POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD (PEBD)

1. Definicin

El polietileno de baja densidad o PEBD (LDPE en ingls) es un

polmero de cadena ramificada, por lo que su densidad es ms baja.

Los objetos fabricados con LDPE se identifican, en el sistema de

identificacin americano SPI (Society of the Plastics Industry), con el siguiente smbolo en la parte inferior o posterior:

2. Propiedades

El polietileno de baja densidad es un termoplstico comercial, semicristalino (un 50% tpicamente), transparente y ms bien

blanquecino, flexible, liviano, impermeable, inerte (al contenido), no

txico, tenaz (incluso a temperaturas bajas), con poca estabilidad dimensional, pero fcil procesamiento y de bajo coste.

Adems posee excelentes propiedades elctricas (buen aislante elctrico) pero una resistencia a las temperaturas dbil. Su resistencia

qumica tambin es muy buena pero es propenso al agrietamiento bajo carga ambiental. Su resistencia a los rayos UV es mediocre y tiene

propiedades de proteccin dbiles, salvo con el agua. Buena dureza y resistente al impacto en bajas temperaturas.

Aunque vamos a poder resumir todas las principales propiedades en una serie de tablas que se muestran a continuacin.

PROPIEDADES ELCTRICAS

Constante dielctrica a 1MHz 2,2-2,35

Factor de disipacin a 1MHz 1-10 X 10-4

Resistencia dielctrica (KV mm-1) 27

Resistencia superficial (ohm/sq) 1013

Resistencia de volumen (ohm cm) 1015-1018

PROPIEDADES FSICAS

Absorcin de agua en 24h (%) < 0,015

Densidad (g/cm3) 0,915-0,935

ndice refractivo 1,51

Resistencia a la radiacin Aceptable

Resistencia al ultra-violeta Mala

Coeficiente de expansin lineal (K-1) 1,7 x 10-4

Grado de cristalinidad (%) 40-50

PROPIEDADES MECNICAS

Mdulo elstico E (N/mm2) 200

Coeficiente de friccin -

Mdulo de traccin (GPa) 0,1-0,3

Relacin de Poisson -

Resistencia a traccin (MPa) 5-25

Esfuerzo de rotura (N/mm2) 8-10

Elongacin a ruptura (%) 20

PROPIEDADES TRMICAS

Calor especfico (J K-1

Kg-1

) 1900-2300

Coeficiente de expansin (x 106 K

-1) 100-200

Conductividad trmica a 23 C (W/mK) 0,33

Temperatura mxima de utilizacin (C)

50-90

Temperatura de reblandecimiento (C) 110

Temperatura de cristalizacin (C) 105-110

Temperatura mnima de utilizacin (C) -60

RESISTENCIA QUMICA

cidos-concentrados Buena-Aceptable

cidos-diluidos Buena

Alcals Buena

Alcoholes Buena

Cetonas Buena-Aceptable

Grasas y Aceites Buena-Aceptable

Halgenos Aceptable-Buena

Hidro-carbonios halgenos Aceptable-Buena

Hidrocarburos aromticos Aceptable-Buena

3. Obtencin

El polietileno de baja densidad se produce por medio de una polimerizacin vinlica por radicales libres, que es un proceso de

polimerizacin a altas presiones (desde 103 a 345 MPa) y a altas temperaturas (desde 150 a 300 C).

El proceso de polimerizacin conlleva tres pasos bsicos: iniciacin, propagacin y terminacin.

1. La iniciacin: requiere de un iniciador, usualmente un perxido, que se descompone tcnicamente en radicales libres (ecuacin 1), los

cuales reaccionan con el etileno (ecuacin 2)

iniciador (R)2 -> 2R' (ecuacin 1)

R1 + CH2CH2 -> RCH2CH2' (ecuacin 2)

2. La propagacin: ocurre a medida que prosigue la reaccin (ecuacin 3)

RCH2CH2' + CH2CH2 -> RCH2CH2CH2CH2' (ecuacin 3)

3. La terminacin de una cadena en crecimiento: ocurre cuando se combinan dos grupos de radicales libres (ecuacin 4) o cuando un

radical hidrgeno se transfiere de una cadena a otra (ecuacin 5).

RCH2CH2' + 'CH2CH2R -> RCH2CH2-CH2CH2R (ecuacin 4)

RCH2CH2' + 'CH2CH2R -> RCH2CH3 + RCHCH2 (ecuacin 5)

En cuanto a los mtodos comerciales de produccin del LDPE, se

utilizan dos: en autoclave y en tubo.

- El proceso en autoclave emplea un reactor autoclave con agitacin

y flujo continuo con una relacin L/D que va de 2:1 a 20:1. El reactor puede estar dividido por bastidores a fin de formar una serie de zonas

de reaccin bien agitadas. El proceso en autoclave puede producir resinas de LDPE con un amplio intervalo de distribuciones de pesos

moleculares.

- En el proceso tubular, el reactor consiste en un tubo largo con

relaciones L/D mayores que 12000:1. Debido a que no hay agitacin

mecnica, la operacin continua puede producir un flujo tapn. Aqu, la distribucin de pesos moleculares generalmente est entre los extremos

conseguibles mediante el autoclave.

En ambos procesos, los separadores descendentes del reactor

operan a presiones ms bajas, separando el etileno que no reaccion del polmero. Slo de un 10 a un 30% del etileno es convertido en

polietileno por paso a travs del reactor. Del separador, se extruye el polietileno fundido a travs de una nodulizadora sumergida en agua

para formar grnulos o "pellets". stos son secados y almacenados en silos hasta que son cargados en vagones de ferrocarril, cajas o bolsas.

Conozcamos el Polietileno de Alta Densidad

El polietileno de alta densidad es un polmero de la familia

de los polmeros olefnicos (como el polipropileno), o de los polietilenos. Su

frmula es (ch2=ch2). Es un polmero termoplstico conformado por unidades

repetitivas de etileno. Se designa como HDPE (por sus siglas en ingls, High

Density Polyethylene) o PEAD (polietileno de alta densidad). Este material se

utiliza, entre otras cosas, para la elaboracin de envases plsticos desechables.

Polimerizacin: El polietileno de alta densidad es un polmero de adicin, conformado por unidades repetitivas de etileno. En el proceso de polimerizacin, se emplean catalizadores tipo Ziegler-Natta, y el Etileno es polimerizado a bajas presiones, mediante radicales libres. Estructura qumica: El polietileno de alta densidad es un polmero cuya estructura es lineal, sin ramificaciones. Caractersticas del polietileno de alta densidad:

El polietileno de alta densidad es un polmero que se caracteriza por:

Excelente resistencia trmica y qumica.

Muy buena resistencia al impacto.

Es slido, incoloro, translcido, casi opaco.

Muy buena procesabilidad, es decir, se puede procesar por los mtodos de

conformado empleados para los termoplsticos, como inyeccin y extrusin.

Es flexible, an a bajas temperaturas.

Es tenaz.

Es ms rgido que el polietileno de baja densidad.

Presenta dificultades para imprimir, pintar o pegar sobre l.

Es muy ligero.

Su densidad es igual o menor a 0.952 g/cm3.

No es atacado por los cidos, resistente al agua a 100 C y a la mayora de los

disolventes ordinarios. Procesos de conformado: Se puede procesar por los mtodos de conformado empleados para los termoplsticos, como son: moldeo por inyeccin, rotomoldeo , extrusin y compresin. Algunas de sus aplicaciones son:

Envases de alimentos, detergentes, y otros productos qumicos.

Artculos para el hogar.

Juguetes.

Acetbulos de prtesis femorales de caderas.

Dispositivos protectores (cascos, rodilleras, coderas...).

Impermeabilizacin de terrenos (vertederos, piscinas, estanques, pilas dinmicas

en la gran minera).

Empaques para partes automotrices.

Charolas (trays)termoformados con la forma geomtrica de la parte a contener.

Tarimas.

ush (Pallets). Mezclas polimricas: El polietileno de alta densidad se puede copolimerizar con propileno. Algunas de sus aplicaciones son: Bolsas plsticas. Envases de alimentos, detergentes, y otros productos qumicos. Artculos para el hogar. Juguetes. Acetbulos de prtesis femorales de caderas. Dispositivos protectores (cascos, rodilleras, coderas...). Impermeabilizacin de terrenos (vertederos, piscinas, estanques, pilas dinmicas en la gran minera). Empaques para partes automotrices. Charolas

(trays)termoformados con la forma geomtrica de la parte a contener. Tarimas. ush (Pallets). coladeras ( actualmente estan haciendo esto)

El polietileno de alta densidad (hdpe) El polietileno de alta densidad (hdpe) se

produce normalmente con un peso molecular que se encuentra en el rango

entre 200.000 y 500.000, pero puede ser mayor. Es un polmero de cadena

lineal no ramificada. Es ms duro, fuerte y un poco ms pesado que el de baja

densidad, pero es menos dctil. El polietileno con peso molecular entre

3.000.000 y 6.000.000 es el que se denomina UHMWPE (Ultra High Molecular

Weight Polyethylene). Con este material se producen fibras, tan fuertes, que

pueden utilizarse para fabricar chalecos a prueba de balas. Para conocer mejor

el HDPE, podemos ver un poco de su historia, sus propiedades, sus aplicaciones

y su proceso de obtencin.

El polietileno (pe) es un polimero resultado de la polimerizacin del etileno. Es

posiblemente el plstico ms popular del mundo. Comunmente se distinguen dos

tipos, el de baja densidad y el de alta densidad, que es el que vamos a estudiar.

Aunque tambin, ms detalladamente, los Polietilenos se pueden clasificar en

base a su densidad (de acuerdo al cdigo ASTM) como:

Polietileno de Baja Densidad (PEBD o LDPE)

Polietileno Lineal de Baja Densidad (PELBD o LLDPE)

Polietileno de Alta Densidad (PEAD o HDPE)

Polietileno de Alta Densidad Alto Peso Molecular (HMW-HDPE)

Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (UHMWPE)

Propiedades

Estructura Qumica:El anlisis del polietileno (C, 85.7%; H, 14.3%) corresponde a la frmula emprica (CH2)n resultante de la polimerizacin por

adicin del etileno.

Cristalinidad: Es cristalino en ms de un 90%

Temperatura de transicin vtrea: Tiene 2 valores, a -30C y a -80 C

Punto de fusin: 135C Esto le hace resistente al agua en ebullicin

Rango de temperaturas de trabajo: Desde -100C hasta +120C

Propiedades pticas: Debido a su alta densidad es opaco.

Densidad: Inferior a la del agua; valores entre 945 y 960 kg por m3

Viscosidad: Elevada. ndice de fluidez menor de 1g/10min, a 190C y 16kg de tensin

Flexibilidad: Comparativamente, es ms flexible que el polipropileno

Resistencia Qumica: Excelente frente a cidos, bases y alcoholes.

Estabilidad Trmica: En ausencia completa de oxgeno, el polietileno es estable hasta 290 C. Entre 290 y 350 C, se descompone y da polmeros de peso

molecular ms bajo, que son normalmente termoplsticos o ceras, pero se

produce poco etileno. A temperaturas superiores a 350 C, se producen productos

gaseosos en cantidad creciente, siendo el producto principal el butileno.

Oxidacin del polietileno: En presencia de oxgeno, el polietileno es mucho menos estable. Se produce oxidacin y degradacin de las molculas del

polmero a 50 C, y en presencia de la luz se produce una degradacin incluso a

las temperaturas ordinarias. La oxidacin trmica del polietileno es importante en

el estado fundido, porque influye sobre el comportamiento en los procesos de

tratamiento, y en el estado slido porque fija lmites a ciertos usos.

Efectos de la oxidacin: Los principales son variaciones en el peso molecular que se manifiestan primero por cambios en la viscosidad y, cuando son ms

intensos, por deterioro en la resistencia mecnica, variacin en las propiedades

elctricas, cambio de color ... Una oxidacin intensa, especialmente a

temperaturas elevadas, conduce a la degradacin de la cadena y a la prdida de

productos voltiles y el producto se hace quebradizo y parecido a la cera. El

proceso de la oxidacin es autocataltico; aumenta la rapidez de la oxidacin a

medida que aumenta la cantidad de oxgeno absorbido.

Proteccin frente a la oxidacin trmica: La oxidacin trmica del polietileno puede reducirse o suprimirse durante algn tiempo incorporndole

antioxidantes; en general, stos son los mismos tipos que se usan para el caucho,

y muchos son fenoles o aminas. Al elegir el antioxidante, se prestar atencin a

puntos como la ausencia de color y olor y a la baja volatilidad para evitar

prdidas durante el tratamiento a temperaturas altas.

Oxidacin catalizada por la luz solar: Se tiene tambin aqu una reaccin

autocataltica, como en el caso de la oxidacin trmica. La fotooxidacin produce

coloracin, deterioro en las propiedades fsicas y prdida de resistencia mecnica,

que conduce al agrietamiento y ruptura de las muestras sometidas a tensin. Es

un problema ms grave que la oxidacin trmica, ya que la proteccin no se

consigue con tanta facilidad. Los antioxidantes normales son de poca utilidad y la

proteccin ms satisfactoria se obtiene incorporando aproximadamente 2% de

negro de humo, bien dispersado en el polmero. Conviene insistir en que el

polietileno no protegido no sirve para usos en los cuales estar expuesto a la luz

solar.

Aplicaciones

El HDPE tiene muchas aplicaciones en la industria actual. Ms de la mitad de su

uso es para la fabricacin de recipientes, tapas y cierres; otro gran volumen se

moldea para utensilios domsticos y juguetes; un uso tambin importante que

tiene es para tuberas y conductos. Su uso para empaquetar se ha incrementado

debido a su bajo coste, flexibilidad, durabilidad, su capacidad para resistir el

proceso

de esterilizacin, y resistencia a muchas sustancias qumicas. Entre otros

muchos productos en

los que se utiliza el hdpe, podemos nombrar botes de aceite lubricante

(automocin)

y para disolventes orgnicos, mangos de cutter, depsitos de gasolina, botellas

de leche,

bolsas de plstico y juguetes. Para la fabricacin de artculos huecos, como

botellas, se usa un procedimiento parecido al de soplado del vidrio. Se usan

tambin el moldeo por compresin

y la conformacin de lminas previamente formadas.

Obtencin

La obtencion del HDPE se hace mediante un proceso de polimerizacion Ziegler-

Natta, que es un proceso de polimerizacin cataltica (catalizador de Ziegler-

Natta). Hay tres procesos comerciales importantes usados en la polimerizacin

del HDPE: los procesos en disolucin, en suspensin y en fase gaseosa.

Los catalizadores usados en la fabricacin del HDPE, por lo general, son o del

tipo xido de un metal de transicin o del tipo Ziegler - Natta. En este proceso se

utiliza un solvente el cual disuelve al monmero, al polmero y al iniciador de la

polimerizacin. Al diluir el monmero con el solvente se reduce la velocidad de

polimerizacin y el calor liberado por la reaccin de polimerizacin es absorbido

por el disolvente. Generalmente se puede utilizar benceno o clorobenceno como

solventes. En la polimerizacin en masa se polimeriza slo el monmero, por lo

general en una fase gaseosa o lquida, si bien se realizan tambin algunas

polimerizaciones en estado slido. Esta es una polimerizacin directa de

monmeros en un polmero, en una reaccin en la cual el polmero permanece

soluble en su propio monmero. Adicionalmente, con los catalizadores de

Phillips (tridixo de cromo), se produce HDPE con muy alta densidad, y de

cadenas rectas.

El polietileno

El polietileno (PE) es un material termoplstico blanquecino, de transparente a translcido,

y es frecuentemente fabricado en finas lminas transparentes. Las secciones gruesas son

translcidas y tienen una apariencia de cera. Mediante el uso de colorantes pueden

obtenerse una gran variedad de productos coloreados.

Por la polimerizacin de etileno pueden obtenerse productos con propiedades fsicas muy

variadas. Estos productos tienen en comn la estructura qumica fundamental (-CH2-CH2-

)n, y en general tienen propiedades qumicas de un alcano de peso molecular elevado. Este

tipo de polmero se cre para usarlo como aislamiento elctrico, pero despus ha

encontrado muchas aplicaciones en otros campos, especialmente como pelcula y para

envases.

Tipos de Polietileno

En general hay dos tipos de polietileno:

De baja densidad (LDPE)

De alta densidad (HDPE).

El de baja densidad tiene una estructura de cadena enramada, mientras que el polietileno de

alta densidad tiene esencialmente una estructura de cadena recta.

El polietileno de baja densidad fue producido comercialmente por primera vez en el Reino

Unido en 1939 mediante reactores autoclave ( o tubular) necesitando presiones de 14.500

psi ( 100 Mpa) y una temperatura de unos 300 C. El polietileno de alta densidad fue

producido comercialmente por primera vez en 1956-1959 mediante los proceso de Philips y

Ziegler utilizando un catalizador especial. En estos procesos la presin y temperatura para

la reaccin de conversin del etileno en polietileno fueron considerablemente ms bajas.

Por ejemplo, el proceso Philips opera de 100 a 150 C y 290 a 580 psi ( 2 a 4 MPa) de

presin.

Sobre 1976 se desarroll un nuevo proceso simplificado a baja presin para la produccin

de polietileno, el cual utiliza una presin de 100 a 300 psi ( 0,7 a 2 Mpa) y una temperatura

de unos 100 C. El polietileno producido puede describirse como un polietileno lineal de

baja densidad (LLDPE) y tiene una estructura de cadena lineal con ramificaciones laterales

cortas, inclinadas.

Consideraciones Generales

Los termoplsticos pueden ser ablandados mediante calor repetidas veces y endurecidos

mediante enfriamiento. Las resinas de polietileno son termoplsticas.

Las propiedades de las resinas de polietileno se deben principalmente, sino exclusivamente

a tres propiedades moleculares bsicas: densidad, peso molecular promedio y distribucin

del peso molecular. Estas propiedades bsicas a su vez dependen del tamao, estructura y

uniformidad de la molcula de polietileno. Algunas de las propiedades que hacen del

polietileno una materia prima tan conveniente para miles de artculos manufacturados son ,

entre otras poco peso, flexibilidad, tenacidad, alta resistencia qumica y propiedades

elctricas sobresalientes.

La enorme competencia en el mercado de polietileno ha trado consigo ms trabajos acerca

de la modificacin de polietilenos con propiedades especficas para aplicaciones

determinadas. Son de esperar mejoras en propiedades parejas con determinados usos, a

medida que se comprenda mejor la estructura de los diversos polmeros de polietileno y su

relacin con las propiedades fsicas y qumicas.

Jue, 25/08/2005 - 12:12

Estructura qumica y fsica del polietileno

Polietileno Verde

Propiedades del polietileno

Relacin entre la estructura y las propiedades del polietileno

Usos y aplicaciones del polietileno

Obtencin de Polietileno

Fabricacin de artculos de polietileno

Impacto ambiental del polietileno

Procesos de fabricacin de polmeros sintticos arriba Estructura qumica y fsica del polietileno

Antes de describir las propiedades del polietileno examinemos con algn detalle la

estructura qumica y fsica del polmero.

Estructura qumica

El anlisis del polietileno (C, 85.7%; H, 14.3%) corresponde a la frmula emprica (CH2)n,

resultante de la polimerizacin por adicin del etileno. La estructura de un polietileno tpico

difiere de la de un alcano de cadena recta en que es de cadena ramificada y contiene grupos

olefnicos de tres tipos ( por lo menos). Puede contener tambin otros grupos qumicos

derivados del catalizador usado en su fabricacin o de impurezas en el etileno, pero stas

representan generalmente mucho menos de 0.1% en peso del polmero. La condicin

ramificada de la cadena del polmero influye profundamente en las propiedades fsicas

tanto del polietileno slido como del polietileno fundido. En consecuencia, las propiedades

fsicas que se indican ms adelante se refieren no slo a un intervalo de pesos moleculares,

sino tambin a cierto tipo de polmeros de cadena ramificada. Variando las condiciones en

que se realiza la polimerizacin, es posible variar el grado de ramificacin entre lmites

amplios y producir gran nmero de tipos de polmeros. Como en la mayora de los

polmeros, una muestra normal tiene una distribucin amplia de pesos moleculares, y el

fraccionamiento del polietileno indica que una muestra de un peso molecular medio

numrico de 15000 contiene material de peso molecular inferior a 1000 y tambin superior

a 80000. Por otra parte, el examen infrarrojo de fracciones del polietileno normal muestra

que el nmero de ligaduras dobles por molcula es aproximadamente el mismo para

fracciones de peso molecular elevado y de peso molecular bajo y que la frecuencia de las

cadenas laterales a lo largo de la molcula es independiente del peso molecular de la

fraccin.

Estructura fsica del slido

El carcter ms importante de la estructura fsica del polietileno es la cristalinidad parcial

del slido ( 2,5). Un polietileno no ramificado es casi completamente cristalino y tiene un

punto de fusin relativamente neto. Un polietileno tiene una estructura parcialmente

cristalina, parcialmente amorfa, y muestra un cambio gradual, a medida que aumenta la

temperatura, hasta el estado completamente amorfo fundido. El grado de cristalinidad a

temperaturas ordinarias se determina fcilmente por una medida del peso especfico, y es

aproximadamente 60% para un polietileno normal. Puede hacerse muestras ms o menos

cristalinas, y esta variacin es debida a la variacin en el grado de ramificacin de la

cadena.

Ramificacin de la cadena y cristalinidad

Ramificacin ( CH3 por 100 CH2) Densidad a 20 C Cristalinidad (%)

0 ( polimetileno) 0.99 95

1 0.96 80

2 0.94 72

3 0.92 60

4 0.91 55

De la observacin de la tabla anterior se deduce que al aumentar la ramificacin de la

cadena, disminuye la densidad del polietileno y su grado de cristalinidad.

Varias propiedades son directamente afectadas por la cristalinidad y, en consecuencia por el

grado de ramificacin. Son ejemplo la dureza, el punto de reblandecimiento y el punto de

cedencia por la traccin.

Otras propiedades, como la resistencia a la traccin, la flexibilidad a temperaturas bajas y la

resistencia al choque, son principalmente funciones del peso molecular medio.

El gran nmero de tipos de polietileno es una consecuencia de la extensa variacin en el

peso molecular y en el grado de ramificacin, y por consiguiente en la cristalinidad,

propiedades que varan segn las condiciones de polimerizacin.

Los estudios del modo de cristalizacin del polietileno desde su estado fundido muestran

que la cristalizacin empieza en puntos distribuidos al azar en la masa del material y

prosiguen radialmente hacia afuera con una rapidez que depende de la temperatura a la cual

se produce la cristalizacin.

Polietileno Verde

Por Toms Maqueda

El polietileno es un polmero simple cuya estructura qumica es la cadena repetitiva (CH2-

CH2)n. Es un plstico barato e inerte, cuyas propiedades qumicas son las de un alcano de

alto peso molecular.

Existen dos tipos de polietileno en el mercado: polietileno de alta densidad y polietileno

de baja densidad. Se diferencian en que el primero tiene estructura lineal, con lo cual es

ms rgido y denso, y el segundo tiene estructura ramificada. Esto marca cierta diferencia

en las aplicaciones:

Polietileno de baja densidad Polietileno de alta densidad

Bolsas de todo tipo Bolsas para supermercado

Envases alimenticios Envases de todo tipo

Films Tambores

Pelculas para el agro Rubro automotriz

Tuberas para riego Tuberas

Tambin se suele encontrar un trmino intermedio que es el polietileno de baja densidad

lineal, que siendo lineal posee ramificaciones cortas.

El presente trabajo se basar en el proceso para fabricar polietileno de alta densidad a partir

del etanol (producto de la caa de azcar). El hecho de que la materia prima del proceso sea

etanol, y no gas natural tal como se puede observar en el rbol petroqumico, da el nombre

a este producto de polietileno verde. Esto se debe a que la materia prima es renovable, lo

que le da tambin esa caracterstica al producto, sin esta virtud tener relacin alguna con la

biodegradabilidad del mismo.

El proceso de fabricacin del polietileno verde es reciente y novedoso, a tal punto que una

empresa brasilera denominada Braskem mont la primera planta de este producto en San

Pablo e inici su funcionamiento el 24 de Septiembre del 2010. La inversin total fue de

unos 250 millones de dlares y la capacidad de produccin es de unas 200.000 toneladas al

ao de etileno en la nueva planta, que luego se procesaran en otra unidad para llegar a la

misma capacidad para el producto final.

Propiedades del Polietileno

A continuacin, para profundizar el anlisis de las caractersticas del producto en cuestin,

se puede observar una tabla de propiedades fsicas generales del polietileno slido:

Magnitud Valor

Peso molecular medio 25.000

Viscosidad intrnseca ( en tetranidronaftaleno a 75 C),dlts/gr 1

Punto de Fusin, C 110

Densidad (g/cm3)

a 20 C 0,92

a 50 C 0,9

a 80 C 0,87

a 110 C 0,81

Coeficiente de dilatacin lineal entre 0 y 40 C, por C 0,0002

Aumento de volumen por calentamiento desde 20 a 110 C, 14

Compresibilidad a 20 C, por atm. 5,5 x 10-5

Calor especfico

a 20 C 0,55

a 50 C 0,7

a 80 C 0,9

ndice de refraccin 1,52

Mdulo de Young ( 0-5% de extensin), Kg/cm2 1.600

Resistencia a la traccin a 20 C., Kg/cm2 150

Resistencia al choque ( barra con muesca de 0,5 plg. en cuadro),Kgm 2,07

Dureza Brinell ( bola de 2 mm de dim., 3 Kg 2

Conductividad trmica, cal/ (seg.) (cm2) ( C/cm 0,0007

Alargamiento en la ruptura 500

Se debe tener en cuenta que el peso molecular es un factor importante para establecer estos

nmeros. Muchas de estas propiedades se pueden modificar si se modifica el mismo

(resistencia a la traccin, resistencia al choque, alargamiento en ruptura). Lo mismo sucede

si el material tiene historial trmico.

Sin embargo, esta tabla sirve como base numrica informativa. Se puede observar que el

polietileno es un material traslucido, de peso ligero, resistente, poco conductivo y flexible.

En cuanto a lo que es la solubilidad del polietileno, se podra decir que es prcticamente

insoluble en los disolventes con excepcin de las muestras de peso molecular bajo a menos

de 60C. A altas temperaturas, en cambio, es soluble en lquidos halogenados pero sigue sin

serlo en molculas polares como alcoholes.

La permeabilidad de este material aumenta con la temperatura, pero en trminos generales

es poco permeable al vapor de agua, y ms permeable a vapores orgnicos y al oxgeno.

Una caracterstica que hace interesante al uso de este material es que es reciclable, al igual

que otros termoplsticos:

Un problema importante que se puede presentar en este polmero fundido es la oxidacin,

que se da de dos formas:

Oxidacin trmica: por estar expuesto a altas temperaturas. Oxidacin fotocatalizada: por estar expuesto a la luz solar.

Los efectos y los medios de proteccin se exhiben en la siguiente tabla, siendo el caso de la

oxidacin fotocatalizada ms peligrosa y difcil de proteger que la primera:

Tipos Caractersticas Efectos Proteccin

TRMICA autocatalizada

Variaciones del PM. Variacin de las

propiedades elctricas. Desarrollo de olor

rancio. Cambio de color. Degradacin de la

cadena.

Incorporacin de

antioxidantes.

FOTOCATALIZADA autocatalizada

Coloracin. Deterioro en las propiedades

fsicas. Prdida de resistencia mecnica:

grietas.

Negro de humo:

2%

Origen del Polietileno

Las razones por las cuales surge la idea de utilizar a la caa de azcar como materia prima

son las siguientes:

Alta productividad del cultivo: la caa de azcar es el cultivo con mayor productividad para la elaboracin del etanol, lo que se ve en el siguiente grfico:

El mismo representa cuantas unidades de energa equivalente se forman a partir de una unidad de combustible fsil, siendo 1.4 para los cereales, 2 para la remolacha y 9,3 para la caa de azcar.

La gran superficie cultivable en Brasil: este pas de clima tropical tiene un 22 % de parte cultivable de caa de azcar del mundo, debido a la gran intensidad de precipitaciones que se presenta en estas zonas. De este porcentaje, esta cultivado el 85 %, y se utilizara solo el 5% para el etanol del polietileno verde, lo que representa que hay flexibilidad frente a la posibilidad de un aumento brusco de la demanda.

No provoca deficiencia alimentaria: se suele decir que, en pases con grandes problemas sociales de pobreza como Brasil o Argentina, utilizar a materias primas alimenticias para producir energa es poco tico como proyecto. Sin embargo, una consecuencia evidente de las dos ventajas anteriores es que este cultivo no provoca perjuicios en ese sentido, a diferencia del resto.

Contribuye a la mejora del medio ambiente: el proceso de fabricacin del polietileno verde captura 2-2,5 kg de CO2 por tonelada de producto (debido al balance entre la fotosntesis de la planta y las prdidas del proceso), mientras que de la forma tradicional esta cantidad de CO2 se emite provocando efectos negativos al medio ambiente como efecto invernadero y calentamiento global.

Proceso de obtencin del Polietileno

Hemos visto dos procesos de obtencin del producto en cuestin:

Tradicional ( a partir del gas natural) Sustentable ( a partir de la caa de azcar)

Tradicional:

Para obtener polietileno a partir del gas natural, la primera operacin es la separacin de las

distintas molculas, seguidas por un cracking de las distintas molculas de etano. Dicho

proceso puede ser trmico (por ser sometido a alta temperatura y presin) o cataltico (por

aplicacin de calor y catalizadores)

De esta forma, se obtienen las distintas olefinas: etileno, propileno, butileno, butadieno y

gas de pirlisis.

El polietileno se obtiene finalmente en sus tres formas comerciales por la polimerizacin

del etileno. Este proceso final es similar al del polietileno sustentable y ser ampliado en

esa seccin.

rbol Petroqumico

Sustentable:

La elaboracin del polietileno en forma sustentable tiene los siguientes pasos:

Extraccin de sacarosa de la caa de azcar. Obtencin de etanol a partir del jugo. Deshidratacin de etanol para formar etileno. Polimerizacin del etileno. Conformado de productos finales

Cada uno de estos ser explicado a continuacin con mayor detalle, centrndonos en los

procesos ms industrializados.

1. Extraccin de sacarosa de la caa de azcar:

El proceso se inicia en el campo con las siguientes etapas:

Cosecha: cortado y recoleccin de la caa de azcar. Una vez cortada, se transporta rpidamente a la fbrica en tractores procurando el menor tiempo de permanencia.

Almacenaje en patios: La caa que llega del campo se muestrea para determinar las caractersticas de calidad y el contenido de sacarosa, fibra y nivel de impurezas. Luego se pesa en bsculas y se conduce a los patios donde se almacena temporalmente o se dispone directamente en las mesas de lavado de caa para dirigirla a una banda conductora que alimenta las picadoras.

Trituracin: La caa es picada en mquinas especialmente diseadas para obtener pequeos trozos. Las picadoras son unos ejes colocados sobre los conductores accionados por turbinas, provistos de cuchillas giradoras que cortan los tallos y los convierten en astillas, dndoles un tamao ms uniforme para facilitar as la extraccin del jugo en los molinos.

Molienda: La caa preparada por las picadoras llega a un tndem de molinos, constituido cada uno de ellos por tres o cuatro mazas metlicas y mediante presin extrae el jugo de la caa. Cada molino est equipado con una turbina de alta presin. En el recorrido de la caa por el molino se agrega agua, generalmente caliente, para extraer al mximo la cantidad de sacarosa que contiene el material fibroso. ste proceso de de extraccin es llamado maceracin.

2. Obtencin del etanol a partir del jugo:

Para obtener etanol a partir del jugo, se aplican dos pasos de gran importancia:

Hidrlisis de la sacarosa y fermentacin: en esta etapa, el jugo es arrojado en cubas de fermentacin, donde inicialmente se hace la hidrlisis de la sacarosa con cidos diluidos (HCl) para formar azcares reductores (ms reactivos):

C12H2O11 + H20 C6H1O6 + C6H12O6

Sacarosa Glucosa Fructosa

En las cubas de fermentacin, se agrega tambin una sustancia denominada levadura, que

acta como catalizador para acelerar el proceso de fermentacin. La aceleracin de la

reaccin de fermentacin hace que se libere una gran cantidad de dixido de carbono:

C6H12O6 + C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2

Glucosa Fructosa Etanol

Destilacin: este es el ltimo paso para purificar el etanol. Se utilizan torres de destilacin aprovechando que el etanol tiene punto de ebullicin menor al agua (78 C contra 100 C). La destilacin hace que la pureza del producto crezca de un 60 % a un 95 %.

3. Deshidratacin de etanol para formar etileno:

Un proceso de lecho fluidizado a 300 C se utiliza para esta parte del proceso. Se obtienen

numerosos subproductos como ser teres, aldehdos, acetonas e hidrocarburos superiores

(polimerizados del etileno). El dietil ter ingresa nuevamente al reactor para formar etanol.

La reaccin es endotrmica y absorbe el calor del aire y del catalizador, el cual es necesario

regenerar peridicamente para remover restos de carbono y otros compuestos. El

catalizador por excelencia para este proceso es la almina, pero existen otros como zeolitas,

zeolitas modificadas con metales y agentes supercidos que se utilizan en diferentes

condiciones de reaccin.

La reaccin qumica que ocurre en el Reactor II es la de formacin de una molcula de

agua y de etileno a partir del etanol:

C2H5OH H2O + 2 C2H4

Etanol Etileno

Vemos tambin que la reaccin cataltica formar etileno en un gran porcentaje, debido a

existir regeneracin.

4. Polimerizacin del etileno:

El proceso de polimerizacin del etileno se inicia con una purificacin del etileno para

obtener un producto de mayor calidad. Se limpiaran tanto las impurezas inorgnicas

(compuestos de azufre, xido carbnico, anhdrido carbnico) como las orgnicas (etano,

hidrgeno). Para esta parte se usan lavadores que actan a modo de columnas,

aprovechando el bajo punto de ebullicin de ciertas impurezas para que salgan por arriba.

Los componentes de alto punto de ebullicin salen por la parte inferior de la columna.

Una vez limpio existen tres procesos posibles para polimerizar el etileno:

Gas phase (en fase gaseosa): alimentando etileno gaseoso junto con oxgeno y un catalizador de titanio a un reactor de lecho fluidizado, se obtendrn el producto y el gas, que luego ser separado del polmero.Este es un proceso de baja temperatura, alta presin y que puede utilizar varios catalizadores: Cromo, Zeigler-Natta, Metalocenos.

Slurry (en suspensin): se obtiene polietileno en este caso en un reactor en determinadas condiciones de presin y temperatura (85C), mediante un proceso cataltico utilizando etileno con hidrgeno y buteno en suspensin de hexano. El proceso de polimerizacin es llevado a cabo en un diluyente lquido, en el cual el polmero es insoluble a las P y T de trabajo, y as queda en suspensin. El catalizador utilizado es el Zeigler-Natta y en general a partir de este proceso se obtienen envases.

Solution (en disolucin): utilizado para buscar productos con propiedades especficas, se basa en que el producto se disuelve en un solvente combinado con un catalizador

especfico. Crea polmeros homogneos de molculas uniformes, que se utilizan para embalajes de comida, films industriales, etc. El catalizador ms utilizado en esta ocasin tambin es el Zeigler-Natta.

5. Reciclaje:

Si bien lo conveniente siempre es el ahorro mximo de la materia prima para evitar arrojar

desechos al medio ambiente, existen distintas posibilidades ordenadas por preferencia o

importancia decreciente que son posibles para reciclar el material:

Reutilizacin mecnica: a partir del lavado y la molienda del material utilizado, muchas veces se puede volver a utilizar para producir artculos de menor calidad o que no requieran las propiedades de los materiales fabricados por primera vez.

Recuperacin energtica: las propiedades energticas de los plsticos son comparables con las de los combustibles fsiles, lo que hace que tambin los materiales a reciclar puedan cumplir la funcin de entregar energa.

Reciclado qumico: a travs de reacciones qumicas, se vuelve al estado original del material. La dificultad que enfrenta este tipo de reciclaje es el costo.

Relleno sanitario: si no queda otra opcin, los residuos sern enterrados. Afortunadamente, el polietileno es inerte y no se degrada en perjuicio del medio ambiente.

Productividad de planta de polietileno verde:

Habiendo analizado el ciclo productivo del polietileno verde, es importante conocer en

nmeros el grado de utilizacin de los recursos implicado.

Como se observa en el diagrama anterior, una hectrea de terreno produce 3,08 toneladas

de polietileno verde anuales (MT: measurement ton). Esto significa que para producir las

200.000 toneladas anuales, bastar solo con 65.000 hectreas productoras de caa. Este

nmero es bajo para un pas extensivo como Brasil.

Conclusiones

Brasil presenta excelentes condiciones naturales para la produccin de polietileno verde,

debido a poseer un clima tropical donde tiene muchas regiones de altas precipitaciones

veraniegas y sequas invernales, lo cual es necesario para la cosecha de la caa. Por otro

lado, la produccin de etanol alcanza para abastecer el mercado local y es el principal

exportador a nivel mundial de etanol. Por otro lado, la moneda del pas es estable y la mano

de obra es barata. En esta situacin, Braskem, la compaa petroqumica ms grande de

Amrica Latina (produce ms de un milln de toneladas anuales de polietileno) invierte en

el polietileno verde.

Lamentablemente, la Argentina no presenta condiciones favorables para este tipo de

inversiones en el presente. La materia prima (caa de azcar) slo es cosechable en las

provincias de Tucumn, Salta y Jujuy, y junto con regiones de riego intensivo, se alcanzan

435.000 hectreas cultivables, cuando se requeriran 176.000 hectreas para fabricar la

cantidad de etanol necesario para abastecer a la industria de polietileno nacional,

suponiendo que en su totalidad proviene del polietileno verde. Aparte de esto, a partir del

2010 rige la ley de Biocombustibles, por la cual es obligatorio cortar la Nafta en un 5 %

con bioetanol. Est medida ha creado demanda insatisfecha en este mercado.

A pesar de que no es considerada viable la produccin de polietileno verde en Argentina,

vale la pena aclarar que este avance de la tecnologa proponiendo el reemplazo del gas

natural por materias primas renovables es un gran aporte para el medio ambiente y para la

sustentabilidad de los recursos. Se espera que en un futuro que se empiecen a aplicar

legislaciones favoreciendo la fabricacin de los mismos.

Otra gran novedad es que en el 2.011 se abrir una nueva planta de Dow Chemical de una

capacidad de unas 350.000 toneladas de este producto, habiendo negociado con la firma

Crystalev para llevar a cabo este proyecto.

Bibliografa

http://wikipedia.org

http://procesopolietileno.blogspot.com/

http://www.ciber.gatech.edu/Braskem.pdf

http://www.chemsystems.com/reports/search/docs/toc/0607S11_toc.pdf

http://www.inazucar.gov.do

http://w4.siap.gob.mx/sispro/IndModelos/SP_AG/cazucar/Transformacion_Ind.pdf

http://www.textoscientificos.com/polimeros/polietileno/propiedades

http://www.una.ac.cr/redibec-cisda/ponencias/Energia/Marco.pdf

Monografa HDPE Martn Rosetti

Instituto Petroqumico Argentino (IPA)

Jue, 27/01/2011 - 11:31

Estructura qumica y fsica del polietileno arriba Propiedades del polietileno

Obtencin de Polietileno

Polietileno de alta presin

Para la obtencin del polietileno de alta presin es preciso un etileno muy puro. No

solamente deben eliminarse las impurezas inorgnicas, como los compuestos de azufre, el

xido de carbono, el anhdrido carbnico y otros, sino tambin el metano, el etano y el

hidrgeno que, aunque no tomen parte en la reaccin de polimerizacin, actan como

diluyentes en el mtodo de alta presin e influyen en la marcha de la reaccin.

Para obtener el etileno puro se utilizan lavadores, que actan a modo de columnas, en ellas

se evaporan sobre todo los componentes de ms bajo punto de ebullicin, como el metano

(punto de ebullicin -161,4 C) y el hidrgeno (punto de ebullicin -252,78 C) y salen por

la cabeza de la columna. Los componentes de ms alto punto de ebullicin, como el etano

(punto de ebullicin -88,6 C) y los hidrocarburos inmediatamente superiores, con mucho

etileno, se renen en el fondo de la columna.

Luego se utiliza una columna o lavador de etano, en la que tiene lugar la separacin

completa del etileno de todos los hidrocarburos con punto de ebullicin ms alto. Estos

salen por el fondo, mientras que por la cabeza lo hace el etileno puro.

El etileno puro se mezcla entonces con oxgeno (que acta como catalizador) en una

proporcin del 0,1 al 0,2 %. Esta mezcla se comprime, mediante compresores, a presiones

de 1000 a 2000 atm y, pasando por un separador de aceite, se hace llegar al reactor, en el

que tiene lugar el proceso de polimerizacin.

El polietileno, todava caliente, se extrae finamente por un extrusor, donde se refrigera y

sale de l ya slido para ser seguidamente troceado, mediante un dispositivo picador, en

pequeos granos, que sirven de materia prima para la fabricacin de objetos de todas clases.

Polietileno de baja presin

Hasta el ao 1949 se pensaba, en los medios de la especialidad, que el etileno solamente se

poda polimerizar a alta presin. Entonces encontr el profesor Karl Ziegler, en los aos

1949-1955, un camino completamente nuevo para la obtencin del polietileno a la presin

normal.

Cuando se inyecta etileno en una suspensin de etilato de aluminio y ster titnico en un

aceite, se polimeriza el etileno con desprendimiento de calor y forma un producto

macromolecular. De esta manera se pueden unir en una macromolcula ms de 100.000

monmeros (frente a los 2.000 monmeros en el mtodo de la alta presin),

Este alto grado de polimerizacin confiere al polietileno de baja presin una solidez y

dureza especialmente elevadas.

El campo de aplicacin del este polietileno, el Z-polietileno como le llam el descubridor,

es el mismo que el del polietileno de alta presin, pero es esencialmente apropiado para

objetos que precisan una gran solidez y rigidez, como las tuberas, que con paredes de

pequeo espesor resisten altas presiones.

La elaboracin del producto se hace de manera anloga a la del polietileno de alta presin,

es decir, mediante prensas. Sin embargo, la temperatura de elaboracin del producto Z es

ms elevada, a causa del mayor grado de polimerizacin. Puede llegar a 170 C.

Descripcin de la polimerizacin

La reaccin es sensible a un nmero muy grande de catalizadores y es iniciada con

facilidad especial por compuestos que producen radiicales libres.La produccin de un

polmero termoplstico de longitud de cadena del orden de 1000 unidades de etileno slo se

consigui cuando se someti el etileno a una presin prxima a 1000 atm. a 200 C.

Aunque despus se demostr que podan producirse polietilenos termoplsticos algo

semejantes a presiones ms bajas, sigue siendo un requisito esencial para la produccin de

un gran polmero un etileno de alta densidad.

La produccin de polietileno exige una fuente de etileno puro, equipo de compresin

adecuado para trabajar a 1000 atm, y un reactor de alta presin para realizar la

polimerizacin rpida y altamente exotrmica bajo control. El polmero, que suele

producirse a una temperatura en que es lquido, tiene que separarse del etileno que no ha

reaccionado (que puede devolverse al recipiente de polimerizacin) y el producto tiene que

ponerse en forma fsica apropiada para la venta. El proceso se lleva a cabo de manera

cmoda y econmica en operacin continua.

La polimerizacin del etileno se realiza normalmente en presencia de catalizadores que

producen radicales libres. El mecanismo general es semejante al de otros compuestos de

vinilo e implica las fases de iniciacin del radical libre, propagacin de la cadena del

polmero y terminacin de la cadena. Un carcter importante de la polimerizacin del

etileno, por efectuarse el proceso en un gas comprimido, es la posibilidad de variar la

concentracin del etileno entre lmites amplios, proporcionando as un medio, adems de

las variaciones de la temperatura y de la concentracin del catalizador, para controlar la

rapidez de la polimerizacin y el peso molecular del polmero. Otro punto importante es

que la produccin de molculas de cadena ramificada es mayor en la polimerizacin del

etileno que en otras polimerizaciones vinlicas, lo que influye en las propiedades fsicas y

mecnicas del polmero.

Los principales problemas planteados en la produccin de polietileno al pasar de una escala

pequea a la fase fabril, han sido los relacionados con la manipulacin de los gases a alta

presin y, ms especialmente, el control de la polimerizacin altamente exotrmica:

n C2H4 (gas) (C2H4)n (gas)

AH = -22 kcal/mol AF298 = -12 kcal/mol

Estas cifras de calor y energa libre dependen, en cierto grado, de la presin y de la

temperatura, pero en todas las condiciones es grande el calor de polimerizacin, por unidad

de masa, comparado con los calores producidos en la formacin de otros polmeros:

Monmero Etileno Isobutileno Estireno

Calor de polimerizacin, cal /g 800 228 164

La eliminacin de este calor de reaccin es uno de los problemas ms importantes en el

control de la polimerizacin. Aparte la disminucin en el peso molecular que resultara de

una elevacin no controlada de la temperatura durante la polimerizacin, pueden producirse

otras reacciones de descomposicin del etileno si la temperatura sube demasiado. Esto fue

un problema grave al principio de la fabricacin en gran escalaf del polietileno.

Son condiciones tpicas para la produccin de polietileno termoplstico una presin

aproximada de 1000 atm. ( proceso de alta presin) y una temperatura en la regin de 100-

300 C. La polimerizacin del etileno comprimido es algo parecida a la polimerizacin de

lquidos, pero la mayor compresibilidad del etileno hace posible variaciones mayores de la

concentracin sin la incorporacin de segundos componentes, y la influencia de la presin

sobre la velocidad de polimerizacin es mayor que en un monmero lquido como el

estireno. La mayor velocidad por aumento en la presin se debe al aumento en la longitud

de la cadena del polmero y al aumento en el nmero de cadenas iniciadas.

Como sucede en la mayora de las otras polimerizaciones, una elevacin de la temperatura

provoca un aumento en la rapidez de polimerizacin, pero disminuye la longitud de la

cadena.

En los primeros trabajos sobre la polimerizacin a presiones elevadas, se us como

catalizador oxgeno molecular. En las condiciones en que es eficaz el oxgeno, oxida

rpidamente el etileno, y es probable que los radicales libres producidos en esta reaccin

sean los que inician realmente la polimerizacin. El uso de oxgeno como catalizador es

interesante, porque este gas inhibe otras polimerizaciones vinlicas. Despus de los trabajos

iniciales con oxgeno, se han usado muchas sustancias como catalizadores de la

polimerizacin, todas ellas como productos de radicales libres. El perxido de benzoilo y el

de di-ter-butilo pueden emplearse en solucin acuosa, disueltos en un disolvente orgnico o

en el etileno comprimido. Los perxidos inrganicos y los compuestos peroxi, entre ellos el

perxido de hidrgeno y los persulfatos, son catalizadores eficaces y se usan en solucin

acuosa. Los compuestos azoicos y los alquilmetales son otros tipos de catalizadores. La

temperatura de polimerizacin es el factor ms importante en la eleccin de catalizador.

Relacin entre la estructura y las propiedades del polietileno

Tres propiedades moleculares bsicas: densidad, peso molecular promedio y distribucin

del peso molecular son las que afectan a la mayora de las propiedades esenciales en el uso

de polietileno para obtener productos de buena calidad. Pequeas variaciones en la

estructura molecular pueden mejorar o afectar algunas de estas propiedades

considerablemente. Las propiedades elctricas de las resinas de polietileno, por otra parte,

son poco afectadas por estos tres factores moleculares bsicos ( ya que la composicin

qumica de los diversos polietilenos es idntica; esto es, (CH2)n).

Efectos producidos por variaciones en la densidad

Una clasificacin general basada en tres clases distintas de densidad es ahora generalmente

aceptada en la industria.

Baja densidad 0,910 a 0,925 gr/cm3

Mediana densidad 0,926 a 0,940 gr/cm3

Alta densidad 0,941 a 0,965 gr/cm3

Los polietilenos ms densos son lgicamente ms pesados, pero an los artculos fabricados

con los polietilenos de alta densidad flotarn en agua. Esta es una ventaja para el moldeador

pues le permitir obtener ms volumen por cada kilogramo de polietileno que usando

cualquier otro plstico.

Propiedades

Densidad 0,915-0,918 0,924 0,929-0,938 Punto de ablandamiento ms elevado mximo

Resist. al estiramiento ms elevada mxima

Resist. a la traccin mxima ms elevada

Elongacin en rotura mxima ms elevada

Rigidez ms elevada mxima

Resist. a la contraccin mxima ms elevada

Resist. a la deformacin mxima ms elevada

Resist. al impacto mxima ms elevada

Resist. a la desgarradura mxima mxima

Resist. a la fragilidad a bajas

temperaturas

mxima ms elevada

Resist. al cuarteo bajo tensiones mxima ms elevada

ambientales

Impermeabilidad a gases y lquidos ms elevada mxima

Resist. a la absorcin de grasas y

aceites ms elevada mxima

Transparencia ms elevada mxima

Ausencia de opacidad ms elevada mxima

Brillo ms elevado mximo

Tiraje ms elevado mximo

Resist. a la desgarradura en caliente ms elevada mxima

Resist. al pegado entre s y al molde ms elevada mxima

Ciclo de inyeccin menor ms corto

Efectos producidos por variaciones en el peso molecular

promedio

Cada resina de polietileno consiste en una mezcla de cadenas cortas y largas, esto es

molculas de alto y bajo peso molecular. El promedio de estos pesos moleculares es la

segunda propiedad molecular bsica. Dentro de ciertas limitaciones el peso molecular

promedio es inversamente proporcional al ndice de fusin, es decir si el peso molecular

promedio aumenta, el ndice de fusin disminuye y viceversa.

El ndice de fusin describe la fluencia de una resina de polietileno a una determinada

temperatura ( 190 C) y a una determinada presin. Si el ndice de fusin de una resina es

bajo, su viscosidad es elevada y viceversa, siendo viscosidad de fusin la resistencia de la

resina fundida a fluir durante la formacin de pelcula, tubera o recipientes. Por lo tanto,

las resinas de mayor ndice de fusin fluyen ms fcilmente en el estado de fusin que

aquellas con menor ndice. La fluencia del polietileno fundido es afectada por condiciones

de procesado tales como presin, temperatura, y estas condiciones pueden variar

extensamente. El ndice de fusin debe ser utilizado juntamente con otras normas para

describir la fluencia y otras propiedades de las resinas. En lugar del ndice de fusin, los

moldeadores por inyeccin se refieren a resinas de PE de mediana, alta o muy alta fluencia.

Los moldeadores por extrusin se referirn a polmeros de baja, mediana o alta velocidad

de extrusin.

Generalmente las resinas de polietileno ms indicadas para aplicaciones tales como

extrusin de pelcula, y soplado de botellas deben tener un peso molecular promedio un

tanto mayor que aquellas resinas indicadas para otras aplicaciones, tales como moldeo por

inyeccin.

Efectos producidos por variaciones en la distribucin del

peso molecular

La distribucin del peso molecular da una idea general sobre la proporcin de las cadenas

moleculares grandes, medianas o pequeas de la resina. La distribucin del peso molecular

se considera estrecha si la resina est formada por cadenas de un largo cercano al

promedio, y se considera amplia si la resina est formada por cadenas de longitud muy

variada.

Las resinas de PE con una distribucin del peso molecular estrecha son superiores en

algunas propiedades esenciales, mientras que aquellas con una amplia distribucin son

mejores con respecto a otras propiedades.

Efecto producido por las tres propiedades moleculares

bsicas

PROPIEDADES MOLECULARES BSICAS

PROPIEDADES FSICAS Si se aumenta la

densidad

(Cristalinidad) entre

0,915 y 0,938)

Si se aumenta el

peso molecular

promedio o se

disminuye el ndice

de Fusin

Si se hace ms

estrecha la

distribucin del peso

Molecular

Viscosidad de la masa fundida ms elevada ms elevada ligeramente mayor

Punto de ablandamiento mucho mayor ligeramente mayor ligeramente mayor

Resist. al estiramiento mucho mayor ligeramente mayor

Resist. a la traccin en rotura ligeramente menor ms elevada ligeramente mayor

Elongacin en rotura menor ms elevada

Resist. al escurrimiento ms elevada Ligeramente mayor ms elevada

Rigidez a la flexin mucho mayor ligeramente mayor ...

Flexibilidad menor ... ...

Dureza mucho mayor ligeramente mayor ...

Resistencia a la abrasin ms elevada ligeramente mayor ...

Contraccin ms elevada ms elevada ...

Deformacin ligeramente mayor ms elevada ms elevada

Resist. al impacto (Tenacidad) menor ms elevada ...

Resist. a la fragilidad menor ligeramente mayor ligeramente mayor

Resist. a la desgarradura depende del proceso de fabricacin de la pelcula y direccin de

la rotura.

Resist. a la fragilidad a bajas

temperaturas

menor ms elevada ms elevada

Resist. al cuarteo bajo tensin

ambiental

menor ms elevada ligeramente mayor

Impermeabilidad a la absorcin

de grasas y aceites.

mucho mayor ligeramente mayor ...

Transparencia ms elevada menor ...

Ausencia de opacidad ms elevada menor ...

Brillo ms elevada menor ...

Tiraje ligeramente mayor mucho menor menor

Resist. al pegado entre s y al

molde

ms elevada ligeramente mayor ...

Propiedades elctricas. ligeramente mayor no afecta no afecta

Las relaciones entre estas tres propiedades moleculares bsicas y otras propiedades fsicas

del PE no siempre son sencillas y claras. Otras caractersticas estructurales aparte de las tres

nombradas, ejercen con frecuencia su influencia sobre las propiedades fsicas de la resina.

Las condiciones de operacin pueden alterar la orientacin (alineamiento) de las molculas

y por lo tanto afectar las propiedades de dicha resina.

Con un incremento en la densidad se mejoran propiedades tan importantes como el punto de ablandamiento, impermeabilidad a gases y lquidos, claridad de la pelcula (transparencia y ausencia de opacidad) y brillo, pero con perjuicio de la flexibilidad y tenacidad.

Un aumento en el peso molecular promedio puede hacer a la resina ms apropiada para usos en que se requiera mayor tenacidad. Un artculo fabricado con una resina de polietileno de mayor peso molecular promedio, tendr mayor resistencia al cuarteo bajo tensin ambiental, o sea a cuartearse cuando es sometido a esfuerzos en presencia de lquidos tales como detergentes, aceites o solventes. Dado que la viscosidad ( la propiedad de fluir ms lentamente en estado de fusin) aumenta con el peso molecular, las resinas de PE de ms alto peso molecular son ms difciles de extruir y , por lo tanto, requieren temperaturas ms elevadas. Por otra parte, las resinas de PE de menor peso molecular se utilizan para aplicaciones tales como moldeo por inyeccin a menores temperaturas y ciclos ms cortos.

Las resinas de PE tienen una estrecha distribucin del peso molecular son particularmente resistentes al cuarteo bajo tensin ambiental y a la fragilidad a bajas temperaturas.

Debido a que un nmero muy variado de resinas pueden ser producidas controlando las tres

propiedades moleculares bsicas mencionadas, el productor puede determinar la resina y las

propiedades del producto terminado.

Vie, 26/08/2005 - 14:01

Propiedades del polietileno arriba Usos y aplicaciones del polietileno

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