Polipropileno

Introducción

El polipropileno es un polímero con características muy especiales que lo hacen ser muy atractivo. La estructura del propileno permite formar diferentes tipos de polímeros, cada uno con características especiales. El polipropileno es uno de esos polímeros versátiles que cumple con una doble tarea, como plástico y como fibra. Como plástico se utiliza para hacer envases rígidos, tuberías, moldes, recubrimientos entre otras muchas cosas. Como fibra, el polipropileno se utiliza para hacer alfombras de interior y exterior, sacos de recolección, muy importantes en la industria, y hasta se trata de realizar una mezcla de concreto con polipropileno para mejorar su resistencia. Desde que Natta y Ziegler descubrieron el sistema básico de polimerización del polipropileno se le ha dado una gran importancia, la prueba esta en que apenas tres años después de que se logro el descubrimiento científico, se inicio la producción masiva a nivel industrial. Especialmente se le dio importancia al polipropileno isotactico.

Lo que hace atractivo al polipropileno es su combinación de propiedades, la gran resistencia que tiene al calor, así como su dureza generada por las zonas cristalinas, sin contar su gran versatilidad para poder formar nuevos compuestos de diferentes formas. Además económicamente resulta en extremo favorable para las industrias, el monómero es de bajo costo, obtenible por varios métodos. El tipo de polimerización es en extremo efectiva, y muy investigada.

El conjunto de estas características simplemente hace al polipropileno un producto muy utilizado en la industria y que continua mejorando.

Durante los últimos cuarenta años la industria del plástico ha experimentado un enorme grado de crecimiento, debido a una gran demanda por parte de los consumidores. Para damos una idea de este crecimiento. en Estados Unidos. en el año de 1935 se produjeron 35 millones de libras de plásticos. y para 1987 se alcanzó una producción de 57 mil millones de libras.

Como consecuencia de esta demanda creciente de plásticos que satisfagan las exigencias del mercado. no es sorprendente que la tecnología futura esté basada en la síntesis y manipulación de polímeros ya existentes. La mezcla de estos polímeros para formar aleaciones es una de las metas comunes de ingenieros y químicos. Estos esfuerzos para crear materiales polimórficos modificados han incrementado la utilidad de los polímeros en nuestro entorno.

Los equipos para la manufactura de plásticos han ido sufriendo modificaciones con el paso de los años; desde equipos de polimerización consistentes en un tanque agitado. donde se mezclaban reactivos con enormes cantidades de solvente descuidando la parte ambiental; hasta los equipos actuales que buscan tanto mejoras ambientales como productivas. Tal es el caso de los equipos de extrusión que eliminan los solventes y permiten el aprovechamiento de las propiedades físicas de los polímeros. como la viscosidad, permitiendo llevar a cabo una reacción directa dentro del equipo mismo.

Las compañías productoras de plásticos se han visto en la necesidad de producir polímeros modificados para satisfacer las necesidades de un mercado más exigente en cuanto a calidad y cantidad, que va en crecimiento continuo, y el polipropileno juega un papel clave dentro de esta modernización, porque día con día se logra materiales plásticos con mejores propiedades que se adapten mejor a las necesidades del presente.

. Polipropileno. ..

Es una resina termoplástico de menor costo por libra que el poliestireno (PS), el acrilo-nitrilo-butadieno-estireno (ABS), el polietilen-tereftalato (PET), y que el polibutadien-tereftalato (PBT). El homopolímero puede ser referido como isotáctico, sindiotáctico y atáctico. El polipropileno isotáctico que es el más común, y como su nombre lo indica, tiene todos los grupos metilos ordenados hacia un lado, y es sintetizado a través de un catalizador tipo Ziegler-Natta, que permite obtener un polímero con un alto grado de cristalización que da propiedades de resistencia a los solventes, un punto de licuefacción más alto y una fuerza de tensión mayor. El polipropileno es una buena barrera contra la humedad, de fácil coloración, buenas propiedades mecánicas, de peso ligero, de fácil procesado y de bajo costo, por lo cual es un material elegido para múltiples aplicaciones.

A menos que los grupos metilos estén arreglados a lo largo de la cadena, el polímero no se cristaliza, dando como resultado un polímero demasiado rígido; por lo que si se inserta etileno a intervalos al azar a lo largo de la cadena, se obtiene como resultado un polímero más flexible. reduciéndose la cristalinidad, el punto de fusión, el módulo de Young; y se amplía el rango de fusión entre 145 y 155 °C. Entre mayor sea el contenido de etileno, el polímero se vuelve menos cristalino hasta finalmente convertirse en un hule etilenpropilénico (EPR).

Como todos los polímeros, el polipropileno se puede oxidar, particularmente durante el proceso de fundido, por lo que debe ser protegido, eliminado los radicales libres que atacan a los hidrógenos terciarios. Una estabilización especial es requerida para darle resistencia a los rayos ultravioleta con negro de humo.

A excepción de agentes oxidantes fuertes y agentes no polares, el polipropileno es muy resistente al ataque de agentes químicos, por ejemplo soluciones no muy concentradas de ácido nítrico, ácido sulfúrico, no son perjudiciales; pero líquidos como la gasolina, xileno y solventes clorados suelen ablandar e hinchar el polipropileno. Cuando estos solventes son retirados, vuelve a su estado normal.

La superficie del polímero es muy inerte, por lo que el pintado. impreso y adhesión se hacen muy difíciles sin un tratamiento de flama El polipropileno tiene un alto calor de combustión, lo que hace muy difícil convertirlo en un agente retardante a la fIama. Es un excelente aislante a la electricidad y tiene una constante dieléctrica muy baja; es una buena barrera contra la humedad pero no contra el oxígeno Al polipropileno se le puede aumentar su resistencia al impacto añadiéndole elastómeros etileno-propileno en cantidades de un 5 a un 25%.

Algunos artículos producidos a partir de fibras incluyen. ropa, pañales, tapicería, telas, sacos, cordones, textiles, flejes, aislantes de cables y alambres

Las películas de polipropileno son usadas para envolturas de cigarros, dulces capacitores eléctricos, empaquetado y otros productos.

En el mercado automotriz se usa para la fabricación de: interiores, tableros y en componentes exteriores como baterías.

Para adentrarnos en la estructura de este compuesto primero hay que entender como esta formado su monómero el propileno. Es una molécula formada de tres carbones con un doble enlace entre dos de ellos. Con hibridaciones sp3 y sp2.

La estructura molecular del polímero esta determinada principalmente por su tamaño y arreglo macromolecular. Las propiedades físicas y mecánicas dependen de esta ultima característica.

El peso molecular del compuesto no es regular debido a que se forma a través de la unión de muchas monómeros. Pero se le puede atribuir un peso molecular promedio que se obtiene por osmometria, crioscopia o ebulloscopia, o por dispersión de luz.

El orden estructural se va dando desde la apertura del doble enlace, lo cual genera un carbón asimétrico en particular se repite una misma configuración, ya sea de orientación igual para dar macromoléculas isotácticas, o se dan alternancias regulares para dar moléculas sindiotácticas y sucesiones al lazar dan moléculas atácticas.

Después el polímero puede formar cristales, si esa es su condición. Se doblan entre si tomando un orden tridimensional y se forman esferulitas que son formas mas avanzadas de cristales.

La clasificación más generalizada de los altos polímeros sintéticos o materias plásticas es la que los divide en polimerizados, policondensados y poliaductos, tomando en consideración sus reacciones de síntesis.

No obstante, se utilizan a veces otros criterios. Una nomenclatura muy extendida en la práctica es la que tiene en cuenta su comportamiento físico, de gran importancia en los procesos tecnológicos de transformación, que ha conducido a la división en termoplastos, duroplastos y elastómeros.

Por otro lado, según el criterio de la igualdad o desigualdad de los monómeros constituyentes, los polímeros sintéticos pueden clasificarse en "homopolímeros" y "copolímeros". Los homopolímeros están formados por unidades monómeros idénticas, mientras que los copolímeros se han formado en la polirreacción de mezclas de dos o más monómeros distintos.

En los homopolímeros puede distinguirse entre polímeros "cabeza-cola" y polímeros "cabeza-cabeza" (o "cola-cola"), según que la ordenación de los monómeros en la cadena polímera tenga lugar siempre en la misma orientación o alterna.

Además, en los homopolímeros puede presentarse también estereoisomería, que se consigue mediante catálisis estereoespecífica de la polirreacción. Según este criterio de la configuración estérica, los polímeros pueden ser isotácticos, sindiotácticos y atácticos. Las macromoléculas de un polímero isotáctico presentan una repetición regular del monómero con igual configuración estérica con respecto al plano de la cadena principal. Si los sustituyentes están ordenados alternativamente con respecto al plano de la cadena principal, es decir, cuando cada segundo átomo de carbono de la cadena posee configuración estérica opuesta, se tiene un polímero sindiotáctico. Finalmente, si falta toda regularidad en la configuración estérica de los monómeros, el polímero es atáctico.

En los copolímeros la distribución de los monómeros en la cadena puede ser muy diversa, según el tipo de éstos y las condiciones de formación. Se pueden presentar los casos siguientes:

Copolímeros ordenados, en los cuales hay una intercalación regular de los monómeros constituyentes.

Copolímeros desordenados, con una disposición al azar de los monómeros en la cadena polímera.

Copolímeros en bloque, con segmentos de monómeros idénticos ordenados en la cadena principal.

Copolímeros injertados, en los cuales en la cadena principal, formada por un solo tipo de monómero, se encuentran "injertadas" ramificaciones polímeras de otro monómero a intervalos regulares o irregulares.

Es característico de los copolímeros ordenados y desordenados que sus propiedades son promedias de las correspondientes a las propiedades de los homopolímeros puros obtenidos con los monómeros constituyentes. En cambio, en los copolímeros en bloque e injertados las propiedades no son intermedias, sino aditivas con respecto a los homopolímeros respectivos; así, por ejemplo, los copolímeros en bloque o injertados que constan de un componente soluble en agua y otro soluble en aceite son compatibles con ambos y presentan un comportamiento característico tensoactivo y emulsionante.

POLIMERIZADOS SINTETICOS

En la polimerización propiamente dicha tiene lugar el encadenamiento de las unidades monómeros, que son sustancias no saturadas, por apertura de sus dobles enlaces o de sus estructuras cíclicas. El enlazamiento se efectúa sin separación de moléculas sencillas, de modo que la composición centesimal del polímero es la misma que la del monómero de partida. El proceso total de polimerización puede formularse así :

La polimerización puede tener lugar según un mecanismo iónico o según un mecanismo radical, de acuerdo con los dos tipos de estructuras límites, heterolítica: y hemolítica, que son capaces de formar los dobles enlaces C=C.

El doble enlace C=C está constituido por un enlace  y un enlace , más débil que el anterior. Las características químicas de los dobles enlaces vienen determinadas por el enlace . El par de electrones  está menos fuertemente unido a los átomos C que el par de electrones , ya que su carga negativa está más apantallada del efecto atractivo del núcleo por los electrones . Como consecuencia de ello, los electrones  son más deformables (desplazables) que los . Por acciones energéticas externas, el par electrónico compartido  puede ser desplazado hasta tal punto que acabe perteneciendo a uno sólo de los dos átomos de C como par electrónico solitario, dando lugar dicha escisión heterolítica a la formación de estructuras polares límites :

La activación del doble enlace puede producirse también por escisión hemolítica del par electrónico  , con formación de una estructura límite birradical:

Tales distribuciones anómalas de los electrones son decisivas para la reaccionabilidad de este tipo de compuestos, caracterizados por su facilidad de dar reacciones de adición y de polimerización.

En todo proceso de polimerización hay tres etapas características, que son: la reacción de iniciación, la de crecimiento o propagación en cadena y la de ruptura o terminación. La reacción de iniciación es la que produce la activación del doble enlace, proceso previo necesario para el encadenamiento de los monómeros en las reacciones de crecimiento. La reacción de ruptura es la que interrumpe el crecimiento ilimitado de la cadena polímera.

La activación del doble enlace en la reacción de iniciación puede tener lugar por acción de la luz, del calor, de ultrasonidos, de formadores de radicales o por catalizadores ácidos y básicos. La polimerización iniciada por catalizadores ácidos o básicos procede según el mecanismo iónico (catiónico o aniónico), mientras que la que es activada por la luz, el calor, los ultrasonidos o los formadores de radicales (como ciertos compuestos peroxo y azo) transcurre según el mecanismo radical.

Características tecnológicas medias del polipropileno isotáctico

Densidad (g/cm3) 0,90

Iniciación del reblandecimiento (°C) 160

Resistencia a la tracción (kg/cm2) 350

Alargamiento (%) 10

Módulo de elasticidad (kg/cm2) 12000

Características generales del propileno

Peso molecular 42.0804

Clasificación ACX X1003357-7

Clasificación CAS 115-07-1

Punto de fusión -185.24

Punto de ebullición -47.4

Presión de vapor 1.48 Kpa

Solubilidad en agua 44.6 mL/100 mL

Gas flamable con capacidad de ser licuado

El propileno técnicamente más importante es el isotáctico pues es el que presenta el mayor grado de cristalinidad y el empaquetamiento molecular más denso, junto con las propiedades mecánicas más favorables. Tiene la ventaja de poseer una temperatura de reblandecimiento alta (165-170 °C, frente a 125-130 °C del polietileno) y buenas características mecánicas, siendo además la materia plástica de menor densidad (0,9). En su comportamiento mecánico y térmico, el polipropileno isotáctico constituye el extremo más resistente de la serie etilénica que se inicia en el polietileno de alta presión y se continua en el de presión baja y media Al igual que el polietileno, el polipropileno puede trabajarse por extrusión, compresión, moldeo por inyección, etc., y las piezas elaboradas se pueden cortar, perforar, moldear al calor, soldar, etc. Se utiliza principalmente para fabricar piezas para el sector técnico.

El polipropileno es un altamente resistente a químicos. Se disuelve en compuestos alifaticos e hidrocarburos aromáticos a altas temperaturas. Mas sin embargo es atacado por agentes oxidantes, como es el caso de ácido sulfúrico concentrado y ácido nítrico.

El polipropileno que contiene enlaces con hidrógeno y átomos de carbono terciarios reacciona con oxigeno en muchas maneras, lo cual ocasiona que la cadena se rompa. Por ende se añaden estabilizadores a la reacción.

La actividad de polipropileno puede ser explotada. El tratamiento con peróxidos puede reducir el peso molecular, mejorar la distribución, o puede resultar en formación de enlaces entre moléculas. En otros casos estas propiedades son usadas para mejorar la compatibilidad con otros polímeros o materiales. La superficie puede ser trata da con flama o cargas eléctricas, haciendo que el compuesto se deforme y de esta forma permitir la adhesión de pintura, fibras metálicas y otros polímeros. También la radiación afecta a este compuesto. A continuación se presenta una tabla de la resistencia química del polipropileno.

El polipropileno es producido a partir de su monómero el propileno, este se puede obtener de una extensa variedad de métodos de laboratorio. El más común y practico es por la deshidratación del n-propanol y 2-propanol con ácido sulfúrico, y catalizadores de sulfato de aluminio.

El propileno es un producto secundario de la el cracking por vapor, o de la producción de gasolina por cracking catalítico. La deshidrohalogenacion es otro método que los ingenieros están usando en épocas de gran demanda.

Los altos polímeros obtenidos por vía puramente sintética constituyen un grupo muy importante en nuestros días. Este extensísimo grupo, de enorme importancia técnica, incluye toda una numerosa serie de productos de aplicación creciente en los más diversos campos de la tecnología moderna. Se obtienen por procesos de polimerización, policondensación, poliadición o copolirreacción, y sus combinaciones, a partir de 2sustancias monómeros por una serie de reacciones químicas sucesivas o simultáneas, bajo condiciones definidas de mayor o menor reproducibilidad.

Se los designa generalmente como "materias plásticas", y a diario crece su número, su calidad y su versatilidad. La producción mundial de plásticos aumenta continuamente, casi adaptándose a una ley exponencial. Nuevos conocimientos y nuevas técnicas facilitan y mejoran su fabricación, a la vez que abaratan el producto. El desarrollo de las materias plásticas ha entrado en una etapa de perspectivas insospechadas que, junto con la electrónica y la energía nuclear, hace prever un dominio absoluto de la tecnología venidera.

El desarrollo de las materias plásticas se inició el pasado siglo con los procesos químicos de transformación de productos macromoleculares naturales, obteniéndose así una serie de productos industriales que hemos designado como artificiales o semisintéticos, tales como linóleo, goma, fibra vulcanizada, nitrocelulosa, celuloide, seda artificial, galatita, etc. Sin embargo, el verdadero desarrollo científico-técnico de las materias plásticas ha tenido lugar en el presente siglo, con la obtención de altos polímeros totalmente sintéticos a partir de productos de bajo peso molecular o unidades monómeros.

Estos productos de partida de bajo peso molecular deben ser no saturados o tener en su molécula dos o más grupos reaccionantes ; es decir, han de ser sustancias bi, tri o multifuncionales. Por una serie de reacciones consecutivas similares, denominadas polirreacciones, se forma el producto macromolecular. En las polirreacciones que dan lugar a la formación de macromoléculas lineales o poco ramificadas se obtienen productos termoplásticos; en las que se forman macromoléculas reticuladas tridimensionalmente resultan productos duroplásticos. Finalmente, mediante un proceso de reticulación especial de macromoléculas lineales, denominado vulcanización, se obtienen productos elastómeros

DERIVADOS ETILENICOS

Los polímeros etilénicos, o poliolefinas ( etileno, propileno, etcétera), van adquiriendo cada vez mayor importancia, y es de suponer que dentro de algunos años constituirán la parte mayor de la producción total de plásticos. El descubrimiento de catalizadores específicos, que permiten sustituir el procedimiento de alta presión por los de presiones medias o bajas y obtener además poliolefinas "a medida", ha dado un gran impulso a este sector de materias plásticas.

Este compuesto es especialmente útil debido a su resistencia a otros químicos por lo que es utilizado mucho en la industria para la fabricación de aparatos que tengan que resistir la acción de químicos como es el caso de bombas, tuberías, coplas, sacos, así como material estéril.

Encontramos además que el polipropileno es un compuesto con gran capacidad de polimerizarse de diferentes formas, lo cual lo hace aplicable a diferentes tecnologías.

Además al ser resistente a temperaturas mayores que el polietileno se prefiere usarlo cuando se va a someter a temperaturas mayores de 100 °C.

Además la importancia se observa en la cantidad producida únicamente en los estados unidos:

April 10, 2000

Este polímero ha jugado y jugara un papel fundamental dentro de la industria química, debido a sus propiedades químicas y físicas excepcionales, asi como por su bajo costo y sencillez de producción.

El propileno es un gas muy explosivo. Los fuegos son controlados por químicos secos, extinguidores de dióxido de carbono o de halógeno. Este tipo de sustancia reacciona violentamente con oxidantes. Es incompatible con el oxigeno, por lo que catalizadores y condiciones que promueven la oxidación, adición o sustitución deben ser evitados. Reacciona con óxidos de nitrógeno para formar productos explosivos, este compuesto explota al ponerse en contacto con trifluoro metilo e hipofluorito. Al polimerizar con nitrato de liíto y dióxido de azufre se da una reacción explosiva.

Además posee propiedades anestésicas en concentraciones altas (60 % en volumen) en aire.

Encontramos que este compuesto tiene muchas ventajas comparativas con otras, es mas barato, la tecnología de producción ya esta bien investigada, tiene la capacidad de ser moldeable y posee la resistencia suficiente para hacer envases.

Una propiedad muy explotada es su resistencia a los químicos.

Además este plástico posee la habilidad de poder ser reciclado lo cual es de gran ventaja para el ambiente. Se le clasifica como (pp) o con un 5. Esto se ha dado debido a la gran cantidad de producto que se desecha y a la necesidad de reutililazarlo. BMW, FIAT y AUDI se conjunta ron para utilizar únicamente plástico reciclado en sus vehículos. Así como Volkswagen decidió implementar cambios tecnológicos en la utilización del plástico, así como también utilizar plásticos reutilizados.

El problema que presenta es el riesgo de explosividad del monómero, pero en condiciones de seguridad suficientes no presenta ningún riesgo. Su reactividad con agentes oxidantes puede ser ventaja o desventaja.

El problema que se puede presentar es poca aceptación a colorantes o a otras substancias lo cual lo hace poco comercial, debido a que en muchos casos se busca los plásticos por su presentación.

Este plástico resulta ser una elección muy sabia en el momento de la fabricación de objetos, debido a su alta resistencia. Para la fabricación de artefactos para la ingeniería resulta ser muy útil, es una opción de bajo costo, y con muchas propiedades que lo pueden hacer sustituir al metal en muchas cosas. El mundo se esta dando cuenta de su importancia, en un articulo publicado por A. Vol'fson en la revista polymer science and technology, indica que los países Soviéticos han decidido en vez de quemar el gas natural obtener propeno de el polimerizarlo. Lo cual no solo involucra una mejora en la economía para estos países, sino que además un material que antes era desperdiciado ahora tendrá una utilidad.

En especial quiero hacer referencia a la importancia que jugó el químico G. Natta al continuar los estudios del Doctor Ziegler en la polimerización con catalizadores metálicos, lo cual hizo posible el entender la reacción de polimerización del polietileno y después del polipropileno, lo cual estableció una base fundamental para lograr polímeros efectivos y construidos a nuestro antojo con las propiedades deseadas.

Estoy seguro que este plástico me será muy útil en el momento de desarrollar equipo para ingeniería y no será la ultima vez que lo tenga que analizar.

Bibliografía

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