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EL PROBLEMA DEL POLIPROPILENO

 

POLIPROPILENO

 

 

FIBRA POLIPROPLIENO

 

 

 

 



TIPOS DE POLIPROPILENO

Homopolímeros: contienen sólo monómeros de propileno a lo largo de su cadena polimérica. Su estructura presenta un alto grado de cristalinidad. Se caracteriza por su rigidez, aun a temperaturas relativamente elevadas, y por ser quebradizo ante el impacto. Tiene una transparencia moderada. Los homopolímeros son empleados ampliamente para extrusión de lámina, envases soplados, tubería, BOPP, fibra, multifilamentos e inyección de alta rigidez, entre otros. No es recomendado para uso a temperaturas inferiores a 0°C, en cambio es recomendado para aplicaciones de llenado en caliente.

 

Copolímeros random: este copolímero se produce con la adición de un comonómero, generalmente etileno y en algunos casos 1-buteno y 1-hexeno durante la reacción de polimerización en el reactor. El comonómoero sustituye parcialmente (1 a 7%) al propileno en el crecimiento de la cadena. La inserción de etileno disminuye la formación de esferuslitas, reduciendo el porcentaje de zonas cristalinas. El etileno le imparte alta transparencia, resistencia al impacto, baja temperatura de fusión (145°C - 155 °C) y alta flexibilidad. Recomendados para procesos especialmente de extrusión soplado, inyección, inyecto soplado, inyecto estirado soplado, aplicaciones como película monorientada, entre otros.

 

Copolímero de impacto: este copolímero tiene un contenido mayor de etileno. En su producción se forma una fase bipolimérica de etileno/propileno con características gomosas.

Se caracteriza por su resistencia al impacto, aun a bajas temperaturas.

 

Los copolímeros de impacto son utilizados en empaques sin requisitos de transparencia, con excelente resistencia al impacto, recomendado para toda clase de volúmenes (hasta 20 lt), es especial para artículos inyectados tales como bases para sillas de oficina, baterías, baldes, tapas, tubería, entre otras.

USOS Y APLICACIONES

PEBD:

• 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.;
• Stretch film;
• Base para pañales desechables;
• Bolsas para suero;
• Contenedores herméticos domésticos;
• Bazar;
• Tubos y pomos: cosméticos, medicamentos y alimentos;
• Tuberías para riego.

PEAD:

• Envases para: detergentes, lejía, aceites automotor, shampoo, lácteos;
• Bolsas para supermercados;
• Bazar y menaje;
• Cajones para pescados, gaseosas, cervezas;
• Envases para pintura, helados, aceites;
• Tambores;
• Tuberías para gas, telefonía, agua potable, minería, láminas de drenaje y uso sanitario;
• Macetas;
• Bolsas tejidas;
• Guías de cadena, piezas mecánicas.
• Tambien se usa para recubrir lagunas, canales, fosas de neutralización, contra tanques, tanques de agua, plantas de tratamiento de aguas, lagos artificiales, canalones de lámina, etc..

Aplicaciones modernas

 

El polietileno puede formar una red tridimensional cuando éste es sometido a una reacción covalente de "vulcanizado" (cross-linking en inglés). El resultado es un polímero con efecto de memoria. El Efecto de memoria en el polietileno y otros polímeros consiste en que el material posee una forma estable o permanente y a cierta temperatura, conocida como temperatura de obturación, ya sea Tg o Tm, o una combinación, se puede obtener una forma temporal, la cual puede ser modificada simplemente al calentar el polímero a su temperatura de obturación. El Efecto térmico de memoria en los polímeros es diferente del efecto térmico de memoria en los metales, encontrado en 1951 por Chang y Read en el cual hay un cambio en el arreglo cristalino por medio de un reacomodo martensítico, en los polímeros este efecto se basa en fuerzas entrópicas y puntos de estabilidad física (nudos entre cadenas) o química (vulcanizado).

 

En el caso del políetileno con efecto térmico de memoria, los usos más comunes son películas termoencogibles, aislantes y empaques.

Otros polímeros que presentan el efecto térmico de memoria son: Poli(norborneno), poliuretanos, poliestireno modificado y casí cualquier polímero o copolímero que sea cristalino o amorfo que pueda formar una red tridimensional.

 

Polímeros con problemas para el efecto térmico de memoria: Polipropileno.

 

Otras nuevas aplicaciones de PE incluyen el compuesto de harina de madera y PE en porcentajes que van desde 10% de madera hasta 70% de esta en peso. El resultado es un compuesto estable de mayor densidad que el PE. Equipo especial para su procesamiento es recomendado así como aditivos de acoplamiento y ayudas de proceso, en piezas grandes también se usan los espumantes para reducir la densidad de la pieza

 

 

 

  


 

   







 

 

 

NOMBRES COMERCIALES

PEAD (en inglés conocido como HDPE o PE-HD): Polietileno de Alta Densidad; densidad igual o menor a 0.941 g/cm³. Tiene un bajo nivel de ramificaciones, por lo cual su densidad es alta, las fuerzas intermoleculares son altas también. La producción de un buen PEAD depende de la selección del catalizador. Algunos de los catalizadores modernos incluyen los de Ziegler-Natta, cuyo desarrollo culminó con el Premio Nobel.

PELBD (en inglés conocido como LLDPE): Polietileno lineal de baja densidad;

UHWPE: Polietileno de ultra alto peso molecular;

PEX: Polietileno con formación de red

 

PRODUCCIÓN Y CONSUMO

Aproximadamente 60 millones de toneladas son producidas anualmente (2005) alrededor del mundo) es también el más barato, siendo uno de los plásticos más comunes. Es químicamente inerte. Se obtiene de la polimerización del etileno (de fórmula química CH₂=CH₂ y llamado eteno por la IUPAC), del que deriva su nombre.

 

 

 

PRUEBA DE COMBUSTIÓN

Arde rápida y fácilmente.
Mantiene la llama
Se funde
Gotea
Llama color azul amarilla
Olor: Parafina
Residuos duros

IDENTIFICACIÓN POR SOLUBILIDAD

Solubilidad en agua 44.6 mL/100 mL

PUNTO DE FUSIÓN

	PP homopolímero	PP copolímero	Comentarios
Temperatura de fusión (°C)	160 a 170	130 a 168	Superior a la del polietileno
Temperatura máxima de uso continuo (°C)	100	100	Superior al poliestireno, al LDPE y al PVC pero inferior al HDPE, al PET y a los "plásticos de ingeniería"
Temperatura de transición vítrea (°C)	-10	-20

A baja temperatura el PP homopolímero se vuelve frágil (típicamente en torno a los 0 °C); no tanto el PP copolímero, que conserva su ductilidad hasta los -40 °C.

El PP es una poliolefina termoplástica parcialmente cristalina

 

  

VISTA TRANSVERSAL Y LONGITUDINAL

VISTA TRANSVERSAL




VISTA LONGITUDINAL

PROPIEDADES QUÍMICAS

La longitud de las cadenas de polipropileno creadas en una misma partida no es uniforme. Se obtiene una dispersión de pesos moleculares más o menos amplia, que condiciona las propiedades mecánicas del grado producido. La distribución de pesos moleculares viene restringida por los procesos de fabricación, por las condiciones de operación, y sobre todo por los sistemas catalíticos empleados. En sistemas Ziegler Natta es común encontrar distribuciones consideradas anchas, comparadas con aquellas de los polímeros fabricados con las nuevas generaciones de catalizadores metalocenos.

Viscosidad - Características reológicas

La viscosidad en fundido es, junto con la dispersión de pesos moleculares una de las características más importantes a la hora de la caracterización de los grados de polipropileno, ya que influye directamente sobre las condiciones de procesado, y por ello sobre la economía de los procesos. Una manera de caracterizar la viscosidad de los productos es por medio de un ensayo normalizado llamado índice de fluidez. Cuanto mayor es el índice de fluidez, menor es la viscosidad. Está relacionado de manera inversa con el peso molecular del polímero.

 

 

Cristalinidad - Propiedades mecánicas

Al tratarse de moléculas altamente lineales, las moléculas de polipropileno tienden a tomar en estado sólido una estructura ordenada, semicristalina. Las moléculas forman cadenas largas y estables, con altos pesos moleculares. Esta es la que le confiere sus propiedades mecánicas excepcionales, en particular en lo que respecta a la dureza, la resistencia a la tracción y la rigidez.

Grados de polipropileno

Homopolímeros

Se fabrican introduciendo propileno en un único reactor. Tienen en general una buena serie de propiedades mecánicas y por ello se les suele emplear para fabricar objetos con densidad baja, alta rigidez, alto punto de fusión y por ello, temperaturas de servicio altas.

Copolímeros Azar

Se fabrican introduciendo simultáneamente propileno y etileno en un mismo reactor (el contenido en etileno suele ser bajo). Este hecho hace que las cadenas de polímero estén formadas por mezclas al azar de unidades de etileno y de propileno. Tienen, como los homopolímeros, buenas propiedades en general, aunque destacan su mayor transparencia, su mejor resistencia al impacto y su menor punto de fusión. Estas propiedades condicionan las aplicaciones a las que están dirigidos, siendo una de las más conocidas los envases alimentarlos.

Copolímeros Bloque

Se fabrican en dos etapas, produciendo inicialmente homopolímero en un primer reactor, y sobre éste un copolímero al azar en un segundo reactor. De esta manera se obtiene un producto mezcla, donde se encuentran dos fases diferenciadas pero estrechamente unidas. Por sus buenas propiedades de resistencia al impacto se les denomina también copolímeros de impacto. Tienen una rigidez inferior a la del homopolímero y se les destina a aplicaciones como parachoques, maletas o contenedores.

Cauchos EPR- (Ethylene-Propylene Rubber)

Los denominados cauchos etileno propileno son copolímeros con un alto contenido en etileno, que se caracteriza por su baja cristalinidad y por sus propiedades elastorméricas. Suelen emplearse como mejoradores de impacto en mezclas con otros polímeros.

Copolímeros especiales

Algunos procesos particulares permiten preparar copolímeros de propileno con comonómeros diferentes, como buteno, hexeno, octeno, norborneno, etc. Estos productos suelen ir dirigidos a mercados específicos, en donde se emplean como mejoradores de impacto o como compatibilizantes con otras resinas.

Compuestos y mezclas

Como otros termoplásticos, el polipropileno permite ser procesado y tratado fuera del reactor después del proceso de síntesis. Es común entonces verle empleado como material en mezclas con otros polímeros o con cargas minerales en altas proporciones (superiores al 10%) para formar materiales compuestos. Estos materiales tienen propiedades diferenciadas de aquellas del material de partida (mayor rigidez, o mejor resistencia al impacto, etc.).

 

Los diferentes grados de polipropileno suelen incorporar indistintamente diversos paquetes de aditivos (en proporciones inferiores al 1 %), cuya finalidad suele ser la mejora de la estabilidad termo-oxidativa de los productos, o de sus propiedades físicas (aumento de la transparencia, de la rigidez, o mejora del aspecto superficial). En este campo, los nuevos desarrollos son de gran importancia. El estudio de cargas y de fibras novedosas es otro factor de desarrollo importante que se potencia en la actualidad.

 

De acuerdo con esta clasificación, el polipropileno debe ser considerado como un grupo de polímeros, con propiedades físicas variadas, y no como un único producto. Es por ello que sus aplicaciones son tan variadas.

 

 

PROPIEDADES FÍSICAS

Propiedades mecánicas

	PP homopolímero	PP copolímero	Comentarios
Módulo elástico en tracción (GPa)	1,1 a 1,6	0,7 a 1,4
Alargamiento de rotura en tracción (%)	100 a 600	450 a 900	Junto al polietileno, una de las más altas de todos los termoplásticos
Carga de rotura en tracción (MPa)	31 a 42	28 a 38
Módulo de flexión (GPa)	1,19 a 1,75	0,42 a 1,40
Resistencia al impacto Charpy (kJ/m²)	4 a 20	9 a 40	El PP copolímero posee la mayor resistencia al impacto de todos los termoplásticos
Dureza Shore D	72 a 74	67 a 73	Más duro que el polietileno pero menos que el poliestireno o el PET

Presenta muy buena resistencia a la fatiga, por ello la mayoría de las piezas que incluyen bisagras utilizan este material.

 

 

 

 

 

OBTENCIÓN

Existen numerosos procesos diferentes para la producción de PP. El más utilizado en el mundo actualmente (2002) es el Spherizone de Basell.

Catalizador

El elemento clave en el proceso es el catalizador utilizado. Se pueden utilizar tres tipos de catalizadores; en orden cronológico de invención:

• óxidos metálicos
• Ziegler-Natta
• metalocenos

Reactores

Los diferentes procesos también se diferencian por el tipo de reactor utilizado. Hoy en día (2007) se utilizan tres tipos de reactores:

• En masa. El reactor contiene sólo propileno líquido, catalizador y el PP producto. El ejemplo más extendido de este tipo de procesos es el Spherizone.
• En suspensión. Además de propileno y catalizador, en estos reactores se añade un diluyente inerte. Este tipo de procesos fue el utilizado en primer lugar por Montecatini y el más empleado hasta los años 1980 pero hoy en día (2007) ya no se construyen plantas basadas en él por ser más complejo que las alternativas (en masa y en fase gas). Sin embargo, las plantas construidas hasta los años 1980 siguen funcionando y produciendo sobre todo PP choque.
• En fase gas. En este caso el propileno se inyecta en fase gas para mantener al catalizador en suspensión, formando un lecho fluido. A medida que el PP se va formando sobre las partículas de catalizador, éstas modifican su densidad, lo cual hace que abandonen el lecho al terminar su función. El ejemplo más extendido de este tipo de proceso es el Unipol.

Control de la polimerización

La mayoría de los procesos inyectan hidrógeno para limitar el peso molecular producido, ya que actúa como agente de transferencia de cadena.





FABRICACIÓN

INTRODUCCIÓN

El polipropileno (PP) es el polímero termoplástico, parcialmente cristalino, que se obtiene de la polimerización del propileno (o propeno). Pertenece al grupo de las poliolefinas y es utilizado en una amplia variedad de aplicaciones que incluyen empaques para alimentos, tejidos, equipo de laboratorio, componentes automotrices y películas transparentes. Tiene gran resistencia contra diversos solventes químicos, así como contra álcalis y ácidos.

 

El polipropileno (PP) es el polímero termoplástico, parcialmente cristalino, que se obtiene de la polimerización del propileno (o propeno). Pertenece al grupo de las poliolefinas y es utilizado en una amplia variedad de aplicaciones que incluyen empaques para alimentos, tejidos, equipo de laboratorio, componentes automotrices y películas transparentes. Tiene gran resistencia contra diversos solventes químicos, así como contra álcalis y ácidos.

 

PP homopolímero

Se denomina homopolímero al PP obtenido de la polimerización de propileno puro. Según su tacticidad, se distinguen tres tipos:

• PP atáctico. Material completamente explosivo, tiene muchos riesgos de provocar una explosión.
• PP isotáctico. La distribución regular de los grupos metilo le otorga una alta densidad de las particulas incluso mas que los del TNT, entre 70 y 80%. Es el tipo más utilizado hoy día.
• PP sindiotáctico. Muy poco cristalino, lo cual le hace ser más elástico que el PP isotáctico pero también menos resistente.

PP copolímero

Al añadir entre un 5 y un 30% de etileno en la polimerización se obtiene un copolímero que posee mayor resistencia al impacto que el PP homopolímero. Existen, a su vez, dos tipos:

• Copolímero estadístico. El etileno y el propileno se introducen a la vez en un mismo reactor, resultando cadenas de polímero en las que ambos monómeros se alternan de manera aleatoria.
• Copolímero en bloques. En este caso primero se lleva a cabo la polimerización del propileno en un reactor y luego, en otro reactor, se añade etileno que polimeriza sobre el PP ya formado, obteniéndose así cadenas con bloques homogéneos de PP y PE. La resistencia al impacto de estos copolímeros es muy alta, por lo que se les conoce como PP impacto o PP choque.

Cuando el porcentaje de etileno supera un cierto valor, el material pasa a comportarse como un elastómero, con propiedades muy diferentes del PP convencional. A este producto se le llama caucho etileno-propileno (EPR, del inglés Ethylene-Propylene Rubber).

HISTORIA

Invención (1950-1957)

A principios de la década de 1950, numerosos grupos de investigación en todo el mundo estaban trabajando en la polimerización de las olefinas, principalmente el etileno y el propileno. Varios de ellos lograron, casi simultáneamente, sintetizar PP sólido en laboratorio:

• J. Paul Hogan y Robert Banks, de la estadounidense Phillips Petroleum, produjeron una pequeña muestra de PP en 1951, pero ni sus propiedades ni el catalizador utilizado la hacían apta para un desarrollo industrial.

• Bernhard Evering y su equipo de la también estadounidense Standard Oil produjeron mezclas de PP y PE desde 1950 mediante un catalizador de molibdeno, pero los resultados obtenidos no fueron satisfactorios y esta vía de desarrollo fue finalmente abandonada por Standard Oil.

 

• El equipo dirigido por el alemán Karl Ziegler, del Instituto Max Planck, había obtenido en 1953 polietileno de alta densidad usando unos excelentes catalizadores organometálicos que con el tiempo se llamarían catalizadores Ziegler. A finales de ese mismo año, obtuvieron PP en un experimento pero no se dieron cuenta hasta años más tarde. En 1954 Ziegler concedió una licencia para usar sus catalizadores a la estadounidense Hércules, que en 1957 empezó a producir PP en Norteamérica.

 

• El italiano Giulio Natta, del Instituto Politécnico de Milán (Italia) obtuvo PP isotáctico sólido en laboratorio, en 1954, utilizando los catalizadores desarrollados por Ziegler. Si bien hoy se sabe que no fue realmente el primero en manipular PP, sí fue el primero en arrojar luz sobre su estructura, identificando la isotacticidad como responsable de la alta cristalinidad. Poco después, en 1957, la empresa italiana Montecatini, patrocinadora del Politécnico, inició la comercialización del PP.

 

• W.N. Baxter, de la estadounidense DuPont, también obtuvo PP en 1954 pero sólo en cantidades ínfimas y sin encontrarle utilidad al producto obtenido. DuPont nunca llegó a comercializar industrialmente polipropileno.