Polipropileno PP
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Cristalinidad del PP
Cristalinidad del PP
Las cadenas moleculares del PP son lineales, por lo que pueden agruparse en una estructura cristalina ordenada. Dado que las cadenas pueden estar enredadas o ser imperfectas (por ejemplo, ramificadas), la estructura no es completamente regular. Por tanto, el PP se describe mejor como un polímero semicristalino. El grado de cristalinidad y estructura cristalina de un polímero depende de su historial térmico. Un enfriamiento rápido da un producto transparente resistente ya que suprime la formación de cristales, mientras que el recocido o enfriamiento lento del producto conduce a un producto bastante quebradizo y turbio. El aumento de la cristalinidad aumenta la dureza, el módulo, la fuerza, la resistencia a la abrasión y al desgaste, la resistencia a la fluencia, las propiedades de barrera, la contracción y la densidad. La baja cristalinidad ofrece las ventajas de una buena procesabilidad, mejor transparencia, procesamiento económico de la masa fundida y buena capacidad de termoformado. Dependiendo de las condiciones de procesamiento, se podría lograr una cristalinidad del 60% al 70% en el producto terminado. Orientación El PP se puede orientar en la fase de fusión o estirándolo cuando es sólido. En ambos procesos, las cadenas de polímero se alinean en la dirección perfecta, generalmente a lo largo de la línea de flujo o estiramiento. La orientación deliberadamente introducida en fibras o películas orientadas puede conducir a cambios dramáticos en las disposiciones moleculares y cristalinas. Como resultado, se puede esperar una variación importante en las propiedades del artículo. La orientación producida por el estiramiento aumenta la resistencia a la tracción y reduce el alargamiento en la dirección del estiramiento. La orientación biaxial de la película de PP mejora la claridad.
Isotacticidad
La isotacticidad es la medida del porcentaje de grupos metilo laterales alineados en un lado particular de la cadena del polímero. La isotacticidad de los grados producidos comercialmente se mide en términos de índice isotáctico, el porcentaje del polímero insoluble en nheptano. El índice de isotacticidad para la mayoría de los grados de PP disponibles comercialmente varía del 85% al 95%. Se entiende que dentro del rango de polímeros comerciales, cuanto mayor es la cantidad de material isotáctico, mayor es la cristalinidad y, por lo tanto, mayor es el punto de reblandecimiento, rigidez, resistencia a la tracción, módulo y dureza. Para los PP homopolimeros la estereo – regularidad en las cadenas lineales dependen del orden en que estén colocados los grupos metílicos laterales, así como del catalizador y proceso de polimerización usado, de esa manera se originan polímeros isotacticos, sindiotacticos y atacticos. Los isotacticos son los más producidos ya que representan la estructura más stereoregular del polipropileno. Por esto, es logrado un alto grado de cristalinidad. Como resultado, muchas propiedades mecánicas y de procesabilidad del polipropileno son altamente determinadas por el nivel de isotacticidad y su cristalinidad.
Isotactico
La distribución regular de los grupos metilo son de alta cristalinidad entre 70 y 85%, de alta resistencia mecánica y buena tenacidad. Es la forma en la actualidad para la producción de rafia o de papel de embalaje, papel celofán repuesto más extendida en la inyección de piezas (juguetes, envases, etc.).
Sindiotactico
Muy mal cristalina Después de los grupos metileno alternativamente aloja lo que se necesita para ser más elástico que el PP isotáctico pero también menos resistentes.
Atactico
El polímero tiene una “pegajosidad” que, incluso superficie permite a en la presencia de polvo, que se utiliza como el papel pegajoso caucho, o como una base para adhesivos de fusión en caliente El proceso debe mantenerse alejado del calor, las chispas y las llamas. -Es necesaria una ventilación adecuada en el recinto de procesamiento. Para minimizar la exposición a los vapores del proceso. -Una falla en el control de temperatura en equipos de procesamiento crear riesgo de explosión y a su vez humo toxico. Los vapores del proceso pueden ocasionar irritación en las vías respiratorias y en los ojos.
Degradación del PP
El polipropileno es susceptible de degradación de la cadena de la exposición al calor y la radiación UV, como la presente en la luz del sol. La oxidación normalmente se produce en el átomo de carbono terciario presente en cada unidad de repetición. Un radical libre se forma aquí, y luego reacciona con el oxígeno más, seguido por escisión de la cadena para producir aldehídos y ácidos carboxílicos. En aplicaciones externas, se muestra como una red de grietas finas y modas que llegan a ser más y más severo con el tiempo de exposición. Para aplicaciones externas, De absorción de UV aditivos debe ser utilizado.
Resistencia al agrietamiento por tensión del PP
Después de la exposición a ciertos medios químicos, algunos polímeros pueden formar grietas cuando se someten a tensiones internas y externas por debajo del límite de elasticidad y sufrir fallas por fragilidad. Este es el fenómeno de agrietamiento por tensión, que se observa particularmente en presencia de jabones y detergentes y se agrava a temperaturas elevadas. A diferencia del polietileno, con algunas excepciones bien documentadas, el PP tiene una buena resistencia al agrietamiento por tensión.
Permeabilidad del PP
En general, se reconoce que las propiedades de barrera que presenta el PP a la migración de vapor de agua / humedad se encuentran entre las mejores de los termoplásticos básicos comunes. La resistencia a la migración de oxígeno no es tan buena, pero nuestros clientes informan que es bastante adecuada para cumplir con los requisitos asociados con el envasado de productos con una vida útil limitada, como grasas amarillas, yogures y cremas. Hasta cierto punto, las resinas de PP son permeables a ciertos gases y vapores, como el oxígeno, el dióxido de carbono y la humedad. Se cree que la eficacia de un componente de PP moldeado como barrera a la migración de estos materiales está relacionada con la movilidad de las cadenas moleculares en el extremo superior de la distribución y, en particular, con la presencia o ausencia de peso molecular relativamente bajo. cadenas de masa a través de las cuales pueden moverse. La teoría sugiere que esta es la razón por la que las resinas de PP con una cantidad reducida de material de masa / peso molecular bajo exhiben características de barrera ligeramente superiores. Sin embargo, los tipos habituales de Ziegler-Natta ya tienen un historial probado.
Organolépticos del PP
Somos muy consciente de la necesidad de garantizar que nuestro PP utilizado en el envasado de alimentos no imparta ningún tipo de contaminación o olor. Como resultado, los procesos para los productos de envasado de alimentos, junto con la naturaleza y el tipo de los aditivos utilizados, se examinan cuidadosamente. Una vez más, los grados de PP tienen un historial establecido.
Propiedades mecánicas y térmicas del PP
Las propiedades mecánicas y térmicas del PP dependen de la isotacticidad, el peso molecular y su distribución, la cristalinidad y el tipo y la cantidad de comonómero. Además, el PP es, como otros termoplásticos, un material viscoelástico. En consecuencia, sus propiedades mecánicas dependen en gran medida del tiempo, la temperatura y el estrés. Estos grados tienen aproximadamente el mismo contenido isotáctico pero difieren en peso molecular (indicado por el cambio en la velocidad de flujo de la masa fundida). ) y en ser homopolímeros, aleatorios, copolímeros de bloques o grados de reología controlada.
Densidad
La densidad típica del PP es de 0,9 g/cm3 y es el más ligero entre los termoplásticos más utilizados. Por tanto, ofrece la ventaja de poder fabricar más artículos para un peso determinado del polímero. El polimetilpenteno (TPX), un termoplástico transparente semicristalino disponible comercialmente, tiene una densidad más baja (0,83 g/cm3) que el PP. A diferencia del PE, donde los cambios en el grado de cristalinidad dan como resultado variaciones bastante grandes en la densidad, la densidad del PP cambia poco en toda la gama de homopolímeros y copolímeros. La densidad de los polímeros aleatorios es marginalmente más baja que la de los grados de homopolímero. Por otro lado, las calidades reforzadas, rellenas o modificadas con elastómero pueden tener una densidad significativamente mayor dependiendo de su formulación. Por ejemplo, un grado relleno de talco al 40% tiene una densidad de 1,2 g/cm3.
Resistencia química PP
El propileno, al igual que el polietileno, presenta una elevada resistencia a los productos químicos, a excepción de los halógenos libres, ácidos oxidantes y ciertas cetonas, siendo insolubles en el resto de los disolventes a temperatura reducida A temperaturas elevadas la solubilidad en los hidrocarburos e hidrocarburos clorados aumenta bruscamente. Este aumento de solubilidad se produce para el PP a temperaturas superiores que para los PE. Todas las poliolefinas son extremadamente resistentes al agua, sin que se produzca ningún hinchamiento. Una característica interesante del polipropileno (PP) y del polibuteno es su resistencia a la fisuración bajo tensión en medios agresivos (ESC), como por ejemplo, en contacto con disoluciones acuosas de detergentes (a temperaturas de 90-100°C), muy superior a la de otros termoplásticos. Especial interés tienen sus características de permeabilidad al vapor de agua y a todos los gases en general. El polipropileno (PP) presenta normalmente una permeabilidad intermedia entre el PEAD y el PEBD, que es unas siete veces más permeable que el PEAD. En cualquier caso, la permeabilidad de un film a los gases depende mucho de la orientación de las moléculas que se haya producido por efecto de la extrusión al confeccionar el film. Una orientación biaxial reduce la permeabilidad, especialmente en el caso del polipropileno (PP). La inercia química y el carácter apolar de las poliolefinas dificulta la unión de piezas fabricadas con estos materiales mediante pegamentos y la adherencia de tintas de impresión y recubrimientos. Este comportamiento puede mejorarse con tratamientos previos de activación.
Propiedades térmicas del PP
A diferencia de los metales, los plásticos son extremadamente sensibles a los cambios de temperatura. Las propiedades mecánicas, eléctricas o químicas de los plásticos no pueden considerarse sin conocer la temperatura a la que se derivan los valores. Las propiedades térmicas de un polímero determinan típicamente sus aplicaciones de baja y alta temperatura, propiedades de impacto y características de procesamiento. Las aplicaciones típicas de baja temperatura para PP se encuentran en piezas de frigoríficos y envases de alimentos para estantes refrigerados. Las aplicaciones en las que las propiedades de alta temperatura del PP son de particular interés incluyen la esterilización, particularmente la esterilización con vapor, recipientes a prueba de microondas y piezas para lavavajillas y lavadoras que se someten a agua caliente en presencia de detergentes.
Temperatura de transición vítrea y punto de fusión
Las propiedades mecánicas del PP a una temperatura particular dependen de la temperatura de transición vítrea. A muy baja temperatura, las macromoléculas son en gran parte inmóviles. A medida que se calienta el polímero, las zonas macromoleculares restringidas se vuelven progresivamente más móviles. A las temperaturas de transición, el material cambia de un estado duro vítreo a un estado duro blando porque ciertos segmentos moleculares se vuelven más móviles. Un polímero por encima de su temperatura de transición vítrea actúa como un material dúctil resistente, mientras que por debajo, el material es duro y vítreo. Al enfriarse, la temperatura de transición vítrea se conoce a veces como temperatura de congelación. La temperatura de transición vítrea se mide utilizando un analizador térmico mecánico dinámico (DMTA) o un calorímetro de barrido diferencial (DSC). El PP tiene las siguientes temperaturas de transición:
• Temperatura de transición vítrea de segundo orden a –10°C (prevista). El valor real puede observarse entre 0 y 20°C dependiendo de la frecuencia/velocidad de calentamiento
• Punto de fusión cristalino entre 160-170°C según el grado y la frecuencia / velocidad de calentamiento
• Temperatura de recristalización en enfriamiento lento de la masa fundida entre 115°C y 135°C.
Los copolímeros de PP, debido a su menor cristalinidad, y el PP catalizado con metaloceno tienen puntos de fusión más bajos en comparación con el PP homopolimerizado. La temperatura de recristalización es muy importante para el moldeo por inyección. Dado que la temperatura de recristalización del PP está entre 115 y 135°C, la mayor parte de la cristalización se produce durante el enfriamiento del artefacto en el molde. La temperatura recomendada del molde está en la región de 20 a 60°C, esto permite la posibilidad de restringir el alabeo y mejorar la estabilidad dimensional durante el procesamiento. Además, el PP continúa cristalizando después del procesamiento a una velocidad que varía con las condiciones de moldeo y la temperatura de almacenamiento o tratamiento. La temperatura frágil está muy relacionada con la temperatura de transición vítrea y determina la temperatura mínima a la que podría usarse un polímero semicristalino sin una pérdida significativa de sus propiedades de impacto.
Temperatura máxima de uso continuo del PP
Las temperaturas máximas de uso continuo se basan en la clasificación de Underwriters 'Laboratories (UL) para uso continuo a largo plazo (100,000 horas), y específicamente en la temperatura elevada que hace que la resistencia a la tracción a temperatura ambiente del material se reduzca. caer a la mitad de su valor inicial no expuesto después de la exposición a esa temperatura elevada durante 100.000 horas. Las pruebas proporcionan una temperatura de uso continuo para un plástico en ausencia de tensiones. Puede verse que otros plásticos básicos y algunos otros plásticos de ingeniería tienen una temperatura máxima de uso continuo significativamente más baja que el PP. Sin embargo, el policarbonato tiene una temperatura máxima de uso continuo más alta en comparación con el PP. Ocasionalmente, se requiere que la vida útil del componente se prediga a una temperatura superior a su temperatura máxima de uso continuo o viceversa. Como regla general, un aumento de 10°C en la temperatura equivale a una década de aumento en el tiempo. Dado que la temperatura máxima de uso continuo de PP es 100.000 horas a 100°C, esto equivaldría a 10.000 horas a 110°C o 1.000.000 horas a 90°C. Por lo tanto, ciertos grados de PP pueden ser teóricamente adecuados para un uso a muy corto plazo a 140°C. Sin embargo, la temperatura máxima de uso de un polímero depende del grado específico y su sistema de estabilización térmica y debe anotarse cuidadosamente en la literatura comercial relevante. Sin embargo, la funcionalidad del polímero para aplicaciones a alta temperatura podría ser bastante limitada en presencia de tensiones.
Temperaturas de deflexión térmica y puntos de ablandamiento
La temperatura de deflexión térmica se define como la temperatura a la que una barra de prueba estándar se desvía en una cantidad estándar bajo una carga estándar. Generalmente se utilizan cargas de 0,45 y 1,80 MPa. Puede verse en la tabla que la temperatura de deflexión por calor del PP es más alta que la del PE pero está superada por los termoplásticos de ingeniería más costosos. La temperatura de ablandamiento Vicat es la temperatura a la que una aguja de punta plana de 1 mm 2 de área de sección transversal circular penetrará en una muestra termoplástica hasta una profundidad de 1 mm bajo una carga especifica y es considerablemente más alto que el de los PE. Por encima del punto de reblandecimiento de Vicat, el material se vuelve progresivamente más blando y el punto de fusión cristalino del homopolímero de PP es de aproximadamente 165°C, dependiendo del grado. La aplicación práctica de los datos del punto de reblandecimiento de Vicat se limita al control de calidad y la caracterización del material. Sin embargo, se toma como una estimación aproximada de la temperatura máxima para la expulsión del artefacto de la máquina de moldeo por inyección. La temperatura de deflexión por calor es una medición de un solo punto y no indica la resistencia al calor a largo plazo del material plástico. Sin embargo, puede usarse para distinguir entre aquellos materiales que pueden soportar cargas ligeras a altas temperaturas. La temperatura de deflexión por calor de una muestra se ve afectada por la presencia de tensiones residuales. La deformación de la muestra debido a la relajación de la tensión puede dar lugar a resultados erróneos. Además, las muestras moldeadas por inyección tienden a dar una temperatura de deflexión térmica más baja que las muestras moldeadas por compresión. Esto se debe a que las probetas moldeadas por compresión están relativamente libres de tensiones. Al igual que otros materiales plásticos, la conductividad del PP es una función de la densidad y el PP espumado tiene una conductividad más baja que el PP sin espuma.
Expansión térmica del PP
El coeficiente de expansión térmica se define como el cambio fraccional en la longitud o el volumen de un material por un cambio unitario de temperatura. El coeficiente de expansión térmica de los plásticos es considerablemente más alto que el de los metales, hasta 6 a 10 veces más alto. Esta diferencia en el coeficiente de expansión térmica puede provocar tensiones internas y concentraciones de tensiones. En consecuencia, puede ocurrir una falla prematura. La expansión térmica en PP produce cambios de volumen significativos al fundirse. Por lo tanto, se contrae entre un 1 y un 2% en el moldeado, lo que debe tenerse en cuenta al diseñar la herramienta. El uso de relleno reduce considerablemente el coeficiente de expansión térmica y acerca el valor al de los metales y la cerámica.
PP Ignífugos
Todas las poliolefinas son fácilmente combustibles y arden con llama poco brillante, desprendiendo gotas de material céreo inflamado. Para determinadas aplicaciones se comercializan algunos tipos, denominados incombustibles, con alta concentración de inertes y aditivos retardadores de la llama. Ver más >>
Propiedades ópticas del PP
Los gránulos de PP son naturalmente blancos y translúcidos. Sin embargo, el aspecto final del material puede ser muy diferente y varía desde una película dura, bastante rígida, de colores brillantes, brillante, flexible o transparente hasta una fibra de alta tenacidad. Las molduras hechas del homopolímero de color natural son semitransparentes, según el espesor y otros parámetros de procesamiento y material. Las propiedades ópticas de un material se definen en términos de índice de refracción, claridad o transparencia, turbidez y brillo. El índice de refracción de PP es 1,49. El residuo de catalizador restante en la resina puede afectar la opacidad de la resina de PP y producir amarillez. Los diferentes sistemas de catalizadores pueden tener diferentes efectos sobre la transparencia y el amarilleo de la resina. Por tanto, las propiedades ópticas de grados equivalentes de PP pueden ser diferentes.
Transparencia del PP
La transparencia puede definirse como el estado que permite la percepción de objetos a través o más allá de la muestra. A menudo se evalúa como la fracción de la luz incidente normalmente transmitida con una desviación de menos de 0,1 grados de la dirección del haz principal. Un material con buena transparencia tendrá una alta transmitancia y una baja turbidez. La transmitancia es la relación entre la luz transmitida y la luz incidente y es complementaria a la reflectancia. El PP incoloro es translúcido en secciones gruesas. En secciones delgadas o películas, puede ser transparente u opaco según el grado y las condiciones de procesamiento. Los homopolímeros se pueden convertir en películas transparentes con buenas propiedades ópticas. Debe minimizarse la dispersión de luz debida a la formación de la estructura cristalina. Debido a su estructura de fases, los copolímeros que tienen una alta resistencia al impacto no producen en general películas transparentes. Sin embargo, los copolímeros aleatorios monofásicos que suprimen la formación del cristal debido a su estructura irregular suelen tener mejor claridad que los homopolímeros. Además, es importante que el índice de refracción sea constante en toda la muestra en la línea de dirección entre el objeto a la vista y el ojo. La presencia de interfaces entre regiones de diferente índice de refracción provocará la dispersión de los rayos de luz. Se debe utilizar un material de alto índice de fluidez. La biorientación de la película de PP mejora la transparencia, ya que la formación de capas de las estructuras cristalinas reduce las variaciones en el índice de refracción a lo largo del espesor de la película y esto, a su vez, reduce la cantidad de dispersión de la luz. La transparencia de los artículos de PP se puede mejorar utilizando moldes o matrices que proporcionen un muy buen acabado superficial. Pueden realizarse mejoras adicionales eligiendo las condiciones de procesamiento que restringen la formación de esferulitas, por ejemplo, enfriamiento rápido, baja temperatura de fusión y del molde. Sin embargo, la baja temperatura del molde reducirá el brillo de la superficie de la moldura. Los agentes nucleantes y clarificantes que suprimen la formación de esferulitas pueden mejorar aún más la transparencia de los artefactos de PP. La transparencia se mejora mediante el contacto con líquidos hasta el punto en que el nivel de líquido dentro de un recipiente se puede ver desde el exterior (transparencia de contacto).
Brillo
El brillo se define como el factor de reflectancia luminosa relativa de una muestra en el ángulo especular. Este método se ha desarrollado para correlacionar las observaciones visuales del brillo de la superficie realizadas en diferentes ángulos. A un vidrio negro muy pulido se le asigna un valor de brillo especular de 100. Se utilizan tres ángulos básicos de incidencia para medir el brillo: 20°, 60° y 85°. El brillo aumenta a medida que aumenta el ángulo de incidencia. El brillo es función de la reflectancia y del acabado superficial del material que, a su vez, depende del acabado del molde. El brillo es un factor extremadamente importante cuando se considera la sustitución de ABS por artículos de PP por motivos de coste.
Neblina
A veces, un polímero puede tener un aspecto turbio o lechoso, generalmente conocido como neblina. A menudo se mide cuantitativamente como la cantidad de luz que se desvía más de 2,5 grados de la dirección del haz transmitido. La neblina es a menudo el resultado de imperfecciones de la superficie. Los desarrollos recientes en la maquinaria de fabricación de láminas con dos líneas de enfriamiento, que pulen ambos lados de la lámina de PP, han dado como resultado láminas de alto brillo y baja turbidez.
Conductividad térmica del PP
La conductividad térmica más baja del PP y otros plásticos en comparación con los metales brinda protección contra los cambios de temperatura externos, por lo que el PP podría usarse para aplicaciones de aislamiento. Sin embargo, el uso de PP, a menos que sea espumado, como material aislante primario es bastante limitado (debido a factores de costo). El PP se ha utilizado para el envasado de alimentos refrigerados debido a su idoneidad para aplicaciones alimentarias más que a su idoneidad como material aislante. La conductividad térmica más baja limita los ciclos de producción y puede resultar en deformaciones por enfriamiento en secciones gruesas, lo que puede conducir a la deformación del artículo.
Efectos de muesca
Es bien sabido que la nitidez de cualquier muesca ejerce una fuerte influencia en el rendimiento del impacto y se puede obtener una medida más confiable de la sensibilidad determinando las resistencias al impacto con muesca en un rango de diferentes radios de la punta de la muesca. Su efecto varía considerablemente de un polímero a otro, pero el PP no es de ninguna manera el más sensible de los termoplásticos comunes a este fenómeno.
Principales ventajas
El PP es muy popular como plástico básico de gran volumen. Sin embargo, se lo conoce como un plástico de ingeniería de bajo costo. Mayor rigidez a menor densidad y resistencia a temperaturas más altas cuando no se somete a estrés mecánico (particularmente en comparación con PE de alta y baja densidad (HDPE y LDPE)) son las propiedades clave. Además de esto, el PP ofrece buena resistencia a la fatiga, buena resistencia química, buena resistencia al agrietamiento por estrés ambiental, buena resistencia a los detergentes, buena dureza y transparencia de contacto y facilidad de mecanizado, junto con buena procesabilidad. por moldeo por inyección y extrusión. Estas ventajas del PP se explican con más detalle en secciones posteriores. Puede verse en la tabla que el PP ofrece ventajas sobre la mayoría de sus materiales competitivos sobre la base del módulo específico (relación módulo a densidad), temperatura de deflexión térmica (HDT ), temperatura máxima de uso continuo o relación módulo / costo. La legislación ambiental y alimentaria puede inclinar aún más la balanza a favor del PP.
Principales desventajas
Las principales desventajas del PP sin modificar en comparación con otros termoplásticos de la competencia son: una contracción del molde significativamente mayor, mayor expansión térmica y menor resistencia al impacto, particularmente a temperaturas sub-ambientales. que HIPS, PVC y ABS. Sin embargo, el PP tiene un menor coeficiente de contracción del molde y de expansión térmica que el HDPE y el LDPE. La mala resistencia a los rayos UV y la mala resistencia a la oxidación en presencia de ciertos metales como el cobre son otras desventajas del PP. Como cualquier material semicristalino, el PP también sufre una alta fluencia bajo carga sostenida en comparación con un plástico amorfo como el ABS o el PVC. Otras desventajas del PP son la difícil unión con solventes y adhesivos, poca inflamabilidad, deformación, transparencia limitada, propiedades de desgaste deficientes, inadecuación para aplicaciones de fricción y poca resistencia a la radiación gamma. Sin embargo, la mayoría de estas desventajas podrían superarse, ya sea por completo o hasta cierto punto, mediante la selección adecuada del material, un diseño sensato y un buen procesamiento. El procesamiento de PP mediante termoformado y moldeo por soplado es difícil. La formación al vacío de PP también es difícil. El PP no es peligroso para la salud, sin embargo, puede liberar compuestos orgánicos volátiles (COV) al aire circundante durante el procesamiento a alta temperatura. Los trabajadores de la planta de procesamiento pueden estar sujetos a estos COV por inhalación o por contacto con la piel. Una buena ventilación con extractores de aire puede minimizar la exposición. El monómero residual y los catalizadores presentes en la resina pueden aumentar la toxicidad.
Principales mezclas comerciales de poliolefinas
Los miembros individuales de la familia de las poliolefinas ofrecen un espectro bastante amplio de estructuras, propiedades y aplicaciones. Este espectro se puede ampliar aún más mezclando poliolefinas individuales con otros polímeros. Además, se pueden mejorar muchos otros polímeros añadiéndoles poliolefinas. Se trata de un área de gran importancia comercial, y en la que tanto la investigación teórica como el desarrollo práctico están muy activos en la actualidad. Las principales mezclas comerciales de poliolefinas entre sí incluyen la adición de polietileno de bajo peso molecular al polietileno de peso molecular ultra alto para mejorar la procesabilidad, la adición de polietileno de baja densidad al polietileno lineal de baja densidad para mejorar la procesabilidad, la adición de caucho de etilenopropilendieno (EPDM) al polipropileno para mejorar la resistencia al impacto a baja temperatura, y la adición de PP a EPDM para producir elastómeros termoplásticos. Las principales mezclas comerciales de poliolefinas y copolímeros de olefinas con otros polímeros incluyen nailon en polietileno de alta densidad para impermeabilidad, EPDM maleado en nailon y otros termoplásticos de ingeniería para resistencia al impacto, polietileno clorado y acetato de etilenvinilo en cloruro de polivinilo como modificadores de impacto o plastificantes, y el uso creciente de CPE y poliolefinas maleadas como compatibilizadores en otras mezclas de polímeros. Una encuesta intensiva recopiló una lista detallada que incluía 60 polimezclas de poliolefinas comerciales. Esta es una demostración de su importancia práctica grande y en rápido crecimiento. Ver más >>
Aditivos para PP
Normalmente a los polipropilenos, como a todos los plásticos, se les añaden en pequeñas cantidades aditivos que mejoran algunas características del material base y pigmentos que proporcionan otros colores comercialmente más interesantes. Así, por ejemplo, en ciertos casos se adiciona negro de humo (un 2%) que filtra los rayos ultravioleta y evita la fotoxidación. También es frecuente la adición de antioxidantes (fenoles sustituidos y aminas aromáticas) que reducen la oxidación por el calor. Los polipropilenos tienden a cargarse estáticamente durante las operaciones de transformación y mecanizado. Para eliminar estas cargas, se agregan agentes antiestáticos. Sus características técnicas pueden mejorarse con fibras reforzantes, que aumentan la rigidez y dureza, y disminuyen el coeficiente de dilatación térmica, entre otros efectos. Los polipropilenos no admiten plastificantes dado su alto grado de cristalinidad, pero si lubricantes, que mejoran su aptitud al procesamiento.
Existen 3 formas de clasificar el proceso de obtención de polipropileno:
Proceso en Suspensión o “Slurry”: Están configurados para que la reacción tenga lugar en un hidrocarburo líquido, en el que el polipropileno es prácticamente insoluble, y a una temperatura inferior a la de fusión del polímero. Dentro de este tipo de procesos existen marcadas diferencias en la configuración de los reactores (de tipo bucle o autoclave) y en el tipo de diluyente utilizado, lo que afecta a las características de la operación y al rango de productos que se puede fabricar. El más conocido es el proceso llamado Montecatini que gracias a los avances en materia de polimerización está prácticamente es desuso. El proceso se puede dividir en las siguientes etapas: Preparación del catalizador, polimerización, recuperación del monómero y solvente, remoción de residuos del catalizador, remoción del polímero atactico y de bajo peso molecular, secado del producto, adición de modificadores y extracción del polímero.
Proceso en masa con monómero en fase liquida: La principal diferencia de este proceso con respecto al de suspensión es la sustitución del solvente por propileno líquido. Esto fue posible debido a que con el desarrollo de nuevos catalizadores ya no fue más necesaria la extracción de catalizador ni la remoción del polímero atáctico. El proceso más utilizado comercialmente corresponde a esta clasificación y es llamado Spheripol. Se trata de un proceso versátil que permite preparar diferentes tipos de productos con propiedades óptimas usando dos reactores en serie.
Proceso en masa con monómero en fase Gas: Los procesos en fase gaseosa aparecieron casi simultáneamente con los en fase líquida. Esta tecnología fue revolucionaria porque evitaba completamente la necesidad de un solvente o un medio líquido para dispersar los reactivos y productos del reactor. También eliminaba la separación y recuperación de grandes cantidades de solventes o de propileno líquido que era necesaria en los procesos con reactores en suspensión o en fase líquida. El polipropileno producto que se obtenía en los reactores de fase gas era esencialmente seco y sólo requería la desactivación de una pequeña parte de los residuos del catalizador antes de la incorporación de aditivos y su posterior peletización. Por lo tanto, esta tecnología redujo la manufactura del polipropileno a pocos pasos esenciales. Algunos procesos representantes de esta tecnología son: Novolen, y Unipol.
Métodos de procesamiento
Los métodos de procesamiento clave para las poliolefinas son el moldeo por inyección, el moldeo por compresión, el moldeo rotacional, el moldeo por soplado, el moldeo de espuma estructural, el moldeo de tejido estructural, la extrusión, la extrusión de película soplada y la extrusión de película fundida. Además de las variables de procesamiento independientes de tiempo, temperatura y presión, la elección de una máquina de procesamiento adecuada para un producto de poliolefina dado es fundamental. Las máquinas disponibles incluyen extrusora de un solo tornillo, extrusora de doble tornillo, bombas de engranajes, amasadoras Buss, mezcladoras Readco y mezcladoras continuas Farrel. Cada una de estas máquinas encuentra aplicaciones apropiadas en la composición de poliolefinas con rellenos de partículas y/o refuerzos de fibra para producir compuestos o nanocompuestos. En el moldeo por inyección, los gránulos o gránulos de poliolefina se colocan en una tolva que alimenta continuamente el cilindro calentado de una extrusora. El polímero se funde y el material fundido se inyecta, a alta presión, en un molde relativamente frío donde el material se solidifica replicando la forma de la cavidad del molde. Es esencial que la viscosidad de la masa fundida sea lo suficientemente baja para garantizar que la cavidad del molde se llene en un tiempo de ciclo mínimo posible. El moldeo por inyección es un proceso cíclico. En el moldeo rotacional (rotomoldeo o rotoformación), los polvos de poliolefina finamente molidos se calientan dentro de un molde giratorio donde el polímero se funde y recubre uniformemente la superficie interna del molde. El molde se enfría en una cámara especial justo antes de retirar la pieza. El proceso se utiliza para la producción de piezas poliolefínicas grandes y complejas, como grandes contenedores, tanques de almacenamiento, tanques de agua e instalaciones sanitarias portátiles. El moldeo rotacional también es un proceso cíclico. El moldeo por inyección o extrusión por soplado produce piezas huecas mediante la formación de un parisón que se expande, con un gas, contra una cavidad del molde. Los envases más pequeños (<1 L) se producen con moldeo por inyección y soplado, mientras que el moldeo por extrusión y soplado es adecuado para envases más grandes y para envases con asas. La resistencia del fundido, más que la viscosidad del fundido, es la característica clave que controla la resina, y los contenedores grandes requieren poliolefinas de alto peso molecular con una amplia distribución de pesos moleculares que son más fáciles de procesar y menos propensas a exhibir el pandeo del parisón. El moldeo por soplado es un proceso cíclico. En la formación por extrusión, los gránulos o gránulos de poliolefina se colocan en una tolva que alimenta continuamente el cilindro calentado de una extrusora. El polímero se plastifica y se funde, y el material fundido se bombea a través de una matriz de aproximadamente la misma forma que el producto final, como láminas, tuberías, películas y revestimientos para alambres y cables. El producto extruido es estirado por algún tipo de equipo de despegue, dimensionado y enfriado hasta solidificarse. La extrusión es un proceso continuo. En la extrusión de película soplada, la poliolefina fundida se extruye a través de un troquel circular en el que el mandril del troquel introduce una presión de aire interna que expande el tubo extruido de 1,5 a 2,5 veces el diámetro del troquel. La fuerza de fusión, más que la viscosidad de fusión, es la característica clave de control de la resina; el hinchamiento de la matriz y la fractura por fusión son indeseables. La extrusión de película soplada es un proceso continuo. En el proceso de extrusión de película fundida, la poliolefina fundida se extruye, como una lámina delgada en un rodillo enfriador con superficie de espejo, a través de un troquel grande cuyo tamaño es igual al ancho de la película que se va a moldear. La hoja delgada extruida luego es bajada por otros rodillos. La extrusión de película fundida es un proceso continuo. Las películas fundidas se utilizan como forros para pañales, envolturas elásticas para paletas, envolturas adhesivas para el hogar y envolturas.
Moldeo por inyección: Los artículos moldeados por inyección están hechos de homopolímeros, copolímeros de impacto y aleatorios, y de una variedad de polímeros rellenos. Para esta transformación pueden utilizarse inyectoras convencionales, sin modificaciones. Este proceso consiste en la fusión del material, junto con colorantes o aditivos, para luego forzarlo bajo presión dentro de un molde. Este molde es refrigerado, el material se solidifica y el artículo final es extraído. Este método es usado para hacer muchos tipos de artículos, como por ejemplo frascos, tapas, muebles plásticos, sillas, cuerpos de electrodomésticos, juguetes, aparatos domésticos y piezas de automóviles.
Moldeo por soplado: Es usado para la producción de frascos, botellas, bidones, toboganes, tanques, tanques de vehículos, etc. En este proceso, un tubo de material fundido es soplado dentro de un molde y toma la forma de la cavidad. Cuando es enfriado, el molde es abierto y el artículo extraído.
Extrucción: Por este proceso pueden ser obtenidos un sinnúmero de artículos continuos, entre los que se incluyen tubos, chapas, fibras, etc. Las chapas de polipropileno son hechas mediante el pasaje del material fundido a través de una matriz plana, y posteriormente enfriado en cilindros paralelos. Las chapas pueden ser usadas para la producción de varios artículos a través de su corte y doblez, o termoformadas para la producción de potes, vasos, etc. Las fibras son producidas por el corte y posterior estiramiento de una chapa, que luego son utilizadas en telares para la producción de tejidos, bolsas, productos higiénicos desechables, ropas protectoras etc.
Aplicación
Una aplicación común para el polipropileno es como polipropileno orientado biaxialmente (BOPP). Estas hojas de BOPP se utilizan para hacer una amplia variedad de materiales incluyendo bolsas transparentes. Cuando es polipropileno orientado biaxialmente, se vuelve claro como el cristal y sirve como un excelente material de embalaje de productos artísticos y al por menor.