Productos plásticos en general: el sistema material básico que sustenta la vida moderna

Los plásticos generales se refieren a un tipo de plástico con alta producción, amplias aplicaciones, precios bajos y moderada resistencia mecánica y térmica. Incluyen principalmente cinco categorías: polietileno (PE), polipropileno (PP), cloruro de polivinilo (PVC), poliestireno (PS) y copolímero de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS). Este tipo de material representa más del 70% de la producción mundial de plástico. Desde bolsas de compra y vajillas de uso diario hasta tuberías y embalajes industriales, los productos plásticos de uso general se han convertido en materiales básicos indispensables para la producción y la vida de la sociedad moderna gracias a su excelente procesabilidad, diversidad y rentabilidad.

1、 Características principales y sistema de clasificación de los plásticos generales

La universalidad de los plásticos universales se basa en su rendimiento equilibrado y amplia adaptabilidad. Las diferentes categorías crean escenarios de aplicación complementarios gracias a las diferencias en su estructura molecular, conformando en conjunto un sistema de materiales que abarca múltiples campos.

Características comunes: ventajas en rendimiento y coste-eficacia

Los cinco principales plásticos generales se caracterizan por su abundante materia prima (de origen petrolífero o gas natural), procesos de producción maduros (tecnología de polimerización industrializada con más de medio siglo de experiencia) y diversos métodos de procesamiento (moldeo por inyección, moldeo por soplado, extrusión, etc.). Su producción anual supera los 10 millones de toneladas: el PE y el PP juntos representan más del 50% de la producción mundial de plásticos, el PVC y el PS representan aproximadamente el 10% cada uno, y el ABS representa aproximadamente el 5%. En cuanto al precio, el de los plásticos generales suele estar entre 8.000 y 20.000 yuanes por tonelada, lo que representa solo entre un tercio y un quinto del precio de los plásticos de ingeniería, lo que los hace adecuados para la producción a gran escala y a bajo costo.

En términos de rendimiento, aunque los plásticos generales no tengan la alta resistencia y resistencia a altas temperaturas de los plásticos de ingeniería, pueden cumplir con la mayoría de los requisitos convencionales mediante modificaciones: su rango de resistencia térmica abarca de -70 °C a 120 °C, su resistencia a la tracción es de 10 a 50 MPa y su límite de rendimiento puede ampliarse mediante endurecimiento, refuerzo y otros métodos. Esta característica de rendimiento básico y modificabilidad permite su uso no solo en la fabricación de productos de embalaje sencillos, sino también en componentes estructurales mediante tecnología de compuestos.

Diferencias individuales entre las cinco categorías principales

Diferentes plásticos universales tienen propiedades únicas debido a sus diferentes estructuras moleculares:

Polietileno (PE): Su cadena molecular está compuesta de carbono e hidrógeno, sin grupos polares. Presenta excelente resistencia química, flexibilidad y resistencia a bajas temperaturas, con una densidad de 0,91-0,97 g/cm³. Es el plástico universal más ligero. Según su densidad, se divide en tres categorías: baja densidad (LDPE, blando), alta densidad (HDPE, duro) y baja densidad lineal (LLDPE, con una tenacidad excepcional).

Polipropileno (PP): Su cadena molecular contiene grupos laterales de metilo, presenta una alta cristalinidad (50-70%) y un punto de fusión de 160-170 °C. Es el único plástico universal que soporta temperaturas superiores a 100 °C, con una densidad de 0,90-0,91 g/cm³. Es más ligero que el PE y presenta mayor rigidez, pero presenta una fragilidad más evidente a bajas temperaturas.

Cloruro de polivinilo (PVC): Con un contenido de cloro del 56%, presenta retardancia a la llama (índice de oxígeno 24-28) y resistencia a la corrosión química, y su rendimiento puede controlarse mediante plastificantes. El PVC duro (sin plastificantes) presenta una gran rigidez, mientras que el PVC blando (con un contenido de 30%-50% de plastificantes) presenta buena flexibilidad, pero baja estabilidad térmica y requiere la adición de estabilizantes.

Poliestireno (PS): La cadena molecular contiene anillos de benceno, con alta rigidez y buena transparencia (transmitancia GPPS del 90%), pero es frágil. Mediante la adición de una fase de caucho, se puede fabricar poliestireno de alto impacto (HIPS), que aumenta la resistencia al impacto de 3 a 5 veces, pero reduce la transparencia.

ABS: un copolímero ternario que combina la resistencia química del acrilonitrilo, la tenacidad del butadieno y la procesabilidad del estireno. Tiene una resistencia al impacto de 10-40 kJ/m² y es fácil de galvanizar. Es la variedad de plástico general más equilibrada en cuanto a rendimiento y a menudo se considera un plástico de ingeniería.

2. Principales productos plásticos generales y escenarios de aplicación.

Los productos plásticos en general han formado un sistema de categorías completo, desde películas y tuberías hasta componentes estructurales, a través de técnicas de procesamiento diversificadas, penetrando en casi todas las industrias, como el embalaje, los materiales de construcción, los automóviles y las necesidades diarias.

Campo de embalaje: el mercado de aplicación más grande

El embalaje es el principal ámbito de aplicación de los plásticos en general, con más del 40 %. Diversos tipos de plásticos sustituyen a los envases tradicionales de papel y vidrio gracias a sus propiedades de barrera, ligereza y bajo coste.

Productos de PE: La película de LDPE (espesor 0,01-0,1 mm) se utiliza para bolsas de alimentos y películas adhesivas, con propiedades autoadhesivas y translúcidas; la película estirable de LLDPE (alargamiento del 500% -800%) se utiliza para el embalaje de envoltura de paletas, con excelente resistencia al desgarro; Las botellas de HDPE (capacidad 500 ml-20 L) se utilizan para envasar detergentes y cosméticos, con resistencia química y rigidez.

Productos PP: La película BOPP (polipropileno orientado biaxialmente, espesor 10-30 μm) se utiliza para el envasado de galletas y cigarrillos, con alto brillo y buenas propiedades de barrera; Los vasos moldeados por inyección de PP (como vasos de yogur, vasos de té con leche) pueden soportar altas temperaturas superiores a 80 ℃ y son adecuados para bebidas calientes; Las bolsas tejidas de PP (con una capacidad de carga de 5-50 kg) se utilizan para envasar fertilizantes y granos, y su resistencia es 3-5 veces mayor que la de las bolsas de papel.

Productos de PS: La caja formada al vacío de GPPS (espesor 0,2-1 mm) se utiliza para envasar frutas y componentes electrónicos, con buena transparencia; la caja de espuma EPS (densidad 10-30 kg/m³) se utiliza para el transporte en cadena de frío, con un excelente rendimiento de aislamiento térmico y su costo es solo el 60% del de la espuma de poliuretano.

Productos de PVC: La película termorretráctil de PVC (tasa de contracción del 50% -70%) se utiliza para etiquetas de botellas de bebidas, que se adhieren firmemente después del calentamiento; la película blanda de PVC se utiliza para el envasado al vacío de carne, con una flexibilidad y un sellado excepcionales.

Arquitectura y materiales de construcción: integración de estructura y función

Los plásticos universales sustituyen a los materiales tradicionales (madera, metal, cemento) en la industria de la construcción con durabilidad y facilidad de instalación:

Productos de PVC: Las tuberías de PVC duro (diámetro de 16 a 630 mm) representan el 80% del mercado de tuberías de drenaje de edificios, son resistentes a la corrosión ácida y alcalina y tienen una vida útil de más de 50 años; Los perfiles de PVC (marcos de puertas y ventanas, líneas decorativas) se han modificado a través de la fórmula, con una resistencia a la intemperie de más de 10 años y un mejor rendimiento de aislamiento que las aleaciones de aluminio.

Producto de PE: Tubo corrugado de doble pared de HDPE (diámetro de 200-2000 mm) para drenaje municipal, con una rigidez anular de 8 kN/m² o superior. Los tubos de PE-RT (polietileno resistente al calor) se utilizan para calefacción por suelo radiante y soportan agua caliente a 70 °C durante un largo periodo de tiempo. Presentan buena flexibilidad y son fáciles de doblar e instalar.

Productos PP: Las tuberías PP-R (polipropileno copolímero aleatorio) se utilizan para tuberías de agua fría y caliente, con una soldadura conveniente y un rendimiento higiénico que cumple con los estándares alimentarios; El tablero hueco PP (espesor 2-10 mm) se utiliza para encofrados de construcción, pesa solo 1/5 del encofrado de acero y se puede reutilizar más de 50 veces.

Sector Automotriz y Transporte: Fuerza Principal de los Ligeros

El plástico en general es el material principal para aligerar los automóviles, con un uso de 100 a 150 kg por vehículo, lo que representa el 70 % del uso total de plástico en el vehículo.

Productos de PP: representan el 40% del uso general de plástico en automóviles, incluidos parachoques (reforzados con 20% -30% de polvo de talco), paneles de instrumentos (mezcla de PP/EPDP) y paneles de puertas, lo que reduce el peso entre un 30% y un 50% en comparación con el metal.

Productos de PE: El HDPE se utiliza para tanques de petróleo (resistencia al petróleo mejorada) y conductos de aire; el LDPE se utiliza para cubiertas de arneses de cables, con buen aislamiento y flexibilidad.

Productos ABS: se utilizan para piezas de decoración de interiores de automóviles (como volante, consola central), la superficie se puede pintar o galvanizar, con belleza y resistencia al impacto; HIPS se utiliza para el revestimiento de paneles de puertas interiores, con bajo costo y fácil moldeo de formas complejas.

Productos de PVC: se utilizan para tiras de sellado de automóviles (PVC blando) y alfombrillas (PVC espumado), con resistencia a la intemperie y al desgaste que cumplen con los requisitos de los entornos de uso automotriz.

En el ámbito de las necesidades diarias y los electrodomésticos: productos diversificados que se acercan a la vida.

Los plásticos universales, con sus ricos colores y características de fácil procesamiento, se han convertido en las principales materias primas para artículos de primera necesidad y electrodomésticos.

Productos de PP: representan el 30% del mercado de artículos de primera necesidad, incluidas cajas para mantener frescos los alimentos (resistentes al microondas), mangos para cepillos de dientes, perchas, resistentes a altas temperaturas y que no son fáciles de reproducir bacterias; componentes de electrodomésticos como el tubo interior de la lavadora (PP reforzado) y la carcasa exterior del aire acondicionado (PP ignífugo).

Productos de PE: Las mangueras de LDPE (como los tubos de pasta de dientes y las mangueras de cosméticos) se pueden extruir para extraer el contenido; los tambores de HDPE (5-50L) se utilizan para el almacenamiento de agua y productos químicos, son resistentes a los impactos y no se rompen fácilmente.

Productos PS: GPPS fabrica papelería transparente (reglas, carpetas), pantallas de lámparas; HIPS se utiliza para juguetes como bloques de construcción y muñecas, con buena dureza y fácil coloración, cumpliendo con los estándares de seguridad para productos infantiles.

Productos ABS: Las carcasas de electrodomésticos (como televisores e impresoras) representan el 25% del uso de ABS, proporcionando tanto rigidez como resistencia a los golpes; los componentes de electrodomésticos pequeños, como los portacuchillas de exprimidores, se moldean con precisión mediante moldeo por inyección.

3、 Proceso de producción: procesamiento de cadena completa desde la resina hasta el producto.

La diversificación de los productos plásticos en general proviene de un sistema de procesamiento maduro, desde la producción de resina básica hasta el moldeo del producto, formando un proceso industrial estandarizado y a gran escala.

Polimerización de resinas: proceso maduro industrializado

Los procesos de polimerización de los cinco plásticos generales están altamente automatizados y las diferentes variedades adoptan rutas técnicas diferenciadas:

PE: LDPE adopta un método tubular de alta presión (100-300 MPa, 200-300 ℃), con un alto grado de ramificación de la cadena molecular; HDPE y LLDPE se producen mediante un método de baja presión (0,1-5 MPa) a través de polimerización en suspensión y polimerización en fase gaseosa, respectivamente, con una buena regularidad de la cadena molecular.

PP: El proceso principal es la polimerización en masa en fase gaseosa (como el proceso Spheripol), que utiliza propileno como monómero y polimeriza bajo la acción del catalizador Ziegler-Natta. Se producen productos con diferentes índices de fusión regulando la distribución del peso molecular.

PVC: Se utiliza polimerización en suspensión en más del 80%, y el monómero de cloruro de vinilo se dispersa en gotas de agua, lo que desencadena la polimerización para formar un polvo de resina con un tamaño de partícula de 0,1-2 mm. Posteriormente, se ajustan las propiedades de blandura y dureza mediante la adición de aditivos.

PD: GPPS adopta la polimerización en masa, mientras que HIPS introduce la fase de caucho (polibutadieno) a través de la copolimerización por injerto, formando una estructura de isla marina para mejorar la resistencia al impacto.

ABS: El proceso principal es el método de mezcla en masa mediante injerto de loción. Primero se prepara la loción de caucho de butadieno, luego se injerta con estireno y acrilonitrilo, y finalmente se fusiona con resina SAN (copolímero de estireno y acrilonitrilo).

Procesamiento de productos: tecnologías de conformado diversificadas

El moldeo de productos plásticos generales se basa en cuatro procesos principales, que se pueden seleccionar según la forma del producto:

Moldeo por extrusión: apto para tuberías (de PVC y PE), láminas (de PS y PP) y películas (de PE y BOPP). El plástico fundido se extruye a través de moldes con husillos para producir productos lineales de forma continua a una velocidad de 10-100 m/min.

Moldeo por inyección: se utiliza para productos 3D (como vasos de PP, carcasas de ABS), inyectando plástico fundido en un molde cerrado, enfriándolo y dándole forma antes de desmoldearlo, con un ciclo corto (10-60 segundos/molde), adecuado para producción en masa y precisión dimensional de hasta ± 0,1 mm.

Moldeo por soplado: Se divide en moldeo por soplado hueco (como botellas de HDPE) y moldeo por soplado de película (como bolsas de LDPE). El plástico fundido se expande y moldea mediante presión de aire, lo que resulta ideal para producir productos huecos. La velocidad de producción de botellas puede alcanzar de 1000 a 6000 piezas por hora.

Espuma: Se utiliza para espuma de PS y espuma de PE. Al añadir un agente espumante (como el pentano), se forma una estructura celular cerrada dentro del plástico para reducir la densidad (a 0,01-0,1 g/cm³) y mejorar el aislamiento térmico y la amortiguación.

Durante el procesamiento, los parámetros deben ajustarse según las características del plástico: la temperatura de procesamiento del PE y PP debe ser de 150-250 °C, la del PVC debe controlarse entre 160-200 °C (para evitar su descomposición), y la del PS y ABS, entre 200-250 °C. Mediante la adición de masterbatch de color, antioxidantes, lubricantes y otros aditivos, el producto puede lograr funciones como coloración, resistencia al envejecimiento y facilidad de desmoldeo.

4、 Desafíos ambientales y caminos hacia el desarrollo sostenible

Los productos plásticos en general han sido objeto de controversia durante mucho tiempo debido a la contaminación blanca, debido a su amplio uso y su difícil degradación. En los últimos años, mediante el reciclaje, la innovación en materiales y la orientación política, se ha establecido gradualmente un sistema de desarrollo sostenible.

Problemas ambientales: contaminación y presión de la gobernanza

Los retos medioambientales de los plásticos universales se reflejan principalmente en tres aspectos:

Contaminación de productos desechables: Los productos desechables, como las bolsas de plástico de PE y las loncheras de espuma de poliestireno (PS), tienen una vida útil corta (solo unas horas), pero su degradación natural tarda cientos de años. El descarte indiscriminado provoca contaminación del suelo y los mares. Cada año, cerca de 8 millones de toneladas de plástico llegan al mar.

El sistema de reciclaje no es perfecto: el reciclaje general de plástico se basa principalmente en el reciclaje físico, pero debido a las dificultades de clasificación (como la similitud en la apariencia entre el PE y el PP), las altas impurezas y las grandes fluctuaciones en la calidad de los materiales reciclados, la tasa de reciclaje global es solo del 15% -20%, mucho más baja que la de los metales y el vidrio.

Riesgos específicos del material: El PVC contiene cloro y, si la temperatura es insuficiente durante la incineración, se liberarán dioxinas; la espuma de PS tradicional tiene un gran volumen y unos costes de transporte y recuperación elevados; algunos plastificantes, como los ftalatos del PVC, suponen un riesgo de alteración endocrina.

Reciclaje: Actualización tecnológica de la física a la química

La tecnología general de reciclaje de plástico continúa avanzando, formando un sistema de reciclaje de múltiples niveles:

Reciclaje físico: El método de reciclaje más desarrollado. Los residuos se clasifican, limpian, trituran, funden y granulan, y el PE reciclado se puede utilizar para fabricar bolsas de basura y tuberías. El PP reciclado se utiliza para interiores de automóviles y taburetes de plástico. El PS regenerado se utiliza para marcos de fotos y tiras decorativas. Gracias a tecnologías de clasificación inteligentes, como la selección de color y la separación magnética, la eficiencia de clasificación se ha mejorado a más del 90 %.

Reciclaje químico: Para desechos muy contaminados o mixtos, los plásticos se descomponen en monómeros o combustibles a través de pirólisis (300-800 ℃), como PE y PP, que se pueden descomponer en componentes de gasolina y diésel; el PS se puede despolimerizar en monómero de estireno con una pureza de más del 99% y reutilizar para la polimerización para lograr una circulación de circuito cerrado.

Recuperación de energía: Los residuos que no se pueden recuperar se incineran para generar electricidad, con un valor calorífico de aproximadamente 40 MJ por kilogramo de plástico (equivalente a 1,5 veces el del carbón), pero requieren instalaciones de tratamiento de gases de escape de apoyo para controlar las emisiones de dioxinas.

Innovación material: dirección alternativa y ecológica

La innovación verde en el sector de los plásticos en general se centra en tres direcciones:

Alternativas degradables: introducción de componentes degradables a través de mezcla o copolimerización, como PE y PBAT (tereftalato de adipato de polibutileno) mezclados para fabricar bolsas de plástico compostables, que se degradan en el entorno natural durante 6 a 12 meses; el PS se reemplaza por espuma a base de almidón para amortiguar los embalajes.

Plásticos universales de origen biológico: Al utilizar materias primas de biomasa para producir plásticos, como el PE de origen biológico (con etanol de caña de azúcar como materia prima) y el PP de origen biológico (con aceite vegetal como materia prima), se obtiene un rendimiento comparable al de los productos tradicionales y se reduce la huella de carbono en más de un 50 %. Coca-Cola, Nestlé y otras empresas ya los han aplicado a gran escala.

Reducción de alto rendimiento: Reduce el consumo de material a través de la optimización estructural, como el aligeramiento de las botellas de PET (de 30 g a 9 g); el PP mejora la resistencia a través de nanocompuestos, reduciendo el espesor de la pared del producto en un 20% manteniendo el mismo rendimiento.

5. Tendencias futuras: iteración tecnológica y modernización industrial

Los productos plásticos en general están evolucionando hacia un alto rendimiento, bajo consumo y reciclabilidad, y la innovación tecnológica impulsada por políticas transformará el panorama industrial.

Mejora del rendimiento: de universal a dedicado

A través de una modificación precisa, los plásticos universales penetran gradualmente en el campo de gama media y alta:

Funcionalización: Desarrollar una película de PE antibacteriana (con iones de plata añadidos) para la conservación de alimentos, extendiendo la vida útil de 3 a 5 días; El PP retardante de llama se utiliza para el embalaje electrónico, alcanzando el nivel UL94 V0; El PS resistente a la intemperie extiende su vida útil en exteriores de 1 año a 5 años al agregar absorbentes de rayos UV.

Aleación: La mezcla de ABS/PC (aleación de ABS/PC) mejora la resistencia al calor y se utiliza para carcasas de baterías de vehículos de nueva energía; la mezcla de PP/PA (aleación de PP/PA) mejora la resistencia al aceite y se utiliza para componentes del motor.

Economía circular: gestión del ciclo de vida completo

Con el fomento de políticas, la cadena industrial general del plástico se está transformando hacia un modelo de circuito cerrado:

Responsabilidad Extendida del Productor (REP): Las empresas deben asumir la responsabilidad del reciclaje de sus productos, como el requisito de la UE de una tasa de reciclaje de botellas de plástico del 90% para 2030, la política de doble carbono de China que fomenta el uso de materiales reciclados y el uso de plásticos reciclados por parte de las empresas automovilísticas debe alcanzar el 30% o más.

Escala de reciclaje químico: Se han construido en todo el mundo instalaciones de reciclaje químico de millones de toneladas, como el proceso de reciclaje químico de PE/PP de Shell, que puede convertir residuos mixtos en materias primas de grado primario a un costo que se aproxima gradualmente al de los procesos tradicionales.

Producción inteligente: mejora de la eficiencia y la calidad

La tecnología de fabricación inteligente potencia la producción universal de plástico:

Optimización de IA: Al optimizar los parámetros de inyección a través del aprendizaje automático, la tasa de desperdicio se reduce en un 50%; monitoreo en tiempo real del espesor de la preforma durante el proceso de moldeo por soplado, ajuste automático de la presión del aire y mejora de la uniformidad del espesor de la pared dentro de ± 5%.

Gemelo digital: Construya modelos de producción virtuales para simular el rendimiento del producto bajo diferentes materias primas y procesos, y acorte el ciclo de desarrollo de nuevos productos (de 3 meses a 1 mes).

Como piedra angular de la industria moderna, el desarrollo de productos plásticos universales refleja el progreso coordinado de la ciencia de los materiales y la demanda social. Desde envases sencillos hasta componentes automotrices complejos, desde productos desechables hasta materiales reciclables, General Plastics está superando obstáculos ambientales mediante la innovación tecnológica y continúa desempeñando un papel insustituible en el desarrollo sostenible. En el futuro, con la madurez de los materiales de origen biológico, el reciclaje químico y la fabricación inteligente, los plásticos universales lograrán una doble mejora: alto rendimiento y sostenibilidad, impulsando un estilo de vida moderno más respetuoso con el medio ambiente y eficiente.