Polietileno
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| Nombres | |
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| Nombre IUPAC Polietileno o poli (etileno) [1] | |
| Otros nombres Polietileno polietileno | |
| Identificadores | |
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| Abreviaturas | EDUCACIÓN FÍSICA |
| ChemSpider |
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| Tarjeta de información ECHA | 100.121.698  |
| KEGG | |
| Malla | Polietileno |
PubChem CID | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
| Propiedades | |
| (C 2 H 4 ) n | |
| Densidad | 0,88–0,96 g / cm 3 [2] |
| Punto de fusion | 115–135 ° C (239–275 ° F; 388–408 K) [2] |
| log P | 1.02620 [3] |
| −9,67 × 10 −6 ( HDPE , SI, 22 ° C) [4] | |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
| Referencias de Infobox | |
| Parte de una serie sobre |
| Fibra |
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| Fibras naturales |
| Fibras sintéticas |
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El polietileno o polietileno (abreviado PE ; nombre IUPAC polietileno o poli (metileno) ) es el plástico más común en uso en la actualidad. Es un polímero, que se utiliza principalmente para embalaje ( bolsas de plástico , películas de plástico , geomembranas y recipientes incluyendo botellas , etc.). A partir de 2017 [actualizar], se producen anualmente más de 100 millones de toneladas de resinas de polietileno, lo que representa el 34% del mercado total de plásticos. [5] [6]
Se conocen muchos tipos de polietileno, y la mayoría tiene la fórmula química (C 2 H 4 ) n . El PE suele ser una mezcla de polímeros similares de etileno , con varios valores de n . Puede ser de baja o alta densidad : el polietileno de baja densidad se extruye [ verificación necesaria ] utilizando alta presión (1000–5000 atm ) y alta temperatura (520 kelvin ), mientras que el polietileno de alta densidad se extruye [ verificación necesaria ]utilizando baja presión (6–7 atm) y baja temperatura (333–343 K). El polietileno suele ser termoplástico , pero puede modificarse para convertirse en termoendurecible , por ejemplo, en polietileno reticulado .
Historia
El polietileno fue sintetizado por primera vez por el químico alemán Hans von Pechmann , quien lo preparó por accidente en 1898 mientras investigaba el diazometano . [7] [a] [b] [c] Cuando sus colegas Eugen Bamberger y Friedrich Tschirner caracterizaron la sustancia blanca y cerosa que había creado, reconocieron que contenía cadenas largas de –CH 2 - y la denominaron polimetileno . [9]
La primera síntesis de polietileno industrialmente práctica (el diazometano es una sustancia notoriamente inestable que generalmente se evita en aplicaciones industriales) fue nuevamente descubierta accidentalmente en 1933 por Eric Fawcett y Reginald Gibson en las fábricas de Imperial Chemical Industries (ICI) en Northwich , Inglaterra. [10] Al aplicar una presión extremadamente alta (varios cientos de atmósferas ) a una mezcla de etileno y benzaldehído , nuevamente produjeron un material ceroso blanco. Debido a que la reacción se había iniciado por trazas de contaminación por oxígeno en su aparato, el experimento fue difícil de reproducir al principio. No fue hasta 1935 que otro químico de ICI, Michael Perrin, desarrolló este accidente en una síntesis reproducible de alta presión para polietileno que se convirtió en la base para la producción industrial de polietileno de baja densidad ( LDPE ) a partir de 1939. Debido a que se descubrió que el polietileno tiene propiedades de muy baja pérdida en ondas de radio de muy alta frecuencia, la distribución en Gran Bretaña se suspendió al estallar la Segunda Guerra Mundial, se impuso el secreto y el nuevo proceso se utilizó para producir aislamiento para cables coaxiales UHF y SHF de equipos de radar . Durante la Segunda Guerra Mundial, se realizaron más investigaciones sobre el proceso ICI y en 1944, Du Pont en Sabine River, Texas, y Bakelite Corporation en Charleston, West Virginia, comenzaron la producción comercial a gran escala con licencia de ICI. [11]
El avance histórico en la producción comercial de polietileno comenzó con el desarrollo de catalizadores que promovieron la polimerización a temperaturas y presiones suaves. El primero de ellos fue un catalizador basado en trióxido de cromo descubierto en 1951 por Robert Banks y J. Paul Hogan en Phillips Petroleum . [12] En 1953, el químico alemán Karl Ziegler desarrolló un sistema catalítico basado en haluros de titanio. y compuestos de organoaluminio que funcionaron incluso en condiciones más suaves que el catalizador Phillips. Sin embargo, el catalizador Phillips es menos costoso y más fácil de trabajar, y ambos métodos se utilizan mucho en la industria. A finales de la década de 1950, los catalizadores de tipo Phillips y Ziegler se utilizaban para la producción de polietileno de alta densidad (HDPE). En la década de 1970, el sistema Ziegler se mejoró mediante la incorporación de cloruro de magnesio . Los sistemas catalíticos basados en catalizadores solubles, los metalocenos , fueron presentados en 1976 por Walter Kaminsky y Hansjörg Sinn . Las familias de catalizadores basados en Ziegler y metaloceno han demostrado ser muy flexibles para copolimerizar etileno con otras olefinas.y se han convertido en la base de la amplia gama de resinas de polietileno disponibles en la actualidad, incluido el polietileno de muy baja densidad y el polietileno lineal de baja densidad . Tales resinas, en forma de fibras de UHMWPE , han comenzado (a partir de 2005) a reemplazar a las aramidas en muchas aplicaciones de alta resistencia.
Propiedades
Las propiedades del polietileno se pueden dividir en propiedades mecánicas, químicas, eléctricas, ópticas y térmicas. [13]
Propiedades mecánicas del polietileno.
El polietileno es de baja resistencia, dureza y rigidez, pero tiene una alta ductilidad y resistencia al impacto , así como una baja fricción. Muestra una fuerte fluencia bajo una fuerza persistente, que puede reducirse mediante la adición de fibras cortas. Se siente ceroso cuando se toca.
Propiedades termales
La aplicabilidad comercial del polietileno está limitada por su bajo punto de fusión en comparación con otros termoplásticos. Para los grados comerciales comunes de polietileno de densidad media y alta, el punto de fusión suele estar en el rango de 120 a 130 ° C (248 a 266 ° F). El punto de fusión del polietileno comercial de baja densidad promedio es típicamente de 105 a 115 ° C (221 a 239 ° F). Estas temperaturas varían fuertemente con el tipo de polietileno, pero se informa que el límite superior teórico de fusión del polietileno es de 144 a 146 ° C (291 a 295 ° F).
Propiedades químicas
El polietileno se compone de hidrocarburos no polares, saturados y de alto peso molecular. Por tanto, su comportamiento químico es similar al de la parafina . Las macromoléculas individuales no están unidas covalentemente . Debido a su estructura molecular simétrica, tienden a cristalizar; en general, el polietileno es parcialmente cristalino . Una mayor cristalinidad aumenta la densidad y la estabilidad mecánica y química.
El método estándar para probar la densidad plástica es ISO 1183 parte 2 (columnas de gradiente), alternativamente ISO 1183 parte 1 ( analizador de densidad MVS2PRO ). [14]
La mayoría de los grados de LDPE , MDPE y HDPE tienen una excelente resistencia química, lo que significa que no son atacados por ácidos o bases fuertes y son resistentes a oxidantes suaves y agentes reductores. Las muestras cristalinas no se disuelven a temperatura ambiente. El polietileno (distinto del polietileno reticulado) normalmente se puede disolver a temperaturas elevadas en hidrocarburos aromáticos como tolueno o xileno , o en disolventes clorados como tricloroetano o triclorobenceno . [15]
El polietileno casi no absorbe agua . La permeabilidad al gas y al vapor de agua (solo gases polares) es menor que la de la mayoría de los plásticos; el oxígeno , el dióxido de carbono y los aromas , por otro lado, pueden pasarlo fácilmente.
El PE puede volverse quebradizo cuando se expone a la luz solar, el negro de carbón se usa generalmente como estabilizador de rayos UV.
El polietileno arde lentamente con una llama azul que tiene una punta amarilla y desprende un olor a parafina (similar a la llama de una vela ). El material continúa ardiendo al eliminar la fuente de llama y produce un goteo. [dieciséis]
El polietileno no se puede imprimir ni pegar con adhesivos sin tratamiento previo. Las uniones de alta resistencia se logran fácilmente con soldadura de plástico .
Propiedades eléctricas del polietileno.
El polietileno es un buen aislante eléctrico . Ofrece buena resistencia a la formación de árboles eléctricos ; sin embargo, se carga electrostáticamente con facilidad (lo que puede reducirse mediante la adición de grafito , negro de humo o agentes antiestáticos ).
Propiedades ópticas
Según el historial térmico y el espesor de la película, el PE puede variar entre casi transparente ( transparente ), lechoso-opaco ( translúcido ) y opaco . LDPE tiene la mayor, LLDPE ligeramente menos y HDPE la menor transparencia. Los cristalitos reducen la transparencia si son más grandes que la longitud de onda de la luz visible. [17]
Proceso de manufactura
Monómero
El ingrediente o monómero es etileno ( nombre IUPAC eteno), un hidrocarburo gaseoso con la fórmula C 2 H 4 , que puede verse como un par de grupos metileno (- CH
2-) conectados entre sí. Las especificaciones típicas para la pureza del PE son <5 ppm para el contenido de agua, oxígeno y otros alquenos . Los contaminantes aceptables incluyen N 2 , etano (precursor común del etileno) y metano. El etileno generalmente se produce a partir de fuentes petroquímicas, pero también se genera por deshidratación del etanol. [15]
Polimerización
La polimerización de etileno a polietileno se describe mediante la siguiente ecuación química :
- n CH
2= CH
2(gas) → [−CH
2−CH
2- ]
norte(sólido) Δ H / n = −25,71 ± 0,59 kcal / mol (−107,6 ± 2,5 kJ / mol) [18]
El etileno es una molécula estable que se polimeriza solo al entrar en contacto con los catalizadores. La conversión es muy exotérmica . La polimerización por coordinación es la tecnología más generalizada, lo que significa que se utilizan cloruros u óxidos metálicos. Los catalizadores más comunes consisten en cloruro de titanio (III) , los llamados catalizadores de Ziegler-Natta . Otro catalizador común es el catalizador Phillips , que se prepara depositando óxido de cromo (VI) sobre sílice. [15] El polietileno se puede producir mediante polimerización por radicales , pero esta ruta tiene una utilidad limitada y normalmente requiere un aparato de alta presión.
Unión
Los métodos comúnmente utilizados para unir piezas de polietileno incluyen: [19]
- Soldadura
- Soldadura por gas caliente
- Soldadura por infrarrojos
- Soldadura por láser
- Soldadura ultrasónica
- Termosellado
- Fusión de calor
- Fijación
- Adhesivos [19]
- Adhesivo sensible a la presión (PSA)
- Dispersión de PSA de tipo solvente
- Adhesivos de contacto de poliuretano
- Poliuretano de dos componentes
- Adhesivos epoxi
- Adhesivos termofusibles
- Adhesivo sensible a la presión (PSA)
Rara vez se utilizan adhesivos y disolventes porque el polietileno no es polar y tiene una alta resistencia a los disolventes. Los adhesivos sensibles a la presión (PSA) son factibles si la química de la superficie o la carga se modifica con activación por plasma , tratamiento con llama o tratamiento corona .
Clasificación
El polietileno se clasifica por su densidad y ramificación . Sus propiedades mecánicas dependen significativamente de variables como la extensión y el tipo de ramificación, la estructura cristalina y el peso molecular . Existen varios tipos de polietileno:
- Polietileno de peso molecular ultra alto (UHMWPE)
- Polietileno de peso molecular ultrabajo (ULMWPE o PE-WAX)
- Polietileno de alto peso molecular (HMWPE)
- Polietileno de alta densidad (HDPE)
- Polietileno reticulado de alta densidad (HDXLPE)
- Polietileno reticulado (PEX o XLPE)
- Polietileno de densidad media (MDPE)
- Polietileno lineal de baja densidad (LLDPE)
- Polietileno de baja densidad (LDPE)
- Polietileno de muy baja densidad (VLDPE)
- Polietileno clorado (CPE)
Con respecto a los volúmenes vendidos, los grados de polietileno más importantes son HDPE, LLDPE y LDPE.
Polietileno de peso molecular ultra alto (UHMWPE)
UHMWPE es polietileno con un peso molecular de millones, generalmente entre 3,5 y 7,5 millones de uma . [20] El alto peso molecular lo convierte en un material muy resistente , pero da como resultado un empaquetamiento menos eficiente de las cadenas en la estructura cristalina, como lo demuestran las densidades menores que el polietileno de alta densidad (por ejemplo, 0.930–0.935 g / cm 3 ) . El UHMWPE se puede fabricar mediante cualquier tecnología de catalizador, aunque los catalizadores de Ziegler son los más comunes. Debido a su extraordinaria tenacidad y su corte, desgaste y excelente resistencia química, el UHMWPE se utiliza en una amplia gama de aplicaciones. Estos incluyen lata y botella-manipulación de piezas de máquinas, piezas móviles de telares, cojinetes, engranajes, juntas artificiales, protección de bordes en pistas de hielo, sustitución de cables de acero en barcos y tablas de cortar de carnicero. Se usa comúnmente para la construcción de porciones articulares de implantes usados para reemplazos de cadera y rodilla . Como fibra , compite con la aramida en chalecos antibalas .
Polietileno de alta densidad (HDPE)
El HDPE se define por una densidad mayor o igual a 0,941 g / cm 3 . El HDPE tiene un bajo grado de ramificación. Las moléculas en su mayoría lineales se empaquetan bien juntas, por lo que las fuerzas intermoleculares son más fuertes que en los polímeros altamente ramificados. El HDPE se puede producir mediante catalizadores de cromo / sílice, catalizadores de Ziegler-Natta o catalizadores de metaloceno ; Al elegir los catalizadores y las condiciones de reacción, se puede controlar la pequeña cantidad de ramificación que se produce. Estos catalizadores prefieren la formación de radicales libres en los extremos de las moléculas de polietileno en crecimiento. Hacen que se agreguen nuevos monómeros de etileno a los extremos de las moléculas, en lugar de a lo largo del medio, lo que provoca el crecimiento de una cadena lineal.
El HDPE tiene una alta resistencia a la tracción. Se utiliza en productos y envases como jarras de leche, botellas de detergente, tarrinas de mantequilla, contenedores de basura y pipas de agua . Un tercio de todos los juguetes se fabrican con HDPE. En 2007, el consumo mundial de HDPE alcanzó un volumen de más de 30 millones de toneladas. [21]
Polietileno reticulado (PEX o XLPE)
PEX es un polietileno de densidad media a alta que contiene enlaces reticulados introducidos en la estructura del polímero, cambiando el termoplástico en un termoestable . Se mejoran las propiedades del polímero a alta temperatura, se reduce su flujo y se mejora su resistencia química. El PEX se usa en algunos sistemas de plomería de agua potable porque los tubos hechos del material se pueden expandir para que quepan sobre un niple de metal y volverán lentamente a su forma original, formando una conexión permanente y hermética.
Polietileno de densidad media (MDPE)
El MDPE se define por un rango de densidad de 0,926 a 0,940 g / cm 3 . El MDPE se puede producir mediante catalizadores de cromo / sílice, catalizadores de Ziegler-Natta o catalizadores de metaloceno. El MDPE tiene buenas propiedades de resistencia a golpes y caídas. También es menos sensible a las muescas que el HDPE; La resistencia al agrietamiento por tensión es mejor que el HDPE. El MDPE se utiliza normalmente en tuberías y accesorios de gas, sacos, film retráctil, film de embalaje, bolsas de transporte y cierres de rosca.
Polietileno lineal de baja densidad (LLDPE)
El LLDPE se define por un rango de densidad de 0,915 a 0,925 g / cm 3 . El LLDPE es un polímero sustancialmente lineal con un número significativo de ramificaciones cortas, comúnmente elaborado por copolimerización de etileno con alfa-olefinas de cadena corta (por ejemplo, 1-buteno , 1-hexeno y 1-octeno ). El LLDPE tiene una mayor resistencia a la tracción que el LDPE y exhibe una mayor resistencia al impacto y a la perforación que el LDPE. Las películas de menor espesor (calibre) se pueden soplar, en comparación con LDPE, con un mejor agrietamiento por tensión ambientalresistencia, pero no son tan fáciles de procesar. El LLDPE se utiliza en embalajes, especialmente películas para bolsas y láminas. Se puede usar un espesor menor en comparación con LDPE. Se utiliza para cubiertas de cables, juguetes, tapas, baldes, contenedores y tuberías. Si bien hay otras aplicaciones disponibles, LLDPE se usa predominantemente en aplicaciones de películas debido a su dureza, flexibilidad y transparencia relativa. Los ejemplos de productos van desde películas agrícolas, envolturas Saran y envolturas de burbujas hasta películas compuestas y multicapa. En 2013, el mercado mundial de LLDPE alcanzó un volumen de 40.000 millones de dólares estadounidenses. [22]
Polietileno de baja densidad (LDPE)
El LDPE se define por un rango de densidad de 0,910 a 0,940 g / cm 3 . El LDPE tiene un alto grado de ramificación de cadena corta y larga, lo que significa que las cadenas no se empaquetan también en la estructura cristalina . Tiene, por lo tanto, fuerzas intermoleculares menos fuertes ya que la atracción del dipolo inducida por el dipolo instantáneo es menor. Esto da como resultado una menor resistencia a la tracción y una mayor ductilidad . El LDPE se crea mediante polimerización por radicales libres.. El alto grado de ramificación con cadenas largas le da al LDPE fundido propiedades de flujo únicas y deseables. El LDPE se utiliza tanto para envases rígidos como para aplicaciones de películas de plástico, como bolsas de plástico y envoltorios de películas. En 2013, el mercado mundial de LDPE tenía un volumen de casi 33 mil millones de dólares. [23]
El proceso de polimerización de radicales utilizado para producir LDPE no incluye un catalizador que "supervise" los sitios de radicales en las cadenas de PE en crecimiento. (En la síntesis de HDPE, los sitios de radicales están en los extremos de las cadenas de PE, porque el catalizador estabiliza su formación en los extremos). Los radicales secundarios (en el medio de una cadena) son más estables que los radicales primarios (al final de la cadena). cadena), y los radicales terciarios (en un punto de ramificación) son aún más estables. Cada vez que se agrega un monómero de etileno, crea un radical primario, pero a menudo estos se reordenarán para formar radicales secundarios o terciarios más estables. La adición de monómeros de etileno a los sitios secundarios o terciarios crea ramificaciones.
Polietileno de muy baja densidad (VLDPE)
El VLDPE se define por un rango de densidad de 0,880 a 0,915 g / cm 3 . VLDPE es un polímero sustancialmente lineal con altos niveles de ramificaciones de cadena corta, comúnmente elaborado por copolimerización de etileno con alfa-olefinas de cadena corta (por ejemplo, 1-buteno, 1-hexeno y 1-octeno). El VLDPE se produce más comúnmente usando catalizadores de metaloceno debido a la mayor incorporación de comonómero exhibida por estos catalizadores. Los VLDPE se utilizan para mangueras y tubos, bolsas de hielo y alimentos congelados, envasado de alimentos y envoltorios elásticos, así como modificadores de impacto cuando se mezclan con otros polímeros.
Recientemente, gran parte de la actividad de investigación se ha centrado en la naturaleza y distribución de las ramas de cadena larga en polietileno. En el HDPE, un número relativamente pequeño de estas ramificaciones, quizás una de cada 100 o 1.000 ramificaciones por carbono de la cadena principal, puede afectar significativamente las propiedades reológicas del polímero.
Copolímeros
Además de la copolimerización con alfa-olefinas, el etileno se puede copolimerizar con una amplia gama de otros monómeros y composición iónica que crea radicales libres ionizados. Los ejemplos comunes incluyen acetato de vinilo (el producto resultante es copolímero de etileno-acetato de vinilo , o EVA, ampliamente utilizado en espumas para suelas de calzado deportivo) y una variedad de acrilatos . Las aplicaciones del copolímero acrílico incluyen envases y artículos deportivos, y superplastificantes , utilizados en la producción de cemento.
Tipos de polietilenos
Las propiedades particulares del material del "polietileno" dependen de su estructura molecular. El peso molecular y la cristalinidad son los factores más importantes; la cristalinidad, a su vez, depende del peso molecular y del grado de ramificación. Cuanto menos ramificadas estén las cadenas de polímero y cuanto menor sea el peso molecular, mayor será la cristalinidad del polietileno. La cristalinidad varía del 35% (PE-LD / PE-LLD) al 80% (PE-HD). El polietileno tiene una densidad de 1,0 g / cm 3 en regiones cristalinas y 0,86 g / cm 3 en regiones amorfas. Existe una relación casi lineal entre densidad y cristalinidad. [13]
El grado de ramificación de los diferentes tipos de polietileno se puede representar esquemáticamente de la siguiente manera: [13]
| PE-HD | |
| PE-LLD | |
| PE-LD |
La figura muestra esqueletos de polietileno, ramas de cadena corta y ramas de cadena lateral. Las cadenas de polímero se representan linealmente.
Ramas de cadena
Las propiedades del polietileno dependen en gran medida del tipo y número de ramificaciones de la cadena. Las ramas de la cadena a su vez dependen del proceso utilizado: el proceso de alta presión (solo PE-LD) o el proceso de baja presión (todos los demás grados de PE). El polietileno de baja densidad se produce mediante el proceso de alta presión mediante polimerización por radicales, por lo que se forman numerosas ramificaciones de cadena corta y ramificaciones de cadena larga. Las ramas de cadena corta están formadas por reacciones de transferencia de cadena intramolecular , siempre son ramas de cadena de butilo o etilo porque la reacción procede después del siguiente mecanismo:
Cuestiones ambientales
El polietileno se produce a partir de etileno y, aunque el etileno se puede producir a partir de recursos renovables , se obtiene principalmente del petróleo o del gas natural .
Además, el uso generalizado de polietileno plantea dificultades para la gestión de residuos si no se recicla. El polietileno, como otros plásticos sintéticos, no es fácilmente biodegradable y, por lo tanto, se acumula en los vertederos . El reciclaje es más fácil si está marcado con un código de reciclaje . Puede leer "PE" o "02" ("plástico número 2") para PE-HD y "04" ("plástico número 4") para PE-LD.
En Japón, deshacerse de los plásticos de una manera respetuosa con el medio ambiente fue el principal problema discutido hasta que el desastre nuclear de Fukushima en 2011 se convirtió en un problema mayor. Fue catalogado como un mercado de soluciones de $ 90 mil millones. Desde 2008, Japón ha aumentado rápidamente el reciclaje de plásticos, pero todavía tiene una gran cantidad de envoltorios de plástico que se desperdician. [24]
En 2010, un investigador japonés, Akinori Ito, lanzó el prototipo de una máquina que crea aceite a partir de polietileno mediante un pequeño proceso de destilación de vapor autónomo. [25]
Biodegradabilidad
El polietileno, como otros plásticos sintéticos, no es fácilmente biodegradable y, por lo tanto, se acumula en los vertederos. Sin embargo, hay varias especies de bacterias y animales que pueden degradar el polietileno.
En mayo de 2008, Daniel Burd, un canadiense de 16 años, ganó la Feria de Ciencias de Canadá en Ottawa después de descubrir que Pseudomonas fluorescens , con la ayuda de Sphingomonas , puede degradar más del 40% del peso de las bolsas de plástico en seis semanas. . Más tarde supuso que desaparecería después de seis semanas más. [26]
La bacteria termófila Brevibacillus borstelensis (cepa 707) se aisló de una muestra de suelo y se encontró que usa polietileno de baja densidad como única fuente de carbono cuando se incuban juntas a 50 ° C. La biodegradación aumentó con el tiempo de exposición a la radiación ultravioleta . [27]
Acinetobacter sp. 351 puede degradar oligómeros de PE de menor peso molecular. Cuando el PE se somete a termo y foto-oxidación, se liberan productos que incluyen alcanos, alquenos, cetonas, aldehídos, alcoholes, ácido carboxílico, cetoácidos, ácidos dicarboxílicos, lactonas y ésteres. [28]
En 2014, un investigador chino descubrió que las larvas de la polilla de la harina india podían metabolizar el polietileno al observar que las bolsas de plástico de su casa tenían pequeños agujeros. Deduciendo que las larvas hambrientas debían haber digerido el plástico de alguna manera, él y su equipo analizaron sus bacterias intestinales y encontraron algunas que podrían usar plástico como su única fuente de carbono. Las bacterias de las entrañas de las larvas de la polilla Plodia interpunctella no solo pudieron metabolizar el polietileno, sino que lo degradaron significativamente, reduciendo su resistencia a la tracción en un 50%, su masa en un 10% y los pesos moleculares de sus cadenas poliméricas en un 13%. [29] [30]
En 2017, los investigadores informaron que la oruga de Galleria mellonella come basura plástica como el polietileno. [31] [32]
Cambio climático
Cuando se expone a la radiación solar ambiental, el plástico produce dos gases de efecto invernadero , metano y etileno . De particular preocupación es el tipo de plástico que libera gases a la tasa más alta: polietileno de baja densidad (o LDPE ). Debido a sus propiedades de baja densidad, se degrada más fácilmente con el tiempo, dando lugar a áreas de superficie más altas. La producción de estos gases traza a partir de LDPE virgen aumenta con el área de superficie / tiempo, con tasas al final de una incubación de 212 días de 5.8 nmol g-1 d-1 de metano, 14.5 nmol g-1 d-1 de etileno, 3,9 nmol g-1 d-1 de etano y 9,7 nmol g-1 d-1 de propileno. Cuando se incuba en el aire, el LDPE emite gases a tasas ~ 2 veces y ~ 76 veces más altas en comparación con el agua para el metano y el etileno, respectivamente.[33]
Polietileno químicamente modificado
El polietileno puede modificarse en la polimerización mediante comonómeros polares o no polares o después de la polimerización mediante reacciones análogas al polímero. Las reacciones análogas a polímeros comunes son en el caso de reticulación , cloración y sulfocloración de polietileno .
Copolímeros de etileno no polares
α-olefinas
En el proceso de baja presión se pueden añadir α-olefinas (por ejemplo, 1-buteno o 1-hexeno ), que se incorporan en la cadena del polímero durante la polimerización. Estos copolímeros introducen cadenas laterales cortas, por lo que se reducen la cristalinidad y la densidad . Como se explicó anteriormente, las propiedades mecánicas y térmicas se modifican de ese modo. En particular, PE-LLD se produce de esta manera.
Polietileno metaloceno (PE-MC)
El polietileno de metaloceno (PE-M) se prepara por medio de catalizadores de metaloceno , que generalmente incluyen copolímeros (z. B. eteno / hexeno). El polietileno de metaloceno tiene una distribución de peso molecular relativamente estrecha , una tenacidad excepcionalmente alta, excelentes propiedades ópticas y un contenido de comonómero uniforme. Debido a la estrecha distribución del peso molecular, se comporta menos pseudoplástico (especialmente a velocidades de cizallamiento mayores). El polietileno de metaloceno tiene una baja proporción de componentes de bajo peso molecular (extraíbles) y una baja temperatura de soldadura y sellado. Por tanto, es especialmente adecuado para la industria alimentaria. [13] : 238 [34] : 19
Polietileno con distribución de peso molecular multimodal
El polietileno con distribución de peso molecular multimodal consta de varias fracciones de polímero, que se mezclan de manera homogénea. Dichos tipos de polietileno ofrecen rigidez, tenacidad, resistencia, resistencia al agrietamiento por tensión y una resistencia a la propagación del agrietamiento extremadamente altas. Consisten en proporciones iguales de fracciones de polímero de peso molecular más alto y más bajo. Las unidades de menor peso molecular cristalizan más fácilmente y se relajan más rápido. Las fracciones de mayor peso molecular forman moléculas de enlace entre cristalitos, aumentando así la tenacidad y la resistencia al agrietamiento por tensión. El polietileno con distribución de peso molecular multimodal se puede preparar en reactores de dos etapas, mediante catalizadores con dos centros activos en un vehículo o mezclando en extrusoras. [13] : 238
Copolímeros de olefinas cíclicas (COC)
Los copolímeros de olefinas cíclicas se preparan mediante la copolimerización de eteno y cicloolefinas (normalmente norborneno ) producidas mediante el uso de catalizadores de metaloceno. Los polímeros resultantes son polímeros amorfos y particularmente transparentes y resistentes al calor. [13] : 239 [34] : 27
Copolímeros de etileno polares
Los compuestos básicos utilizados como comonómeros polares son alcohol vinílico ( etenol , un alcohol insaturado), ácido acrílico ( ácido propenoico , un ácido insaturado) y ésteres que contienen uno de los dos compuestos.
Copolímeros de etileno con alcoholes insaturados
El copolímero de etileno / alcohol vinílico (EVOH) es (formalmente) un copolímero de PE y alcohol vinílico (etenol), que se prepara mediante hidrólisis (parcial) del copolímero de etileno-acetato de vinilo (ya que el alcohol vinílico en sí no es estable). Sin embargo, normalmente el EVOH tiene un contenido de comonómero más alto que el VAC comúnmente utilizado. [35] : 239
El EVOH se utiliza en películas multicapa para embalaje como capa barrera (plástico barrera). Como el EVOH es higroscópico (atrae el agua), absorbe el agua del medio ambiente, por lo que pierde su efecto barrera. Por lo tanto, debe utilizarse como capa central rodeada de otros plásticos (como LDPE, PP, PA o PET). El EVOH también se utiliza como agente de recubrimiento contra la corrosión en alumbrado público, postes de semáforos y muros de protección contra el ruido. [35] : 239
Copolímeros de etileno / ácido acrílico (EAA)
El copolímero de etileno y los ácidos carboxílicos insaturados (como el ácido acrílico) se caracterizan por una buena adhesión a diversos materiales, por su resistencia al agrietamiento por tensión y alta flexibilidad. [36] Sin embargo, son más sensibles al calor y la oxidación que los homopolímeros de etileno. Los copolímeros de etileno / ácido acrílico se utilizan como promotores de la adhesión . [13]
Si están presentes sales de un ácido carboxílico insaturado en el polímero, se forman redes de iones termorreversibles, que se denominan ionómeros . Los ionómeros son termoplásticos altamente transparentes que se caracterizan por una alta adherencia a los metales, una alta resistencia a la abrasión y una alta absorción de agua. [13]
Copolímeros de etileno con ésteres insaturados
Si se copolimerizan ésteres insaturados con etileno, el resto de alcohol puede estar en la cadena principal del polímero (como es el caso en el copolímero de etileno-acetato de vinilo) o en el resto de ácido (por ejemplo, en el copolímero de etileno-acrilato de etilo). Los copolímeros de etileno-acetato de vinilo se preparan de manera similar a LD-PE mediante polimerización a alta presión. La proporción de comonómero influye decisivamente en el comportamiento del polímero.
La densidad disminuye hasta una proporción de comonómero del 10% debido a la formación de cristales alterada. Con mayores proporciones se acerca a la del acetato de polivinilo (1,17 g / cm 3 ). [35] : 235 Debido a la disminución de la cristalinidad, los copolímeros de etileno acetato de vinilo se vuelven más blandos con el aumento del contenido de comonómeros. Los grupos laterales polares cambian las propiedades químicas significativamente (en comparación con el polietileno): [13] : 224 la resistencia a la intemperie, la adhesividad y la soldabilidad aumentan con el contenido de comonómero, mientras que la resistencia química disminuye. También se modifican las propiedades mecánicas: la resistencia al agrietamiento por tensión y la tenacidad en el aumento en frío, mientras que la tensión de fluencia y la resistencia al calor disminuyen. Con una proporción muy alta de comonómeros (alrededor del 50%) se producen termoplásticos gomosos ( elastómeros termoplásticos ). [35] : 235
Los copolímeros de etileno-acrilato de etilo se comportan de manera similar a los copolímeros de etileno-acetato de vinilo. [13] : 240
Reticulación
Se hace una distinción básica entre reticulación con peróxido (PE-Xa), reticulación con silano (PE-Xb), reticulación con haz de electrones (PE-Xc) y reticulación azo (PE-Xd). [37]
Se muestran el peróxido, el silano y la reticulación por irradiación. En cada método, se genera un radical en la cadena de polietileno (centro superior), ya sea por radiación (h · ν) o por peróxidos (ROOR). Luego, dos cadenas de radicales pueden reticularse directamente (abajo a la izquierda) o indirectamente por compuestos de silano (abajo a la derecha).
- Reticulación con peróxido (PE-Xa) : la reticulación de polietileno utilizando peróxidos (por ejemplo, peróxido de dicumilo o di-terc-butilo ) sigue siendo de gran importancia. En el llamado proceso Engel , una mezcla de HDPE y peróxido [38] al 2% se mezcla primero a bajas temperaturas en una extrusora y luego se reticula a altas temperaturas (entre 200 y 250 ° C). [37] El peróxido se descompone en radicales peróxido (RO •), que abstraen (eliminan) átomos de hidrógeno de la cadena del polímero, lo que da lugar a radicales . Cuando estos se combinan, se forma una red reticulada. [39]La red polimérica resultante es uniforme, de baja tensión y alta flexibilidad, por lo que es más suave y resistente que el PE-Xc (irradiado). [37]
- Reticulación con silano (PE-Xb) : En la presencia de silanos (por ejemplo Trimetoxivinilsilano ) de polietileno puede ser inicialmente Si- funcionalizado por irradiación o por una pequeña cantidad de un peróxido. Posteriormente se pueden formar grupos Si-OH en un baño de agua por hidrólisis , que luego se condensan y reticulan el PE mediante la formación de puentes Si-O-Si. [16] Los catalizadores como el dilaurato de dibutilestaño pueden acelerar la reacción. [38]
- Reticulación por irradiación (PE-Xc) : la reticulación del polietileno también es posible mediante una fuente de radiación aguas abajo (normalmente un acelerador de electrones , ocasionalmente un radiador isotópico ). Los productos de PE se reticulan por debajo del punto de fusión cristalino separando los átomos de hidrógeno . La radiación β posee una profundidad de penetración de 10 mm , la radiación ɣ 100 mm. De este modo, las áreas interiores o específicas pueden excluirse de la reticulación. [37] Sin embargo, debido a los elevados costes operativos y de capital, la reticulación por radiación juega sólo un papel menor en comparación con la reticulación por peróxido. [35]A diferencia de la reticulación con peróxido, el proceso se lleva a cabo en estado sólido . Por tanto, la reticulación tiene lugar principalmente en las regiones amorfas, mientras que la cristalinidad permanece prácticamente intacta. [38]
- Reticulación azoica (PE-Xd) : En el proceso denominado Lubonyl, el polietileno se reticula con compuestos azoicos previamente añadidos después de la extrusión en un baño de sal caliente. [35] [37]
Cloración y sulfocloración
El polietileno clorado (PE-C) es un material económico que tiene un contenido de cloro del 34 al 44%. Se utiliza en mezclas con PVC porque el cloropolietileno blando y gomoso está incrustado en la matriz de PVC, lo que aumenta la resistencia al impacto . También aumenta la resistencia a la intemperie. Además, se utiliza para ablandar láminas de PVC, sin riesgo de migración de plastificantes. El polietileno clorado se puede reticular peroxídicamente para formar un elastómero que se utiliza en la industria de cables y caucho. [35] Cuando se agrega polietileno clorado a otras poliolefinas, se reduce la inflamabilidad. [13] : 245
El PE clorosulfonado (CSM) se utiliza como material de partida para el caucho sintético resistente al ozono . [40]
Polietileno de base biológica
Braskem y Toyota Tsusho Corporation iniciaron actividades conjuntas de comercialización para producir polietileno a partir de la caña de azúcar . Braskem construirá una nueva instalación en su unidad industrial existente en Triunfo, Rio Grande do Sul, Brasil con una capacidad de producción anual de 200.000 toneladas cortas (180.000.000 kg), y producirá polietileno de alta y baja densidad a partir de bioetanol derivado de la caña de azúcar. . [41]
El polietileno también se puede fabricar a partir de otras materias primas, incluidos el grano de trigo y la remolacha azucarera . Estos desarrollos utilizan recursos renovables en lugar de combustibles fósiles, aunque el problema de la fuente de plástico es actualmente insignificante a raíz de los desechos plásticos y, en particular, los desechos de polietileno, como se muestra arriba.
Nomenclatura y descripción general del proceso
El nombre polietileno proviene del ingrediente y no del compuesto químico resultante, que no contiene dobles enlaces. El nombre científico polietileno se deriva sistemáticamente del nombre científico del monómero. [42] [43] El monómero de alqueno se convierte en un alcano largo, a veces muy largo, en el proceso de polimerización. [43] En determinadas circunstancias, es útil utilizar una nomenclatura basada en estructuras; en tales casos, la IUPAC recomienda el poli (metileno) (el poli (metanodiilo) es una alternativa no preferida). [42] La diferencia de nombres entre los dos sistemas se debe a la apertura del doble enlace del monómero tras la polimerización. [44]El nombre se abrevia PE . De manera similar, el polipropileno y el poliestireno se acortan a PP y PS, respectivamente. En el Reino Unido y la India, el polímero se denomina comúnmente polietileno , del nombre comercial ICI , aunque esto no se reconoce científicamente.
Notas al pie
- ^ Erwähnt sei noch, dass aus einer ätherischen Diazomethanlösung sich beim Stehen manchmal minimale Quantitäten eines weissen, flockigen, aus Chloroform krystallisirenden Körpers abscheiden; ... [ Debe mencionarse que de una solución etérea de diazometano, al reposar, a veces se precipitan pequeñas cantidades de una sustancia blanca en escamas, que puede cristalizarse con cloroformo; ... ]. [7] : 2643
- ↑ Bamberger afirmó que uno de sus estudiantes, Hindermann, había notado la formación de polietileno en 1897. [8]
- ↑ Die Abscheidung weisser Flocken aus Diazomethanlösungen erwähnt auch v. Pechmann (diese Berichte 31 , 2643); [7] er hat sie aber wegen Substanzmangel nicht untersucht. Ich hatte übrigens Hrn. v. Pechmann schon einige Zeit vor Erscheinen seiner Publicación mitgetheilt, dass aus Diazomethan ein fester, weisser Körper entstehe, der sich bei der Analyze als (CH 2 ) x erwiesen habe, worauf mir Hr. contra Pechmann schrieb, dass er den weissen Körper ebensfalls beobachtet, aber nicht untersucht habe. Zuerst erwähnt ist derselbe in der Dissertation meines Schülers. (Hindermann, Zürich (1897), S. 120) [8] : nota 3 de la página 956 [ Von Pechmann (estos Informes, 31 , 2643) [7] también mencionó la precipitación de escamas blancas a partir de soluciones de diazometano; sin embargo, debido a la escasez del material, no lo investigó. Por cierto, algún tiempo antes de la aparición de su publicación, le había comunicado al Sr. von Pechmann que una sustancia blanca sólida surgía del diazometano, que en el análisis resultó ser (CH 2 ) x , por lo que el Sr. von Pechmann me escribió que él también había observado la sustancia blanca, pero no la había investigado. Se menciona por primera vez en la disertación de mi alumno. (Hindermann, Zürich (1897), pág. 120) ].
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[página 956]:
Eine theilweise - übrigens immer nur minimale - Umwandlung des Diazomethans en Stickstoff und Polymethylen vollzieht sich auch bei ganz andersartigen Reactionen; ...
[
Una conversión parcial - por cierto, siempre mínima - de diazometano en nitrógeno y polimetileno tiene lugar también durante reacciones bastante diferentes; ...
]
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enlaces externos
 | Busque polietileno en Wikcionario, el diccionario gratuito. |
 | Wikimedia Commons tiene medios relacionados con polietileno . |
- La historia de Polythene: el nacimiento accidental de bolsas de plástico
- Propiedades técnicas y aplicaciones del polietileno
- Artículo que describe el descubrimiento de Sphingomonas como biodegradador de bolsas de plástico Kawawada, Karen, Waterloo Region Record (22 de mayo de 2008).
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