Mezclas polietileno - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

Las propiedades del PE dependen del peso molecular (MW), la distribución del peso molecular (MWD), así como del grado y tipo de ramificación. La densidad y el módulo de los PE aumentan con la cristalinidad.  Los polietilenos comerciales son generalmente copolímeros de etileno con cantidades variables de α-olefinas, y el comonómero tiene el efecto de reducir la cristalinidad y la densidad. El primer polimetileno se obtuvo en 1897 mediante la descomposición térmica del diazometano. En 1931, se obtuvo aproximadamente medio gramo de PE en una polimerización de radicales libres a altas T y P. En 1937, una mezcla de PE y poliisobutileno (PIB) se produjo para cables submarinos, y en 1939, el primer LDPE. En 1951, el HDPE se polimerizó utilizando el catalizador Z-N. Hasta un 30% de todos los productos de poliolefina implican mezclas. Se ha descubierto, por ejemplo, que la combinación de polietilenos lineales de baja densidad (mLDPE) catalizados por metaloceno con HDPE mejora la resistencia al impacto Izod y algunas propiedades de tracción del HDPE. Agregar mLLDPE a LDPE aumenta la ductilidad de LDPE. En general, las mezclas de PE se pueden dividir en tres categorías:

(1) lotes de PE mezclados para cumplir con las especificaciones estándar de densidad y flujo de fusión

(2) PE modificado con 15% en peso de otros polímeros

(3) curvas de PE con otros termoplásticos o elastómeros termoplásticos

Los PE son inmiscibles con casi todos los polímeros; por tanto, las estrategias estándar son aplicables:

(i) mezclas no compatibilizadas con baja concentración de la fase dispersa, por ejemplo, mezclas de PP o PE con 2% en peso de PVA

(ii) mezclas no compatibilizadas para uso en aplicaciones no críticas

(iii) mezclas no compatibilizadas que tienen morfología co-continua, por ejemplo, PE, mezcladas con caucho de neopreno en una relación 1: 1 y luego irradiadas por haz de electrones

(iv) mezclas compatibilizadas. Mezclas de PE / elastómero

Las poliolefinas se han modificado mediante la incorporación de elastómeros para mejorar la resistencia al impacto y el alargamiento a baja temperatura. La primera patente de las mezclas de PE / EPR se depositó antes de la comercialización de EPR. Para mejorar la adhesión de PE / EPDM a materiales polares, primero se injertó PE con MA y luego se mezcló con EPDM. La primera poliolefina termoplástica de tipo reactor (R-TPO) fue LLDPE / PP. Pronto siguieron las R-TPO de tres componentes (PE con PP y EPR). El PE también se polimerizó en presencia de un catalizador activo y un copolímero olefínico. La combinación de copoliolefinas amorfas con PO cristalinas (HDPE, LLDPE, PP) y un relleno dio como resultado mezclas moldeables, caracterizadas por excelentes conjuntos de propiedades. Se informó que las mezclas de policicloolefina (PCO) con un copolímero de bloque (ambos polimerizados en un proceso catalizado por metaloceno) y PE muestran propiedades sobresalientes, a saber, resistencia, módulo, resistencia al calor y tenacidad. Más tarde, se desarrollaron mezclas de un elastómero termoplástico parcialmente reticulado con 5 a 40 partes de un PO (es decir, LLDPE, PP, EPR o PB-1) para aleaciones espumables de baja densidad. La densidad se redujo al menos en un factor de dos. En la siguiente patente, también se añadió del 1 al 17% en peso de un PP ramificado de cadena larga. La espuma extruida estaba libre de rugosidad superficial causada por desespumado, era suave al tacto y mostraba una excelente resistencia al calor y a la intemperie. Para las industrias de cables de distribución de energía, los compuestos aislantes se seleccionan principalmente para obtener las propiedades eléctricas requeridas para el servicio previsto y las condiciones de uso anticipadas. El aislamiento de PE es muy sensible a las descargas parciales, mientras que el aislamiento XLPE es mejor cuando se trata de estabilidad de temperatura. El PE puede reticularse por reacción química (como peróxidos) o por rayos g o por irradiación con haz de electrones de alta energía. Sin embargo, en la fabricación de cables, la reticulación química del PE se utiliza casi exclusivamente. La reticulación del PE reduce el módulo y el alargamiento, pero aumenta la resistencia a la tracción final. Sin embargo, las características térmicas mejoradas y las excelentes propiedades eléctricas, junto con la tenacidad mecánica y la buena resistencia a los productos químicos, hacen del XLPE un aislante ideal para aplicaciones en muchos tipos de cables eléctricos.

Mezclas de PE/PE

Los polietilenos fundidos de diferentes tipos de estructuras de cadena generalmente son inmiscibles. Tras la cristalización, las esferulitas de un PE (que tienen una Tm más alta) son encapsuladas por las de los otros PE. La cocristalización de dos PE en una célula isomorfa de tipo único es rara. Sin embargo, debido al bajo coeficiente de tensión interfacial, el engrosamiento de fase es lento. Las aleaciones de diferentes PE constituyen una parte grande e importante de la tecnología de PO. Por ejemplo, en algunos países, el 70% en peso de PE se vende después de la mezcla (por ejemplo, LLDPE con LDPE). A medida que la tecnología evoluciona, estas mezclas se preparan a partir de resinas de carácter reológico muy diferente, dando proporciones de viscosidad l 10,000. Por lo general, no requieren compatibilización, pero debido a un valor tan grande de la relación de viscosidad, la mezcla en flujo de cizallamiento es ineficaz. La mezcla en el campo de flujo extensional es la solución potencial. Una vez enfriada por debajo del punto de cristalización de un componente, la morfología de la mezcla se fija mediante reticulaciones cristalinas. La combinación de diferentes grados y tipos de PE mejora la procesabilidad y el rendimiento mecánico. La combinación, también puede conducir a transparencia, resistencia mejorada a la abrasión, resistencia al agrietamiento por tensión, etc.

El PE se ha utilizado para mejorar la resistencia al impacto a baja temperatura del PP. Las mezclas son en su mayoría inmiscibles, compatibilizadas mediante la adición de EPR, EPDM, mediante mezcla reactiva o mediante co-reticulación posterior a la mezcla, por ejemplo, mediante haz de electrones o radiación gama.  El uso de copolímeros aleatorios de metaloceno al 5% en peso de etileno-olefina (mPE) como compatibilizador aumentó el alargamiento a la rotura de una mezcla 80/20 de PP / HDPE de alto impacto del 60% al 340%. Esto se debe a una mejor adhesión interfacial. El contenido de comonómero en mPE osciló entre el 8,3% y el 19,2% y el comonómero era buteno o octeno. PE / otras mezclas de polímeros básicos. Los PE se utilizan con frecuencia como modificadores de impacto para una variedad de otros termoplásticos. Por ejemplo, la adición de PE, CPE o CSR al PVC mejoró su moldeabilidad, estabilidad, resistencia al impacto y resistencia química. Se desarrollaron mezclas de PO / PVAl para mejorar las propiedades antiestáticas. El LDPE se mezcló con poli (2-etil-2-oxazolina) (PEOX) para mejorar la adhesión, por ejemplo, al PET (Hoenig et al. 1984). Se utilizaron mezclas de PE, PP, PS o sus copolímeros con copolímero de etileno-éter vinílico fluorado para el aislamiento eléctrico de cables submarinos de alto voltaje. Las mezclas de LLDPE con EVAc o EEA tienen propiedades físicas y costos comparables al PVC plastificado.

Las razones para mezclar PE con PA son (1) el deseo de mejorar la resistencia al impacto y la absorción de humedad del PA y (2) mejorar la rigidez y las propiedades de barrera (al oxígeno y solventes) del PE. Las películas y envases fabricados a partir de las últimas mezclas muestran estructuras lamelares superpuestas que provocan una gran tortuosidad para la difusión molecular y una reducción significativa de la permeabilidad al oxígeno o al disolvente (por ejemplo, gasolina). La tecnología se volvió particularmente atractiva después de que se inventara el injerto reactivo de PO con anhídrido maleico, ácido acrílico o metacrilato de glicidilo. Estos PO modificados podrían usarse directamente en mezclas con PA o PEST.

Para aumentar la rigidez del PE, la resina se ha mezclado con aproximadamente un 5% en peso de un polímero de módulo alto, por ejemplo, PC. El PC también estabilizó el PO contra la degradación térmica. Adición de PC endurecido con PO al 3-5% en peso. Para una buena dispersión, la mezcla debe realizarse a T> 290 C, utilizando grados de PE con la relación de viscosidad (PE)/(PC) 0.3-0.9. Varios grados de PC modificados por impacto comprenden PE.  La mayoría de las mezclas de PE/PC también contienen un modificador polimérico compatibilizador con impacto.

Las mezclas de PPE/PE no son comerciales, pero con frecuencia se agrega una pequeña cantidad de PE a las mezclas de PPE / HIPS o PPE / SBR para mejorar la procesabilidad y la resistencia a los solventes. Para mejorar la rigidez de la PO, se agregó 5-35% en peso de EPP modificado. En esta aplicación, el PPE puede considerarse un relleno de baja densidad. Se pueden obtener efectos similares agregando una pequeña cantidad de otros polímeros, a saber, PC, POM, PPS, etc.

Se sabe que la adición de PE a PEST mejora la resistencia al impacto, la procesabilidad, la resistencia a los disolventes y la resistencia a la intemperie. Cuando se requiere más del 5% en peso de PE, es aconsejable la compatibilización.