Tecnologa del Plstico y Resinas

TECNOLOGA DEL PLSTICO Y RESINAS

16.1 INTRODUCCIN

En la actualidad, uno de los productos ms utilizados viene a ser el plstico por la facilidad de manejo, durabilidad, resistencia. Esto se debe a que posee varios usos como: artculos de limpieza, oficina, cocina, envases de bebidas, alimentos, parte de artefactos elctricos, etc.

La Industria del plstico en el Per esta orientada fundamentalmente a proveer las necesidades del mercado interno abastecindolo aproximadamente en el 82 %. Se estima que en la rama se desarrollan aproximadamente 900 empresas formales de las cuales el 77% son microempresas, 22 % medianas, y 1% grandes; encontrndose concentradas en Lima el 95%.

Las principales empresas nacionales dedicadas a este rubro as como su produccin, se muestran en el cuadro 16.1 y 16.2.

Cuadro 16.1 Principales Empresas

Bakelita y Anexos S.A.Peruplast S.A.

Carlos Kosh Partes S.A.Pisopack del Per

Cia. Peruana del Envase S.A.Plsticos Fort S.A.

Corp. Jos R. Lindley S.A.Plasto S.A.

Crow. Cork. Del Per S.A.Poliplastic S.A.

Fbrica Peruana Eternit S.A.Productos Plsticos S.A.

Industrias Santa Mara S.A.Sacos del Sur S.A.

Interqumica S.A.Sacos Pisco S.A.

Norsac S.A.San Miguel industrial S.A.

Panam Per S.A.Sintticos del Per S.A.

Pet Products Internacional del Per S.A.Tech Pack S.A.

Fuente: MITINCI-Direccin de Estadstica

Cuadro 16.2 ndice del Volumen Fsico Produccin de Plsticos Ao 2000 1/

ndice del Volumen Fsico

ENERO151

FEBRERO156,8

MARZO163,1

ABRIL136,5

MAYO157,8

JUNIO155,1

JULIO143,6

AGOSTO166,7

SEPTIEMBRE160

OCTUBRE177,5

NOVIEMBRE164,1

DICIEMBRE141,1

TOTAL ANUAL156,1

1/ Preliminar

Fuente: Banco Central de Reserva del Per

16.2MATERIA PRIMA

16.2.1Polmeros

Los plsticos y resinas son compuestos qumicos con forma de cadena, conocidos qumicamente como polmeros. Se producen por la sntesis de uno o ms de los siguientes procesos: en masa, suspensin y emulsin. La reaccin tpica de produccin se logra agregando al monmero, un iniciador con radicales libres y sustancias modificadoras.

Se clasifica, segn el tipo de producto como:

Celulsicos

Vinilos

Estirenos

Poliolefinas

Acrlicos

Polisteres y alquidcos

Resinas de rea y melanina

Resinas fenlicas

Resinas varias

16.2.1.1 Celulsicos

Son materiales plsticos a partir de la celulosa, son derivados desde el celofn hasta nitrocelulosa del algodn. La materia prima principal es la pulpa de madera purificada. Hay dos procesos para obtener la celulosa purificada, el xantato y el cuproamnico. En el proceso del xantato, la celulosa se trata en una solucin de hidrxido de sodio (NaOH) y disulfuro de carbono (CS2); luego se coagula la solucin de xantato de celulosa resultante y se regenera la celulosa en forma de pelcula continua por acidificacin.

Los efluentes contienen materiales celulsicos biodegradables, sulfatos y metales pesados. El grueso de los residuos restantes son: cido sulfrico (H2S04), sulfato de sodio (NaSO4) y metales pesados, en el diagrama 16.1 se observa en detalle el proceso.

Diagrama 16.1 Proceso de Produccin de Celulosa Regenerada

16.2.1.2 Poliolefinas (Polietilenos)

Los polietilenos que se producen en la actualidad cubren una amplia gama de pesos moleculares, el polietileno se usa, en orden decreciente, en; pelculas y lminas, moldeo por inyeccin, botellas, aislamiento de cables, revestimientos, tubos y otros usos.

Un proceso fundamental para la produccin de polietilenos es el mtodo de alta presin, cuyo producto final es llamado polietileno de baja densidad. Una corriente de etileno de gran fuerza es tratada a una presin adecuada y se la hace pasar a travs de un reactor (tubular o de autoclave), en presencia de un catalizador con radicales libres. La mezcla de polmero-monmero resultante se separa por reduccin de la presin en dos corrientes, una rica en monmero a ser sometida de nuevo al ciclo de produccin y para otro proceso. La corriente de polmero se concentra por medio de una nueva separacin y luego se estruja en forma de cintas o cordones para su moldeo.

En los diagramas 16.2 y 16.3 se muestran el proceso de obtencin de los polietilenos de alta y baja densidad.

Diagrama 16.2 Proceso Phillips para la Produccin de Polietileno de Alta Densidad Diagrama 16.3 Produccin de Polietileno de Baja Densidad

16.2.1.3 Acrlicos

Las resinas acrlicas se producen por tres procesos: polimerizacin en masa, en soluci6n y en emulsin. La polimerizacin en masa se utiliza para lminas fundidas o moldeadas y material para moldeos y extrusin. La polimerizacin en solucin se usa para la produccin de revestimientos industriales, como pintura para automviles y revestimientos de tejidos. La polimerizacin por emulsin se usa, en revestimientos de venta comercial, tales como pinturas domsticas siendo su operacin discontinua.

En la produccin de acrlicos en emulsin, el monmero se mezcla en una cuba con el catalizador, agua y un agente tensoactivo. La polimerizacin y la emulsin tienen lugar simultneamente. Se quita parte del agua y se aade ms agente tensoactivo. Los grumos se quitan por filtracin o por centrifugacin, almacenando la emulsin. El producto final contiene alrededor del 50 % de resma acrlica.

16.2.1.4 Resinas Vinlicas

Los monopolmeros y copolmeros de cloruro de vinilo son de las resinas termoplsticas ms antiguas y de mayor flexibilidad de aplicacin.

La produccin es discontinua en el proceso de polimerizacin en suspensin, por la ampla variedad y cantidad de productos.

En este mtodo, el monmero se dispersa en forma de minsculas gotas en un medio estabilizado de suspensin, consistente en agua de 0,01 a 0,5 % en peso de los agentes en suspensin (alcohol de polivinilo, colgeno y teres de celulosa). La suspensin se calienta en un reactor en presencia de catalizadores, tales como perxidos de benzoilo, laurol, ter-butil, a fin de iniciar la polimerizacin. Cuando sta se ha completado, la suspensin del polmero se lleva a un tanque de extraccin, donde se recupera el monmero residual que no haya reaccionado. El polmero no separado se transfiere a un depsito de reaccin; la mezcla pastosa o semifluida de polmero se bombea a centrifugadoras, en las que se lava y separa el agua. Se completa la operacin en secadores rotativos. La representacin del proceso en bloques se muestra en el diagrama 16.4.

Diagrama 16. 4 Produccin del Cloruro de Polivinilo

16.2.1.5 Resinas y Copolmeros de Poliestireno

La combinacin de las propiedades del poliestireno y su facilidad de tratamiento (moldeo por inyeccin y por extrusin) hace de l un termoplstico muy til, por su excelente estabilidad trmica no deformable, elevada resistencia a la flexin y a la traccin y buenas propiedades elctricas.

Para la fabricacin de resinas y copolmeros de poliestireno se aplica un mtodo discontinuo, que utiliza una combinacin de procedimientos de polimerizacin en masa y en suspensin. El monmero de estireno o mezclas de monmero, se purifican por destilacin o lavado con soda custica, para eliminar inhibidores.

Las materias purificadas se cargan en unin de un iniciador (generalmente del tipo de perxidos), en recipientes de polimerizacin, de acero inoxidable o de aluminio, que estn provistos de camisas para su calentamiento y refrigeracin y de agitadores.

La polimerizacin del monmero se realiza a unos 900C hasta aproximadamente el 30% de conversin; en esta fase, la masa de reaccin tiene la consistencia de jarabe. El agua se utiliza nicamente como agente de intercambio trmico, por lo que no entra en contacto con el producto y puede recircularse.

El polmero o masa parcialmente polimerizada se transfiere a los reactores de polimerizacin por suspensin, conteniendo agua y agentes en suspensin y dispersin que pueden ser celulosa de metilo o de etilo, cidos poliacrlicos, alcobol polivinlico y muchos otros materiales que se encuentran en forma natural tales como colgeno, almidones, gomas, casena y alginatos. La masa se descompone en gotitas, por accin del agitador, y se mantiene en suspensin en la fase acuosa. Despus de completar la polimerizacin, la suspensin se enva a un depsito o tanque de extraccin, en el que se separa cualquier residuo o monmero que no haya reaccionado. La masa separada se centrifuga y el polmero producido se filtra, se lava y se le extrae el agua. El diagrama 16.5 muestra el proceso de obtencin de la resma de poliestireno.

Diagrama 16. 5 Proceso de Produccin de Poliestireno

16.2.1.6Resinas de Polister y Alquidicas

Los polisteres y alqudicos se caracterizan por una gran variedad en sus formulaciones, no solo segn la clase de resma producida, como: los polisteres modificados por aceite (alqudicos), polisteres insaturados (laminados y compuestos para moldeo) y polisteres lineales (pelculas y fibras), sino tambin dentro de cada grupo. El proceso fundamental de fabricacin para la resma de polister y alqudicos es la polimerizacin por condensacin, de tipo discontinuo, de un cido dibsico y un alcohol con varios grupos. La polimerizacin en presencia de aceites y cidos grasos da como resultado un complicado polmero conocido como resma alqudica.

El proceso de obtencin de los polisteres se muestra en el diagrama 16.6.

Diagrama 16. 6 Proceso de Produccin de Polister16.2.1.7 Resinas de Urea y Melanina

El proceso de fabricacin de las resinas de urea y melanina consiste en la polimerizacin discontinua por condensacin de la urea o de la melanina con formalina (solucin al 40 % de formaldehdo en agua). Las materias primas, urea, melanina y formalina, se cargan en unin de los catalizadores, aditivos y modificadores propios de cada fabricante, en un reactor provisto de chaqueta de calentamiento para iniciar la reaccin; luego se corta el calentamiento para introducir agua de refrigeracin con la cual se controla la temperatura de la reaccin. El diagrama 16.7 muestra el proceso de obtencin de la resma de urea melanina.

Diagrama 16. 7 Proceso de Produccin de Resinas de Urea y Melamina16.2.1.8 Resinas Fenlicas

Las resinas derivadas del fenol constituyen la familia ms antigua de este tipo de productos, los usos principales son para moldeos de tipo econmico y para encolado de tableros de madera contraplacada La produccin de las resinas fenlicas se efecta por el proceso de polimerizacin discontinua, por condensacin de los fenoles con formalina. Los compuestos fenlicos y la formalina, junto con los catalizadores y diversos aditivos y modificadores, se cargan al reactor con chaqueta de calefaccin, se calientan para iniciar la reaccin exotrmica; para controlar la temperatura se cambia la calefaccin por agua de refrigeracin. Se mezcla hasta que se separe en dos fases: una capa de resma pesada viscosa y otra acuosa. Aqu se aplica vaco y se eleva la temperatura para extraer el agua. La resma fundida se extrae a un depsito donde se solidifica al enfriarse. El proceso de obtencin de las resinas fenlicas se pueden apreciar en el diagrama 16.8.

Diagrama 16. 8 Proceso de Produccin de Resinas Fenlicas

16.2.1.9 Resinas varias

Estas resinas no tiene relacin qumica alguna entre s pero se caracterizan por su bajo volumen de produccin. Se incluyen los poliuretanos, epxidos, acetal policarbonatados, silicona nylon 6 y cumaronaindeno. Varias de estas resinas no generan residuos acuosos.

16.2.2 Procesos de Polimerizacin

Los procesos de polimerizacin fueron divididos por Flory (1953) y Carothers (1940) en dos grupos conocidos como: polimerizacin de condensacin y de adicin o en una terminologa mas precisa, reaccin por etapas y de reaccin en cadena.

La polimerizacin de condensacin o de reaccin por etapas, es por completo anlogo a la condensacin de los compuestos de bajo peso molecular. En la formacin del polmero, la condensacin tiene lugar entre dos molculas polifuncionales, para producir una molcula polifuncional mayor, con la posible eliminacin de una molcula pequea como el agua. La reaccin continua hasta que casi la totalidad de uno de los reactivos ha sido utilizado, se establece un equilibrio que puede desplazarse a voluntad a altas temperaturas, controlando las cantidades de los reactivos y productos.

La polimerizacin de adicin en cadena, implica reacciones en cadena, en la que el portador de la cadena puede ser un in con un electrn desapareado llamado "radical libre", el mismo que se forma usualmente por la descomposicin de un material relativamente inestable llamado iniciador. El radical libre es capaz de reaccionar para abrir el doble enlace de un monmero de vinilo y adicionarlo a l, quedando un electrn desapareado en un tiempo muy breve.

Con algunas excepciones, los polmeros formados por reacciones en cadena contienen solamente tomos de carbono en la cadena principal (polmeros de homocadena), mientras que los polmeros obtenidos por reacciones escalonadas pueden tener otros tomos, cuyo origen esta en los grupos funcionales del monmero como parte de la cadena (polmero heterocadena).

16.2.2.1 Polimerizacin Por Suspensin

En una polimerizacin por suspensin tpica se aade una cantidad conocida de agua desmineralizada junto con los ingredientes, como son: el iniciador, soluciones buffer de suspensin y agentes de suspensin; posteriormente el reactor se sella y se realiza vaco para, en ese momento, agregar el monmero (VCM).

El reactor se calienta hasta la temperatura de polimerizacin, la cual depender del peso molecular del polmero a obtener, empezando al dar inicio la descomposicin del iniciador. El calor de polimerizacin es tirado y la presin del sistema comienza a disminuir a medida que el equilibrio de las fases VCM 1 PVC comienza a decaer y el contenido de PVC aumenta.

El monmero que no reaccion de la lechada del polmero mediante despojamiento por vapor y luego se comprime, condensa y recicla con VCM fresco para ser utilizado en nuevas cargas. La lechada de polmero se almacena en tanques de mezcla, de los cuales se alimenta a la centrfuga para separar los slidos del secado.

16.2.2.2 Polimerizacin en Masa

El proceso de polimerizacin en masa puede ser visto como un proceso de suspensin sin agua. Como tal, el proceso de polimerizacin exhibe algunas caractersticas que simplifican la manufactura de la resma. No existe agua en el reactor de polimerizacin y como consecuencia de esto, puede ser ms pequeo, los sistemas de calentamiento y refrigeracin para el control de temperatura del proceso pueden serlo tambin. Por otro lado, no hay agua que remover de la resina.

La polimerizacin en masa se lleva a cabo en dos etapas; aproximadamente la mitad de la carga de monmero se polimeriza en un primer reactor hasta una conversin del 10 %, a alta temperatura y un tiempo muy corto. El contenido del primer reactor se bombea hacia reactores junto a la carga del monmero restante y el iniciador adicional, en estos la polimerizacin se lleva a su trmino a aproximadamente un 80% de conversin y en alrededor de 3 a 5 horas dependiendo de la temperatura. El utilizar altos niveles de conversin, se reduce la porosidad y conduce a la formacin de una estructura granular fuertemente integrada.

16.2.2.3 Policloruro de Vinilo (PVC)

Debido al elevado punto de reblandecimiento y la tendencia a la descomposicin trmica del PVC lo hacen inadecuado como material de moldeo, excepto cuando est plastificado. Por esta razn se copolimeriza ordinariamente con el acetato de vinilo o cloruro de vinilideno que en pequeas cantidades se utilizan casi invariablemente en la preparacin de productos para el modelo de piezas rgidas. Los polvos de moldeo se suministran para el moldeo por compresin, inyeccin y expulsin.

La estabilidad dimensional de las piezas moldeadas a partir de estos plsticos es mejor porque presentan excelentes caractersticas como resistencia a la humedad, no inflamabilidad y resistencia a los cidos (excepto el amonaco), hidrocarburos y alcoholes alifticos.

El PVC y los copolmeros que contienen cantidades muy pequeas de acetato de vinilo o cloruro de vinilideno, pueden mezclarse con ciertos lquidos de alto punto de ebullicin (Fosfato de tritresilo) en todas las proporciones, variando los productos al aumentar el contenido de plastificantes, desde slidos rgidos hasta geles blandos cuando la composicin es de unos 45 a 65 partes en peso de plastificantes por cada 100 de resina.

16.3PLASTICOS

Cientficamente un plstico tal como define el comit 20 del ASTM es "un material que contiene como ingrediente esencial una sustancia orgnica de gran peso molecular, slido en su estado terminado y que en alguna etapa de su fabricacin o procesamiento a artculo terminado es moldeado por su fluidez". Pero que mientras es procesada se le ablanda mediante la aplicacin simultnea de calor, presin y trabajo mecnico para darle formas tales como recipientes, autopartes, tuberas, accesorios, etc.

16.3.1 Insumos para Plsticos

16.3.1.1Plastificantes

Cuando se usa un material como el elemento plastificante, se le considera un plastificante primario. Los materiales que pudiesen exudar cuando se les usa de sta manera, son considerados como plastificantes secundarios.

A. Plastificantes Primarios

Estos son compatibles con resinas en cualquier proporcin y puede ser el nico plastificante presente; no emigra el producto final y no presenta problema de estabilidad trmica. Los plastificantes primarios son principalmente steres, los ms usados son los steres de los cidos ftlicos, fosfricos, adiposo, sebcico, azelico y cido grasas.

B. Plastificantes Secundarios

Son relativamente insolubles en las resinas y tienen un limitado rango de compatibilidad. Se emplean en unin con los plastificantes primarios, ya sea como diluyentes o para dar al producto propiedades especficas, tales como, estabilidad al fro y reduccin a la inflamabilidad. Usualmente, los plastificantes secundarios son aadidos a un compuesto de vinilo, para reducir el costo.

Los plastificantes secundarios son hidrocarburos alifticos, aromticos o tambin las parafinas doradas. Con excepcin de las parafinas doradas, la mayora de los plastificantes secundarios no presentan problemas de estabilidad trmica.

En el caso de las parafinas doradas, se obtiene una mejora en la estabilidad trmica aumentando el contenido de plastificantes epxidas al compuesto. Muchos plastificantes secundarios (excepto las parafinas doradas) se van a decolorar a la exposicin ante la luz ultravioleta, en consecuencia al elegir un plastificante hay que asegurarse de que no vaya a causar una decoloracin objetable a la exposicin de la luz.

Cuadro 16.3 Plastificantes Comerciales para PVC

PLASTIFICANTESDOPTIPO

Di octil ftalatoTCPPrimario

Fosfato tritresiloTCPPrimario

Di Butil ftalatoDBPPrimario

Di iso butil adipatoDIBAPrimario

Di iso octal ftalatoDIOPSecundario

Di octil adipatoDOASecundario

Di octil sebacatoDOSSecundario

Di metil ftalatoDMPSecundario

Di isodecilo ftalatoDIDPSecundario

Fuente: Revista de Plastificante de PVC, de Carboqumico S.A.

C. Plastificantes de AyudaEntre los plastificantes de ayuda en el procesamiento de un compuesto de vinilo tenemos a los epxidos y los polmeros.

Plastificantes Epoxi

En los aos recientes, los plastificantes epxidos (que son triglicridos epoxidados, disteres o mono steres) han sido reconocidos como parte necesario de la mayora de las formulaciones de Vinilo. Todos los plastificantes epoxi aumentarn marcadamente la estabilidad trmica y a la luz.

Plastificantes Polimricos.

Son usados en los compuestos de vinilo en los que la permanencia del plastificante (baja volatilidad y baja migracin) y la resistencia a marcharse, son necesarios. Estos plastificantes polimricos son correctamente polisteres de cido alifticos, dibsicos y glicoles.

16.3.1.2 Lubricantes

Un lubricante para plsticos puede ser definido como un aditivo usado principalmente para proveer propiedades reolgicas al polmero; trabajan reduciendo la viscosidad a la temperatura de proceso o por reduccin de la friccin entre el polmero y la superficie metlica de la maquinaria de proceso. Pueden realmente incrementar la viscosidad, el cul generar ms calor bajo cortas condiciones resultando una aparente cada de la viscosidad; tambin pueden prolongar la fusin de la resma para que ocurra una mayor longitud de tiempo sobre el tornillo.

Solo la diferencia bsica entre lubricantes y auxiliares de proceso es un aditivo polmerico mientras que un lubricante tiene una cadena corta, y est basado sobre cidos grasos o ceras parafnicas. Un lubricante puede optimizar las propiedades fsicas inherentes a un polmero para mejorar la fluidez y reducir la degradacin, pero a mayor nivel resulta marcada degradacin de las propiedades fsicas.

16.3.1.3 Cargas o Rellenos

Las cargas o rellenos se emplean frecuentemente para modificar las propiedades de las resinas y tambin para reducir su costo. Estas cargas se emplean en la transformacin del PVC blando en mayor medida que en las del PVC duro.

Los tipos de cargas o rellenos ms utilizados son el carbonato de calcio, talco y carbonato de calcio tratado con cido esterico.

La adicin de rellenos, da los compuestos de PVC rgido; hay indicios de un aumento de resistencia al impacto y rigidez, no exhibe un efecto perjudicial sobre la estabilidad trmica.

En el cuadro 16.4 se podrn ver las principales especificaciones tcnicas.

Cuadro 16.4 Especificaciones Tcnicas del Carbonato de Calcio

ESPECIFICACIONESUNIDADVALOR

AparienciaPolvo Blanco

CaCO3%96,00 mnimo

Humedad%0,20

Densidad Aparentegr / ml0,86

Peso especfico2,72

Tamao de Partcula%Pasa malla 325 99,8 mximo

Fuente: Hoja Tcnica Ca. Minera Agregados CaIcreos S.A.

16.3.1.4 Pigmentos

Muchos plsticos son producidos comercialmente en forma coloreada transparente, opaca o pintada. En muchos casos el tipo de colorante o pigmento usado es interesante conocerlo.

Los pigmentos para la coloracin de PVC deben poseer una buena estabilidad a la luz y al calor, excelente dispersabilidad y una gran resistencia a la migracin. Algunos de los pigmentos orgnicos de uso comn, son el negro humo, los azules de ultramar, tambin verdes, los amarillos y los rojos que toman sus nombres segn el laboratorio que los distribuye, los pigmentos inorgnicos comunes a los compuestos de PVC, incluyen los verdes de xido de cromo, los pardos de xido de hierro, el dixido de titanio.

A. Pigmentos Orgnicos

Algunos de estos pigmentos tienden a cambiar de color durante el procesamiento. Este cambio probablemente se deba a la sensibilidad de stos pigmentos a los ambientes cidos que se desarrollan bajo condiciones normales de procesamiento. El cambio puede ocurrir an cuando el compuesto que obtiene este pigmento est adecuadamente estabilizado.

El negro de humo juega un rol importante en la pigmentacin de PVC en formulaciones para tuberas, accesorios y otros.

B. Pigmentos Inorgnicos

Uno de stos es el dixido de titanio que puede presentar problema de estabilidad dependiendo del tipo empleado. El Rutilo TiO2 no tiene efectos adversos para la estabilidad trmica y generalmente es el que se prefiere. El uso de Anatasa TiO2, por otro lado, va a rendir un compuesto ms blanco inicialmente, pero resulta en un compuesto de Vinilo que desarrolla un fundido rosceo durante el procesamiento prolongado.

El grado del TiO2 es tambin crtico con respecto a las caractersticas de envejecimiento de cielo abierto. Algunos de los tipos de Anatase exhiben una estabilidad a la luz ms pobre que la de los Rutilos cuando se las compara.

Las especificaciones Tcnicas del pigmento de negro de humo se muestra en el cuadro 16.5.

Cuadro 16.5 Especificaciones Tcnicas del Negro de Humo

ESPECIFICACIONESUNIDADVALOR

AparienciaPolvo Negro

Humedad%2,5 mx.

Cenizas%1,0 mx.

Densidad AparenteKg / m3385,0 mximo

Tamao de Partcula%Pasa malla 325 99,0 mx.

Fuente : Revista de PETROPERU

16.3.2Clases de Plsticos

16.3.2.1 Termoestables

Son llamados tambin termofraguantes cuyas deformaciones son irreversibles bajo la accin trmica convirtindose de un material fusible y soluble a otro no fusible o insoluble.

Durante la accin trmica se producen reacciones que alteran a gran escala la estructura molecular provocando la formacin de estructuras tridimensionales o reticulares adquiriendo as el polmero estabilidad trmica, dimensional y una dureza cristalina debido a esta reaccin.

No reciclables; un nuevo aumento de la temperatura con lleva a flujos qumicos acompaados de degradaciones de las estructuras macromoleculares.

Las sustancias que componen este grupo de forman condensacin y entre ellas se incluyen las resinas fenol formaldehdo, rea - formaldehdo, melanina - formaldehdo.

16.3.2.2 Termoplsticos

Son aquellos que sufren deformaciones reversibles cuando son sometidos al calor y la temperatura volvindose fluidos, bajo la accin de sta, la presin y adquiriendo dureza o estabilidad dimensional al enfriarse.

Las estructuras qumicas no sufren alteraciones considerables siendo reblandecidos y vueltos a moldearse.

Este grupo comprende todas aquellas sustancias originadas normalmente por polimerizacin y ciertas materias naturales. Los materiales ms importantes son:

Policloruro de Vinilo (PVC)

Polietileno (PE)

Acrilonitrilo - butadieno - estireno (ABS)

Poliestireno

Derivados de cido acrlico, steres de celulosa, etc.

16.4 PROCEDIMIENTO DE FABRICACIN DE PLSTICO

16.4.1Preparacin y Propiedades del DRY BLENDS de PVC

Las opiniones y consideraciones que de aqu se hacen se aplican tanto a las formulaciones flexibles como a las rgidas de PVC y se dan en trminos generales y no especficamente relacionados con alguna formulacin particular.

La produccin de un dry blends (DB) resulta de la aplicacin del esfuerzo cortante y calor de una mezcla de polmeros aditivos, los aditivos son absorbidos por el polmero ablandndolo. Tambin se producen algunas otras modificaciones en las propiedades, tales como el incremento de la densidad aparente, la prdida de humedad y una mejora en la fluidez del polvo.

Una aplicacin mayor de esfuerzo cortante y calor origina un mayor incremento de la densidad aparente que puede ser seguida de aglomeracin y finalmente por una gelacin completa. Esto debe diferenciarse con el trmino mezcla fra "cold blend", a veces llamada pre-mezcla, donde los aditivos son distribuidos sobre la superficie del polmero sin la aplicacin de calor y bsicamente el estado general batch permanece inalterado.

16.4.1.1 Mezcladores de Alta Velocidad

Habiendo descrito algunas desventajas y problemas de DB de PVC producido, mezclado a baja velocidad, es necesario considerar el equipo indispensable para la mezcla a alta velocidad. Estas unidades son usualmente de forma cilndrica con una altura aproximada igual al dimetro. El motor o impulsor de mezcla est colocado lo ms cerca posible de la base del tanque del mezclador. El equipo es impulsado por el motor elctrico el que, en las unidades ms pequeas, es usualmente de velocidad variable.

La mayora de estos equipos son similares en su diseo bsico aunque con pequeas variaciones, que generalmente se relacionan con la forma del impulsor.

Las vlvulas de descarga usualmente se operan neumticamente (si fuera necesario tambin puede operarse manualmente) perfectamente ajustadas al interior del recipiente y usualmente con facilidades para su limpieza.

Es indispensable que este recipiente tenga forma apropiada y est altamente pulido para que el material circule en forma efectiva e interrumpida.

16.4.1.2 Principios Generales de Operacin

Cuando el impulsador entra en funcionamiento, el material dentro del recipiente es forzado hacia arriba y luego cae en cascada, creando un efecto de remolino sobre el eje central. Se produce una agitacin violenta, el cual tiene dos efectos: primero, por efecto del remolino central, ingresa aire dentro de la mezcla de polvo de modo que toda la masa se fluidiza y tiende a fluir como si fuera un liquido; y el segundo efecto y quizs el ms importante, se producen fricciones entre las partculas, el impulsor y la pared del recipiente. Estas fricciones producen calor, el cual es absolutamente esencial para el proceso. El cambio de estado, cuando todo el plastificante y los aditivos son completamente absorbidos solo puede ocurrir con aplicacin de calor, y por consiguiente la generacin de calor por friccin es la clave del proceso. Una medida til de la eficiencia de determinado equipo es su capacidad de transformar la energa mecnica en calor.

16.4.1.3 Mtodo y Procedimiento para una Formulacin DB Rgido de PVC

El objetivo para el procedimiento ms comn es la siguiente: se carga el polmero, junto con los estabilizantes, pigmentos, y otros aditivos slidos y se agitan a baja velocidad para homogenizar la mezcla. Luego se pasa a alta velocidad para subir la temperatura a 120 140C. Un punto que vale anotar es aproximadamente 20C debajo de la temperatura final se aade el lubricante el cual no va en la carga inicial para aumentar la friccin de las partculas, y as incrementar la velocidad de calentamiento.

Cuando se ha alcanzado la temperatura final de descarga al mezclador enfriador y se enfra hasta un nivel aceptable: los tiempos de los ciclos de las mezclas de PVC rgido, durante el cual se elimina la humedad y se funden los estabilizantes y lubricantes, y se distribuyen uniformemente por todo el sistema. El ciclo de enfriamiento requiere un tiempo enfriamiento similar o menor.

16.4.1.4 Propiedades y Condiciones del DRY BLEND

Cuando se considera la densidad aparente de una mezcla polimrica, se observa que existe un incremento de la densidad al incrementarse la temperatura de descarga, aunque esto pueda variar considerablemente de un polmero a otro. Se deduce que esta propiedad puede estar relacionada directamente con el rendimiento de los extrusores, y que el rendimiento de los extrusores de doble tornillo son directamente proporcionales a la densidad aparente del DB.

El desarrollo de color debido a la prdida de cido clorhdrico es un fenmeno muy importante, en las formulaciones rgidas se ha observado que encima de temperaturas de 140C existe marcada tendencia a desarrollar un color rosado y a mayores temperaturas, como de 170 a 1800C se desarrolla una coloracin rosado-pardo muy definida, siendo sta un ndice del desprendimiento de cido clorhdrico.

Finalmente, la seleccin de la temperatura de descarga tiene un efecto de consideracin en el consumo de energa del mezclador calentador y esta observacin de la potencia puede ser un mtodo de control alternativo. Durante las primeras etapas del ciclo de mezclado, aproximadamente a 500C existe una ligera disminucin en el consumo de energa en el motor (atribuible al efecto de dispersin del lubricante) y luego el consumo de energa comienza a subir.

En el PVC rgido esta subida tiene lugar entre los 80 y 1200C, segn el polmero. Con formulaciones ms flexibles de PVC, la subida inicial ocurre a temperaturas ligeramente ms bajas y seguida por una mxima, que indica el punto de la absorcin de todo el plastificante. Despus de esto la mezcla alcanza la fluidez necesaria y el consumo de energa comienza a declinar.

16.4.2Extrusin

El PVC se viene usando de una manera creciente en un vasto campo de aplicaciones. Un ejemplo importante de ello es la industria de la construccin en donde se consumen grandes volmenes de este material. La aplicacin de tuberas de PVC ha sido el uso ms comn hasta ahora y la tasa de crecimiento del uso de este producto se estima que se mantendr por algunos aos ms. Sin embargo, existen otros usos con gran potencial de desarrollo entre los que se pueden mencionar a las planchas corrugadas para techos, botellas, secciones decorativas, etc.

Estos productos deben su xito principalmente a su bajo costo, muy competitivo con productos tradicionales, su excelente resistencia a la corrosin y buena apariencia. Adems se les puede conseguir en una diversidad de colores y requieren un mantenimiento mnimo.

Tambin permiten una fcil instalacin ya que son livianos, tienen facilidad de acoplamiento y son ligeramente flexibles. Todo ello contribuye a que tengan un significativo menor costo incluyendo instalacin en tems (artculos) de uso domstico como duchas y sistemas de agua principales que trabajan bajo presin.

El crecimiento del mercado de productos de extrusin de PVC ha contribuido a una mayor demanda de maquinaria y materiales empleados en su fabricacin.

16.4.2.1 Principios de Extrusin

La eleccin del tipo de extrusoras y su diseo deben ser considerados cuidadosamente. Una extrusora consiste principalmente de un cilindro con capacidad de calentamiento capaz de llevar el material a temperaturas superiores a su punto de fusin. Dentro del cilindro rotan uno o ms tornillos a lo largo y en forma paralela a su eje.

El material que puede ser polvo o granulado, se alimenta desde una tolva y es arrastrado a lo largo del cilindro por la rotacin de los tornillos. El propsito es el de ablandar y mezclar el PVC a tal punto que se funda homogneamente y deje el husillo para formar en cabezal y dado un producto terminado con buenas propiedades fsicas y buena apariencia.

El tornillo deber considerrsele como si fuera hecho de tres zonas, primero la de alimentacin, seguida por la zona de fusin, terminado con la zona de salida o de! cabezal. El tornillo no puede fsicamente dividirse en esas tres zonas, pero el proceso de extrusin del PVC es entendido y comprendido mejor si se toman en cuenta estas tres partes. Las condiciones de extrusin tales como temperatura, velocidad de rotacin del tornillo y ritmo de alimentacin se escogen de tal manera que se cumplan las siguientes funciones:

A. Zona de Alimentacin

En esta zona, mientras el material mantiene su forma fsica original, es calentado tan uniformemente como sus propiedades de flujo y transferencia de calor lo permitan. El mayor intercambio de calor se realiza directamente desde el cilindro ya que las partculas o grnulos del material estn relativamente sueltos en esta etapa.

Al ir avanzando en material a lo largo del husillo es compactado y sujeto cada vez ms a una mayor presin, creada por el material que no ha pasado por el orificio de salida de tal forma que se desarrolla calor producto de la friccin interna.

B. Zona de Fusin

Conforme va en aumento el calor, producto de la friccin interna, el material comienza a fundirse en la zona de fusin. La fusin se realizar primero entre el rea cerca a la superficie del cilindro y el rea de cresta de empuje del tomillo En estas reas, el calor de friccin y 13 transferencia de calor son mayores. La zona de fusin alcanza varios pasos del tornillo hasta donde todo el material est fundido. Se cuenta con caractersticas peculiares de fusin en extrusoras grandes con crestas altas en sus tornillos o en condiciones de poca presin inversa.

C. Zona de salida

Debido a que la fusin se va alcanzando de una manera diferencial poco a poco, es deseable una homogeneizacin posterior a la zona de fusin. Esta se logra en las pocas crestas del husillo que se encuentra al final del mismo antes de llegar al orificio de salida.

16.5BIBLIOGRAFA

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