Bloc 2Noves necessitats,

nous materials

Objectius

• Formar-se opinions fonamentades sobre qüestions de caire científic

• Analitzar informacions de contingut científic obtingudes de diverses fonts i utilitzar-les de forma crítica

• Valorar la contribució de la ciència i la tecnologia a la millora de la qualitat de vida

Continguts bloc 2• Importància històrica de la descoberta i l’ús dels materials.

• Ciència dels materials. Materials naturals i artificials.

• Desenvolupament cientificotecnològic i la societat de consum: esgotament de materials i aparició de noves necessitats, medicina, electrònica, indústria aeroespacial, construcció, vida quotidiana, medi ambient, etc.

• Resposta de la ciència i la tecnologia. Nous materials: polímers, ceràmiques, aliatges, ecomaterials... Noves tecnologies: nanotecnologia.

• Propietats dels materials: mecàniques, tèrmiques, elèctriques, magnètiques, òptiques, etc.

• Conèixer les aportacions de les noves tecnologies i els nous materials a la millora de la qualitat de vida

• Valorar la importància de la descoberta de nous materials i els avenços tecnològics en la història de la humanitat

Localització, producció i consum de materials en les diferents zones geogràfiques. Control de recursos.

• Matèries primeres: normalment se localitzen en països no desenvolupats. – Àfrica és considerat el principal subministrador de minerals – Petroli: països asiàtics

• Producció i consum: països desenvolupats (indústries i tecnologies avançades).

• Problemes: esgotament de recursos, països emergents (Xina, Índia, ...)

Ciència dels materials. Materials naturals i artificials

Materials bàsics: – Metalls: Fe, acer, Cu, Al, ...– Material ceràmics: rajoles, vidre, ciment, ..– Polímers (plàstics): naturals i sintèticsMaterials tecnològics (nous materials):- Compòsits, fibra de carboni, fibra òptica,

biomaterials.

Exemple: Per què és millor l’alumini que altres materials?

• Propietats: lleuger, dur, resistent, bon conductor, resistent a la corrosió, dúctil i mal·leable, no magnètic

• Aplicacions: mitjans de transport, revestiments, embalatges, construcció, recipients, ...

• Problema: Cost ambiental, gran consum energètic• Solució al problema: reciclatge (actualment a

Europa un 40 % de les llaunes es reciclen)

Plàstics i problemes de reciclatge i residus

• Polímers : nom tècnic• Plàstics actuals: més de 700 diferents

– Matèria primera: la majoria : monòmers del petroli– Característiques: resistència mecànica i elasticitat– Tipus: termoplàstics, termoestables i elastòmers

• Problemàtica ambiental: residus, reciclatge- Plàstics solubles en aigua *.- Proposta: plàstics biodegradables o bioplàstics *.

• Plàstics amb memòria *.• Plàstic conductors*.

Parlem dels problemes dels plàstics en general: el plàstic triga a degradar-se uns 500 anys.

Hi ha un avanç projecte que diu que al 2013 s'han d'haver reduït les bosses un 60% i al 2015, un 70%, i que a més s'obligarà a que les bosses portin un missatge del dany que fan al medi ambient. Al 2018 estarà penat fer-les servir (fins a 45.000 euros).

Cada ciutadà espanyol fa servir 238 bosses de plàstic /any = 10 000 tones de plàstic

Es gasten 10 milions de bosses setmanals a Catalunya.

100000 animals marins (balenes o foques) moren a l'any pensant que és menjar.

No és biodegradable.

La majoria dels plàstics tenen una vida útil molt curta (d’un sol ús).

Es generen grans quantitats de residus sòlids que després dels residus orgànics i el paper són els més importants si tenim en compte el volum.

Malversació d’energia i de recursos naturals limitats.

A vegades contenen productes perillosos com el metall cadmi que s’utilitza com a colorant.

Quan s’incineren produeixen contaminació atmosfèrica i el PVC allibera dioxines (HCl).

TERMOPLÀSTICS, TERMOESTABLES O ELASTÒMERS

PLÀSTICS: resistència mecànica (suporten tensió) ; elàstics (flexibles, és a dir, amb capacitat de deformar-se abans de trencar-se) ; baixa conductivitat tèrmica i elèctrica; duresa; ...

ORÍGENS: orgànic: seda, cautxú, ... i sintètic: envasos, aïllants, ...

Termoplàstics: poden ser emmotllats repetidament per aplicació de calor. Ex: dipòsits de benzina, ampolles de detergents, ... Parament de llar, bosses, ... PVC= discs, canonades, cantonades de les finestres, ... PP= polipropilè, tapisseries de cotxes , electrodomèstics, ... PET= ampolles, farcits d'anoracs, sacs de dormir, ... NILÓ= cordes, teixits, catifes, sutura quirúrgica, ... METACRI LAT= vidres, ulleres de protecció, rètols publicitaris, ...TEFLÓ= pintures, recobriments d'avions i coets, ... PC= policarbonat: ulleres, CD's, DVD's, vidres antibales, components d'ordinadors, ...

Termoestables: o termoendurits: no s'estoven amb la calor i per tant no es poden reciclar. Ex: mànecs d'olles, paelles, planxes, aïllants elèctrics, cendrers, botons, pastilles de frens, accessoris de bany, recobriment de vaixells, peces de carrosseries, ...

Elastòmers: són elàstics, és a dir, que poden perdre i recuperar la forma transitòriament. ex: POLIURETÀ= rodes de patins, soles de sabata, mànegues d'aigua, cintes transportadores,... NEOPRÈ= vestimenta aquàtica, ... SILICONES= lubricants, implants, adhesius, càpsules per medicaments, vàlvules cardíaques, ...

BIOPLÀSTICS I PLÀSTICS SOLUBLES

Bioplàstics: És a dir, a aquells plàstics que al final de la seva vida útil no contaminen el medi ambient! Estan fabricats a partir de productes naturals i són biodegradables. Poden ser naturals o sintètics. Que siguin biodegradables vol dir que hi ha diferents processos naturals que donen lloc a uns productes que són consumibles per diversos organismes del medi ambient.

Plàstics solubles: que es dissolen en aigua.

Els sistemes de producció és diferent?? si, són obtinguts de processos naturals com fermentacions bacterianes que al créixer es produeixen.

El preu final del producte: 5 o 10 vegades més cars de produir que els convencionals.

S'ha de ser optimista: si es fan servir molt s'equilibrarà el preu, ja que el petroli cada cop serà més car i els bioplàstics no pujaran tant.

Com es poden distingir dels convencionals?? Són compostables, és s dir, que poden fermentar i consumir-se i podem fer-les servir per tirar la matèria orgànica.

Les bosses de plàstic biodegradables es diferencien perquè estan perfectament etiquetades.

Els plàstics tecnològics, resistents a T, a àcids, .... és proper as bioplàstics? no. Perquè aquests plàstics han de durar i els bioplàstics no tenen aquestes característiques.

-----USOS DELS BIOPLÀSTICS:A ---La principal aplicació potencial és com a embalatge: bosses, caixes i envasos per a alimentació o agricultura, ja que el període d'utilitat en aquests sectors és curt.

B --- Bosses per les fosses sèptiques: Les fosses sèptiques que funcionen correctament recullen les aigües residuals domèstiques, les depuren i liqüen, eliminant les males olors i mineralitzant la matèria orgànica per tal que els nutrients puguin ser reincorporats a la natura sense ocasionar danys ambientals. Però com molts processos naturals, aquests són molt sensibles als canvis. L'abocament de desinfectants, lleixius, detergents i els canvis bruscs de temperatura ocasionen la mort dels microorganismes que porten a terme aquests processos i aturen la depuració de l'aigua.BioPack-Fosses és un producte natural, formulat amb barreges de microorganismes i nutrients que reactiven les fosses sèptiques i els permet mantenir la seva activitat depuradora.La seva utilització és molt senzilla: tant sols cal llençar la dosi adequada, envasada en plàstic biodegradable soluble a la cisterna de vàter per tal que actuï a tota la xarxa d'aigua residual aconseguint la millora de la seva depuració.

C --- Bosses de plàstic per recollir la roba bruta dels hospitals. Quan hi ha risc d'infecció al manipular la roba bruta de certs malalts, aquesta roba s'introdueix en bosses solubles de manera que els treba-lladors de les bugaderies no hagin de tocar-la. La roba s'emmagatzema de forma segura i, a l'hora de rentar-la, les bosses s'introdueixen directament a les màquines de rentar; les bosses es dissolen amb l'aigua calenta i segueix el procés de rentat amb tota normalitat.PROBLEMA??? No ens enganyem: que el polímer sigui soluble és útil en determinades situacions, però encara que no el veiem (perquè s'ha dissolt), segueix estan allà, a l'aigua. Llavors, l'estem enviant als rius i als mars. És un residu més o menys contaminant.

D ---Obtenció de fil quirúrgic que és emprat en sutures de cirurgia. Es fan servir diferents tipus de fils amb diferents graus de solubilitat, en funció de la rapidesa amb la qual es vol que es dissolgui.

E --- En la fabricació de coles, com per exemple la cola blanca que es fa servir a les escoles, que és soluble en aigua i s'hi pot barrejar.

F --- Brodats que desapareixen després del rentat.

G --- Bosses per tirar les cendres funeràries al mar o al riu.

H--- Boles golf biodegradables: en els creuers, s'acostuma a jugar a golf, i moltes de les pilots acaben al mar. Llavors, s'han dissenyat unes pilotes de plàstic biodegradable soluble, que al entrar en contacte amb l'aigua, es dissolen i a més deixen anar menjar pels animals.

I --- bales de paintball, que al impactar amb el terra exploten, però de dins, no en surt pintura sinó suc de fruites. A més, el plàstic que les recobreix és biodegradable.

PLÀSTICS AMB MEMÒRIA DE FORMASón alguns termoplàstics, que en determinades condicions, poden recuperar la forma que tenien abans de ser transformats (memòria de forma).

Un exemple és el plàstic emprat per formar el poliestirè (PS), de les ampolles de refresc o dels iogurts o dels “petit suisse”. El PS és un polímer format per cadenes molt llargues, que quan es moldeja, aquestes cadenes s'estiren. Llavors, al pujar la temperatura, les cadenes tendeixen a la forma original. Si els escalfem, obtindrem la làmina de material plàstic original.

Ex: Els polímers amb memòria de forma, són un tipus de material intel·ligent que transforma el seu aspecte en resposta a estímuls externs o activadors. Així, aquests materials posseeixen una forma original predefinida i rígida, que una vegada activada, canvia a una altra elàstica i deformable. Ja deformats, aquests polímers tornen a ser rígids, i mantenen dita forma fins que no se'ls torna a activar. L'activador normalment utilitzat és la calor, però estan dissenyant materials sensibles a l'electricitat i a la llum d'alta freqüència, que permetria transicions més ràpides. Els polímers amb memòria de forma poden ser termoplàstics o termoestables, sent els últims més emprats. Les deformacions poden suposar canvis des del 100% al 300% en dimensions.

El rang d'aplicacions d'aquests polímers avarca àmbits tan dispersos com joguines, aparells mèdics, materials de construcció, ... Exemples pràctics poden ser: sutures quirúrgiques auto-nusables, roba intel·ligent que regula la temperatura corporal, eines que afavoreixen el desmotllament, nanses auto-adaptables per persones artrítiques, o inclús, ales d'avió reconfigurables en ple vol.

PLÀSTICS CONDUCTORS

Les principals avantatges dels plàstics conductors són : la seva alta conductivitat tèrmica, el pes limitat quan es compara amb metalls, el seu reduït cost, la resistència química, la facilitat de producció, la flexibilitat, la resistència elàstica, ... i tot això sumat a la conductivitat d'un metall.

Aplicacions:---- Fabricació d'intercanviadors de calor, especialment en treballs problemàtics a nivell mediambiental.

---- En alguns casos, poden permetre emetre llum mitjançant l'aplicació d'una tensió, poden desenvolupar pantalles ultra planes com les de OLEDs, amplificadors òptics,...

---- Sorprenentment, hi ha polímers conductors en el cos d'alguns mamífers, el que permet la transducció de la llum o el so en una senyal elèctrica, per exemple, a la pell, els ulls, l'oïda o el cervell. La seva conductivitat permet l'absorció de la llum per la pell. La melanina, que pertany als poliacetilens, té aquestes propietats i segueix sent una de les molècules més prometedores en aquest àmbit.

--- La flexibilitat., resistència, elasticitat i la facilitat d producció dels polímers conductors, els han convertit en una àrea d'investigació de la nanotecnologia, i a l'igual que els processadors actuals, s'espera qeu aquests polímers es puguin fer servir per crear circuits a nivell molecular.