Polibutene-1
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PB-1, Polibutene-1
El polibut-1-eno estuvo disponible a principios de la década de 1960. Se produce mediante un sistema Ziegler-Natta y los materiales comerciales tienen pesos moleculares muy altos de 770 000 a 3 000 000, es decir, unas diez veces más que los polietilenos normales de baja densidad. Este polímero es típico de las poliolefinas alifáticas por su buen aislamiento eléctrico y resistencia química. La resina de PB-1 o polibuteno-1 (C4) es un termoplástico semicristalino altamente isotáctico, derivado de la polimerización de buteno-1 que utiliza catalizador tipo Ziegler-Natta. Caracterizado por un alto contenido amorfo y regiones cristalinas homogéneamente dispersas, sus cadenas de alto peso molecular (250,000 ~ 450,000) y grupos colgantes voluminosos le dan cualidades tales como alta resistencia a la fluencia y una cristalización y comportamiento de flujo únicos. Su cinética de cristalización relativamente lenta permite un excelente comportamiento de humectación. Su comportamiento de flujo altamente sensible a la cizalladura significa que permanece fácilmente dispersable también en polímeros aún más incompatibles como los elastómeros termoplásticos. Es altamente compatible con el polipropileno pero no mucho con polietileno. PB-1 se puede moldear por compresión, moldear por inyección, soplar en partes huecas, extruir y soldar. No tiende a agrietarse debido al estrés. Debido a su estructura cristalina y su alto peso molecular, el PB-1 tiene una buena resistencia a la presión hidrostática, mostrando una fluencia muy baja incluso a temperaturas elevadas. Es flexible, resiste bien el impacto y tiene buena recuperación elástica. Las características adicionales incluyen una excelente resistencia a la abrasión en mojado, fácil fluidez del fundido (adelgazamiento por cizallamiento) y buena dispersión de los rellenos. Es compatible con polipropileno, gomas de etileno-propileno y elastómeros termoplásticos.
Propriedades polibuteno
El polibuteno (PB-1), como el polietileno y el polipropileno, es una poliolefina o polímero saturado que se expresa como C4H8n. PB-1 combina las propiedades típicas de los polímeros convencionales con algunas características de los polímeros técnicos. El PB-1 se usa como resina pura a expensas del metal, el caucho y los polímeros de ingeniería, también se usa sinérgicamente como un componente de mezcla para mejorar y diferenciar las propiedades de otras poliolefinas. En general, la flexibilidad, la tenacidad y la resistencia al agrietamiento por tensión aumentan al aumentar el contenido de 1-buteno en el copolímero. El polibuteno-1 (PB-1) es inherentemente flexible, fuerte, resistente y liviano, con una densidad similar al agua de 0.930 g/cm3. El polímero tiene una excelente resistencia a la fluencia, alta resistencia al agrietamiento por estrés ambiental (ESCR), baja aglomeración con colorantes y rellenos durante la composición y excelentes propiedades de drapeado para telas no tejidas. La fuerte dependencia de corte provoca una fácil dispersabilidad, buena humectabilidad y altos niveles de carga para rellenos. El polibut-1-eno es inusual porque exhibe tres formas cristalinas. Una forma se produce al cristalizar a partir de la masa fundida, pero esta es inestable y, al reposar durante 3-10 días, se reemplaza por una segunda forma cristalina. Puede obtenerse una tercera modificación cristalizando en solución. Cuando se enfría por primera vez desde la masa fundida, el polímero tiene una densidad de 0,89 g/cm3 y un punto de fusión de 124°C, pero al volver a la segunda forma, la densidad aumenta a 0,95 g/cm3 y el punto de fusión a 135°C. Aunque la resistencia máxima a la tracción no se ve afectada por el cambio, la rigidez, el límite elástico y la dureza aumentan. El material recién extruido y moldeado debe manipularse con cuidado. Desde el punto de vista técnico, la propiedad sobresaliente del polibut-1-eno es su comportamiento de fluencia. Posiblemente debido a su peso molecular muy alto, el polímero tiene una resistencia muy alta a la fluencia para una poliolefina alifática. Una ventaja de esto es que los espesores de pared de las tuberías de polibut-1-eno pueden ser mucho menores que para las correspondientes tuberías de polietileno y polipropileno; por tanto, a veces son lo suficientemente flexibles como para ser enrolladas. El comportamiento de procesamiento del polibut-1-eno es algo intermedio entre el comportamiento del polietileno de alta densidad y el polipropileno. Las temperaturas de procesamiento están en el rango de 160-240°C. Tanto el hinchamiento de la matriz como la contracción por enfriamiento son mayores que para el polietileno. El material cristalino formado inicialmente al enfriarse a partir de la masa fundida es bastante débil y debe manipularse con cuidado en el equipo de transporte. Como se mencionó anteriormente, el polímero debe envejecerse durante aproximadamente una semana para permitir que se desarrolle la forma cristalina más estable. El principal interés del polibut-1-eno radica en su uso como material de tubería, donde la capacidad de utilizar un espesor de pared más bajo para un requisito de presión dado que el necesario con otras poliolefinas, junto con la baja densidad, puede conducir en algunos casos a uso económico. La aplicación principal es para tuberías de agua fría y caliente de pequeño calibre (hasta 95°C) para plomería doméstica.
Structuras polibuteno
El polibutileno isotáctico cristaliza en tres formas diferentes. La cristalización de la solución produce la forma III con un punto de fusión de 106.5ºC. El enfriamiento de la masa fundida da como resultado la forma II, que tiene un punto de fusión de 124ºC y una densidad de 0,89 g/cm³. A temperatura ambiente, se convierte espontáneamente en la forma 1 con un punto de fusión de 135ºC y una densidad de 0,95 g/cm³. El polibuteno-1 se crea por polimerización estereoespecífica del buteno-1 con catalizadores específicos de Ziegler-Natta. PB es un polímero semicristalino en su mayoría isotáctico con un alto peso molecular de 700,000–3,000,000 g/mol. Durante el enfriamiento, primero cristaliza a un grado de ≈ 50% en una modificación tetragonal metaestable (densidad ≈ 0.89 g/cm3), formando un material blando similar al caucho. Con la contracción correspondiente, este material se transforma a temperatura ambiente en aprox. una semana en una modificación estable, doble hexagonal. Bajo presiones más altas, la transformación se completa más rápido; a temperaturas más altas o más bajas que la temperatura ambiente, el proceso es más lento. Durante la transformación, aumentan la densidad, el alargamiento en la rotura y la dureza. El polibuteno-1 atáctico se usa como adhesivo de fusión; el polibuteno-1 sindiotáctico no tiene importancia técnica.
Polibut-1-eno atáctico
Dado que sólo una pequeña cantidad de material atáctico está disponible como subproducto de la fabricación de polibut-1 -eno isotáctico, el polibut-1 -eno atáctico normalmente se produce directamente. En comparación con el polipropileno atáctico, tiene un punto de ablandamiento más bajo (menos de 100°C en comparación con 154°C cuando se evalúa mediante métodos de bolas y anillos), tiene mejor resistencia a temperaturas bajo cero y es completamente soluble en hidrocarburos alifáticos. La masa molecular del polibut-1-eno atáctico es aproximadamente el doble que la de un polipropileno atáctico de viscosidad de fusión similar. Ofrece ventajas técnicas sobre el polipropileno atáctico para cubiertas de techos, tiras de sellado y compuestos de sellado. Por otro lado, el mayor tiempo necesario para que alcance una dureza estable después del procesamiento mitiga el uso extensivo en los respaldos de alfombras.
Constitución química polibuteno
El polibuteno-1 se crea por polimerización estereoespecífica del buteno-1 con catalizadores específicos de Ziegler-Natta. PB es un polímero semicristalino en su mayoría isotáctico con un alto peso molecular de 700,000–3,000,000 g/mol y una baja densidad de 0.910–0.930 g/cm3. Durante el enfriamiento, primero cristaliza a un grado de ≈ 50% en una modificación tetragonal metaestable (densidad ≈ 0.89 g/cm3), formando un material blando similar al caucho. Con la contracción correspondiente, este material se transforma a temperatura ambiente en aprox. una semana en una modificación estable, doble hexagonal. Bajo presiones más altas, la transformación se completa más rápido; a temperaturas más altas o más bajas que la temperatura ambiente, el proceso es más lento. Durante la transformación, aumentan la densidad, el alargamiento en la rotura y la dureza. El polibuteno-1 atáctico se usa como adhesivo de fusión; el polibuteno-1 sindiotáctico no tiene importancia técnica. Es menos resistente a los hidrocarburos alifáticos que el polietileno y el polipropileno y, de hecho, las tuberías pueden soldarse con solvente. Al mismo tiempo, la resistencia al agrietamiento por tensión ambiental es excelente.
Las ventajas importantes de PB-1 son:
- Excelente resistencia a la fluencia.
- Reesistencia de alto rendimiento
- Alta resistencia al impacto
- Alta resistencia al desgarro
- Alta resistencia a la perforación
- Resistencia excepcional al agrietamiento por estrés ambiental
- Sin corrosión o acumulación de incrustaciones
- Transmisión de poco ruido
- Pigmentado contra la formación de algas
- Baja conductividad térmica
- Resiste muchos ciclos de congelación / descongelación. Diámetro interno de tubería más grande que resulta en una mejor hidráulica de la tubería
- Bajo peso de la tubería y muy flexible (bajo módulo de flexión
- Bajo punto de fusión y bajo calor de fusión
- Resistencia a la fluencia
- Retención de propiedades a alta temperatura y baja expansión térmica
- Resistencia a la abrasión húmeda
- Resistencia al agrietamiento por estrés
- Mayor rigidez con mayor orientación
Resistencia termica polibuteno
Tiene un punto de fusión y una rigidez intermedios entre el polietileno de alta y baja densidad y una estabilidad térmica intermedia entre el polietileno y el polipropileno. PB-1 tiene una alta resistencia y flexibilidad en un amplio rango de temperaturas y exhibe una excelente resistencia a la fluencia y al calor, lo que la convierte en la poliolefina preferida para aplicaciones más exigentes. Normalmente se usa cuando se requieren buenas propiedades mecánicas a temperaturas moderadas a altas. Debido al comportamiento de adelgazamiento por cizallamiento, el PB-1 muestra una reducción brusca en la viscosidad del fundido durante el procesamiento. Primero en fundirse durante la extrusión, lo que permite más tiempo para la homogeneización. La temperatura de transición vítrea del polibuteno es de 78°C y funde a 117-124°C. Su temperatura de procesado es 165-185°C y la de utilización bajo carga llega hasta los 93°C. Características destacadas son su resistencia a la abrasión y a la fatiga, que unidas a su buen comportamiento bajo tensión en medios agresivos, hacen que este material pueda resultar adecuado para tuberías de suministro de agua potable, tanto fría como caliente, y equipos de la industria química.
Resistencia a sustancias químicas y permeabilidad a los gases
Debido a su estructura parafínica, el poli (1-buteno) es resistente a las sustancias químicas más comunes, como ácidos, álcalis, sales, alcoholes y cetonas. Sin embargo, se hincha o se disuelve en hidrocarburos aromáticos y clorados calientes. Es menos inerte a los hidrocarburos alifáticos que el polietileno y el polipropileno y más propenso a la permeación. La permeabilidad a los gases y vapores, en particular al agua y al oxígeno, es comparable a la del polietileno de cristalinidad similar. Sin embargo, la permeabilidad al dióxido de carbono es mayor. PB-1 generalmente resiste sustancias químicas como detergentes, aceites, grasas, ácidos, bases, alcohol, cetonas, alifáticos, hidrocarburos y soluciones polares calientes (incluida el agua). Muestra una menor resistencia a los hidrocarburos aromáticos y halogenados, así como a los ácidos oxidantes que otros polímeros como la polisulfona y la poliamida.
Propiedades electricas polibuteno
El comportamiento eléctrico del poli (1-buteno) no difiere significativamente del del polietileno y el polipropileno. Aparte de las cantidades habituales de estabilizadores, solo contiene residuos de catalizadores de polimerización. Debido a su buena resistencia a los productos químicos, excelente resistencia al agrietamiento por tensión y flexibilidad, el poli (1-buteno) es un material importante para aplicaciones especiales en la industria eléctrica y de cables.
Polimerización polibuteno
El actual proceso de producción comercial de poli (1-buteno) consta de siete operaciones unitarias primarias: (1) polimerización, (2) eliminación de cenizas, (3) separación polímero / monómero, (4) purificación de monómero, (5) extrusión, (6) mezcla de pellets y (7) envasado. En la etapa de polimerización, el sistema catalizador se alimenta al reactor con la corriente de reciclo de 1-buteno purificado. Se añade hidrógeno como terminador de cadena para controlar el índice de fluidez del polímero. El etileno se alimenta al reactor cuando se producen copolímeros aleatorios de 1-buteno-etileno. Los residuos del catalizador de polimerización deben eliminarse del producto para preservar sus propiedades a largo plazo. En la etapa de eliminación de cenizas, el poli (1-buteno) se mezcla con sosa cáustica diluida para disolver y extraer los componentes del catalizador. A continuación, se separan la fase depurada de hidrocarburo-polímero y la fase acuosa que contiene catalizador. Durante la etapa de separación de polímero/monómero, el 1-buteno sin reaccionar se separa del poli (1-buteno) para reciclarlo al reactor. La separación se lleva a cabo calentando la solución de polímero a presión y luego evaporando el monómero reduciendo rápidamente la presión. El polímero fundido restante alimenta la etapa de extrusión, mientras que el monómero vaporizado fluye a la sección de purificación del monómero del proceso. La etapa de purificación del monómero logra la separación de impurezas tanto más pesadas como más ligeras que el 1-buteno. El agua se elimina mediante destilación azeotrópica. En esta etapa, se agrega al proceso 1-buteno fresco. En la etapa de extrusión se eliminan más hidrocarburos volátiles, se agregan aditivos para el color, el rendimiento del producto, el procesamiento y la estabilización, y el polímero se granula. Los gránulos se transportan neumáticamente a la etapa de mezcla por lotes y luego se transfieren al área de envasado. Los pellets se venden normalmente en cajas de 450 kg.
Transformación polibuteno
El procesamiento de poli (1-buteno) en máquinas convencionales no presenta problemas. Debido a su bajo punto de fusión de cristalita y particularmente debido a la rápida disminución de la viscosidad de la masa fundida con el aumento de temperatura, el poli (1-buteno) se puede procesar mediante extrusión (tuberías, perfiles, láminas), moldeo por extrusión-soplado (cuerpos huecos) e inyección. moldeado (productos de ingeniería, revestimiento de metales). Las láminas fabricadas por extrusión o moldeo por compresión pueden moldearse en caliente o en frío. Una característica especial es el modelado en frío de la modificación II relativamente blanda. Los artículos formados a partir de esta modificación se vuelven cada vez más rígidos a medida que avanza la conversión a la modificación. El secado en tolva de calidades pigmentadas es necesario para las principales tecnologías de procesamiento (moldeo por inyección y extrusión). Las temperaturas de fusión para el moldeo por inyección oscilan entre 240 y 280°C, para extrusión entre 190 y 290°C. Las temperaturas del molde deben oscilar entre 40 y 80°C. Tenga en cuenta que PB se recristaliza después del procesamiento termoplástico. Este hecho se puede utilizar cuando se producen curvas de tubería: las tuberías extruidas se enrollan sobre un tambor y se dejan allí hasta que el material se transforma en una modificación estable.
Polibuteno-I (PB-1)
Este es un termoplástico elaborado mediante la polimerización del sistema catalizador Zeigler-Natta. Es similar al PP, ya que puede fabricarse como un homopolímero semicristalino o como un copolímero aleatorio más amorfo (con etileno como comonómero). Tiene una excelente resistencia a la fluencia (similar a PA11 / 12 y TPU) y resistencia a altas temperaturas, así como buenas propiedades de deformación por compresión (55% a 23°C, según ASTM D395-89, método B). Además de estas propiedades, tiene una excelente resistencia a la abrasión, tenacidad y flexibilidad. Si se agrega a un compuesto de PP/EPDM, ya sea reticulado o no, mejorará las propiedades. Una de las deficiencias de TPE-V es el elevado hinchamiento de la matriz. Este inconveniente podría ralentizar su rápida sustitución del EPDM reticulado en los perfiles de automoción. La adición de PB-1 a TPE-V debería reducir el hinchamiento de la matriz para que los perfiles puedan extruirse más rápidamente. Los TPE basados en SEBS tienen poca resistencia a la temperatura. A veces se agregan elastómeros de poliolefina a la fórmula para aumentar la resistencia a la temperatura. Según la literatura, la sustitución del plastómero al 15,5% por PB-1, en una formulación de este tipo, mejora la resistencia al calor.
Aplicaciones:
Las aplicaciones de destino incluyen
- tuberías
- empaques
- película
- adhesivos
- compound
Un área de aplicación importante para las resinas de polibuteno es el empaque de sellado o packagin. Los ejemplos típicos incluyen revestimientos de cartón (por ejemplo, empaques de cereales) y paquetes para productos delicatessen preenvasados como carnes frías, quesos y salmón ahumado. PB-1 ofrece la posibilidad de personalizar las temperaturas de sellado y la resistencia del sellado al mismo tiempo que brinda un procesamiento y sellado confiables y constantes en el equipo existente, y evidencia de manipulación incorporada. PB-1 también se puede utilizar en la modificación de películas para aumentar la flexibilidad y la suavidad sin sacrificar la claridad. En una vena similar, el PB-1 se utiliza para modificar las fibras de polipropileno para mejorar la suavidad, la flexibilidad y para proporcionar una sensación única.
El PB-1 también se usa comercialmente en películas que requieren resistencia a la fluencia, como el embalaje de compresión por aislamiento. También se puede usar como capa o película general para empaques de alta resistencia rellenos en caliente, cintas para agrupar y mantener cargas a temperaturas elevadas, como envolturas de pacas, aplicaciones de hojas especiales como geo-rejillas anti-erosión y redes y bridas para cables. Las características de PB-1 en adhesivos de fusión en caliente, donde su exclusivo comportamiento de cristalización reduce el punto de fusión y extienden el "tiempo de apertura" del adhesivo hasta 30 minutos, para permitir el tiempo de reposicionamiento de los componentes antes de la configuración. Se usa ampliamente como componente en adhesivos de fusión en caliente para redes de fibras no tejidas. PB - 1 está disponible en varios grados diferentes según la aplicación y el método de procesamiento elegido.
Las tuberías PB-1 están encontrando un lugar en la plomería caliente y fría, la calefacción por suelo radiante y los mercados de calefacción urbana. Los avances en flexibilidad, resistencia a la temperatura y resistencia a la fluencia a menudo dan a los tubos hechos de PB-1 y ventaja sobre los materiales de tubos tradicionales como PPR y PE. El acetal no es adecuado para uso en el transporte de agua caliente con una alta concentración de cloro, sin embargo, el PB-1 se desempeña bien en condiciones similares.
Película
PB-1 es menos compatible en mezclas con polietileno, pero aún es fácilmente dispersable. Como se mencionó anteriormente, esta incompatibilidad forma una estructura bifásica que es la base de la tecnología de pelado de sellado para aplicaciones de empaque de fácil apertura. Las regiones dispersas de PB-1 dentro de una película de polietileno crean puntos de ruptura o fallo de cohesión cuando se aplica tensión a la película. Las películas de apertura fácil creadas con PB1 a menudo tienen fuerzas de iniciación y propagación similares, lo que las hace ideales para aplicaciones de pelado fácil. Algunos beneficios potenciales en la producción de películas pueden incluir temperaturas de sellado más bajas, cristalinidad reducida y fácil dispersión.
Usos adicionales
El PB-1 también se está utilizando como un aditivo para polímeros como el PP para competir con los TPE tradicionales. Dependiendo de la aplicación, PB-1 puede mejorar la fluidez y la resistencia al rayado. También son posibles cualidades de bajo rubor, así como una mejor elasticidad y resistencia al desgarro haciendo del PB-1 un interesante polimero de nueva generación de plásticos blandos. PB-1 se compara con otros materiales como PER, EOC, POE y la línea de polímeros SEBS.
Unión, soldadura, bonding, welding
El polibuteno-1 puede soldarse en placa, sellarse con barra caliente, girar y soldadura por vibración mediante procedimientos adecuados. Sin embargo, debido a su transparencia de microondas, no puede ser soldado por radiofrecuencia (RF) sin la adición de otros polímeros o cargas.