PA 6 Poliamidas

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Propiedades Termicas PA6

Su punto de fusión es 217-223°C, la PA 6 está clasificado para uso continuo a temperaturas de hasta 121°C con una temperatura de funcionamiento inferior a -40°C. Tiene una resistencia muy alta a la tracción, buena resistencia química y a la abrasión, y un coeficiente de fricción bajo. La mayoría de los grados de nailon tienen alguna clasificación de llama UL 94. Para la estabilización a largo plazo, se utilizan antioxidantes tales como sales de cobre (en combinación con un compuesto de halógeno y/o un compuesto de fósforo), aminas aromáticas (una fenilendiamina) o un antioxidante fenólico impedido estéricamente. Las sales de cobre y las aminas pueden causar decoloración, por lo que a menudo se prefieren los fenoles impedidos; se puede usar hidroxitolueno butilado (BHT), 1,3,5-tris- (5-tbutil-4-hidroxi-2-metilfenil-butano,1,3,5-tris-(3,5-di-t-butil-4-hidroxibencil-mesitilenoo,N,N'hexametilen-bis-3-(3,5-di-t-butil-4 hidroifenilpropionamida. El nivel de uso puede alcanzar el 0,7%.

Resistencia química PA6

Resistente a: nailon 6 y el nailon 66 tiene una resistencia y dureza superiores a la abrasión en comparación con el acetal. No son tan resistentes como el policarbonato (PC), pero tienen mejor resistencia al agrietamiento por tensión y a los disolventes. Estos nylons son aislantes eléctricos bastante buenos a bajas temperaturas y cuando la humedad relativa es baja. En términos generales, los nylons PA 6 y PA 66 exhiben una resistencia química similar (PA 66 probablemente tiene una mejor resistencia química general que PA 6). Las medias de nylon resisten el ataque de hongos y bacterias. Son resistentes a la hidrólisis y a los disolventes orgánicos más habituales. Las poliamidas alifáticas lineales (tales como, PA 46, PA 6, PA 66, PA 610, PA 11 y PA 12) son resistentes a glicoles, hidrocarburos aromáticos, hidrocarburos alifáticos, ésteres, haluros de alquilo y cetonas. No se ven afectados por los álcalis ni por muchas soluciones salinas. Tienen buena resistencia a aceites, grasas, combustibles, grasas y ésteres de fosfato y refrigerantes. Los alcoholes pueden causar algo de hinchazón y pueden disolver algunos copolímeros. Los disolventes mixtos (por ejemplo, cloroformo y metanol) atacarán las medias de nailon, especialmente a altas temperaturas. A temperatura ambiente, las medias de nailon tienen buena resistencia a los álcalis (en concentraciones de hasta el 20%). En general, las medias de nailon tienen buena resistencia a gases como el dióxido de carbono, el monóxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno. Tanto el PA 6 como el PA 66 tienen una resistencia media a la radiación cuando no están reforzados. Puede producirse un ligero color amarillento al irradiar con luz los componentes incoloros. Algunos grados se pueden esterilizar con vapor a 121°C durante 30 minutos.

No resistente a: ácido fórmico, ácido acético glacial, ácido sulfúrico concentrado, dimetilformamida, fenol y m-cresol son disolventes para todos los materiales de PA. En general, la resistencia de las medias de nailon a los hidrocarburos clorados es justa. Los nylons muestran poca resistencia a los ácidos minerales (diluidos y concentrados) y el ácido nítrico en particular los atacará. Los nylons también pueden mostrar poca resistencia a soluciones de agentes oxidantes y a ciertas soluciones salinas, como tiocianato de potasio, cloruro de calcio y cloruro de zinc. Estas sales causarán agrietamiento por tensión (agrietamiento por sal) en PA 6 y PA 66, aunque PA 11 y PA 12 son resistentes. El agrietamiento de la sal se produce en las poliamidas (PA), como el nailon 6 y el nailon 66, ya que los iones metálicos destruyen los enlaces de hidrógeno intermoleculares formando complejos metálicos con los grupos amida. El agrietamiento se produce debido a la tensión inducida por la hinchazón y la plastificación localizadas. La combinación de nailon 6 con nailon con alto contenido de carbono (PA 12) y/o con una poliolefina, que contiene grupos carboxílicos, mejora la resistencia al agrietamiento por sal. La inmersión de una muestra estresada (doblada) en cloruro de zinc se usa para evaluar la resistencia al agrietamiento por sal. El cloruro de litio, el cloruro de calcio y el cloruro de magnesio no inducen el agrietamiento en soluciones acuosas, pero las combinaciones de alcohol / sal atacarán las medias de nailon (por ejemplo, metanol y cloruro de litio). En general, las medias de nailon tienen poca resistencia al cloro (húmedo y seco) y al dióxido de azufre (húmedo y seco). Con una densidad de 1,12 g/cm3, el nailon (material sólido sin relleno) se hundirá en agua y flotará en cloruro de magnesio saturado.

Polimerización PA6

El anillo de caprolactama se abre en presencia de agua (hidrólisis), las moléculas lineales se agrupan (poliadición) y producen una cadena macromolecular cuya longitud depende de la presencia de un terminador de cadena (por ejemplo, un ácido acético). El polímero fundido se extrusiona mediante una placa con agujeros (hiladora), que produce gránulos cilíndricos. Dada la situación de equilibrio de la reacción de poliadición, la conversión de caprolactama a PA6 es de un 89 a un 90%. El resto está formado por monómero y oligómeros cíclicos. Estos oligómeros se deben eliminar mediante extracción con agua caliente, es decir, lavando las virutas en un flujo a contracorriente de agua desmineralizada. La humedad presente en las virutas al final del proceso de extracción (entre un 10 y un 15 % de agua) se elimina con un flujo de nitrógeno caliente. La pureza del nitrógeno debe ser muy elevada, ya que la PA 6 es muy sensible al oxígeno. La poliamida 6 se puede producir con un proceso de polimerización continuo o discontinuo. Para formulaciones variables de polímero, con una amplia variedad de peso molecular, y, en su mayoría, categorías de formulación, se suele preferir la polimerización discontinua. Los reactores de polimerización continua –columnas VK (Vereinfacht Kontinuierlich)– ofrecen un menor surtido de mezcla de producto, pero una mayor productividad y se utilizan para producir fibras textiles o industriales. Los procesos continuos pueden funcionar con uno o dos reactores en series. A continuación se indican las fases principales del proceso de producción de poliamida.

Polimerización 6

Cortado El polímero fundido se extrusiona mediante una placa con agujeros (hiladora), que produce gránulos cilíndricos (virutas).

Extracción Dada la situación de equilibrio de la reacción de poliadición, la conversión de caprolactama a PA 6 es de un 89 a un 90 %. El resto está formado por monómero y oligómeros cíclicos. Estos oligómeros se deben eliminar mediante extracción con agua caliente, es decir, lavando las virutas en un flujo a contracorriente de agua desmineralizada.

Secado La humedad presente en las virutas al final del proceso de extracción (entre un 12 y un 13 % de agua) se elimina con un flujo de nitrógeno caliente. La pureza del nitrógeno debe ser muy elevada, ya que la PA 6 es muy sensible al oxígeno.

Procesamiento del agua extraída La caprolactama y los oligómeros separados mediante agua de lavado se suelen reutilizar en el proceso. Para ello, se concentran con la evaporación del agua en intercambiadores de calor adecuados (columnas de concentración). El agua extraída también se puede depurar con un proceso de despolimerización clásica y tecnologías de destilación de la lactama.

Polimerización discontinua PA6

Polimerización discontinua de la PA 6 Las materias primas (caprolactama, agua desmineralizada, etc.) se mezclan en un homogenizador. A continuación, la mezcla se transfiere a un reactor autoclave en el cual la temperatura (250 – 270 ºC) y la presión están reguladas para obtener un polímero con las especificaciones necesarias. Cuando el producto posee la especificación deseada, la reacción se detiene y se deja entrar nitrógeno en el reactor. El polímero se transfiere a un depósito de extrusión. El polímero fundido se extrusiona en forma de hilos a través de la hiladora, se refrigera en agua y se corta en virutas. El humo que se genera en esta fase se recoge y se envía a una planta de tratamiento adecuada. Puesto que no toda la caprolactama se polimeriza en poliamida, los gránulos se lavan contra corriente con agua desmineralizada en un extractor. Después del lavado, el agua desmineralizada contiene concentraciones elevadas de caprolactama y, por lo tanto, se envía a una línea de concentración para recuperar tanto la caprolactama como el agua desmineralizada para volverlos a utilizar en el proceso. Los granos limpios se introducen en un último reactor, donde se secan en un flujo de nitrógeno templado. Finalmente, los gránulos secos se envían a los silos de almacenamiento con cintas de transporte neumático.

Polimerización continua de la PA6

La materia prima de la PA 6 es la ε-caprolactama, que es una amida cíclica, obtenible químicamente a partir del fenol o del benceno a través de las reacciones adecuadas. Para formar la poliamida, las lactamas pueden unirse entre sí por dos vías diferentes: en medio acuoso, a través de la polimerización denominada hidrolítica, o bien, en ausencia de agua por polimerización iónica con catalizadores del tipo ácido (cationes) o básico (aniones). En la polimerización hidrolítica la ε-caprolactama, conteniendo una pequeña cantidad de agua o aminoácido, se polimeriza fundiéndola en el interior de un tubo de acero, denominado VK (del alemán Vereinfacht Kontinuierlich = Simplificado Continuo), de seis metros de altura, calentado a una temperatura de 265°C, en un proceso realizado con exclusión absoluta de oxígeno y sin presión. La polimerización dura varias horas. Por la base del tubo se saca la poliamida viscosa, que se extruye en forma de macarrón, se enfría y se granula. Para eliminar el monómero residual que queda sin reaccionar, el granulado es sometido a ebullición repetida. Las materias primas (caprolactama, agua desmineralizada, regulador de viscosidad y opacificante) se combinan y se introducen continuamente en la parte superior del reactor: la columna de polimerización. Por otro lado, la obtención de PA 6, en la técnica de la polimerización aniónica de las lactamas, se realiza empleando como catalizador bases fuertes, por ejemplo el hidróxido sódico, en atmósfera de nitrógeno y con exclusión de humedad. A 250-270°C y en pocos minutos se forma la poliamida que, a las citadas temperaturas, presenta las características de un líquido viscoso. Si en este tipo de polimerización se emplean compuestos denominados co-catalizadores, como los isocianatos, es posible obtener PA 6 a través de una reacción aún más rápida e, incluso, a temperaturas más bajas. La reacción tarda unas 15 – 20 horas y se realiza con una temperatura por debajo de los 300ºC, que se mantiene constante utilizando aceite diatérmico (medio de transferencia de calor) para calentar el reactor. Cuando avanza por el reactor hacia las partes inferiores y entra en contacto con distintas temperaturas, la solución de caprolactama se calienta y se polimeriza en poliamida 6. La poliamida se extrae del fondo de la columna con una hilera, se refrigera inmediatamente y se corta en gránulos con una máquina de cortado. El humo que se genera durante la refrigeración se recoge y se envía a la planta de tratamiento. Puesto que no toda la caprolactama se polimeriza en poliamida, los gránulos se lavan contra corriente con agua desmineralizada en un extractor. Después del lavado, el agua desmineralizada contiene concentraciones elevadas de caprolactama y, por lo tanto, se envía a una línea de concentración para recuperar tanto la caprolactama como el agua desmineralizada para volverlas a utilizar en el proceso. Los gránulos limpios se introducen en un último reactor, donde se secan en un flujo de nitrógeno caliente. Finalmente, los gránulos secos se envían a los silos de almacenamiento mediante sistemas de transporte neumático.