El policarbonato Makrolon, presente en muchos campos de la vida

Una alternativa al vidrio y a otros materiales

Hans-Joachim Laue, Hartmut Loewer
Bayer AG
15/03/2002
Transparente como el vidrio, pero notablemente más liviano y altamente resistente a los impactos. Gracias a estas cualidades, el policarbonato Makrolon se ofrece para numerosos campos de aplicación. Casi a diario estamos en contacto, sin saberlo, con este material plástico. CDs, CD-Rs, DVDs, gafas de seguridad o correctivas, cristales de dispersión para faros de automóviles, o planchas macizas o nervadas transparentes e incluso jeringuillas sin agujas, etc. constituyen sólo una pequeña selección de los productos fabricados hoy en día con policarbonato.
Al comienzo del ascenso del versátil policarbonato, surgieron muchos prejuicios en su contra. Generaciones de químicos habían aprendido en las universidades, que el carbonato era térmicamente inestable y de fácil descomposición. El químico de Bayer, de 37 años, Hermann Schnell no se dejó impresionar por estos criterios y, en 1953 en su laboratorio en Uerdingen hizo lo que lo destaca como un "verdadero científico": confió solamente en la experimentación. Entonces, cuando combinó bifenol A con fosgeno, ambos componentes del polímero, tuvo en sus manos tras el primer intento, un material que la industria del plástico había buscado durante muchos años: el policarbonato (PC), un material resistente a la deformación, inclusive a altas temperaturas, pero al mismo tiempo un material termoplástico. Debido a su estructura amorfa, el polímero presenta una excelente transparencia. A este equilibrado perfil de características se agregan una excelente fluidez, viscosidad y estabilidad dimensional, cualidades por las cuales el PC se diferencia claramente del ABS, ASA, PA, POM y, sus compuestos. Más del 80% de las aplicaciones del PC (sin los compuestos de PC) se basan en el empleo de PC transparente; de éste, aproximadamente 80% como incoloro o corregido cromáticamente. Su buena capacidad de aislamiento eléctrico, y su facilidad para esterilizar y reciclar completan un cuadro de características que conducen constantemente a nuevas aplicaciones.

Bits, bytes y más …

Las posibilidades de aplicación del policarbonato Makrolon son tan múltiples como las propiedades características de este polímero. La figura 1 muestra un resumen del empleo del PC en el mundo, según el campo de aplicación.

Con un consumo del 29 por ciento, el policarbonato tiene su punto fuerte en la electricidad y la electrónica, que, si se incluye la cuota correspondiente al almacenamiento óptico de datos, asciende al 50 por ciento de la demanda de PC. En suma, se está presentando una tendencia en el mercado eléctrico y electrónico hacia la miniaturización de unidades eléctricas, teléfonos móviles y otros aparatos eléctricos. Pequeñas dimensiones y paredes delgadas plantean grandes exigencias a la resistencia térmica y a las propiedades mecánicas. Por esto, los nuevos diseños utilizan cada vez más el PC en detrimento del ABS o ASA. Sin duda, en algunos casos, el PC es sustituido por LPC o PSU. No obstante, la miniaturización en su conjunto conduce hacia una preferencia del policarbonato. En el año 2000 fueron empleadas, mundialmente, alrededor de 4 millones de toneladas de termoplásticos técnicos en los campos de la electricidad y la electrónica (inclusive almacenamiento óptico de datos); de ellas, el 21 por ciento correspondieron al policarbonato. Es de esperar que esta proporción aún aumente. El auge de la memoria óptica comenzó en 1982 con los discos de 120 mm. y un espesor de 1,2 mm (fig.2). El paso de la grabación analógica de música al sistema digital, mediante el audio-CD constituyó un hito y condujo el sonido estereofónico a una calidad de alta fidelidad, hasta ese momento inalcanzable. En 1992, con el CD-ROM, fue introducido en el mercado un formato casi ideal para la difusión de programas de ordenador y juegos digitales. Con su capacidad de 650 megabyte, el CD-ROM ofrece una capacidad de almacenamiento mayor que la de 450 floppy discs, lo que lo ha convertido en el medio por excelencia para la distribución de datos digitales.

El dinámico desarrollo de este segmento está simbolizado por la constante disminución del tiempo de ciclo, el cual se ha reducido de sus más de 20 segundos hasta los actuales 3 segundos aprox. La producción del DVD, compuesto por dos láminas de 0,6 mm. de espesor cada uno, y con un tiempo de ciclo de 3 segundos, requería un policarbonato fluido ultra ligero. En 1995, Bayer puso a disposición por primera vez tal material, con su producto Makrolon DP-1265. También las próximas generaciones de discos de memoria con una estructura pit aún más comprimida y, el uso de diodos láser con longitud de onda cada vez más corta, recurrirán al policarbonato como material de substrato.

Por otro lado, son prácticamente inagotables las ideas para la utilización de materiales sintéticos como embalaje. Debido a su alta resistencia a la rotura y su relativamente bajo coste, el PC se ha impuesto como alternativa para botellas de agua o leche, bidones para el ordeño o las voluminosas botellas de cinco galones de agua. El sector de embalajes consume alrededor del 3% de la producción de policarbonato.

Nuevos en el mercado son los dispensadores de agua de Makrolon DP1-1820. Según estudios de mercado, existe una marcada tendencia hacia esta forma de calmar la sed. En el año 2000 ya fueron instalados un millón de estos dispensadores, debiendo aumentar esta cantidad a tres millones en 2005. Con un diámetro de 32 cm., una altura de casi un metro y, un peso bruto de alrededor de seis kilogramos, se presenta la mayor pieza elaborada en el mundo, mediante la extrusión y soplad de PC (fig. 3).

Las materias plásticas ofrecen perspectivas y avances de incalculables dimensiones en el campo de la medicina. Particularmente espectacular y, por eso la más ampliamente conocida, es la implantación de corazón o articulaciones de la cadera de material plástico. Menos ostentosos, pero no por ello menos importantes para salvar vidas son los equipos para diálisis y los oxigenadores de sangre, que como muchos otros equipos para el sector médico son elaborados con PC. Cerca del 3% del consumo total de PC corresponde a este sector.

Una amplia resonancia ha tenido el sistema de inyecciones Injex – una inyección sin aguja. La atracción: el medicamento líquido no es introducido en el tejido a través de la piel mediante una aguja sino mediante una breve descarga de alta presión casi sin dolor. Para la aplicación se usan depósitos estériles de Makrolon Rx-2530, previamente llenados con el medicamento. El sistema de inyección tiene el tamaño de un bolígrafo y por su peso es fácil de llevar, no requiere mantenimiento o esterilización y, sobre todo, es fácil de usar. Su coste es accesible y en todo caso inferior al de los sistemas tradicionales de inyección.

El nuevo inhalador de polvo, de fácil uso y para aplicación múltiple, representa la nueva tecnología para inhalación. Con los correspondientes cartuchos de recarga del medicamento, puede ser usado hasta 12 meses; con cada reservorio de la sustancia activa son posibles hasta 200 inhalaciones. Bayer-Termoplásticos se preocupa por el interior y el exterior del instrumento, así como por su funcionamiento correcto y seguro. La boquilla, así como la cámara ciclónica donde se deposita la sustancia activa pulverizada para la inhalación son elaboradas con Makrolon.

Planchas en la construcción

Alrededor del 18 por ciento de la producción de policarbonato es utilizado para la fabricación de planchas plásticas. Un número que con seguridad aumentará notablemente, considerando el uso cada vez más frecuente de planchas de polímero transparentes. El mercado global de planchas sólidas se compone en un 60 por ciento del peso de planchas con un espesor medio de 4mm; otro 30 por ciento corresponde a la elaboración de planchas nervadas, principalmente las planchas de doble nervadura. El volumen restante corresponde a planchas onduladas y paneles. Las planchas nervadas se distinguen por su escaso peso por unidad de superficie, son flexibles y son usadas, por ejemplo para el recubrimiento de invernaderos. La estructura de cámaras reduce la conductibilidad térmica y con ello la necesidad de calentamiento de los invernaderos durante las estaciones frías. Planchas compuestas de PC macizo con láminas intermedias flexibles, son ofrecidas para la protección anti-balas.

Para responder a exigencias específicas, las planchas son sometidas a un proceso de coextrusión o revestimiento para dotarlas de estabilidad frente a los rayos UV, resistencia al rayado, a la intemperie o a la acción de agentes químicos. Otras propiedades especiales, como anti-gotas, resistencia al granizo o reflexión de energía pueden ser alcanzadas.

Para finalizar, debe ser mencionado el campo de la óptica. Hoy en día casi no se encuentran deportistas sin gafas. Además de la apariencia "cool" y la posible necesidad de alguna corrección óptica, su usuario busca ante todo la protección de sus ojos contra el sol, el viento y el polvo. Y, esta es la razón por la cual las partes ópticas de las gafas para el sol, de seguridad, visores para cascos, gafas correctivas y lentes son, cada vez más, elaboradas con policarbonato resistente al impacto. En EE UU, donde la obligación de responder por daños en los ojos es especialmente fuerte, el volumen de PC usado para la elaboración de gafas de corrección está continuamente en aumento, habiéndose situado en un nivel tan alto como el 20%. Esta tendencia está empezando a extenderse a otras regiones.

Desarrollo, aplicaciones especiales y tendencias

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Con un diámetro de 32 cm, una altura de casi un metro y un peso de cerca de seis kilos, los nuevos contenedores de agua, para dispensadores, son las mayores piezas en el mundo, moldeadas por extrusión y soplado de PC.
Un nuevo desarrollo fundamental en los últimos años, lo constituye los co-condensados de bifenol A con otros bifenoles para modificar las propiedades del policarbonato para aplicaciones específicas. Así, por ejemplo, la resistencia al calor del PC puede ser aumentada mediante la co-condensación con bifenol TMC. Tal producto es comercializado por Bayer con el nombre de Apec y puede alcanzar una temperatura máxima Vicat/B 120 de 205ºC.

El policarbonato ST 3000, producido mediante la modificación de las estructuras del bifenol, es también un nuevo desarrollo para aplicaciones especiales en el campo del almacenamiento óptico de datos. Este producto es elaborado por Teijin Bayer Polytec, una joint venture al 50:50 de Teijin Chemicals y Bayer Japan Ltd.

Una nueva gran área de aplicación es la de las ventanas laterales y traseras de los coches, elaboradas con láminas de PC moldeadas pos inyección, con recubrimiento resistente al rayado. Para ello, Exatec LLC, una joint venture al 50:50 entre General Electric y Bayer, está desarrollando las técnicas necesarias para el recubrimiento de superficies, a fin de abrir esta área al policarbonato.

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