UNIVERSIDAD POLITECNICA DE TULANCINGO HIDALGO

“ PROPIEDADES TERMICAS Y QUIMICAS DE LOS TERMOPLASTICOS ”

ING. TECNOLOGIAS EN LA MANUFACTURA INDUSTRIALProcesos de Inyección de Plásticos.

Ing. Luis Alfonso Santillán Moreno. 17/02/2009

Presentan: Nallely Téllez VelázquezVictor Hugo Cayetano Monroy

8ª ITMI TSU.

INTRODUCCIÓN CLASIFICACIÓN DE LOS

MATERIALES (SINOPSIS)

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INTRODUCCIÓN

El término Plástico, se aplica a las sustancias de distintas estructuras y naturalezas que carecen de un punto fijo de ebullición y poseen durante un intervalo de temperaturas propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones.

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ETIMOLOGÍA

El vocablo plástico deriva del griego plastikos, que se traduce como moldeable.

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¿Qué son los polímeros?

Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las formas más diferentes. Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones, otras, globos, etc. Algunas se asemejan a las escaleras de mano y otras son como redes tridimensionales.

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Clasificación de los plásticos

1. Según el monómero base Naturales: Son los polímeros cuyos monómeros

son derivados de productos de origen natural con ciertas características como, por ejemplo, la celulosa, la caseína y el caucho. Dentro de dos de estos ejemplos existen otros plásticos de los cuales provienen: › Los derivados de la celulosa son: el celuloide, el

celofán y el cellón. › Los derivados del caucho son: la goma y la ebonita.

Sintéticos: Son aquellos que tienen origen en productos elaborados por el hombre, principalmente derivados del petróleo.

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2. Según su comportamiento frente al calor :

1. Termofijos.2. Termoplásticos:

Un termoplástico es un plástico el cual, a temperatura ambiente es deformable, se derrite a un líquido cuando es calentado y se endurece en un estado vítreo cuando es suficientemente enfriado.

La mayoría de los termoplásticos son polímeros de alto peso molecular, los que poseen cadenas asociadas por medio de débiles fuerzas Van der Waals (Polietileno); fuertes interacciones dipolo-dipolo y enlace de hidrógeno; o incluso anillos aromáticos apilados (poliestireno). Los polímeros termoplásticos difieren de los polímeros termoestables en que después de calentarse y moldearse éstos pueden recalentarse y formar otros objetos, ya que su forma después de enfriarse no cambia y este prefiere incendiarse..

Sus propiedades físicas cambian gradualmente si se funden y se moldean varias veces.

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Los principales son:

Resinas celulósicas: obtenidas a partir de la celulosa, el material constituyente de la parte leñosa de las plantas. Pertenece a este grupo el rayón.

Polietilenos y derivados: Emplean como materia prima el etileno obtenido del craqueo del petróleo que, tratado posteriormente, permite obtener diferentes monómeros como acetato de vinilo, alcohol vinílico, cloruro de vinilo, etc. Pertenecen a este grupo el PVC, el poliestireno, el metacrilato, etc.

Derivados de las proteinas: Pertenecen a este grupo el nailon y el perlón, obtenidos a partir de las diamidas.

Derivados del caucho: Son ejemplo de este grupo los llamados comercialmente pliofilmes, clorhidratos de caucho obtenidos adicionando ácido clorhídrico a los polímeros de caucho.

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Materiales termoplásticos. Características

Los materiales termoplásticos son polímeros lineales, que pueden ser ramificados o no y puesto que no se encuentran entrecruzados son polímeros solubles en algunos disolventes orgánicos

Son capaces de fundir y son reciclables. Los termoplásticos más frecuentes como PE, PP, PS y PVC se fabrican y emplean en cantidades muy grandes, si los comparamos con los plásticos restantes. Más de la mitad de la cifra total procesada corresponde a los cuatro plásticos citados.

Para que un polímero tenga aplicación como termoplástico debe tener una temperatura de transición vítrea Tg (si se trata de un material amorfo), o una temperatura de fusión Tm (si se trata de un material cristalino), superior a la temperatura ambiente.

La principal desventaja deriva del hecho de que son materiales que funden, de modo que no tienen aplicaciones a elevadas temperaturas puesto que comienzan a reblandecer por encima de la Tg, con la consiguiente pérdida de propiedades mecánicas

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PROPIEDADES DE LOS TERMOPLASTICOS:

Los plásticos tienen una serie importante de propiedades, que unidas a su costo relativamente bajo, explican su amplia utilización en ingeniería. Vamos a estudiar solo sus propiedades térmicas y químicas de estos.

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Propiedades Químicas:

Desde el punto de vista químico, los plásticos, a bajas temperaturas, son generalmente más resistentes a los ambientes que atacan a los metales, al concreto y a la madera.

En general, los plásticos resisten los ataques del agua, pero son muy sensibles a la luz solar (rayos ultravioletas) y soportan bien los ataques atmosféricos.

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PROPIEDADES QUÍMICAS

1. RESISTENCIA A LA CORROSIÓN es la propiedad de los materiales que oponen a su destrucción por reacciones químicas o electroquímicas con el medio ambiente.

2. RESISTENCAI A LOS ÁCIDOS 3. RESISTENCIAS A LAS BASES 4. RESISTENCIA AL DESCASCARILLADO

se refiere a la acción del aire y de gases de hornos a elevadas temperaturas.

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Fuerzas de Van der Waals

También llamadas fuerzas de dispersión, están en las moléculas de muy baja polaridad, generalmente en los hidrocarburos. Estas fuerzas provienen de dipolos transitorios: como resultado de los movimientos de electrones, en cierto instante una porción de la molécula se vuelve ligeramente negativa, mientras que en otra región aparece una carga positiva equivalente. Así se forman dipolos no-permanentes. Estos dipolos producen atracciones electrostáticas muy débiles en las moléculas de tamaño normal, pero en los polímeros, formados por miles de estas pequeñas moléculas, las fuerzas de atracción se multiplican y llegan a ser enormes.

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Fuerzas de Atracción dipolo-dipolo.

Debidas a dipolos permanentes, como en el caso de los poliésteres. Estas atracciones son mucho más potentes y a ellas se debe la gran resistencia tensil de las fibras de los poliésteres.

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Homopolímeros y Copolímeros

Los materiales como el polietileno, el PVC, el polipropileno, y otros que contienen una sola unidad estructural, se llaman homopolímeros. Los homopolímeros, además, contienen cantidades menores de irregularidades en los extremos de la cadena o en ramificaciones.

Por otro lado los copolímeros contienen varias unidades estructurales, como es el caso de algunos muy importantes en los que participa el estireno.

Estas combinaciones de monómeros se realizan para modificar las propiedades de los polímeros y lograr nuevas aplicaciones. Lo que se busca es que cada monómero imparta una de sus propiedades al material final; así, por ejemplo, en el ABS, el acrilonitrilo aporta su resistencia química, el butadieno su flexibilidad y el estireno imparte al material la rigidez que requiera la aplicación particular.

En ocasiones se mezclan para mejorar alguna propiedad, aunque generalmente a expensas de otra.

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Enlaces de Hidrógeno

Como en las poliamidas (nylon), estas interacciones son tan fuertes, que una fibra obtenida con estas poliamidas tiene resistencia tensil mayor que la de una fibra de acero de igual masa

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Propiedades Térmicas: Los plásticos son generalmente malos

conductores del calor, pero puede agregarse aditivos para mejorar la conductividad térmica.

El coeficiente de dilatación térmica es alto en la mayoría de los plásticos. Se producen grandes deformaciones, en comparación en los metales, mediante aumentos de temperatura relativamente pequeños.

Los plásticos por general, no tienen tendencia a agrietarse por efectos térmicos.

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PROPIEDADES TÉRMICAS

1. PUNTO DE FUSIÓN es la temperatura a la que el cuerpo sólido se convierte en líquido.

2. PUNTO DE EBULLICIÓN es la temperatura a la que el cuerpo líquido se convierte en gaseoso.

3. DILATACIÓN TÉRMICA es el incremento de volumen al aumentar la temperatura. En los cuerpos sólidos se suele emplear también el coeficiente de la dilatación lineal.

4. La CAPACIDAD CALORÍFICA es la cantidad de calor necesaria para calentar un material. Si se refiere a la unidad de masa se denomina CALOR ESPECÍFICO.

5. La CONDUCTIVIDAD TÉRMICA es la propiedad de un material de conducir el calor a su través. Adobe Acrobat

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A continuación se citarán los Copolímeros y terpolímeros de mayor aplicación en la industria:

SAN (Copolímero de estireno-acrilonitrilo en los que el contenido de estireno varía entre un 65 y 80%)

Estos materiales tienen buena resistencia a los aceites lubricantes, a las grasas y a las gasolinas.

Asimismo, tiene mejores propiedades de impacto, tensión y flexión, que los homopolímeros del estireno. Los copolímeros son transparentes, pero con un ligero color amarillo que se vuelve más oscuro a medida que aumenta el contenido en acrilonitrilo. Al mismo tiempo mejora la resistencia química, la resistencia al agrietamiento ambiental y la resistencia térmica al aumentar el porcentaje en acrilonitrilo.

El SAN se usa cuando se requieren partes rígidas, con buena estabilidad dimensional y buena resistencia térmica, por ejemplo, en partes de las máquinas lavaplatos y en piezas para radios o televisores.

Se emplea en grandes cantidades en la industria alimenticia. los copolímeros con 30% estireno y 70% acrilonitrilo, son excelentes barreras contra el oxígeno, el CO2 y la humedad.

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ABS (Terpolímero acrilonitrilo-butadieno-estireno. Son materiales heterogéneos formados por una fase homogénea rígida y una elastomérica)

Terpolímero acrilonitrilo-butadieno-estireno. Son materiales heterogéneos formados por una fase homogénea rígida y una elastomérica.

El ABS se originó por la necesidad de mejorar algunas propiedades del poliestireno de alto impacto. Este material tiene tres desventajas importantes:› Baja temperatura de ablandamiento. › Baja resistencia ambiental. › Baja resistencia a los agentes químicos.

La incorporación del acrilonitrilo en la fase continua, imparte mayor temperatura de ablandamiento y mejora considerablemente la resistencia química. Sin embargo, la resistencia ambiental se vuelve todavía menor, pero este problema se resuelve empleando aditivos. Las propiedades del ABS son suficientemente buenas para varias aplicaciones:

Artículos moldeados Artículos extruidos, etc.

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Podemos deducir, pues, que sobre todas las propiedades mecánicas de los termoplásticos se modificará fuertemente al calentarlos. Esto significa que los termoplásticos sólo podrán aplicarse dentro de determinados márgenes de temperatura. Según cual sea su composición la máxima temperatura de régimen estará entre 80°C y 160°C

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COMPOSICIÓN QUÍMICA

Todos los plásticos contienen carbono e hidrógeno, y algunos oxígenos, nitrógeno, azufre y cloro.

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COMPORTAMIENTO DE LOS TERMOPLÁSTICOS SOMETIDOS A CALENTAMIENTO

Los termoplásticos pueden adoptar un estado sólido termoelástico y termoplástico.

El plástico sólido es apropiado para trabajos de cortes (limado, aserrado, fresado, torneado, taladrado y punzonado).

Si se calienta el plástico sólido, en el intervalo de la temperatura de reblandecimiento o de congelación (símbolo ET ),la resistencia disminuye repentinamente. El material pasa a un estado termoplástico semejante a la goma y se deforma fácilmente. En este intervalo se produce la conformación por plegado, estirado, embutición profunda y estampado.

Mediante enfriamiento posterior por debajo de la temperatura de congelación, la adopta una forma estable. Si la pieza conformada que calienta de nuevo por encima del limite ET, entonces actúan en el material fuerzas residuales. Esto motiva que, por ejemplo un tubo adopte de nuevo  la forma de la plancha anterior a la conformación.                                

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Si se sigue calentando, el plástico pasa al intervalo de la temperatura de fluencia (símbolo FT), o sea al intervalo termoplástico (fluido).

Por encima del límite FT tiene lugar la formación de grumos , como la colada, el prensado en caliente, la estampación, estención o unión, por ejemplo soldadura.

Las piezas fabricadas en este intervalo tiene también forma estable en el intervalo termoelastico.

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Dentro de los materiales termoplásticos los más comúnmente usados son:

ABE (acrilonitrilo-butadieno-estireno): -Muy tenaz, pero duro y rígido-Resistencia química aceptable-Baja absorción de agua, por lo tanto buena

estabilidad dimensional-Alta resistencia a la abrasión-Se recubre con una capa metálica con facilidad. Acetal: -Muy fuerte, plástico rígido usado en ingeniería

con estabilidad dimensional excepcional -Alta resistencia a la deformación plástica y a la

fatiga por vibración-Bajo coeficiente de fricción; alta resistencia a la

abrasión y a los productos químicos-Conserva la mayoría de sus propiedades cuando se

sumerge en agua caliente-Baja tendencia a agrietarse por esfuerzo. Acrílico: -Alta claridad óptica-Excelente resistencia a la intemperie en exteriores duro, superficie brillante-Excelentes propiedades eléctricas, resistencia

química aceptable-Disponible en colores brillantes transparentes.

Celulósicos: -Familia de materiales tenaces y duros-Acetato, propionato, butirato de celulosa y

etil celulosa. -Los márgenes de las propiedades son

amplios debido a las composiciones-Disponible con diversos grados de

resistencia a la intemperie, humedad y productos químicos

-Estabilidad dimensional de aceptable a mala

colores brillantes. Nylon (poliamida): -Familia de resinas usadas en ingeniería que

tienen tenacidad y resistencia sobresalientes al desgaste

-Bajo coeficiente de fricción y propiedades eléctricas y resistencia química excelentes

-Las resinas son higroscópicas-Su estabilidad dimensional es peor que la

de la mayoría de otros plásticos usados en ingeniería.

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Óxido Fenileno: -Excelente estabilidad dimensional (muy

baja absorción de humedad)-Con propiedades mecánicas y eléctricas

superiores sobre un amplio margen de temperaturas.

-Resiste la mayoría de los productos químicos, pero es atacado por algunos hidrocarburos.

Poli carbonato: Tiene la más alta resistencia al impacto de

los materiales transparentes rígidos;-Estabilidad en exteriores y resistencia a la

deformación plástica bajo carga excelentes;

-Resistencia a los productos químicos aceptable;

-Algunos solventes aromáticos pueden causar agrietamiento al esfuerzo.

Poliéster: -Estabilidad dimensional, propiedades

eléctricas, tenacidad y resistencia química excelentes, excepto a los ácidos fuertes o bases

-Sensible al ranurado; -No es adecuado para uso en exteriores o en

instalaciones para agua caliente; -También disponible en los termo fraguantes.

Polietileno: -Amplia variedad de grados: compuestos con

densidad baja, mediana y alta. -Los tipos BD son flexibles y tenaces. Los tipos MD y

AD son más fuertes, más duros y más rígidos; -Todos son materiales de peso ligero, fáciles de

procesar y de bajo costo; -Poca estabilidad dimensional y mala resistencia al

calor; -Resistencia química y propiedades eléctricas

excelentes. -También se encuentra en el mercado polietileno de

peso molecular ultra-alto. Poliamida: Gran resistencia al calor (5OOºF continuos, 9OOºF

intermitente) y al envejecimiento por el calor. Resistencia al impacto y resistencia al desgaste

altas;Bajo coeficiente de expansión térmica; excelentes

propiedades eléctricas; difícil de procesar por los métodos convencionales.

Sulfuro de polifenileno: Resistencia sobresaliente química y térmica (450ºF

continuos); Excelente resistencia a baja temperatura; Inerte a la mayoría de los compuestos químicos en

un amplio rango de temperaturas; Inherentemente de lenta combustión. requiere alta

temperatura para su proceso.

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Polipropileno: -Resistencia sobresaliente a la flexión y al

agrietamiento por esfuerzo; -Resistencia química y propiedades

eléctricas excelentes; buena resistencia al impacto arriba de 15ºF;

-Buena estabilidad térmica; peso ligero, bajo costo, puede aplicársele una capa galvanoplástica.

Poliestireno: -Bajo costo, fácil de procesar, material rígido,

claro, quebradizo como el cristal; -Baja absorción de humedad, baja resistencia

al calor, mala estabilidad en exteriores; -Con frecuencia se modifica para mejorar la

resistencia al calor o al impacto. Polisulfona: -La más alta temperatura para la deflexión

por calor entre los termoplásticos que se procesan por fusión;

-Requiere alta temperatura de proceso; -Tenaz (pero sensible al ranurado), fuerte y

rígido; -Propiedades eléctricas y estabilidad

dimensional excelentes, a una alta temperatura puede aplicársele una capa galvanoplástica;

-Alto costo.

Poliuretano: -Material tenaz, de extrema resistencia a

la abrasión y al impacto; -Propiedades eléctricas y resistencia

química buenas; -Puede obtenerse en películas, modelos

sólidos o espumas flexibles; -La exposición a la radiación ultravioleta

produce fragilidad, propiedades de menor calidad y color amarillo;

-También hay poliuretanos termofraguantes.

Cloruro de polivinilo: -Muchos tipos disponibles; -Los rígidos son duros, tenaces y tienen

excelentes propiedades eléctricas, -Estabilidad en exteriores y resistencia a

la humedad y a los productos químicos;

-Los flexibles son fáciles de procesar, pero tienen propiedades de menor calidad;

-La resistencia al calor va de baja a moderada para la mayoría de los tipos de PVC; bajo costo.

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FIN DE LA PRESENTACIÓN

GRACIAS POR SU ATENCION

8ª ITMI TSU.

Procesos de Inyección de Plásticos.Ing. Luis Alfonso Santillán Moreno.

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PET

Polietileno Tereftalato

Se produce a partir del Ácido Tereftálico y Etilenglicol, por poli condensación; existiendo dos tipos: grado textil y grado botella. Para el grado botella se lo debe post condensar, existiendo diversos colores para estos usos.

Envases para gaseosas, aceites, agua mineral, cosmética, frascos varios (mayonesa, salsas, etc.). Películas transparentes, fibras textiles, laminados de barrera (productos alimenticios), envases al vacío, bolsas para horno, bandejas para microondas, cintas de video y audio, geotextiles (pavimentación /caminos); películas radiográficas.

PEAD

Polietileno de Alta Densidad

El polietileno de alta densidad es un termoplástico fabricado a partir del etileno (elaborado a partir del etano, uno de los componentes del gas natural). Es muy versátil y se lo puede transformar de diversas formas: Inyección, Soplado, Extrusión, o Rotomoldeo.

Envases para: detergentes, lavandina, aceites automotor, shampoo, lácteos, bolsas para supermercados, bazar y menaje, cajones para pescados, gaseosas y cervezas, baldes para pintura, helados, aceites, tambores, caños para gas, telefonía, agua potable, minería, drenaje y uso sanitario, macetas, bolsas tejidas.

PVC

Cloruro de Polivinilo

Se produce a partir de dos materias primas naturales: gas 43% y sal común (*) 57%.

Para su procesado es necesario fabricar compuestos con aditivos especiales, que permiten obtener productos de variadas propiedades para un gran número de aplicaciones. Se obtienen productos rígidos o totalmente flexibles (Inyección - Extrusión - Soplado).

(*) Cloruro de Sodio (2 NaCl)

Envases para agua mineral, aceites, jugos, mayonesa. Perfiles para marcos de ventanas, puertas, caños para desagües domiciliarios y de redes, mangueras, blister para medicamentos, pilas, juguetes, envolturas para golosinas, películas flexibles para envasado (carnes, fiambres, verduras), film cobertura, cables, cuerina, papel vinílico (decoración), catéteres, bolsas para sangre.

TIPO / NOMBRE CARACTERISTICAS USOS / APLICACIONES

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TIPO / NOMBRE CARACTERISTICAS USOS / APLICACIONES

PEBD

Polietileno de Baja Densidad

Se produce a partir del gas natural. Al igual que el PEAD es de gran versatilidad y se procesa de diversas formas: Inyección, Soplado, Extrusión y Rotomoldeo.

Su transparencia, flexibilidad, tenacidad y economía hacen que esté presente en una diversidad de envases, sólo o en conjunto con otros materiales y en variadas aplicaciones.

Bolsas de todo tipo: supermercados, boutiques, panificación, congelados, industriales, etc. Películas para: Agro (recubrimiento de Acequias), envasamiento automático de alimentos y productos industriales (leche, agua, plásticos, etc.). Streech film, base para pañales descartables. Bolsas para suero, contenedores herméticos domésticos. Tubos y pomos (cosméticos, medicamentos y alimentos), tuberías para riego.

PP

Polipropileno

El PP es un termoplástico que se obtiene por polimerización del propileno. Los copolímeros se forman agregando etileno durante el proceso. El PP es un plástico rígido de alta cristalinidad y elevado punto de fusión, excelente resistencia química y de más baja densidad. Al adicionarle distintas cargas (talco, caucho, fibra de vidrio, etc.), se potencian sus propiedades hasta transformarlo en un polímero de ingeniería. (El PP es transformado en la industria por los procesos de inyección, soplado y extrusión/termoformado)

Película/Film (para alimentos, snacks, cigarrillos, chicles, golosinas, indumentaria). Bolsas tejidas (para papas, cereales). Envases industriales (Big Bag). Hilos cabos, cordelería. Caños para agua caliente. Jeringas descartables. Tapas en general, envases. Bazar y menaje. Cajones para bebidas. Baldes para pintura, helados. Potes para margarina. Fibras para tapicería, cubrecamas, etc. Telas no tejidas (pañales descartables). Alfombras. Cajas de batería, paragolpes y autopartes.

PS

Poliestireno

PS Cristal: Es un polímero de estireno monómero (derivado del petróleo), cristalino y de alto brillo.

PS Alto Impacto: Es un polímero de estireno monómero con oclusiones de Polibutadieno que le confiere alta resistencia al impacto.

Ambos PS son fácilmente moldeables a través de procesos de: Inyección, Extrusión/Termoformado, Soplado.

Potes para lácteos (yoghurt, postres, etc.), helados, dulces, etc. Envases varios, vasos, bandejas de supermercados y rotiserías. Heladeras:

contrapuertas, anaqueles. Cosmética: envases, máquinas de afeitar descartables. Bazar: platos, cubiertos, bandejas, etc. Juguetes, cassetes, blisters, etc. Aislantes: planchas de PS espumado.