PE - Polietileno

El polietileno es un polímero parcialmente cristalino, flexible, cuyas propiedades están fuertemente influenciadas por las cantidades relativas de fases amorfas y cristalinas.

Los polietilenos son inertes en comparación con la mayoría de los productos químicos comunes, debido a su naturaleza parafínica, su alto peso molecular y su estructura parcialmente cristalina. A temperaturas inferiores a 60°C, son parcialmente solubles en todos los disolventes.

En condiciones normales, los polímeros etilénicos no son tóxicos, y pueden incluso usarse en contacto con alimentos y productos farmacéuticos, sin embargo, ciertos aditivos pueden ser agresivos. En el pasado, el polietileno se clasificaba por su densidad y el tipo de proceso utilizado en su fabricación. Actualmente, los polietilenos se describen más apropiadamente como polietilenos de cadena ramificada y lineal.

Dependiendo de las condiciones de reacción y del sistema catalítico utilizado en la polimerización, se pueden producir cinco tipos diferentes de polietileno:

• Polietileno de baja densidad (LDPE)
• Polietileno de alta densidad (HDPE)
• Polietileno lineal de baja densidad (LLDPE)
• Polietileno de peso molecular ultra alto (UHMWPE)
• Polietileno de densidad ultra baja (ULDPE)

LDPE – Polietileno de Baja Densidad

El proceso de producción de LDPE utiliza presiones entre 1000 y 3000 atmósferas y temperaturas entre 100 y 300°C. Temperaturas superiores a 300°C generalmente no se utilizan porque el polímero tiende a degradarse. Se han utilizado varios iniciadores (peróxidos orgánicos), sin embargo, el oxígeno es el principal. La reacción es altamente exotérmica y por lo tanto una de las principales dificultades del proceso es la eliminación del exceso de calor del medio de reacción. Esta naturaleza altamente exotérmica de la reacción a altas presiones conduce a una gran cantidad de ramificaciones de cadenas, lo que tiene una relación importante con las propiedades de las actividades del polímero.

El LDPE tiene una combinación única de propiedades: tenacidad, alta resistencia al impacto, alta flexibilidad, no tóxico, transparente, buena procesabilidad, estabilidad y excelentes propiedades eléctricas.

A pesar de ser altamente resistente al agua y algunas soluciones acuosas a altas temperaturas, el LDPE es atacado lentamente por agentes oxidantes. La permeabilidad al agua del LDPE es baja en comparación con otros polímeros. La permeabilidad a compuestos orgánicos polares como el alcohol o el éster es mucho menor que para compuestos orgánicos no polares como el heptano o el éter dietílico.

El LDPE se puede procesar por extrusión, moldeo por soplado y moldeo por inyección. Se aplica en películas para embalaje industrial y agrícola, películas para embalaje de alimentos, laminación, juguetes, artículos para el hogar, recubrimiento de alambres y cables, tuberías y mangueras.

LLDPE – Polietileno Lineal de Baja Densidad

El polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) es un copolímero de etileno con una α-olefina (propileno, 1-buteno, 1-hexeno o 1-octeno). El LLDPE tiene una estructura molecular lineal con ramificaciones cortas y una distribución de peso molecular estrecha en comparación con el polietileno de baja densidad (LDPE).

Las ramas de cadena corta tienen influencia tanto en LLDPE como en LDPE, en la morfología y algunas propiedades físicas como rigidez, densidad, dureza y resistencia a la tracción.

Las propiedades de las películas de LLDPE se atribuyen a su linealidad y cristalinidad. La estructura molecular del LLDPE es esencialmente lineal debido al tipo de catalizador utilizado. Su cristalinidad, aunque mucho menor que HDPE, es mayor que LDPE. Esta mayor cristalinidad además de las cadenas poliméricas lineales, afectan positivamente las propiedades mecánicas de las películas sin causar una disminución en sus características ópticas. En comparación con HDPE, LLDPE presenta la resistencia a la tracción y la dureza más bajas a medida que aumenta el contenido de ramificaciones, y exhibe una mayor resistencia al impacto y al desgarro (películas).

El LLDPE es un termoplástico con alta capacidad de sellado térmico, siendo ampliamente utilizado en el embalaje de productos básicos, reemplazando al LDPE en varias aplicaciones.

Se utiliza en películas para uso industrial, pañales desechables y almohadillas absorbentes en general, juguetes, farmacéutico y hospitalario, recubrimiento de alambres y cables.

La extrusión de película tubular proporciona materiales para embalaje. En mezclas con HDPE o LDPE, LLDPE se utiliza en sacos industriales, embalaje de alimentos y película agrícola. La extrusión de película fundida proporciona productos para uso en plástico de burbujas.

El LLDPE se puede utilizar para tapas de inyección para uso doméstico, contenedores, artículos flexibles y piezas de uso general.

HDPE – Polietileno de Alta Densidad

La linealidad de las cadenas y, en consecuencia, la mayor densidad de HDPE hacen que la orientación, alineación y empaquetamiento de las cadenas sean más eficientes; las fuerzas intermoleculares (Van der Waals) pueden actuar más intensamente y, como consecuencia, la cristalinidad es mayor que en el caso de LDPE. Al ser mayor cristalinidad, la fusión puede ocurrir a mayor temperatura.

Debido a la cristalinidad y la diferencia en el índice de refracción entre las fases amorfas y cristalinas, las películas de HDPE (obtenidas mediante Ziegler-Natta o Phillips) son translúcidas delgadas, menos transparentes que LDPE (obtenidas mediante radicales libres) y menos que cristalinas.

Mientras que las propiedades eléctricas se ven poco afectadas por la densidad y el peso molecular del polímero, las propiedades mecánicas sufren una fuerte influencia del peso molecular, el contenido de ramificaciones, la estructura morfológica y la orientación.

La orientación de las cadenas poliméricas aplica un fuerte efecto a las propiedades mecánicas del polímero. Los materiales fabricados con HDPE altamente orientado son aproximadamente diez veces más resistentes que los fabricados con polímero no orientado, ya que la orientación aumenta el empaquetamiento de las cadenas y, en consecuencia, aumenta la rigidez del polímero.

En general, el HDPE tiene baja reactividad química.

A temperatura ambiente, el HDPE no es soluble en ningún solvente, aunque muchos solventes como el xileno, por ejemplo, causan un efecto de hinchazón. A altas temperaturas, se disuelve en algunos hidrocarburos alifáticos y aromáticos HDPE. El HDPE es relativamente resistente al calor.

El HDPE es aplicable en diferentes segmentos de la industria de procesamiento de plásticos, cubriendo el procesamiento de moldeo por soplado, extrusión y moldeo por inyección.

Inyección

A través del proceso de inyección, el HDPE se utiliza para fabricar cubetas, bandejas, bañeras, juguetes, contenedores de alimentos, asientos de inodoros, bandejas, tapas y botellas, cajas, tanques de agua, entre otros.

Moldeo por Soplado

Para el proceso de soplado, las resinas HDPE ofrecen una excelente combinación de rigidez y resistencia al agrietamiento por estrés ambiental, convirtiéndolas en los materiales para varias aplicaciones en contenedores industriales, domésticos, botellas, tambores, etc.

Extrusión

Para extrusión, el HDPE se recomienda para aislamiento de alambres y cables, bolsas de congelador, recubrimiento de tubos metálicos, tuberías para alcantarillado y distribución de gas, alcantarillado sanitario, bolsas de basura, bolsas de supermercado, etc.

Algunas industrias brasileñas ya están explorando un nuevo mercado, desarrollando un grado específico de HDPE para moldeo por soplado de tanques de combustible.

HDPE y LDPE tienen muchas aplicaciones comunes, pero en general, HDPE es más duro y resistente y LDPE es más flexible y transparente. Un ejemplo de la relación de dureza y flexibilidad es el hecho de que HDPE se utiliza para hacer tapas roscadas (rígidas) y LDPE tapas sin rosca (flexibles).

UHMWPE – Polietileno de Peso Molecular Ultra Alto

El proceso de polimerización de UHMWPE utiliza un catalizador Ziegler-Natta similar al utilizado para HDPE convencional.

El UHMWPE es similar a HDPE (de 0.93 a 0.94 g/cm³), blanco opaco, con una temperatura de transición vítrea (Tg) de -100°C y -125°C y una temperatura de fusión (Tm) de 135°C, cristalinidad de alrededor del 45%.

Basado en una cadena molecular larga, alta densidad y la ausencia de ramificaciones en su estructura le dan al UHMWPE propiedades como resistencia a la abrasión mayor que otros termoplásticos, buena resistencia a la corrosión, alta resistencia a la fatiga cíclica, alta resistencia al impacto, alta resistencia al agrietamiento tenso, alta resistencia química, alta dureza y bajo coeficiente de fricción.

Las características de resistencia a la abrasión, impacto y químicos, autolubricación, bajo coeficiente de fricción, absorción de ruido y otras ya mencionadas, hacen que UHMWPE sea particularmente adecuado para su uso en diversas aplicaciones:

• Minería: recubrimientos, mezcladores, raspadores, cojinetes y tuberías
• Industria química: tuberías, bombas, válvulas, filtros, juntas, mezcladores, recubrimiento de tanques metálicos y de hormigón
• Industria de bebidas y alimentos: embalaje automático, transportadores, rodillos, boquillas de llenado, bombas
• Pulpa y Papel: cubiertas de cajas de succión y perfiles
• Industria Textil: guías, cojinetes y reductores de ruido
• Otras aplicaciones: transportadores industriales, artículos deportivos, artículos quirúrgicos y ortopédicos

ULDPE – Polietileno de Densidad Ultra Baja

Es un polietileno con una densidad aproximadamente igual a 0.865 g/cm³ y ofrece mayor resistencia, mayor flexibilidad y mejores propiedades ópticas en comparación con LLDPE.

El uso principal de ULDPE es como resina modificadora, particularmente para polietileno de alta densidad (HDPE), polietileno de baja densidad (LDPE) y polipropileno (PP). Agregar ULDPE a polietilenos y PP mejora la resistencia al impacto, flexibilidad y resistencia al desgarro de estos polímeros.

Estas resinas son ideales para producir películas para embalaje de líquidos, porque además de prevenir fugas y derrames, el embalaje tiene una alta resistencia al desgarro. El procesamiento de películas fundidas se realiza mediante soplado o extrusión.