Polietileno
El polietileno (PE) es químicamente el polímero más simple. Se representa con su unidad repetitiva (CH2-CH2)n. Por su alta producción mundial (aproximadamente 60 millones de toneladas son producidas anualmente (2005) alrededor del mundo) es también el más barato, siendo uno de los plásticos más comunes. Es químicamente inerte. Se obtiene de la polimerización del etileno (de fórmula química CH2=CH2 y llamado eteno por la IUPAC), del que deriva su nombre.
Este polímero puede ser producido por diferentes reacciones de polimerización, como por ejemplo: Polimerización por radicales libres, polimerización aniónica, polimerización por coordinación de iones o polimerización catiónica. Cada uno de estos mecanismos de reacción produce un tipo diferente de polietileno.
Es un polímero de cadena lineal no ramificada. Aunque las ramificaciones son comunes en los productos comerciales. Las cadenas de polietileno se arreglan abajo de la temperatura de reblandecimiento Tg en regiones amorfas y semicristalinas.
Clasificación y propiedades físicas
La abreviatura de polietileno comúnmente utilizada es PE. Los polietilenos pueden clasificarse en:
- PEBD (en inglés conocido como LDPE o PE-LD): Polietileno de Baja Densidad;
- No tóxico
- Flexible
- Liviano
- Transparente
- Inerte (al contenido)
- Impermeable
- Poca estabilidad dimensional, pero fácil procesamiento
- Bajo costo
- PEAD (en inglés conocido como HDPE o PE-HD): Polietileno de Alta Densidad; densidad igual o menor a 0.941 g/cm3. Tiene un bajo nivel de ramificaciones, por lo cual su densidad es alta, las fuerzas intermoleculares son altas también. La producción de un buen PEAD depende de la selección del catalizador. Algunos de los catalizadores modernos incluyen los de Ziegler-Natta, cuyo desarrollo culminó con el Premio Nobel.
- Resistente a las bajas temperaturas;
- Alta resistencia a la tensión; compresión, tracción;
- Baja densidad en comparación con metales u otros materiales;
- Impermeable;
- Inerte (al contenido), baja reactividad;
- No tóxico
- Poca estabilidad dimensional, creep
- PELBD (en inglés conocido como LLDPE): Polietileno lineal de baja densidad;
- UHWPE: Polietileno de ultra alto peso molecular;
- PEX: Polietileno con formación de red;
| Características | PEBD | PEAD | PELBD |
|---|---|---|---|
| Grado de cristalinidad [%] | 40 hasta 50 | 60 hasta 80 | 30 hasta 40 |
| densidad [g/cm³] | 0,915 hasta 0,935 | 0,94 hasta 0,97 | 0.90 hasta 0.93 |
| Módulo [N/mm²] a 52215°C | ~130 | ~1000 | - |
| Temperatura de cristalización [°C] | 105 hasta 110 | 130 hasta 135 | 121 hasta 125 |
| estabilidad química | buena | excelente | buena |
| Esfuerzo de ruptura [N/mm²] | 8,0-10 | 20,0-30,0 | 10,0-30,0 |
| Elongación a ruptura [%] | 20 | 12 | 16 |
| Módulo elástico E [N/mm²] | 200 | 1000 | - |
| Coeficiente de expansión lineal [K-1] | 1.7 * 10-4 | 2 * 10-4 | 2 * 10-4 |
| Temperatura máxima permisible [°C] | 80 | 100 | - |
| Temperatura de reblandecimiento [°C] | 110 | 140 | - |
Aplicaciones
- PEBD:
- Bolsas de todo tipo: supermercados, boutiques, panificación, congelados, industriales, etc.;
- Películas para agro;
- Recubrimiento de acequias;
- Envasamiento automático de alimentos y productos industriales: leche, agua, plásticos, etc.;
- Stretch film;
- Base para pañales desechables;
- Bolsas para suero;
- Contenedores herméticos domésticos;
- Bazar;
- Tubos y pomos: cosméticos, medicamentos y alimentos;
- Tuberías para riego.
- PEAD:
- Envases para: detergentes, lejía, aceites automotor, shampoo, lácteos;
- Bolsas para supermercados;
- Bazar y menaje;
- Cajones para pescados, gaseosas, cervezas;
- Envases para pintura, helados, aceites;
- Tambores;
- Tuberías para gas, telefonía, agua potable, minería, láminas de drenaje y uso sanitario;
- Macetas;
- Bolsas tejidas;
- Guías de cadena, piezas mecánicas.
- Tambien se usa para recubrir lagunas, canales, fosas de neutralización, contra tanques, tanques de agua, plantas de tratamiento de aguas, lagos artificiales, canalones de lámina, etc..
Copolímeros de Etileno
En adición a la polimerización con alfa-oleofinas, el etileno puede polimerizarse por medio de un gran número de monomeros diferentes. Ejemplos de estos monómeros son el acetato de vinilo que resulta en el copolímero de etileno-vinil acetato o EVA, cuyo uso es común en sandalias y Zapatos deportivos con suelas espumadas; gran variedad de acrilatos pueden ser obtenidos también.
Historia
El polietileno fue sintetizado por primera vez por el químico alemán Hans von Pechmann quien por accidente lo preparó en 1898 mientras calentaba diazometano. Cuando sus colegas Eugen Bamberger y Friedrich Tschirner caracterizaron la sustancia grasosa y blanca que el creó, descubrieron largas cadenas compuestas por -CH2- y lo llamaron polietileno.
El 27 de Marzo de 1933 fue sintetizado como lo conocemos hoy en día, por Reginald Gibson y Eric Fawcett en Inglaterra, quienes trabajaban para los Laboratorios ICI. Esto fue logrado aplicando una presión de aproximadamente 1400 bar y una temperatura de 170°C, donde en una Autoclave fue obtenido el material de alta viscosidad y color blanquecino que hoy en día se conoce.
La presión requerida para lograr la polimerización del etileno era demasiado alta, por ello es que la investigación sobre catalizadores realizada por el Alemán Karl Ziegler y el italiano Giulio Natta, que dio origen a los catalizadores Ziegler-Natta valió el reconocimiento del más famoso premio a la ciencia a nivel mundial, el premio Nobel en 1963 por su aporte científico a la química. Con estos catalizadores se logra la polimerización a presión normal.
Aplicaciones modernas
El polietileno puede formar una red tridimensional cuando éste es sometido a una reacción covalente de "vulcanizado" (cross-linking en inglés). El resultado es un polímero con efecto de memoria. El Efecto de memoria en el polietileno y otros polímeros consiste en que el material posee una forma estable o permanente y a cierta temperatura, conocida como temperatura de obturación, ya sea Tg o Tm, o una combinación, se puede obtener una forma temporal, la cual puede ser modificada simplemente al calentar el polímero a su temperatura de obturación. El Efecto térmico de memoria en los polímeros es diferente del efecto térmico de memoria en los metales, encontrado en 1951 por Chang y Read en el cual hay un cambio en el arreglo cristalino por medio de un reacomodo martensítico, en los polímeros este efecto se basa en fuerzas entrópicas y puntos de estabilidad física (nudos entre cadenas) o química (vulcanizado).
En el caso del políetileno con efecto térmico de memoria, los usos más comunes son películas termoencogibles, aislantes y empaques.
Otros polímeros que presentan el efecto térmico de memoria son: Poli(norborneno), poliuretanos, poliestireno modificado y casí cualquier polímero o copolímero que sea cristalino o amorfo que pueda formar una red tridimensional.
Polímeros con problemas para el efecto térmico de memoria: Polipropileno.
Otras nuevas aplicaciones de PE incluyen el compuesto de harina de madera y PE en porcentajes que van desde 10% de madera hasta 70% de esta en peso. El resultado es un compuesto estable de mayor densidad que el PE. Equipo especial para su procesamiento es recomendado así como aditivos de acoplamiento y ayudas de proceso, en piezas grandes también se usan los espumantes para reducir la densidad de la pieza.
Procesamiento
El Polietileno se usa para diferentes tipos de productos finales, para cada uno de ellos se utilizan también diferentes procesos, entre los más comunes se encuentran:
- Extrusión: Película, cables, hilos, tuberías.
- Moldeo por inyección: Partes en tercera dimensión con formas complicadas
- Inyección y soplado: Botellas de diferentes tamaños
- extrusión y soplado: Bolsas o tubos de calibre delgado
- extrusión y soplado de cuerpos huecos: Botellas de diferentes tamaños
- Rotomoldeo : Depósitos y formas huecas de grandes dimensiones
El polietileno tiene un color lechoso translúcido, este color se puede modificar con tres procedimientos comunes:
- Añadir pigmento polvo al PE antes de su procesamiento
- Colorear todo el PE antes de su procesamiento
- Usar un concentrado de color (conocido en inglés como masterbatch), el cual representa la forma más económica y fácil de colorear un polímero.
Aditivos necesarios para el uso final son importantes, dependiendo de la función final se recomiendan por ejemplo: Antioxidantes, antiflama, antiestáticos, antibacteriales.