ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LA MATERIA PRIMA

ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LA MATERIA PRIMA
Principios del siglo XX se realizaron experimentos dirigidos a la utilización de Etileno
como combustible líquido para motores mediante el uso de altas presiones. Como
resultado de las investigaciones, no se obtuvo los deseados combustibles, pero si se
logró un nuevo plástico al que se denominó POLIETILENO.
OBTENCION
El polietileno es un plástico obtenido de la polimerización del gas etileno (CH₂= CH₂),
producto que se obtiene a su vez del craqueo de la nafta del petróleo. Los diferentes
procesos de polimerización desarrollados para la producción industrial del polietileno
requieren determinadas condiciones de presión y temperatura y la presencia de
catalizadores. La variación de estas condicione3s durante el proceso de
polimerización permite obtención de productos de características diferentes.
El polietileno ( PE ) es un producto plástico, termoplástico flexible, inodoro, no toxico
que se descompone a una temperatura cercana a los 300ºC y es menos denso que el
agua.
Se obtiene por el proceso de polimerización del ETILENO CH₂ = CH₂ producto
resultante del craqueo de la nafta del petróleo. Inicialmente se consiguió a base de
someter el etileno a altas presiones, entre 1000 y 1500 atmósferas y temperaturas
entre 300ºC y 800ºC, resultando el polietileno denominado de baja densidad (PEBD)
PE40, con una densidad igual a 0,93 g/cm³.
Posteriormente el PE se consiguió en condiciones más favorables , trabajándose a
presión atmosférica y a una temperatura muy inferior, empleando catalizadores
metálicos de Titanio y magnesio, resultando el polietileno de alta densidad (PEAD),
PE80 y mediante modificación de este proceso el PE100 o polietileno de tercera
generación
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PROCESO DE ALTA PRESION
En el año 1930 se realizó, por primera vez, la polimerización directa del etileno en de
polietileno sólido. El procedimiento utilizó presiones entre 250 a 300 p.s.i., a una
temperatura de 300ºC y pequeñas cantidades de oxigeno como catalizador. La
primera polimerización a altas presiones dio como resultado el polietileno de baja
densidad. La densidad del material oscila entre 0,91 y 0,930 (g/cm³)
PROCESO DE OBTENCION DE PE DE ALTA DENSIDAD A BAJA PRESION
En el año 1953 el profesor ZIEGLER obtuvo un nuevo polietileno a presión
atmosférica y temperaturas muy inferiores y con aportación de catalizadores metálicos
de titanio y magnesio. La polimerización llevada a baja presiones (30-40 psi), dio
como resultado el polietileno de alta densidad. La cristalinilidad llega, en este caso,
hasta el 85% y las cadenas moleculares que conforman el polímero están muy poco
ramificadas, formando una estructura lineal. El predominio de zonas cristalinas facilita
la agrupación y empacamiento de las moléculas, y por lo tanto, una mayor densidad
del material que oscila entre 0,940 y 0,960 (g/cm³).
El mayor número de uniones intermoleculares y el alto porcentaje de zonas cristalinas
proporciona un aumento en las siguientes propiedades fisico-mecanicas:
La densidad
La rigidez
La dureza
La resistencia a la tracción
El modulo de elasticidad
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Y una disminución de la resistencia al impacto y la resistencia a las fisuraciones. Para
contrarrestar los anteriores inconvenientes en los últimos años, basado en el proceso
Ziegler, se desarrollaron nuevas resinas que consiguieron aumentar el número de
ramificaciones cortas, manteniendo el porcentaje de zonas cristalinas. De esta forma
se logra mantener las características de los polietilenos de alta densidad y mejorar la
resistencia a los impactos y a la fisuración.
DENSIDAD
Como se ha descrito anteriormente, la densidad es función del proceso de
polimerización empleado, pero depende fundamentalmente, del grado de ramificación.
La densidad de las resinas se mantiene en un rango entre 0,910 y 0,960 (g/cm³). La
densidad es función del grado de ordenamiento de las cadenas y, por lo tanto, de la
proporción de zonas cristalinas en el material. Las propiedades físicas directamente
relacionadas con esta propiedad son: La rigidez, la dureza y la resistencia térmica.
Una mayor densidad del material, como consecuencia dará una mayor proporción de
zonas cristalinas, aumentando la rigidez y la dureza. La energía de decohesión de las
zonas cristalinas eleva la temperatura de fusión. Así los polietilenos no ramificados
conservan la estructura cristalina hasta una temperatura aproximada de 120ºC.
PEBD
PEMD
PEAD
PE40
PE80
PE100
Presión en la
ALTA
polimerización
MEDIA
BAJA
Grado
ramificación
molecular
MEDIA
BAJA
de
ALTA
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Zona cristalina
Densidad
(g/cm³)
50%
75%
85%
0,910-0,930
0,930- 0,940
0,940 – 0,960
PESO MOLECULAR
La longitud de las cadenas que conforman el polímero es independiente de la presión
utilizada en el proceso de polimerización y determina el peso molecular del polietileno.
Entre las propiedades físicas directamente relacionadas con el peso molecular se
encuentra el índice de fluidez i la resistencia mecánica. El índice de fluidez es
inversamente proporcional al peso molecular; a menor peso molecular las cadenas
son más cortas y con ello presenta mayor índice de fluidez, lo cual provoca un efecto
lubricante y facilita el proceso de extrusión durante la fabricación de la tubería.
Por otra parte un peso molecular bajo, es decir presencia de cadenas cortas,
disminuye la resistencia a la fisuración del material, la resistencia mecánica y el
modulo de elasticidad.
Peso Molecular
Módulo de elasticidad
Índice de fluidez
Resistencia a la tracción
Alto
Alto
Baja
Alta
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Resistencia al impacto
Alta
DISTRIBUCION DEL PESO MOLECULAR
El número de moléculas de una longitud de cadena determina en un polímero se
distribuye estadísticamente según la campana de Gauss. Una mayor anchura de la
distribución denota la presencia de cadenas cortas y, por tanto, mayor índice de
fluidez
VALORES DE LAS CARACTERISTICAS TECNICAS DEL PE
Propiedad
Unidad
PE 40
PE 80
PE 100
Densidad
Kg/m³
0,926 a 0,94
0,941 a 0,955
>0,955
Resistencia a la
tracción elástica
MPa
>10
>19
>19
Alargamiento a la
rotura
%
500
>350
>350
Tensión mínima
requerida (MRS)
MPa
4,0
8,0
10,0
Módulo
elasticidad
MPa
220
900
900
Escala D
45
65
65
Dureza shore
de
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