También para la utilización de resinas poliéster, en la sustitución de tanques de almacenaje de combustibles o en la fabricación de hélices para molinos de energía eólica, (mercado que en nuestro país es prácticamente nulo), el uso del concreto polimérico y la fabricación de artículos médicos.
Las oportunidades están ahí, la cuestión es conocer los materiales, buscar nuevas oportunidades de negocio que generen empleos y con productos de calidad que sean competitivos a nivel internacional; que propicien el crecimiento de la Industria del Plástico e impulsen a México como país.