Polietileno
El polietileno (PE) es un material termoplástico blanquecino, de transparente a translúcido, y es frecuentemente fabricado en finas láminas transparentes. Las secciones gruesas son translúcidas y tienen una apariencia de cera. Mediante el uso de colorantes pueden obtenerse una gran variedad de productos coloreados.
Por la polimerización de etileno pueden obtenerse productos con propiedades físicas muy variadas. Estos productos tienen en común la estructura química fundamental (-CH2-CH2-)n, y en general tienen propiedades químicas de un alcano de peso molecular elevado. Este tipo de polímero se creó para usarlo como aislamiento eléctrico, pero después ha encontrado muchas aplicaciones en otros campos, especialmente como película y para envases.
Tipos de Polietileno
En general hay dos tipos de polietileno:
De baja densidad (LDPE)
De alta densidad (HDPE).
El de baja densidad tiene una estructura de cadena enramada, mientras que el polietileno de alta densidad tiene esencialmente una estructura de cadena recta.
El polietileno de baja densidad fue producido comercialmente por primera vez en el Reino Unido en 1939 mediante reactores autoclave ( o tubular) necesitando presiones de 14.500 psi ( 100 Mpa) y una temperatura de unos 300 ºC. El polietileno de alta densidad fue producido comercialmente por primera vez en 1956-1959 mediante los proceso de Philips y Ziegler utilizando un catalizador especial. En estos procesos la presión y temperatura para la reacción de conversión del etileno en polietileno fueron considerablemente más bajas. Por ejemplo, el proceso Philips opera de 100 a 150 ºC y 290 a 580 psi ( 2 a 4 MPa) de presión.
Sobre 1976 se desarrolló un nuevo proceso simplificado a baja presión para la producción de polietileno, el cual utiliza una presión de 100 a 300 psi ( 0,7 a 2 Mpa) y una temperatura de unos 100 ºC. El polietileno producido puede describirse como un polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) y tiene una estructura de cadena lineal con ramificaciones laterales cortas, inclinadas.
Consideraciones Generales
Los termoplásticos pueden ser ablandados mediante calor repetidas veces y endurecidos mediante enfriamiento. Las resinas de polietileno son termoplásticas.
Las propiedades de las resinas de polietileno se deben principalmente, sino exclusivamente a tres propiedades moleculares básicas: densidad, peso molecular promedio y distribución del peso molecular. Estas propiedades básicas a su vez dependen del tamaño, estructura y uniformidad de la molécula de polietileno. Algunas de las propiedades que hacen del polietileno una materia prima tan conveniente para miles de artículos manufacturados son , entre otras poco peso, flexibilidad, tenacidad, alta resistencia química y propiedades eléctricas sobresalientes.
La enorme competencia en el mercado de polietileno ha traído consigo más trabajos acerca de la modificación de polietilenos con propiedades específicas para aplicaciones determinadas. Son de esperar mejoras en propiedades parejas con determinados usos, a medida que se comprenda mejor la estructura de los diversos polímeros de polietileno y su relación con las propiedades físicas y químicas.
Estructura química y física del polietileno
Antes de describir las propiedades del polietileno examinemos con algún detalle la estructura química y física del polímero.
Estructura química
El análisis del polietileno (C, 85.7%; H, 14.3%) corresponde a la fórmula empírica (CH2)n, resultante de la polimerización por adición del etileno. La estructura de un polietileno típico difiere de la de un alcano de cadena recta en que es de cadena ramificada y contiene grupos olefínicos de tres tipos ( por lo menos). Puede contener también otros grupos químicos derivados del catalizador usado en su fabricación o de impurezas en el etileno, pero éstas representan generalmente mucho menos de 0.1% en peso del polímero. La condición ramificada de la cadena del polímero influye profundamente en las propiedades físicas tanto del polietileno sólido como del polietileno fundido. En consecuencia, las propiedades físicas que se indican más adelante se refieren no sólo a un intervalo de pesos moleculares, sino también a cierto tipo de polímeros de cadena ramificada. Variando las condiciones en que se realiza la polimerización, es posible variar el grado de ramificación entre límites amplios y producir gran número de tipos de polímeros. Como en la mayoría de los polímeros, una muestra normal tiene una distribución amplia de pesos moleculares, y el fraccionamiento del polietileno indica que una muestra de un peso molecular medio numérico de 15000 contiene material de peso molecular inferior a 1000 y también superior a 80000. Por otra parte, el examen infrarrojo de fracciones del polietileno normal muestra que el número de ligaduras dobles por molécula es aproximadamente el mismo para fracciones de peso molecular elevado y de peso molecular bajo y que la frecuencia de las cadenas laterales a lo largo de la molécula es independiente del peso molecular de la fracción.
Estructura física del sólido
El carácter más importante de la estructura física del polietileno es la cristalinidad parcial del sólido ( 2,5). Un polietileno no ramificado es casi completamente cristalino y tiene un punto de fusión relativamente neto. Un polietileno tiene una estructura parcialmente cristalina, parcialmente amorfa, y muestra un cambio gradual, a medida que aumenta la temperatura, hasta el estado completamente amorfo fundido. El grado de cristalinidad a temperaturas ordinarias se determina fácilmente por una medida del peso específico, y es aproximadamente 60% para un polietileno normal. Puede hacerse muestras más o menos cristalinas, y esta variación es debida a la variación en el grado de ramificación de la cadena.
Ramificación de la cadena y cristalinidad
Ramificación ( CH3 por 100 CH2)
Densidad a 20 ºC
Cristalinidad (%)
0 ( polimetileno)
0.99
95
1
0.96
80
2
0.94
72
3
0.92
60
4
0.91
55
De la observación de la tabla anterior se deduce que al aumentar la ramificación de la cadena, disminuye la densidad del polietileno y su grado de cristalinidad.
Varias propiedades son directamente afectadas por la cristalinidad y, en consecuencia por el grado de ramificación. Son ejemplo la dureza, el punto de reblandecimiento y el punto de cedencia por la tracción.
Otras propiedades, como la resistencia a la tracción, la flexibilidad a temperaturas bajas y la resistencia al choque, son principalmente funciones del peso molecular medio.
El gran número de tipos de polietileno es una consecuencia de la extensa variación en el peso molecular y en el grado de ramificación, y por consiguiente en la cristalinidad, propiedades que varían según las condiciones de polimerización.
Los estudios del modo de cristalización del polietileno desde su estado fundido muestran que la cristalización empieza en puntos distribuidos al azar en la masa del material y prosiguen radialmente hacia afuera con una rapidez que depende de la temperatura a la cual se produce la cristalización.
Propiedades del polietileno
El polietileno de alto peso molecular es un sólido blanco y translúcido. En secciones delgadas es casi del todo transparente. A las temperaturas ordinarias es tenaz y flexible, y tiene una superficie relativamente blanda que puede rayarse con la uña. A medida que aumenta la temperatura, el sólido va haciéndose más blando y finalmente se funde a unos 110 ºC, transformándose en un líquido transparente. Si se reduce la temperatura por debajo de la normal, el sólido se hace más duro y más rígido, y se alcanza una temperatura a la cual una muestra no puede doblarse sin romperse.
Polietileno líquido
El movimiento del polietileno líquido es no newtoniano. La velocidad disminuye a medida que aumenta la presión y con ésta la velocidad de paso. Por la sensibilidad de la viscosidad de la masa fundida al peso molecular, y en virtud de que el polietileno se maneja normalmente en estado fundido en operaciones de extrusión, moldeo o vaciado, los diferentes polímeros del comercio se caracterizan por la viscosidad del producto fundido.
En el intervalo 20000-30000 del peso molecular, un aumento de 10% del peso molecular dobla aproximadamente la viscosidad del producto fundido.
La viscosidad del polietileno fundido disminuye a medida que aumenta la temperatura; se reduce aproximadamente a la mitad por un aumento de 25 ºC, en la temperatura.
Otras propiedades del líquido son:
Densidad a T=120 ºC
0,80.
Coeficiente de dilatación cúbica
0,0007 por ºC.
Calor específico
0,70 (aprox.)
Birrefringencia en corriente
Cuando fluye por un orificio, como durante la extrusión o el moldeo, existe una orientación apreciable de las moléculas, que pasan al estado no orientado si el material se mantiene en el estado líquido, pero permanecen orientadas en el sólido si, como es normal en la fabricación, el material fundido se enfría rápidamente. El grado de esta orientación es una función de la longitud media de la cadena y del grado de ramificación.
Los polietilenos de alto peso molecular muestran más orientación que los materiales de peso molecular bajo, y la orientación disminuye a medida que sube la temperatura.
Polietileno sólido: En la tabla siguiente se muestran algunas de las propiedades típicas del polietileno sólido.
Propiedades físicas y mecánicas
Peso molecular medio
25.000
Viscosidad intrínseca ( en tetranidronaftaleno a 75 ºC),dlts/gr
1,0
Punto de Fusión, ºC
110
Densidad
a 20 ºC
0,92
a 50 ºC
0,90
a 80 ºC
0,87
a 110 ºC
0,81
Coeficiente de dilatación lineal entre 0 y 40 ºC, por ºC
0,0002
Aumento de volumen por calentamiento desde 20 a 110 ºC,
14
Compresibilidad a 20 ºC, por atm.
5,5 x 10-5
Calor específico
a 20 ºC
0,55
a 50 ºC
0,70
a 80 ºC
0,90
Índice de refracción
1,52
Módulo de Young ( 0-5% de extensión), Kg/cm2
1.600
Resistencia a la tracción a 20 ºC., Kg/cm2
150
Resistencia al choque ( barra con muesca de 0,5 plg. en cuadro),Kgm
+2,07
Dureza Brinell ( bola de 2 mm de diám., 3 Kg
2
Conductividad térmica, cal/ (seg.) (cm2) ( ºC/cm
0,0007
Alargamiento en la ruptura
500
Estas propiedades se refieren a un producto con peso molecular aproximado de 25.000. Algunas de las propiedades son relativamente insensibles al peso molecular, entre ellas la densidad, el punto de fusión, el calor específico, la dureza y el módulo de Young; otras, como la resistencia a la tracción, la resistencia al choque, la resistencia al desgarramiento, el alargamiento en la rotura por tracción y la flexibilidad a temperaturas bajas, son sensibles al peso molecular. La elección del peso molecular necesario para diferentes usos significa, en general, una transacción entre las propiedades mecánicas mejoradas del material de alto peso molecular y la mayor facilidad para fabricar artículos con el material de peso molecular más bajo.
Propiedad = f( peso molecular)
Propiedad NO es f(peso molecular)
Resistencia a la tracción Resistencia al choque Resistencia al desgarramiento Alarg. en la rotura por tracción Flexibilidad a bajas Temp.
Densidad Punto de fusión Calor específico Dureza Módulo de Young
La tensión en el punto de ruptura depende del peso molecular; pero para un material con peso molecular de 25.000 puede ser el doble de la tensión en el punto cedente. La forma de la curva general de esfuerzo-deformación depende de la temperatura y de la rapidez de aplicación del esfuerzo. A medida que aumenta la temperatura, baja el punto cedente; mientras que un aumento en la rapidez con que aplica la tracción da como resultado un aumento del punto cedente y de la resistencia final, y también en la perfección de la orientación del ejemplar estirado en frío. A medida que se reduce la temperatura por debajo de las temperaturas ordinarias, se reduce el alargamiento en la ruptura y se alcanza una temperatura en la cual no se produce estirado en frío, rompiéndose el ejemplar bruscamente con sólo un alargamiento de 10%. Esta temperatura es aproximadamente aquella en que un ejemplar no puede ser doblado más que en un grado muy limitado sin que se rompa como si fuera un material quebradizo.
Una propiedad bastante extraordinaria del polietileno de peso molecular inferior a 20.000 es su sensibilidad al agrietamiento cuando se somete a tensiones en contacto con ciertos líquidos, en especial líquidos orgánicos polares. Los rasgos moleculares que rigen esta propiedad son semejantes a los que regulan la flexibilidad a baja temperatura, y si es necesaria la resistencia a esta forma de ataque, debe usarse polietileno de alto peso molecular.
Todas las propiedades mecánicas del polietileno son sensibles a la historia térmica del ejemplar. Si el material se enfría rápidamente desde el estado fundido, el sólido tiene densidad y cristalinidad menores; por consiguiente es más blando y más flexible y, por lo menos al principio, es más resistente al agrietamiento a bajas temperaturas y al agrietamiento en presencia de líquidos orgánicos. Por otro lado, es probable que contenga más tensiones internas. El enfriamiento lento partiendo del estado fundido o el recocido de la muestra, por ejemplo, por tratamiento en agua hirviendo, da un producto más cristalino, más duro y algo más quebradizo; pero el sólido puede estar sometido a menos tensiones y es menos probable que se produzcan cambios lentos en las dimensiones al elevarse después la temperatura.
El polietileno sólido sufre deslizamiento en frío, como sucede a muchos otros polímeros; pero en virtud de su naturaleza cristalina, este corrimiento es muy pequeño a temperaturas ordinarias, salvo bajo cargas que se aproximan al punto de cedencia. Sin embargo, a temperaturas más altas, el corrimiento en frío es apreciable. Cuando se somete una muestra a tracción, esfuerzo cortante o compresión, al principio se deforma rápidamente; pero la rapidez con que varían las dimensiones disminuye a medida que pasa el tiempo; por lo menos durante un cierto tiempo, la deformación es aproximadamente una función lineal del logaritmo del tiempo de aplicación. A temperaturas más altas y con tensiones mayores se produce una deformación permanente de la muestra.
Algunas propiedades de los LDPE y HDPE
Propiedad
LDPE
LLDPE
HDPE
Densidad,g/cm3
0,92-0,93
0,922-0,926
0,95-0,96
Resistencia a la tracción x 1000 psi
0,9-2,5
1,8-2,9
2,9-5,4
Elongación, %
550-600
600-800
20-120
Cristalinidad, %
65
....
95
Rigidez dieléctrica, V/mill.
480
....
480
Máxima temperatura de uso, ºC
82-100
480
80-120
Solubilidad e hinchazón: A temperaturas inferiores a 60 ºC., el polietileno, si se exceptúan las muestras de peso molecular muy bajo, es muy poco soluble en los disolventes, pero a temperaturas más altas es fácilmente soluble en hidrocarburos e hidrocarburos halogenados, aunque sigue siendo muy poco soluble en líquidos más polares, como alcoholes, ácidos, ésteres, aminas, fenoles y nitrocompuestos. La rapidez con que varía la solubilidad en función de la temperatura es frecuentemente tan grande que da el aspecto de casi una temperatura crítica por debajo de la cual el polímero es insoluble y por encima de la cual es fácilmente soluble. La solubilidad del polietileno depende hasta cierto punto del peso molecular; las variedades más solubles son las de peso molecular más bajo; pero a temperaturas inferiores a 110 ºC, tiene también mucha importancia el grado de ramificación de la cadena y, por consiguiente, la capacidad del polímero sólido para cristalizar. De dos polímeros con el mismo peso molecular, pero con diferentes grados de ramificación, el más soluble es el más ramificado.
Cuando se pone polietileno sólido en contacto con un disolvente, se produce absorción apreciable del líquido por polímero sólido e hinchazón apreciable del sólido, incluso a temperaturas en las cuales no se produce disolución apreciable del polímero. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la cantidad y la rapidez de la absorción. La absorción del líquido es afectada por el peso molecular y por la estructura molecular y disminuye a medida que aumenta el peso molecular y a medida que el polímero tiene una estructura más cristalina y menos ramificada.
El polietileno es insoluble en agua y sólo absorbe ésta en un grado muy limitado. La absorción de agua aumenta con la temperatura.
Permeabilidad: Una propiedad importante del polietileno es su pequeña permeabilidad al vapor de agua. Por otro lado, el polietileno tiene una permeabilidad elevada a los vapores orgánicos y al oxígeno. La permeabilidad aumenta con la temperatura.
Propiedades eléctricas: Como podía esperarse de su composición química, el polietileno tiene una conductividad eléctrica pequeña, baja permitividad, un factor de potencia bajo ( 9,15) y una resistencia dieléctrica elevada. Las propiedades eléctricas no son especialmente sensibles a la humedad en virtud de la absorción muy pequeña de agua por el polietileno; pero el factor de potencia es probable que aumente si se somete el polietileno a la oxidación.
Propiedades químicas: El polietileno es uno de los polímeros más estables e inertes, como podía esperarse de su estructura sustancialmente parafínica. Sin embargo, tiene algunas reacciones que limitan sus usos y que exigen adoptar ciertas precauciones durante su tratamiento.
En ausencia completa de oxígeno, el polietileno es estable hasta 290 ºC. Entre 290 y 350 ºC, se descompone y da polímeros de peso molecular más bajo, que son normalmente termoplásticos o ceras, pero se produce poco etileno. A temperaturas superiores a 350 ºC, se producen productos gaseosos en cantidad creciente, pero el producto principal no es el etileno, sino el butileno. En este respecto, el polietileno difiere del poliestireno y del metilacrilato de metilo, que dan el monómero como producto principal de la pirólisis. En presencia de oxígeno, el polietileno es mucho menos estable. Se han observado cambios en las propiedades físicas y químicas que indican oxidación y degradación de las moléculas del polímero a 50 ºC, y en presencia de la luz se produce una degradación incluso a las temperaturas ordinarias.
La oxidación térmica del polietileno es importante en el estado fundido, porque influye sobre el comportamiento en los procesos de tratamiento, y en el estado sólido porque fija límites a ciertos usos. Los principales efectos de la oxidación del polietileno son variaciones en el peso molecular que se manifiestan primero por cambios en la viscosidad y, cuando son más intensos, por deterioro en la resistencia mecánica, variación en las propiedades eléctricas ( especialmente aumento en el factor de potencia), desarrollo de olor rancio y cambio de color al amarillo, pardo y, en casos extremos, al negro.. Una oxidación intensa, especialmente a temperaturas elevadas, conduce a la degradación de la cadena y a la pérdida de productos volátiles: monóxido de carbono, agua y ácidos grasos, y el producto se hace quebradizo y parecido a la cera.
El proceso de la oxidación es autocatalítico; aumenta la rapidez de la oxidación a medida que aumenta la cantidad de oxígeno absorbido. La velocidad de oxidación varía de una muestra a otra y es mayor cuando la ramificación de cadena es grande y también si el contenido inicial de grupos que contienen oxígeno es grande.
La oxidación térmica del polietileno puede reducirse o suprimirse durante algún tiempo incorporándole antioxidantes; en general, éstos son los mismos tipos que se usan para el caucho, y muchos son fenoles o aminas. Al elegir el antioxidante, se prestará atención a puntos como la ausencia de color y olor y a la baja volatilidad para evitar pérdidas durante el tratamiento a temperaturas altas.
La oxidación fotocatalizada del polietileno expuesto a la luz del Sol es un problema más grave, ya que la protección no se consigue con tanta facilidad como en el caso de la oxidación térmica. Los antioxidantes normales son de poca utilidad y la protección más satisfactoria se obtiene incorporando aproximadamente 2% de negro de humo, bien dispersado en el polímero. Se tiene también aquí una reacción autocatalítica, como en el caso de la oxidación térmica. La fotooxidación produce coloración, deterioro en las propiedades físicas y pérdida de resistencia mecánica, que conduce al agrietamiento y ruptura de las muestras sometidas a tensión. Conviene insistir en que el polietileno no protegido no sirve para usos en los cuales estará expuesto a la luz solar.
Oxidación del Polietileno
Tipos
Características
Efectos
Protección
TÉRMICA
autocatalizada
Variaciones del PM. Variación de las propiedades eléctricas. Desarrollo de olor rancio. Cambio de color. Degradación de la cadena.
Incorporación de antioxidantes.
FOTOCATALIZADA
autocatalizada
Coloración. Deterioro en las propiedades físicas. Pérdida de resistencia mecánica: grietas.
Negro de humo: 2%.
Usos y aplicaciones del polietileno
El polietileno ha encontrado amplia aceptación en virtud de su buena resistencia química, falta de olor, no toxicidad, poca permeabilidad para el vapor de agua, excelentes propiedades eléctricas y ligereza de peso. Se emplea en tuberías, fibras, películas, aislamiento eléctrico, revestimientos, envases, utensilios caseros, aparatos quirúrgicos, juguetes y artículos de fantasía.
Las primeras aplicaciones del polietileno se basaron en sus excelentes propiedades eléctricas, y hasta el año 1945 su uso como aislante en los cables submarinos y otras formas de recubrimiento de conductores absorbió la mayor parte del material fabricado. Recientemente, han adquirido mayor importancia los usos que se basan en su inercia y su resistencia al agua, y hoy se usa el polietileno en grado cada vez mayor para hacer botellas y otros envases, tuberías para agua y película para envolver, usos que consumen más de la mitad del polietileno producido. A continuación se estudian con más detalles algunos de los usos más importantes.
Cables
Como aislante para los cables submarinos. En esta aplicación, la escasa permitividad y la resistencia al agua son de especial utilidad. En 1940, era usado como aislante en los cables de alta frecuencia usados especialmente en las instalaciones de radar, y en este caso es el factor de potencia el que tiene la máxima importancia. Muchos otros tipos de cables para usos militares y civiles han empleado también el PE como aislante. Más recientemente, una salida importante para el PE se ha encontrado en la construcción de cables en los cuales el polímero se usa no como aislante eléctrico, sino como envoltura exterior. En este caso puede considerarse como sustitutivo del plomo.
Envases, vasijas y tubos
El PE se usa muchos en forma de botellas, vasos y otros recipientes, tanto en la industria para la manipulación de materias corrosivas como en el hogar para diversos líquidos. En esas aplicaciones, las principales ventajas son la inercia, el poco peso y menor probabilidad de que se rompa, comparado al vidrio. El PE se utiliza en frascos lavadores de laboratorio y en frascos para la pulverización de cosméticos. El PE se usa mucho para cierres de diversos tipos.
Los tubos de pared gruesa se usan para el transporte de agua, especialmente en las granjas y en las minas, donde la facilidad para colocar las tuberías, la resistencia a las condiciones corrosivas del suelo y el poco peso son factores importantes. Otra aplicación de los tubos de polietileno son las instalaciones de calor radiante; en éstas, las tuberías que conducen el agua caliente están incluidas en un piso de hormigón. Sin embargo, en ésta y en otras aplicaciones hay que tener en cuenta la oxidación del polímero a temperaturas próximas a 50 ºC y posiblemente a temperaturas más bajas.
Película
La película de polietileno en un espesor de 0,025-0,250 mm absorbe una proporción elevada de la producción total de polietileno. Su uso se basó originalmente en su combinación de buenas propiedades mecánicas con una baja permeabilidad al vapor de agua, y por ello sirve para empaquetar productos alimenticios, aplicación en la cual su flexibilidad a baja temperatura hace satisfactorio su uso en los refrigeradores. También sirve para la protección de objetos metálicos, equipo eléctrico, piezas grandes de maquinaria y vehículos, para evitar su deterioro a consecuencia de la humedad. Se pueden usar también para empaquetar ciertos productos alimenticios, y en este caso la transparencia, la tenacidad y la resistencia al desgarramiento son las cualidades importantes. La película de PE pueden convertirse fácilmente en bolsas en maquinaria automática, uniendo las secciones por medio del calor. Los adhesivos para el PE no dan resultado. La película de PE puede imprimirse satisfactoriamente. La irradiación gamma de la película de PE mejora señaladamente la retención de tinta. Un uso especial interesante de la película de PE es la construcción de globos para las investigaciones a grandes altitudes.
Revestimiento del papel
Otro uso del polietileno en forma de película es el revestimiento del papel para reducir la permeabilidad al vapor de agua y mejorar las propiedades mecánicas. Un uso semejante del PE es el mejoramiento de las propiedades del revestimiento de parafina aplicado al papel.
Filamentos
El bajo punto de fusión del polietileno limita seriamente su uso como fibra textil; pero se han hecho tejidos para tapicería de automóviles con monofilamentos de polietileno. El PE no se tiñe fácilmente. Los filamentos se usan en el estado estirado en frío, y una limitación a la utilidad de este material es el aflojamiento que se produce a temperaturas elevadas. El deterioro mecánico a la luz solar es también un problema.
Instalaciones químicas
El PE se usa para la construcción de instalaciones químicas en las cuales se necesita cierta resistencia a los productos químicos. La película de PE se ha usado para construir pisos resistentes a los ácidos.
Pueden resumirse entonces las principales aplicaciones de los distintos tipos de polietileno en el siguiente cuadro:
Polietileno de baja densidad
Polietileno de alta densidad
película termocontraíbleenvasamiento automáticobolsas industriales film para agro bolsas de uso general cables eléctricos (aislantes)tuberías para riego tubos y pomos
cañosenvases sopladosbotellasbidones contenedores industriales cajones bolsas de supermercado bolsas tejidas macetas
Nylon
El nylon es un polímero sintético que pertenece al grupo de las poliamidas. Es una fibra manufacturada la cual está formada por repetición de unidades con uniones amida entre ellas. Las sustancias que componen al nylon son poliamidas sintéticas de cadena larga que poseen grupos amida (-CONH-) como parte integral de la cadena polimérica. Existen varias versiones diferentes de Nylons siendo el nylon 6,6 uno de los más conocidos.
La regularidad de las uniones amida a lo largo de la cadena determina dos clases de poliamidas:
Distribución de los radicales en las cadenas
Las tipo AB, que tienen todas las uniones amida en la misma orientación a lo largo de la cadena y las tipo AABB donde las uniones amidas alternan en orientación a lo largo de la cadena. Tanto R1 como R2 pueden ser radicales alifáticos, aromáticos o ambos. Las propiedades varían considerablemente cuando tienen más de un 15% de radicales alifáticos.
Nomenclatura
La nomenclatura de las poliamidas varía según las fuentes entre sistemática, semisistemática y nombre común. En América del Norte, la práctica común es llamar a las tipo AB o a las tipo AABB, como nylon X o nylon X,X respectivamente, siendo X la cantidad de carbonos que tiene la cadena del monómero. En las tipo AABB, se denomina primero la cantidad de carbonos de la diamina. En Europa, se acostumbra llamarlas poliamida o su abreviatura PA. La IUPAC, acepta como denominación la forma abreviada de poliamida. El nombre común se basa en nombrar cada uno de los monómeros. Pero todas estas están cayendo en desuso a favor de la nomenclatura sistemática que se basa en nombrarlas como derivados de las cadenas carbonadas divalentes de nitrógenos sustituidos (imino). Por ejemplo, el nylon 6,6 se llamará poli(imino (1,6 dioxo-hexanediil) imino hexanediil.
Historia del Nylon
El Nylon fue la primera fibra producida enteramente de polímero sintético y se caracterizó por primera vez en 1899. En 1929, este estudio fue renovado por Carothers en la Compañía Du Pont de Neumors. La primera patente se solicitó en 1931 y fue publicada en 1936. En julio de 1935, el nylon 6,6 fue elegido por Dupont para ser introducido en el mercado. Esta fue seguida por una patente de aplicación que se publicó en 1937. Las principales poliamidas ilustradas en estas dos primeras patentes fueron NYLON-6, NYLON-7, NYLON-8, NYLON-9, NYLON-11 y NYLON-17. La primera patente de aplicación para el NYLON-6,6 se publicó en 1938.
Du Pont comenzó la producción experimental del nylon en 1938 y la primer planta comercial comenzó su producción en 1939 en Seaford, Delaware (EE.UU). Las primeras medias de nylon se introdujeron en el mercado en 1940 y fueron un inmediato éxito comercial. En EE.UU. una segunda planta de Du Pont comenzó a producir en 1941, una tercera en 1947, una cuarta en 1954, y una quinta en 1967 utiiizando un avanzado proceso de spinning (hilado). La producción comercial de NYLON-6 en EE.UU. comenzó con la disponibilidad a gran escala de caprolactama, producida por primera vez en 1955 por Allied Chemical Corporation. Desde entonces la producción de fibras poliamidicas se ha expandido ampliamente alrededor del mundo.
La segunda guerra ayudó a incorporar en vestimenta, parachoques y cubiertas al nylon 6,6 con un impacto indescriptible.
Propiedades del Nylon
Un grupo de propiedades difíciles de medir cuantitativamente están asociadas a la estética, el estilo y el valor percibido. En indumentaria, pueden mencionarse la suavidad de los géneros, el movimiento, la reflexión de la luz y el confort. En alfombras, pueden incluirse la firmeza, el brillo y su grado de similitud con la felpa.
Otro grupo de propiedades son más fáciles de medir por métodos convencionales, como la tenacidad, la resistencia a la abrasión, la recuperación desde la deformación, el creep y la resistencia a cambios ambientales.
En algunos casos es difícil determinar si un comportamiento determinado resulta primariamente de la estructura química y física o si es consecuencia del proceso de fabricación. Por ejemplo, la estabilidad térmica en hilado para neumáticos se relaciona con el estabilizante térmico utilizado, pero la adhesión y la flexibilidad se ven afectados por el proceso de terminación o acabado de la fibra, así como por la estructura química.
Propiedades mecánicas
Densidad lineal
Tex es el peso en gramos de 1000 m. de hilado.
Denier es el peso en gramos de 9000 m de hilado.
Tenacidad
Es la resistencia a la tensión en la rotura. Se expresa como fuerza por unidad de densidad lineal, por ejemplo, N/tex o gf/den.
Tenacidad de la ligadura
Es la resistencia a la tensión requerida para la rotura de una hebra simple de hilado en la cual se ata un nudo entre las mordazas de prueba. Se expresa como fuerza por unidad de densidad lineal y es una medida aproximada de la fragilidad del hilado.
Resistencia a la rotura
Es la carga máxima en gramos requerida para la rotura de una fibra.
Resistencia a la tensión
Es el máximo esfuerzo por unidad de área expresado en kPa o MPa. Se calcula como:
Resistencia a la tensión (MPa) = Tenacidad (N/tex) x Gravedad específica x 1005
Elongación en la rotura
Es el incremento en longitud durante una prueba de tensión. Se expresa como porcentaje de la longitud original.
Módulo de elasticidad
Es la carga requerida para estirar una muestra de una unidad de área de sección transversal por unidad de cantidad. Se expresa como el cociente incremental de la carga en la porción recta inicial de la curva tensión - elongación extrapolada al 100 % de elongación de la muestra. El creep primario y secundario, el grado de cristalinidad y orientación, las condiciones de producci6n y proceso, temperatura y humedad tienen una influencia notoria en el módulo de elasticidad.
Modulo de estiramiento
Se calcula como:
Módulo de estiramiento = Módulo de elasticidad /100
Trabajo para la rotura
Es el trabajo requerido para la rotura del material. Es proporcional al área total bajo la curva de tensión - elongación.
Tenacidad de rotura
Es el trabajo requerido por unidad de densidad lineal para la rotura del material, Se calcula dividiendo el trabajo para la rotura por tex (denier).
Limite elástico:
Es el punto sobre la curva de tensión - elongación donde la carga y la elongación dejan de ser directamente proporcionales.
Creep
Es el cambio en la forma del material sujeto a esfuerzo y depende del tiempo. El creep primario es la componente recuperable, y el creep secundario es la componente irrecuperable.
Elasticidad
Es la capacidad del material de recuperar su tamaño y forma luego de la deformación.
Curva esfuerzo - elongación
Bajo condiciones normales, las curvas de esfuerzo - elongación de un hilada o fibra de nylon bien orientado muestran una porción inicial recta en la cual el esfuetzo y la elongación son proporcionales. La curva luego muestra la deformación de la estructura de la fibra y se indica por la curva en forma de S: primero cóncava al eje de esfuerzo, luego una forma cóncava al eje de elongación hasta el punto de rotura. Cuando se extiende una fibra de nylon, las fuerzas intermoleculares que impiden que la fibra se encoja se oponen a esta extensión. Esta elasticidad de corto rango produce la porción recta inicial de la curva. En esta región, la fibra puede retornar a su longitud inicial si se le quita el esfuerzo. Si se extienden aún más las porciones de las moléculas de la cadena, la red de moléculas se orientan. Las cadenas se enderezan y quedan más cercanas entre sí, tal que los enlaces intermoleculares se vuelven más efectivos (enlaces con hidrógeno y fuerzas de Van der Waals). La fibra pasa a una región de deformación en la cual los segmentos moleculares no pueden regresar a su configuración inicial luego del cese del esfuerzo. El principal mecanismo responsable de la fuerza, la cual resiste la elongación más allá del límite elástico, es la tendencia de las moléculas de la cadena en la región amorfa a asumir una configuración random por la tendencia a la máxima entropía, Las regiones cristalinas también obstaculizan el movimiento de las cadenas. La suma de todas estas fuerzas y la resistencia al movimiento de las cadenas iguala al esfuerzo total requerido para la rotura de la muestra. Las propiedades de esfuerzo-deformaci6n del nylon depende en gran medida de la velocidad del proceso de hilado y de el grado de estiramiento. Fundamentalmente, las propiedades son controladas por la morfología íntima de las fibras, especialmente de la orientación cristalina y la orientación amorfa.
Creep y recuperación
El tiempo es uno de los factores más importantes en el mecanismo de la recuperación elástica, Cuando se aplica una carga a una fibra, ésta sufre una extensión instantánea y continúa extendiéndose o sufriendo creep en el tiempo. Cuando se retira la carga, hay una recuperación instantánea de parte de la extensión seguida de una contracción o recuperación tardía por un periodo de tiempo. Cuando la recuperación es incompleta, la parte residual se denomina disposición permanente. El CREEP es la extensión en función del tiempo bajo una carga aplicada y la RECUPERACIÓN es el proceso inverso.
El nylon muestra inicialmente una recuperación rápida que ocurre en unos pocos minutos luego del cese de la carga. Comparado con otras fibras, el hilado de nylon tiene un notable grado de elasticidad y recuperación frente a altas cargas y extensiones.
Propiedades relacionadas con la hebra o fibra:
Las salientes contribuciones de la fibra de nylon para alfombras, indumentaria y tapizados son su resistencia a la abrasión y su baja absorción de la humedad. La primera propiedad incrementa durabilidad de la estructura textil, y la segunda contribuye al secado rápido. La fuerza del filamento continuo de nylon, que hace al nylon tan sobresaliente en aplicaciones industriales (cuerdas y tejidos), no es deseable en la fibra utilizada para indumentaria. La fibra de nylon tipo hebra es producida con una tenacidad de 0.3-0.4 N/tex y una extensión del 50-100%. La mayor parte de las atrás propiedades de las hebras de nylon difieren muy poco de las correspondientes al nylon de filamento continuo, Existe muy poca diferencia entre las características del nylon-6 y las del nylon-6,6.
Propiedades térmicas y relativas a la humedad
El comportamiento térmico de la fibra de nylon y los efectos interrelacionados con la humedad tienen una influencia considerable en las propiedades físicas. Estas son básicas en la producción de la fibra.
Las propiedades térmicas y de resistencia a la luz son en gran medida producto de los estabilizantes específicos utilizados y de ciertos aspectos del proceso de hilado.
Estabilización a la luz y el calor
Luz
En la presencia de luz, el dióxido de titanio, comúnmente utilizado como un realzador del brillo, reacciona con el oxigeno para formar peróxido, autocatalíticamente, y el peróxido degenera poliamidas en la ausencia de estabilizantes como las sales de manganeso. Se utilizan también aditivos como ácidos hipofosforosos, fosfitos y fosfatos.
Calor y luz
Los principales productos gaseosos de la pirólisis del nylon-6,6 son el agua, el dióxido de carbono y el amoníaco. Las sales de cobre son los estabilizantes más usados para fibras sin brillo para evitar la degradación por calor y luz. Las sales generalmente se agregan antes de la polimerización.
Estabilización contra la pérdida de resistencia a alta temperatura bajo altas cargas
Uno de los factores fundamentales que han hecho posible la producción de hilados para neumáticos de nylon 6,6 es la capacidad de incrementar la temperatura de ruptura bajo altas cargas. Se emplean para su estabilización los compuestos de 9,9 dialquilhidroacridina, que se agregan en un % en peso de 0.4-1.0 respecto del monómero antes o durante la polimerización. Las bases de Schüf también imparten buenas propiedades térmicas bajo carga.
Estabilización contra la desorientación por calor en líquidos
La desorientación de las poliamidas en presencia de temperaturas de vulcanización en neumáticos es un problema de significante importancia. Esta desorientación es producida durante el tiempo en el cual los hilados para neumáticos son expuestos a la humedad en baja carga durante la vulcanización, o cuando se libera la presión luego de la vulcanización. El problema puede ser parcialmente solucionado manteniendo algo de tensión en la cuerda al final de cese de la presión. También puede evitarse parcialmente minimizando el contenido de humedad de las fibras para neumáticos antes de la vulcanización.
Estabilización contra la degradación por calor y humedad
Los filamentos de nylon sin estirar tanto del nylon 6,6, son susceptibles de degradación en condiciones de humedad a 50 - 90C. La exposición a 8-hidroxiquinolina protege efectivamente contra la degradación.
Propiedades eléctricas
La conductividad eléctrica del nylon es muy baja. La conductividad se incrementa con el contenido de humedad; su valor para el hilado de nylon 6,6 se incrementa en muchos órdenes de magnitud para un incremento de la humedad de 0 a 100 %.
Las propiedades aislantes del nylon se manifiestan en la capacidad de acumular cargas eléctricas estáticas. Pueden generarse fácilmente tanto cargas positivas como negativas sobre la superficie por rozamiento o con sustancias apropiadas, seguidas de separación. Estas cargas no se disipan fácilmente. La combinación de la facilidad de formación y dificultad en la pérdida de cargas electrostáticas es una característica desfavorable en el nylon, que posee baja retención de humedad.
El incremento de humedad relativa y la incorporación de ciertas sustancias en el polímero fundido antes del proceso de hilado, ayudan a disipar las cargas estáticas.
Los valores de las constantes eléctricas del nylon 6 son aproximadamente similares a las del nylon 6,6, excepto por la constante dieléctrica que es menor en el nylon-6,6.
Propiedades físicas
Estructurales: Las poliamidas son polímeros lineales y, por consiguiente, materiales termoplásticos. Dichos polímeros cristalizan y mantienen una alta atracción intermolecular. Estos compuestos también contienen segmentos de cadena alifaticos, los cuales en función de su longitud, dan mayor o menor flexibilidad a la región amorfa. De esta forma, la combinación de, por una parte alta atracción intermolecular en las zonas cristalinas y, de otra, la flexibilidad impartida por los segmentos hidrocarbonados en las zonas amorfas, confieren a los polímeros una alta tenacidad por encima de la temperatura de transición vítrea aparente.
Cristalinidad: Los homopolímeros de poliamida lineal consisten en fases cristalinas y amorfas. Comercialmente se estima una mezcla del 40 al 50 % en peso de fase cristalina. La medida promedio del cristal de poliamida ha sido determinada por escaneo de rayos X de pequeño ángulo y de ángulo amplio y depende de la historia térmica y mecánica del polímero. La macroestructura de volúmenes de poliamidas son usualmente no orientadas y esféricas.
Solubilidad: en general, los homopolímeros de poliamidas alifáticas son insolubles en solventes orgánicos comunes a temperatura ambiente. Sin embargo, sí lo son en ácido fórmico, fenoles, ácido clorhídrico, ácidos minerales y alcoholes fluorados. Los copolímeros de poliamidas alifáticas son más solubles.
Degradación de poliamidas
Hidrólisis
Es la reacción inversa a la amidación. Como consecuencia, si el agua no es removida desde la masa de la reacción, la reacción de la poliamida eventualmente llega a un equilibrio y el peso molecular del polímero es limitado. En algunos procesos de polimerización, el vacío es aplicado para la mezcla y el peso molecular puede continuar creciendo. La reacción de hidrólisis generalmente es lenta a temperatura ambiente, pero es acelerada a altas temperaturas y es catalizada por ácidos o bases.
Usos y aplicaciones del Nylon
Los nylons han encontrado campos de aplicación como materiales plásticos en aquellos sectores o usos particulares donde se requiere más de una de las propiedades siguientes: alta tenacidad, rigidez, buena resistencia a la abrasión, buena resistencia al calor. Debido a su alto costo no han alcanzado, naturalmente, la aplicabilidad de materiales tales como polietileno o poliestireno, los cuales tienen un precio tres veces más bajo que el del nylon.
Las aplicaciones más importantes de los homopolímeros se encuentran en el campo de la ingeniería mecánica. Aplicaciones bien establecidas son las siguientes: asientos de válvulas, engranajes en general, excéntricas, cojinetes, rodamientos, etc.. Además de las propiedades ventajosas señaladas en líneas anteriores, las piezas de nylon pueden funcionar frecuentemente sin lubricación, son silenciosas, pudiendo en muchos casos moldearse en una sola pieza evitándose el ensamblado de las diferentes piezas metálicas o el uso de máquinas caras con la consiguiente pérdida de material.
Desde hace ya algunos años los nylons cuentan con un fuerte competidor, las resinas acetálicas, las cuales presentan superior resistencia a la fatiga, mayor resistencia a la fluencia y también mayor resistencia al agua que las poliamidas. Bajo condiciones medias de humedad, los nylons son superiores en resistencia al impacto y en resistencia a la abrasión. Cuando se considera que un nylon es apropiado para una determinada aplicación, es necesario antes de elegir el tipo de poliamida, tener en cuenta las propiedades mecánicas, la resistencia al agua y la facilidad de procesado de los mismos. Así, el nylon 6,6 presenta las mejores propiedades mecánicas, pero, por otra parte, es el que presenta mayores dificultades de procesado y tiene un valor de absorción de agua alto. El nylon 6 es el más fácil de procesar, tiene propiedades ligeramente inferiores al nylon 6,6.
En medicina y farmacia se utilizan objetos moldeados y esterilizables fabricados con poliamidas. Debido a su durabilidad, y a pesar de su mayor costo, los peines de nylon para el cabello han encontrado una amplia aceptación.
Las películas de nylon se emplean cada vez más en aplicaciones de embalaje para productos alimenticios y farmacéuticos. El valor del nylon para estas aplicaciones estriba en la posibilidad de hervir la bolsa con los alimentos dentro y en la baja transmisión del olor.
Aunque los nylons no se consideran generalmente como aislantes, debido a su tenacidad, y en cierto grado a su resistencia a la temperatura, se han abierto camino en este sector (arrollamientos y bobinas, y bloques terminales). Las ventajas que presentan en ciertos aspectos las resinas acetálicas y los policarbonatos han mermado considerablemente la aplicabilidad del nylon en este campo del aislamiento eléctrico.
PET
¿Qué es el PET?
El PET es un tipo de materia prima plástica derivada del petróleo, correspondiendo su fórmula a la de un poliéster aromático. Su denominación técnica es Polietilén Tereftalato o Politereftalato de etileno. Empezó a ser utilizado como materia prima en fibras para la industria textil y la producción de films
El PET (Poli Etilén Tereftalato) perteneciente al grupo de los materiales sintéticos denominados poliésteres, fue descubierto por los científicos británicos Whinfield y Dickson, en el año 1941, quienes lo patentaron como polímero para la fabricación de fibras. Se debe recordar que su país estaba en plena guerra y existía una apremiante necesidad de buscar sustitutos para el algodón proveniente de Egipto. Recién a partir de 1946 se lo empezó a utilizar industrialmente como fibra y su uso textil ha proseguido hasta el presente. En 1952 se lo comenzó a emplear en forma de film para el envasamiento de alimentos. Pero la aplicación que le significó su principal mercado fue en envases rígidos, a partir de 1976; pudo abrirse camino gracias a su particular aptitud para el embotellado de bebidas carbonatadas.
Es el polímero para el cual los fabricantes de máquinas internacionales han dedicado el mayor esfuerzo técnico y comercial. Efectivamente, los constructores han diseñado ex profeso y con inversiones cuantiosas, equipos y líneas completas perfectamente adaptadas a los parámetros de transformación del PET, cuya disponibilidad accesesible a todos los embotelladores, unida a la adecuada comercialización de la materia prima, permitió la expansión de su uso en todo el mundo.
Propiedades del PET
Procesable por soplado, inyección, extrusión. Apto para producir frascos, botellas, películas, láminas, planchas y piezas.
Transparencia y brillo con efecto lupa.
Excelentes propiedades mecánicas.
Barrera de los gases.
Biorientable-cristalizable.
Esterilizable por gamma y óxido de etileno.
Costo/ performance.
Ranqueado N°1 en reciclado.
Liviano
Desventajas
Secado
Todo poliéster tiene que ser secado a fin de evitar pérdida de propiedades. La humedad del polímero al ingresar al proceso debe ser de máximo 0.005%
Costo de equipamiento
Los equipos de inyección soplado con biorientación suponen una buena amortización en función de gran producción. En extrusión soplado se pueden utilizar equipos convencionales de PVC, teniendo más versatilidad en la producción de diferentes tamaños y formas.
Temperatura
Los poliésteres no mantienen buenas propiedades cuando se les somete a temperaturas superiores a los 70 grados. Se han logrado mejoras modificando los equipos para permitir llenado en caliente. Excepción: el PET cristalizado (opaco) tiene buena resistencia a temperaturas de hasta 230 ° C.
Intemperie
No se aconseja el uso permanente en intemperie.
Ventajas
Propiedades únicas
Claridad, brillo, transparencia, barrera a gases u aromas, impacto, termoformabilidad, fácil de imprimir con tintas, permite cocción en microondas.
Costo/Performance
El precio del PET ha sufrido menos fluctuaciones que el de otros polímeros como PVC-PP-LDPE-GPPS en los últimos 5 años.
Disponibilidad
Hoy se produce PET en Sur y Norteamérica, Europa, Asia y Sudáfrica.
Reciclado
El PET puede ser reciclado dando lugar al material conocido como RPET, lamentablemente el RPET no puede emplearse para producir envases para la industria alimenticia debido a que las temperaturas implicadas en el proceso no son lo suficientemente altas como para asegura la esterilización del producto.
Características del PET
Biorientación
Permite lograr propiedades mecánicas y de barrera con optimización de espesores.
Cristalización
Permite lograr resistencia térmica para utilizar bandejas termoformadas en hornos a elevadas temperaturas de cocción.
Esterilización
El PET resiste esterilización química con óxido de etileno y radiación gamma
Alternativas ecológicas
Retornabilidad
Reuso de molienda
Fibras
Polioles para poliuretanos
Poliésteres no saturados
Envases no alimenticios
Alcohólisis/ Metanólisis
Incineración.
DATOS TÉCNICOS
Valor límite de la viscosidad medido en ácido dicloroacético a 25°C
1.07
Punto de fusión °C
aprox. 252/260
Acetaldehído
ppm < 1
Contenido en grupos carboxílicos
mval/kg 20
Densidad aparente [g/cm3] aprox.
0.85
Valores de permeabilidad
Oxígeno 23°C, 100% RF
2
Nitrógeno 23°C , 100% RF
9
Permeabilidad al vapor de agua
0.9
Dióxido de carbono
5.1
Resistencia Química del PET
Buena resistencia general en especial a:
Grasas y aceites presentes en alimentos, soluciones diluidas de ácidos minerales, álcalis, sales, jabones, hidrocarburos alifáticos y alcoholes.
Poca resistencia a:
Solventes halogenados, aromáticos y cetonas de bajo peso molecular.
Algunas aplicaciones del PET
Envases
Fabricados por inyección o soplado con biorientación, por extrusión o soplado.
Usos: gaseosas, dentífricos, lociones, polvos y talcos, aguas y jugos, shampúes, vinos, aceites comestibles y medicinales, productos capilares, fármacos, industria de la alimentación y laboratorios de cosmética y farmacéuticos.
Láminas y películas
Fabricadas por extrusión plana o coextrusión por burbuja. Películas biorientadas.
Usos: cajas, blisters, pouches para envasado de alimentos, medicamentos, cosméticos.
Otros
Piezas de inyección, fabricación de plásticos de ingeniería usados para casos de alta exigencia térmica, mecánica.
Usos: Fabricación de carcazas de motores, envases resistentes a congelamiento y ulterior autoclavado, monofilamentos resistentes a temperatura en medio ácido.
Características de algunos Poliésteres
Polietilén tereftalato amorfo (APET)
Polietilén tereftalato reciclado (RPET)
Polietilén tereftalato glicol (PETG)
Polietilén tereftalato cristalino (CPET)
Todos estos miembros de la familia de resinas poliésteres se hacen modificando la fórmula básica.
El PET es un polímero de condensación producido mediante un proceso de polimerización en fase fundida contínua, que produce un pelet cristalino y da el peso molecular final y la viscosidad intrínseca (inicial). El material debe ser secado antes de su procesamiento en un secador deshumidificador hasta un nivel menor al 0.005 % . Si los pelets no son adecuadamente secados esto originará un desdoblamiento de la cadena molecular. Ese desdoblamiento es más fácil de comprender como un proceso inverso del que se usa para producir la resina PET. Como polímero vuelve a sus componentes químicos originales el efecto se advierte en forma de una degradación de sus físicas y estéticas, incluyendo la pérdida de transparencia, suavidad superficial y viscosidad intrínseca (I.V). Una vez que la resina ha sido dañada por el desdoblamiento molecular, la única forma de salvarla es exponerla a uan polimerización de estado sólido.
PET y APET
La diferencia real entre estos dos tipos de polímeros es muy difícil de detectar.
Ambos polímeros comienzan como cristalinos (opacos) cuando están en forma de pelets y se vuelven no cristalinos o amorfos (transparentes) durante la extrusión. Estos pellets antes de la extrusión son opacos y tienen aspecto muy similar al de los pellets de poliestireno de alto impacto (HIPS). Durante el procesamiento , el material se vuelve transpaarente y amorfo (no cristalino) como resultado del calentamiento hasta su punto de fusión (232 a 268°C) y se enfrían rápidamente por debajo de su temperatura de transición cristalina (60 a 76°C) cuando salen a través de la matriz y llegan a los cilindros de enfriamiento. Antes de su utilización en la línea de recuperación o en la línea de reprocesamiento del usuario, los pequeños trozos de PET deben ser recristalizados. El proceso de recristalización usa calor para favorecer la re- unión parcial de las moléculas. Después de la primera pasada, cuado la pérdida es de 0.03 a 0.05, la I.V. cae en un promedio de 0.02 por uso, hasta que se estabiliza en aproximadamente 0.60 a 0.62. Sin embargo , la contaminación, el secado inadecuado, la degradación debida a recalentamiento durante la formación o deslizamiento durante la extrusión pueden provocar pérdidas prematuras de I.V y transparencia. Una vez que la recristalización se completa, los trozos están listos para secado y reuso.
La contaminación y degradación debidas a condiciones inadecuadas de procesamiento son las causas principales de la pérdida de propiedades físicas y valor estético/ cosmético.
RPET
La “R” en esta denominación de material indicaba que el mismo había sido “re- polimerizado”. Los fabricantes de resina tenían que reintroducir el material recuperado en el reactor en la etapa de monómero intermedio, anterior a la polimerización primaria. RPET ahora sirva para denominar cualquier material reciclado. Existen tres tipos básicos usados generalmente por los procesadores industriales:
PET postindustrial(N. De R : denominado “recuperado”, que está constituido por los desechos propios del transformador)
PET postconsumo; y
PET “perdido” . porque no existe ninguna documentación de donde ha venido.
Generalmente, el RPET puede ser adquirido en forma de pedacitos no cristalizados, pedacitos cristalizados y pelets cristalizados. La fuente principal de todos los grados de PET postconsumo está formada por botellas de gaseosas recicladas, las cuales se separan y agrupan por reconocimiento de su forma y no por el símbolo de reciclado.
PETG
El polietilen tereftalato glicol es un copoliéster polímero. La cadena molecular del copoliester es más voluminosa que la cadena de un monopoliéster y, en consecuencia, tiene una tendencia a cristalizar sumamente reducida. Pese a ello, algunos miembros de la familia de copoliésteres son altamente cristalinos y por esta causa son opacos. El PETG no se modifica con ácidos, pero se usan mucho en lugar de ellos dos tipos de glicol y es amorfo.
Este material domina el mercado de los blisters medicinales y “clamshells”, que comparte con el PVC y en una proporción limitada con el polímero XT.
CPET
Se denomina CPET al polietilén tereftalato cristalino. Este material es opaco y en su estado natural es completamente blanco. Casi todo el CPET se usa para producir envases para microondas y de comidas preparadas.
El CPET parte como PET de alta I.V. (de 1.0 a 1.04), una vez que se lo secó es mezclado con 3 % de polietileno lineal de baja densidad (LLDPE). Como el LLDPE es inmiscible con el PET, actúa como un nucleado que facilita el rápido e irreversible crecimiento de estructuras celulares cristalinas. Si durante el crecimiento estas estructuras no se establecen adecuadamente, se originarán propiedades de impacto bajas debido a la pérdida de I.V.
Policloruro de vinilo - PVC
El Policloruro de Vinilo (PVC) es un moderno, importante y conocido miembro de la familia de los termoplásticos. Es un polímero obtenido de dos materias primas naturales cloruro de sodio o sal común (ClNa) (57%) y petróleo o gas natural (43%), siendo por lo tanto menos dependiente de recursos no renovables que otros plásticos.
Es uno de los polímeros más estudiados y utilizados por el hombre para su desarrollo y confort, dado que por su amplia versatilidad es utilizado en áreas tan diversas como la construcción, energía, salud, preservación de alimentos y artículos de uso diario, entre otros.
El desarrollo en tecnología y aplicaciones no ha tenido pausa llegándose en nuestros días a una producción de 25 millones de ton.
Estudios realizados por el Centro de Ecología y Toxicología de la Industria Química Europea (ECETOC), señalan que la producción de PVC se realiza sin riesgos para el medio ambiente.
El PVC se presenta en su forma original como un polvo blanco, amorfo y opaco.
Es inodoro, insípido e inocuo, además de ser resistente a la mayoría de los agentes químicos.
Es ligero y no inflamable por lo que es clasificado como material no propagador de la llama.
No se degrada, ni se disuelve en agua y además es totalmente reciclable.
Es uno de los polímeros más estudiados y utilizados por el hombre para su desarrollo y confort, dado que por su amplia versatilidad es utilizado en áreas tan diversas como la construcción, energía, salud, preservación de alimentos y artículos de uso diario, entre otros.
El desarrollo en tecnología y aplicaciones no ha tenido pausa llegándose en nuestros días a una producción de 25 millones de toneladas.
Punto de ebullición (°C)
- 13,9 +/- 0,1
Punto de congelación (°C)
- 153,7
Densidad a 28,11°C (gr/cm3)
0,8955
Calor de fusión (kcal/mol)
1,181
Calor de vaporización
5.735
Indice de refracción a 15°
1,38
Viscosidad a - 10°C (mPoisses)
2,63
Presión de vapor a 25°C (mm)
3,000
Calor específico del líquido (cal/g)
0,38
Calor específico del vapor
10,8 - 12,83
Calor de combustión a 80°C (Kcal/mol)
286
Características del PVC
Resistente y livianoSu fortaleza ante la abrasión, bajo peso (1,4 g/cm3), resistencia mecánica y al impacto, son las ventajas técnicas claves para su elección en la edificación y construcción.
Versatilidad.
Gracias a a la utilización de aditivos tales como estabilizantes, plastificantes y otros, el PVC puede transformarse en un material rígido o flexible, teniendo así gran variedad de aplicaciones.
Estabilidad.
Es estable e inerte. Se emplea extensivamente donde la higiene es una prioridad. Los catéteres y las bolsas para sangre y hemoderivados están fabricadas con PVC.
Longevidad.
Es un material excepcionalmente resistente. Los productos de PVC pueden durar hasta más de sesenta años como se comprueba en aplicaciones tales como tuberías para conducción de agua potable y sanitarios; de acuerdo al estado de las instalaciones se espera una prolongada duración de las mismas. Una evolución similar ocurre con los marcos de puertas y ventanas en PVC.
Seguridad.
Debido al cloro que forma parte del polímero PVC, no se quema con facilidad ni arde por si solo y cesa de arder una vez que la fuente de calor se ha retirado.Se emplea eficazmente para aislar y proteger cables eléctricos en el hogar, oficinas y en las industrias. Los perfiles de PVC empleados en la construcción para recubrimientos, cielorrasos, puertas y ventanas, tienen también esta propiedad de ignífugos.
Reciclable.
Esta característica facilita la reconversión del PVC en artículos útiles y minimiza las posibilidades de que objetos fabricados con este material sean arrojados en rellenos sanitarios. Pero aún si esta situación ocurriese, dado que el PVC es inerte no hay evidencias de que contribuya a la formación de gases o a la toxicidad de los lixiviados.
Recuperación de energía.
Tiene un alto valor energético. Cuando se recupera la energía en los sistemas modernos de combustión de residuos, donde las emisiones se controlan cuidadosamente, el PVC aporta energía y calor a la industria y a los hogares.
Buen uso de los recursos.
Al fabricarse a partir de materias primas naturales: sal común y petróleo. La sal común es un recurso abundante y prácticamente inagotable. El proceso de producción de PVC emplea el petróleo (o el gas natural) de manera extremadamente eficaz, ayudando a conservar las reservas de combustibles fósiles. Es también un material liviano, de transporte fácil y barato.
Rentable
Bajo costo de instalación y prácticamente costo nulo de mantenimiento en su vida útil.
Aislante eléctricoNo conduce la electricidad, es un excelente material como aislante para cables.
Usos y aplicaciones del PVC
Los principales rubros donde se emplea el PVC se distribuyen en bienes de consumo, construcción, packaging, industria eléctrica, agricultura y otros.
Cabe destacar que debido a las propiedades antes mencionadas que tiene el PVC, es muy importante para el sector de la construcción.
Construcción
Tubos de agua potable y evacuación, ventanas, puertas, persianas, zócalos, pisos, paredes, láminas para impermeabilización (techos, suelos), canalización eléctrica y para telecomunicaciones, papeles para paredes, etc.
Packaging
Botellas para agua y jugos, frascos y potes (alimentos, fármacos, cosmética, limpieza, etc.). Láminas o films (golosinas, alimentos). Blisters (fármacos, artículos varios).
Mobiliario
Muebles de jardín (reposeras, mesas, etc.); piezas para muebles (manijas, rieles, burletes, etc.); placas divisorias.
Electricidad y Electrónica
El PVC ha sido utilizado durante más de medio siglo, tanto en el aislamiento como en el recubrimiento de cables de diferentes tipos, y actualmente representa un tercio de los materiales usados en esta actividad. Los beneficios del uso del PVC en la aislamiento son,
Buenas propiedades eléctricas en un amplio rango de temperaturas.
Excelente durabilidad y larga expectativa de vida (40 años o más).
Características de fácil procesado para alcanzar las especificaciones deseadas en el producto final, ya sean físicas, mecánicas o eléctricas.
Resistente a ambientes agresivos.
Cumple con severos requerimientos de seguridad.
Tiene un buen precio competitivo comparado con otros materiales.
De fácil instalación, lo que permite lograr sustanciales ahorros.
Algunos ejemplos de su utilización en electricidad y electrónica son:
Partes de artefactos eléctricos.
Aislamiento de cables.
Cajas de distribución.
Enchufes.
Carcazas y partes de computadoras.
Aplicaciones médicas
Tubos y bolsas para sangre y diálisis, catéteres, válvulas, delantales, botas, etc.
Vestimenta y anexos
Calzado (botas, zapatillas), ropa de seguridad, ropa impermeable, guantes, marroquinería (bolsos, valijas, carteras, tapicería).
Automotriz
Tapicería, paneles para tablero, apoyabrazos, protección anticorrosiva y antivibratoria, etc.
Varios
Tarjetas de crédito, artículos de librería, juguetes, mangueras, art. de riego, etc
Desventajas del uso de PVC
Una de las materias primas para la fabricación del PVC es el dicloro etano, DCE, el cual, es sumamente peligroso:
Cancerígeno, induce defectos de nacimiento, daños en los riñones y otros órganos, hemorragias internas y trombos.
Altamente inflamable, puede explotar produciendo cloruro de hidrógeno y fosgeno (dos de los gases que pueden causar accidentes como el de Bhopal).
Luego, a partir del DCE se genera el gas extremadamente tóxico cloruro de vinilo (VCM):
Carcinógeno humano probado (International Agency Research of Cancer de Lyon; Centro de Análisis y Programas Sanitarios de Barcelona). Causa angiosarcoma hepático.
Explosivo
