http://www.textoscientificos.com/polimeros/polietileno PolietilenoEl 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 PolietilenoEn 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 GeneralesLos 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.

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

Estructura qumica y fsica del polietilenoAntes de describir las propiedades del polietileno examinemos con algn detalle la estructura qumica y fsica del polmero.

Estructura qumicaEl 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 slidoEl 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 0 ( polimetileno) 1 2 3 4 0.99 0.96 0.94 0.92 0.91

Cristalinidad (%) 95 80 72 60 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 VerdeEl polietileno es un polmero simple cuya estructura qumica es la cadena repetitiva (CH2CH2)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 Bolsas de todo tipo Envases alimenticios Films Pelculas para el agro Tuberas para riego

Polietileno de alta densidadBolsas para supermercado Envases de todo tipo Tambores Rubro automotriz 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 PolietilenoA 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 Peso molecular medio Viscosidad intrnseca ( en tetranidronaftaleno a 75 C),dlts/gr Punto de Fusin, C Densidad (g/cm3) a 20 C a 50 C a 80 C a 110 C Coeficiente de dilatacin lineal entre 0 y 40 C, por C Aumento de volumen por calentamiento desde 20 a 110 C, Compresibilidad a 20 C, por atm. Calor especfico a 20 C 0,55 0,92 0,9 0,87 0,81 0,0002 14 5,5 x 10-5 Valor 25.000 1 110

a 50 C a 80 C ndice de refraccin Mdulo de Young ( 0-5% de extensin), Kg/cm2 Resistencia a la traccin a 20 C., Kg/cm2 Resistencia al choque ( barra con muesca de 0,5 plg. en cuadro),Kgm Dureza Brinell ( bola de 2 mm de dim., 3 Kg Conductividad trmica, cal/ (seg.) (cm2) ( C/cm Alargamiento en la ruptura

0,7 0,9 1,52 1.600 150 2,07 2 0,0007 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

Variaciones del PM. Variacin de las propiedades elctricas. Desarrollo de olor autocatalizada 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 PolietilenoLas 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 PolietilenoHemos 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.

ConclusionesBrasil 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.

Bibliografahttp://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)

Propiedades del polietilenoEl polietileno de alto peso molecular es un slido blanco y translcido. En secciones delgadas es casi del todo transparente. A las temperaturas ordinarias es tenaz y flexible, y tiene una superficie relativamente blanda que puede rayarse con la ua. A medida que aumenta la temperatura, el slido va hacindose ms blando y finalmente se funde a unos 110 C, transformndose en un lquido transparente. Si se reduce la temperatura por debajo de la normal, el slido se hace ms duro y ms rgido, y se alcanza una temperatura a la cual una muestra no puede doblarse sin romperse.

Polietileno lquidoEl movimiento del polietileno lquido es no newtoniano. La velocidad disminuye a medida que aumenta la presin y con sta la velocidad de paso. Por la sensibilidad de la viscosidad de la masa fundida al peso molecular, y en virtud de que el polietileno se maneja normalmente en estado fundido en operaciones de extrusin, moldeo o vaciado, los diferentes polmeros del comercio se caracterizan por la viscosidad del producto fundido. En el intervalo 20000-30000 del peso molecular, un aumento de 10% del peso molecular dobla aproximadamente la viscosidad del producto fundido. La viscosidad del polietileno fundido disminuye a medida que aumenta la temperatura; se reduce aproximadamente a la mitad por un aumento de 25 C, en la temperatura. Otras propiedades del lquido son:Densidad a T=120 C Coeficiente de dilatacin cbica Calor especfico 0,80. 0,0007 por C. 0,70 (aprox.)

Birrefringencia en corriente Cuando fluye por un orificio, como durante la extrusin o el moldeo, existe una orientacin apreciable de las molculas, que pasan al estado no orientado si el material se mantiene en el estado lquido, pero permanecen orientadas en el slido si, como es normal en la fabricacin, el material fundido se enfra rpidamente. El grado de esta orientacin es una funcin de la longitud media de la cadena y del grado de ramificacin. Los polietilenos de alto peso molecular muestran ms orientacin que los materiales de peso molecular bajo, y la orientacin disminuye a medida que sube la temperatura. Polietileno slido: En la tabla siguiente se muestran algunas de las propiedades tpicas del polietileno slido.

Propiedades fsicas y mecnicasPeso molecular medio Viscosidad intrnseca ( en tetranidronaftaleno a 75 C),dlts/gr Punto de Fusin, C Densidad a 20 C a 50 C a 80 C a 110 C Coeficiente de dilatacin lineal entre 0 y 40 C, por C Aumento de volumen por calentamiento desde 20 a 110 C, Compresibilidad a 20 C, por atm. Calor especfico a 20 C a 50 C a 80 C ndice de refraccin Mdulo de Young ( 0-5% de extensin), Kg/cm2 Resistencia a la traccin a 20 C., Kg/cm2 0,55 0,70 0,90 1,52 1.600 150 0,92 0,90 0,87 0,81 0,0002 14 5,5 x 10-5 25.000 1,0 110

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 Conductividad trmica, cal/ (seg.) (cm2) ( C/cm Alargamiento en la ruptura 2 0,0007 500

Estas propiedades se refieren a un producto con peso molecular aproximado de 25.000. Algunas de las propiedades son relativamente insensibles al peso molecular, entre ellas la densidad, el punto de fusin, el calor especfico, la dureza y el mdulo de Young; otras, como la resistencia a la traccin, la resistencia al choque, la resistencia al desgarramiento, el alargamiento en la rotura por traccin y la flexibilidad a temperaturas bajas, son sensibles al peso molecular. La eleccin del peso molecular necesario para diferentes usos significa, en general, una transaccin entre las propiedades mecnicas mejoradas del material de alto peso molecular y la mayor facilidad para fabricar artculos con el material de peso molecular ms bajo.Propiedad = f( peso molecular) Resistencia a la traccin Resistencia al choque Resistencia al desgarramiento Alarg. en la rotura por traccin Flexibilidad a bajas Temp. Propiedad NO es f(peso molecular) Densidad Punto de fusin Calor especfico Dureza Mdulo de Young

La tensin en el punto de ruptura depende del peso molecular; pero para un material con peso molecular de 25.000 puede ser el doble de la tensin en el punto cedente. La forma de la curva general de esfuerzo-deformacin depende de la temperatura y de la rapidez de aplicacin del esfuerzo. A medida que aumenta la temperatura, baja el punto cedente; mientras que un aumento en la rapidez con que aplica la traccin da como resultado un aumento del punto cedente y de la resistencia final, y tambin en la perfeccin de la orientacin del ejemplar estirado en fro. A medida que se reduce la temperatura por debajo de las temperaturas ordinarias, se reduce el alargamiento en la ruptura y se alcanza una temperatura en la cual no se produce estirado en fro, rompindose el ejemplar bruscamente con slo un alargamiento de 10%. Esta temperatura es aproximadamente aquella en que un ejemplar no puede ser doblado ms que en un grado muy limitado sin que se rompa como si fuera un material quebradizo. Una propiedad bastante extraordinaria del polietileno de peso molecular inferior a 20.000 es su sensibilidad al agrietamiento cuando se somete a tensiones en contacto con ciertos lquidos, en especial lquidos orgnicos polares. Los rasgos moleculares que rigen esta propiedad son semejantes a los que regulan la flexibilidad a baja temperatura, y si es necesaria la resistencia a esta forma de ataque, debe usarse polietileno de alto peso molecular. Todas las propiedades mecnicas del polietileno son sensibles a la historia trmica del ejemplar. Si el material se enfra rpidamente desde el estado fundido, el slido tiene densidad y cristalinidad menores; por consiguiente es ms blando y ms flexible y, por lo menos al principio, es ms resistente al agrietamiento a bajas temperaturas y al agrietamiento en presencia de lquidos orgnicos. Por otro lado, es probable que contenga ms tensiones internas. El enfriamiento lento partiendo del estado fundido o el recocido de la muestra, por ejemplo, por tratamiento en agua hirviendo, da un producto ms cristalino,

ms duro y algo ms quebradizo; pero el slido puede estar sometido a menos tensiones y es menos probable que se produzcan cambios lentos en las dimensiones al elevarse despus la temperatura. El polietileno slido sufre deslizamiento en fro, como sucede a muchos otros polmeros; pero en virtud de su naturaleza cristalina, este corrimiento es muy pequeo a temperaturas ordinarias, salvo bajo cargas que se aproximan al punto de cedencia. Sin embargo, a temperaturas ms altas, el corrimiento en fro es apreciable. Cuando se somete una muestra a traccin, esfuerzo cortante o compresin, al principio se deforma rpidamente; pero la rapidez con que varan las dimensiones disminuye a medida que pasa el tiempo; por lo menos durante un cierto tiempo, la deformacin es aproximadamente una funcin lineal del logaritmo del tiempo de aplicacin. A temperaturas ms altas y con tensiones mayores se produce una deformacin permanente de la muestra.

Algunas propiedades de los LDPE y HDPEPropiedad Densidad,g/cm3 Resistencia a la traccin x 1000 psi Elongacin, % Cristalinidad, % Rigidez dielctrica, V/mill. Mxima temperatura de uso, C LDPE 0,92-0,93 0,9-2,5 550-600 65 480 82-100 LLDPE 0,922-0,926 1,8-2,9 600-800 .... .... 480 HDPE 0,95-0,96 2,9-5,4 20-120 95 480 80-120

Solubilidad e hinchazn: A temperaturas inferiores a 60 C., el polietileno, si se exceptan las muestras de peso molecular muy bajo, es muy poco soluble en los disolventes, pero a temperaturas ms altas es fcilmente soluble en hidrocarburos e hidrocarburos halogenados, aunque sigue siendo muy poco soluble en lquidos ms polares, como alcoholes, cidos, steres, aminas, fenoles y nitrocompuestos. La rapidez con que vara la solubilidad en funcin de la temperatura es frecuentemente tan grande que da el aspecto de casi una temperatura crtica por debajo de la cual el polmero es insoluble y por encima de la cual es fcilmente soluble. La solubilidad del polietileno depende hasta cierto punto del peso molecular; las variedades ms solubles son las de peso molecular ms bajo; pero a temperaturas inferiores a 110 C, tiene tambin mucha importancia el grado de ramificacin de la cadena y, por consiguiente, la capacidad del polmero slido para cristalizar. De dos polmeros con el mismo peso molecular, pero con diferentes grados de ramificacin, el ms soluble es el ms ramificado. Cuando se pone polietileno slido en contacto con un disolvente, se produce absorcin apreciable del lquido por polmero slido e hinchazn apreciable del slido, incluso a

temperaturas en las cuales no se produce disolucin apreciable del polmero. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la cantidad y la rapidez de la absorcin. La absorcin del lquido es afectada por el peso molecular y por la estructura molecular y disminuye a medida que aumenta el peso molecular y a medida que el polmero tiene una estructura ms cristalina y menos ramificada. El polietileno es insoluble en agua y slo absorbe sta en un grado muy limitado. La absorcin de agua aumenta con la temperatura. Permeabilidad: Una propiedad importante del polietileno es su pequea permeabilidad al vapor de agua. Por otro lado, el polietileno tiene una permeabilidad elevada a los vapores orgnicos y al oxgeno. La permeabilidad aumenta con la temperatura. Propiedades elctricas: Como poda esperarse de su composicin qumica, el polietileno tiene una conductividad elctrica pequea, baja permitividad, un factor de potencia bajo ( 9,15) y una resistencia dielctrica elevada. Las propiedades elctricas no son especialmente sensibles a la humedad en virtud de la absorcin muy pequea de agua por el polietileno; pero el factor de potencia es probable que aumente si se somete el polietileno a la oxidacin. Propiedades qumicas: El polietileno es uno de los polmeros ms estables e inertes, como poda esperarse de su estructura sustancialmente parafnica. Sin embargo, tiene algunas reacciones que limitan sus usos y que exigen adoptar ciertas precauciones durante su tratamiento. 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, pero el producto principal no es el etileno, sino el butileno. En este respecto, el polietileno difiere del poliestireno y del metilacrilato de metilo, que dan el monmero como producto principal de la pirlisis. En presencia de oxgeno, el polietileno es mucho menos estable. Se han observado cambios en las propiedades fsicas y qumicas que indican 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. Los principales efectos de la oxidacin del polietileno 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 ( especialmente aumento en el factor de potencia), desarrollo de olor rancio y cambio de color al amarillo, pardo y, en casos extremos, al negro.. Una oxidacin intensa, especialmente a temperaturas elevadas, conduce a la degradacin de la cadena y a la prdida de productos voltiles: monxido de carbono, agua y cidos grasos, 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. La velocidad de oxidacin vara de una muestra a otra y es mayor cuando la ramificacin de cadena es grande y tambin si el contenido inicial de grupos que contienen oxgeno es grande. 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. La oxidacin fotocatalizada del polietileno expuesto a la luz del Sol es un problema ms grave, ya que la proteccin no se consigue con tanta facilidad como en el caso de la oxidacin trmica. 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. 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. Conviene insistir en que el polietileno no protegido no sirve para usos en los cuales estar expuesto a la luz solar.Oxidacin del Polietileno Tipos Caractersticas TRMICA

Efectos

Proteccin Incorporacin de antioxidantes.

autocatalizada Variaciones del PM. Variacin de las propiedades elctricas. Desarrollo de olor rancio. Cambio de color. Degradacin de la cadena.

FOTOCATALIZADA autocatalizada Coloracin. Deterioro en las propiedades fsicas. Prdida de resistencia mecnica: grietas.

Negro de humo: 2%.

Relacin entre la estructura y las propiedades del polietilenoTres 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 densidadUna clasificacin general basada en tres clases distintas de densidad es ahora generalmente aceptada en la industria.Baja densidad Mediana densidad Alta densidad 0,910 a 0,925 gr/cm3 0,926 a 0,940 gr/cm3 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

DensidadPunto de ablandamiento Resist. al estiramiento Resist. a la traccin Elongacin en rotura Rigidez Resist. a la contraccin Resist. a la deformacin Resist. al impacto Resist. a la desgarradura

0,915-0,918

0,924ms elevado ms elevada

0,929-0,938mximo mxima

mxima mxima

ms elevada ms elevada ms elevada mxima

mxima mxima mxima

ms elevada ms elevada ms elevada mxima mxima

Resist. a la fragilidad a bajas temperaturas Resist. al cuarteo bajo tensiones ambientales Impermeabilidad a gases y lquidos Resist. a la absorcin de grasas y aceites Transparencia Ausencia de opacidad Brillo Tiraje Resist. a la desgarradura en caliente Resist. al pegado entre s y al molde Ciclo de inyeccin

mxima

ms elevada

mxima

ms elevada

ms elevada ms elevada

mxima mxima

ms elevada ms elevada ms elevado ms elevado ms elevada ms elevada menor

mxima mxima mximo mximo mxima mxima ms corto

Efectos producidos por variaciones en el peso molecular promedioCada 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 molecularLa 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 bsicasPROPIEDADES MOLECULARES BSICAS Si se aumenta la Si se aumenta el Si se hace ms PROPIEDADES FSICAS densidad peso molecular estrecha la (Cristalinidad) entre promedio o se distribucin del peso disminuye el ndice 0,915 y 0,938) Molecular de Fusin Viscosidad de la masa fundida Punto de ablandamiento Resist. al estiramiento Resist. a la traccin en rotura Elongacin en rotura Resist. al escurrimiento Rigidez a la flexin Flexibilidad ms elevada mucho mayor mucho mayor ligeramente menor menor ms elevada mucho mayor menor ms elevada ligeramente mayor ligeramente mayor ms elevada ms elevada Ligeramente mayor ligeramente mayor ... ligeramente mayor ligeramente mayor ligeramente mayor ms elevada ... ...

Dureza Resistencia a la abrasin Contraccin Deformacin Resist. al impacto (Tenacidad) Resist. a la fragilidad Resist. a la desgarradura

mucho mayor ms elevada ms elevada ligeramente mayor menor menor

ligeramente mayor ligeramente mayor ms elevada ms elevada ms elevada ligeramente mayor

... ... ... ms elevada ... ligeramente mayor

depende del proceso de fabricacin de la pelcula y direccin de la rotura. menor ms elevada ms elevada

Resist. a la fragilidad a bajas temperaturas Resist. al cuarteo bajo tensin ambiental Impermeabilidad a la absorcin de grasas y aceites. Transparencia Ausencia de opacidad Brillo Tiraje Resist. al pegado entre s y al molde Propiedades elctricas.

menor

ms elevada

ligeramente mayor

mucho mayor

ligeramente mayor

...

ms elevada ms elevada ms elevada ligeramente mayor ms elevada

menor menor menor mucho menor ligeramente mayor

... ... ... menor ...

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.

Usos y aplicaciones del polietilenoEl polietileno ha encontrado amplia aceptacin en virtud de su buena resistencia qumica, falta de olor, no toxicidad, poca permeabilidad para el vapor de agua, excelentes propiedades elctricas y ligereza de peso. Se emplea en tuberas, fibras, pelculas, aislamiento elctrico, revestimientos, envases, utensilios caseros, aparatos quirrgicos, juguetes y artculos de fantasa. Las primeras aplicaciones del polietileno se basaron en sus excelentes propiedades elctricas, y hasta el ao 1945 su uso como aislante en los cables submarinos y otras formas de recubrimiento de conductores absorbi la mayor parte del material fabricado. Recientemente, han adquirido mayor importancia los usos que se basan en su inercia y su resistencia al agua, y hoy se usa el polietileno en grado cada vez mayor para hacer botellas y otros envases, tuberas para agua y pelcula para envolver, usos que consumen ms de la mitad del polietileno producido. A continuacin se estudian con ms detalles algunos de los usos ms importantes.

CablesComo aislante para los cables submarinos. En esta aplicacin, la escasa permitividad y la resistencia al agua son de especial utilidad. En 1940, era usado como aislante en los cables de alta frecuencia usados especialmente en las instalaciones de radar, y en este caso es el factor de potencia el que tiene la mxima importancia. Muchos otros tipos de cables para usos militares y civiles han empleado tambin el PE como aislante. Ms recientemente, una salida importante para el PE se ha encontrado en la construccin de cables en los cuales el

polmero se usa no como aislante elctrico, sino como envoltura exterior. En este caso puede considerarse como sustitutivo del plomo.

Envases, vasijas y tubosEl PE se usa muchos en forma de botellas, vasos y otros recipientes, tanto en la industria para la manipulacin de materias corrosivas como en el hogar para diversos lquidos. En esas aplicaciones, las principales ventajas son la inercia, el poco peso y menor probabilidad de que se rompa, comparado al vidrio. El PE se utiliza en frascos lavadores de laboratorio y en frascos para la pulverizacin de cosmticos. El PE se usa mucho para cierres de diversos tipos. Los tubos de pared gruesa se usan para el transporte de agua, especialmente en las granjas y en las minas, donde la facilidad para colocar las tuberas, la resistencia a las condiciones corrosivas del suelo y el poco peso son factores importantes. Otra aplicacin de los tubos de polietileno son las instalaciones de calor radiante; en stas, las tuberas que conducen el agua caliente estn incluidas en un piso de hormign. Sin embargo, en sta y en otras aplicaciones hay que tener en cuenta la oxidacin del polmero a temperaturas prximas a 50 C y posiblemente a temperaturas ms bajas.

PelculaLa pelcula de polietileno en un espesor de 0,025-0,250 mm absorbe una proporcin elevada de la produccin total de polietileno. Su uso se bas originalmente en su combinacin de buenas propiedades mecnicas con una baja permeabilidad al vapor de agua, y por ello sirve para empaquetar productos alimenticios, aplicacin en la cual su flexibilidad a baja temperatura hace satisfactorio su uso en los refrigeradores. Tambin sirve para la proteccin de objetos metlicos, equipo elctrico, piezas grandes de maquinaria y vehculos, para evitar su deterioro a consecuencia de la humedad. Se pueden usar tambin para empaquetar ciertos productos alimenticios, y en este caso la transparencia, la tenacidad y la resistencia al desgarramiento son las cualidades importantes. La pelcula de PE pueden convertirse fcilmente en bolsas en maquinaria automtica, uniendo las secciones por medio del calor. Los adhesivos para el PE no dan resultado. La pelcula de PE puede imprimirse satisfactoriamente. La irradiacin gamma de la pelcula de PE mejora sealadamente la retencin de tinta. Un uso especial interesante de la pelcula de PE es la construccin de globos para las investigaciones a grandes altitudes.

Revestimiento del papelOtro uso del polietileno en forma de pelcula es el revestimiento del papel para reducir la permeabilidad al vapor de agua y mejorar las propiedades mecnicas. Un uso semejante del PE es el mejoramiento de las propiedades del revestimiento de parafina aplicado al papel.

Filamentos

El bajo punto de fusin del polietileno limita seriamente su uso como fibra textil; pero se han hecho tejidos para tapicera de automviles con monofilamentos de polietileno. El PE no se tie fcilmente. Los filamentos se usan en el estado estirado en fro, y una limitacin a la utilidad de este material es el aflojamiento que se produce a temperaturas elevadas. El deterioro mecnico a la luz solar es tambin un problema.

Instalaciones qumicasEl PE se usa para la construccin de instalaciones qumicas en las cuales se necesita cierta resistencia a los productos qumicos. La pelcula de PE se ha usado para construir pisos resistentes a los cidos. Pueden resumirse entonces las principales aplicaciones de los distintos tipos de polietileno en el siguiente cuadro:Polietileno de baja densidad Polietileno de alta densidad caos envases soplados botellas bidones contenedores industriales cajones bolsas de supermercado bolsas tejidas macetas

pelcula termocontrable envasamiento automtico bolsas industriales film para agro bolsas de uso general cables elctricos (aislantes) tuberas para riego tubos y pomos

Obtencin de Polietileno

Polietileno de alta presinPara 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 presinHasta 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 polimerizacinLa 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 Calor de polimerizacin, cal /g Etileno 800 Isobutileno 228 Estireno 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 escala 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 100300 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.

Fabricacin de artculos de polietilenoEl polietileno se suministra generalmente en forma de grnulos de unos 3mm de dimetro, ya en su estado natural o con un antioxidante o un pigmento. La mayor parte de los artculos terminados hechos con polietileno se fabrican por extrusin. La extrusin se hace sobre alambres para la fabricacin de cables, o en forma de tubos de pared gruesa para instalaciones de abastecimiento de agua o fbricas de productos qumicos, en monofilamento para tejidos, en pelcula, ya como lmina plana, ya como tubo ancho de pared delgada, ya como lmina plana sobre una hoja de papel. En general, se usan mquinas de extrusin del tipo de husillo y los grnulos se introducen en fro. La temperatura de extrusin vara considerablemente, segn la naturaleza del artculo terminado, entre temperaturas prximas al punto de fusin para secciones gruesas y temperaturas prximas a la temperatura de descomposicin (300 C) cuando el objeto es de accin delgada y puede enfriarse rpidamente sin que se deforme.

En el moldeo por inyeccin, pueden usarse velocidades elevadas de moldeo en virtud del elevado punto de solidificacin del polietileno. El moldeo por extrusin del polmero fundido se hace en mquina de husillo y con un molde grande calentado provisto de orificios para la expulsin del aire, que se enfra progresivamente desde el extremo ms alejado del extrusor mientras se mantiene la alimentacin del molde; as se fabrican artculos que pesan 45 o ms kilogramos. 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.

Moldeo de Polietileno por inyeccin El polietileno en forma de lminas o tubos puede soldarse, usando una corriente de nitrgeno a 200 C, y una barra de polietileno. Puede usarse metal perforado para reforzar una junta soldada. Si es necesario incorporar un antioxidante o un pigmento antes de la fabricacin, puede hacerse sobre rodillos abiertos, en mezcladores internos o en mquinas de extrusin del tipo de husillo. Si el extrusor usado para la fabricacin del artculo final es apropiado, puede ser suficiente introducir una mezcla mecnica de grnulos de polietileno natural con grnulos compuestos de un concentrado del antioxidante o el pigmento, pues esto puede conducir a una dispersin adecuada en el artculo final.

Impacto ambiental del polietilenoEvaluar la performance ambiental del polietileno implica tener en cuenta todas las etapas por las que atraviesa un producto desde la extraccin de las materias primas para su elaboracin hasta que se transforma en residuo juntamente con su tratamiento. Este enfoque es denominado en la industria: Anlisis del Ciclo de Vida. De este modo se evala la fabricacin, uso y recuperacin o disposicin final en relacin al balance de energa y al impacto ambiental.

Recursos NaturalesLos plsticos son muy amigables con los Recursos Naturales. En Europa utilizan slo el 4% del petrleo para su fabricacin. Incluso en la Argentina el polietileno es fabricado a partir del Gas Natural, materia prima para la que se dispone de abundantes y generosos yacimientos.

Reduccin en la FuenteSe refiere al esfuerzo que hace la Industria en utilizar cada vez menos materia prima ya sea para fabricar un mismo producto o para transportarlo. Veamos como colabora el polietileno en esta tarea:PAPEL Altura de 1.000 bolsas apiladas Peso de 1.000 bolsas Comparacin del transporte y la energa 117,0 cm 63,4 kg 7 camiones 10,1 cm 7,2 kg 1 camin POLIETILENO

Se comparan bolsas de papel y de plstico. Como vemos, se necesitan siete veces ms camiones para transportar la misma cantidad de bolsas. Transportando bolsas de plstico ahorramos combustible, deterioro de neumticos y se produce una menor cantidad de emisiones de monxido de carbono al aire; en definitiva, ahorramos costos econmicos y ambientales.

Valorizacin de los residuos plsticosSignifica el abanico de posibilidades que ofrecen los residuos plsticos para su tratamiento:Reciclado mecnico

El polietileno es recicable, es decir, se vuelve a fundir y transformar en productos finales. El polietileno reciclado es utilizado para fabricar bolsas de residuos, caos, madera plstica para postes, marcos, film para agricultura, etc.Recuperacin energtica

Los residuos plsticos (incluidos los de polietileno) contienen energa comparable con la de los combustibles fsiles, de ah que constituyen una excelente alternativa para ser usados como combustible para producir energa elctrica y calor.

Reciclado qumico

En la actualidad se estn desarrollando nuevas tcnicas de gran complejidad que permitirn reciclar qumicamente no slo al Polietileno sino a todos los plsticos. De esta manera se podrn recuperar los componentes naturales para volverlos a utilizar como materias primas y as optimizar an ms los recursos naturales.Rellenos Sanitarios

El polietileno, al igual que otros plsticos, es un material demasiado valioso como para desecharlo; por lo que su valorizacin es siempre la opcin preferible para su tratamiento. Pero de no mediar otra opcin, si tiene que ser enterrados en un Relleno Sanitario, es importante saber que los residuos de polietileno son absolutamente inocuos para el medio ambiente. Por su naturaleza son inertes y no sufren degradacin lo cual garantiza que no generan lixiviados de productos de degradacin, lquidos o gases que puedan emitirse al suelo, aire o aguas subterrneas.