APLICACIONES DEL POLIPROPILENO

POLIPROPILENO

El polipropileno ha sido uno de los plásticos con mayor crecimiento en los últimos años y se prevé que su consumo continúe creciendo más que el de los otros grandes termoplásticos (PE, PS, PVC, PET). En 2005 la producción y el consumo de PP en la Unión Europea fueron de 9 y 8 millones de toneladas respectivamente, un volumen sólo inferior al del PE.[1]
El PP es transformado mediante muchos procesos diferentes. Los más utilizados son:
Moldeo por inyección de una gran diversidad de piezas, desde juguetes hasta parachoques de automóviles
Moldeo por soplado de recipientes huecos como por ejemplo botellas o depósitos de combustible
Termoformado de, por ejemplo, contenedores de alimentos. En particular se utiliza PP para aplicaciones que requieren resistencia a alta temperatura (microondas) o baja temperatura (congelados).
Producción de fibras, tanto tejidas como no tejidas.
Extrusión de perfiles, láminas y tubos.
Producción de película, en particular:
Película de polipropileno biorientado (BOPP), la más extendida, representando más del 20% del mercado del embalaje flexible en Europa Occidental
Película moldeada ("cast film")
Película soplada ("blown film"), un mercado pequeño actualmente (2007) pero en rápido crecimiento

ESTRUCTURA QUIMICA

Estructura química
Por su mecanismo de polimerización, el PP es un polímero de reacción en cadena ("de adición" según la antigua nomenclatura de Carothers). Por su composición química es un polímero vinílico (cadena principal formada exclusivamente por átomos de carbono) y en particular una poliolefina.

Tacticidad
Las moléculas de PP se componen de una cadena principal de átomos de carbono enlazados entre sí, de la cual cuelgan grupos metilo (CH3-) a uno u otro lado de la cadena. Cuando todos los grupos metilo están del mismo lado se habla de "polipropileno isotáctico"; cuando están alternados a uno u otro lado, de "polipropileno sindiotáctico"; cuando no tienen un orden aparente, de "polipropileno atáctico". Las propiedades del PP dependen enormemente del tipo de tacticidad que presenten sus moléculas.
Las imágenes siguientes ilustran los distintos tipos de polipropileno según su tacticidad. Los átomos de carbono se representan en rojo(grandes) y los de hidrógeno en azul(pequeños).

PP isotáctico

PP atáctico

PP sindiotáctico

Tipos :
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 amorfo, tiene pocas aplicaciones.
PP isotáctico. La distribución regular de los grupos metilo le otorga una alta cristalinidad, 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.

¿Qué es Polipropileno?

El Polipropileno es un termoplástico que es obtenido por la polimerización del propileno, subproducto gaseoso de la refinación del petróleo, en presencia de un catalizador, bajo un cuidadoso control de temperatura y presión.

El Polipropileno se puede clasificar en tres tipos: homopolímero, copolímero rándom y copolímero de alto impacto, los cuales pueden ser modificados y adaptados para determinados usos, a través de múltiples técnicas de aditivación.
Históricamente el polipropileno ha sido una de las resinas de mayor crecimiento, alcanzando hoy en día, el mayor consumo a nivel mundial entre todos los termoplásticos. Esto se debe principalmente:
Optima relación costo/beneficio
Versatilidad: compatible con la mayoría de las técnicas de procesamiento existentes y usado en diferentes aplicaciones comerciales, como, packaging, industria automotriz, textiles, menaje, medicina, tuberías, etc.
Buena procesabilidad: es el material plástico de menor peso especifico (0,9 g/cm3), lo que implica que se requiere de una menor cantidad para la obtención de un producto terminado
Propiedades mecánicas: el polipropileno logra alcanzar buen balance rigidez/impacto.
Propiedades químicas: presenta excelente resistencia química a solventes comunes
Material con memoria: que permite ser utilizado en aplicaciones que requieren efectos "bisagras"
Buena estabilidad dimensional a altas temperaturas: es la más alta de las poliolefinas (150°C), lo que permite se utilizado en procesos de llenado en caliente
Barrera al vapor de agua: evita el traspaso de humedad, lo cual puede ser utilizado para la protección de diversos alimentos
Buenas propiedades organolépticas: lo que permite tener contacto con alimentos
Buena transparencia: es mayor que la de las otras poliolefinas
Buena resistencia a la esterilización y radiación

El Polipropileno es un termoplástico

Procesamiento

El Polietileno se usa para diferentes tipos de productos finales, para cada uno de ellos se utilizan también diferentes procesos, entre los más comunes se encuentran:
Extrusión: Película, cables, hilos, tuberías.
Moldeo por inyección: Partes en tercera dimensión con formas complicadas
Inyección y soplado: Botellas de diferentes tamaños
extrusión y soplado: Bolsas o tubos de calibre delgado
extrusión y soplado de cuerpos huecos: Botellas de diferentes tamaños
Rotomoldeo : Depósitos y formas huecas de grandes dimensiones
El polietileno tiene un color lechoso translúcido, este color se puede modificar con tres procedimientos comunes:
Añadir pigmento polvo al PE antes de su procesamiento
Colorear todo el PE antes de su procesamiento
Usar un concentrado de color (conocido en inglés como masterbatch), el cual representa la forma más económica y fácil de colorear un polímero.
Aditivos necesarios para el uso final son importantes, dependiendo de la función final se recomiendan por ejemplo: Antioxidantes, antiflama, antiestáticos, antibacteriales.

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.

La abreviatura de polietileno comúnmente utilizada es PE. Los polietilenos pueden clasificarse en:
PEBD (en inglés conocido como LDPE o PE-LD): Polietileno de Baja Densidad;
No tóxico
Flexible
Liviano
Transparente
Inerte (al contenido)
Impermeable
Poca estabilidad dimensional, pero fácil procesamiento
Bajo costo
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.
Resistente a las bajas temperaturas;
Alta resistencia a la tensión; compresión, tracción;
Baja densidad en comparación con metales u otros materiales;
Impermeable;
Inerte (al contenido), baja reactividad;
No tóxico
Poca estabilidad dimensional, creep
PELBD (en inglés conocido como LLDPE): Polietileno lineal de baja densidad;
UHWPE: Polietileno de ultra alto peso molecular;
PEX: Polietileno con formación de red;

Propiedades

Efectos producidos por variaciones en la densidad

Una clasificación general basada en tres clases distintas de densidad es ahora generalmente aceptada en la industria.

Baja densidad 0,910 a 0,925 gr/cm3

Mediana densidad 0,926 a 0,940 gr/cm3

Alta densidad 0,941 a 0,965 gr/cm3

Los polietilenos más densos son lógicamente más pesados, pero aún los artículos fabricados con los polietilenos de alta densidad flotarán en agua. Esta es una ventaja para el moldeador pues le permitirá obtener más volumen por cada kilogramo de polietileno que usando cualquier otro plástico.

Relación entre la estructura y las propiedades del polietileno

Tres propiedades moleculares básicas: densidad, peso molecular promedio y distribución del peso molecular son las que afectan a la mayoría de las propiedades esenciales en el uso de polietileno para obtener productos de buena calidad. Pequeñas variaciones en la estructura molecular pueden mejorar o afectar algunas de estas propiedades considerablemente. Las propiedades eléctricas de las resinas de polietileno, por otra parte, son poco afectadas por estos tres factores moleculares básicos ( ya que la composición química de los diversos polietilenos es idéntica; esto es, (CH2)n).

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 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.

POLIETILENO

El polietileno es químicamente el polímero más simple. Se representa con su unidad repetitiva (CH2-CH2)n. Por su alta producción mundial (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.
Este polímero puede ser producido por diferentes reacciones de polimerización, como por ejemplo: Polimerización por radicales libres, polimerización aniónica, polimerización por coordinación de iones o polimerización catiónica. Cada uno de estos mecanismos de reacción produce un tipo diferente de polietileno.
Es un polímero de cadena lineal no ramificada. Aunque las ramificaciones son comunes en los productos comerciales. Las cadenas de polietileno se arreglan abajo de la temperatura de reblandecimiento Tg en regiones amorfas y semicristalinas.



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.