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Suplemento de la Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales, 2009, S2 (1): 111-112
TERMOENCOGIMIENTO EN PELÍCULAS DE PEBD: EFECTO DE LAS CONDICIONES
DE PROCESAMIENTO Y DE ENSAYO
Agustín Torres 1, Francy Mujica 2, Johan J. Sánchez 2*
1: Dpto. de Aplicaciones, Investigación y Desarrollo, C.A. (INDESCA). Complejo Petroquímico Ana María Campos,
Apartado 4036. Los Puertos de Altagracia, Edo. Zulia, Venezuela.
2: Grupo de Polímeros GPUSB, Dpto. de Ciencia de los Materiales, Universidad Simón Bolívar, Apartado 89000, Caracas
1080-A, Venezuela.
* E-mail: [email protected]
Trabajo presentado en el XIII COLOQUIO VENEZOLANO DE POLÍMEROS, 11 al 14 de Mayo de 2009 (Naiguatá, Venezuela).
Selección de trabajos a cargo de los organizadores del evento.
Disponible en: www.polimeros.labb.usb.ve/RLMM/home.html
Abstract
Films produced with LDPE were studied to evaluate the effect of processing conditions on heat shrink behavior. The
effect of shrink temperature and time were also studied using a design-of-experiments technique that sought to correlate
film shrinkage with frost line height, blow-up ratio, film thickness and shrink temperature and time. Simple mathematical
models were obtained and validated with other randomized experiments and statistical analysis. Models obtained were of
higher correlation than previous models and showed outstanding performance predicting shrink properties. Quantitative
difference in behavior due to different MFI were also found.
Keywords: Heat shrink, Blown film, LDPE, Influence of processing.
Palabras Claves: Termoencogimiento, Película soplada, PEBD, Influencia del procesamiento
1. INTRODUCCIÓN
Una película termoencogible es aquella que es capaz
de contraerse por exposición al calor, creándose un
esfuerzo de contracción, que puede ser aprovechado
como fuerza de amarre sobre otros cuerpos, siendo
de utilidad en el campo del embalaje. Esta
contracción surge a partir de la relajación de la
orientación de la película que fue impartida durante
su manufactura [1]. Esta propiedad es explotada por
el empacador cuando el producto a embalar pasa
envuelto en la película termoencogible, a través de
aire caliente o por un túnel de contracción de agua
caliente. Típicamente estas películas son elaboradas
de Polietileno de Baja Densidad o Lineal de Baja
Densidad (PEBD y PELBD), siendo el PEBD el
más empleado [1]. En la actualidad, se preparan
mezclas con PE de Alta Densidad (PEAD), para
lograr películas de elevada rigidez.
Existen normas establecidas para evaluar el
termoencogimiento (TE) de películas [2,3]. No
obstante, ellas dan libertad de elección de
condiciones de ensayo, especialmente en
temperatura y tiempo de TE (tTE y TTE), variables
claves al evaluar el desempeño comparativo de
películas de diferentes PE. Usualmente, la elección
de estas variables viene de queda sujeta a un
0255-6952 ©2009 Universidad Simón Bolívar (Venezuela)
acuerdo entre proveedor y cliente.
Por lo anterior, se consideró conveniente explorar
las condiciones experimentales para una adecuada
evaluación del TE que permita su mejor
entendimiento, en función de las características que
distinguen los PE bajo estudio (ej. diferentes índices
de fluidez, IF) y de las condiciones de
procesamiento usadas en la obtención de películas.
2. PARTE EXPERIMENTAL
Se emplearon dos PEBD producidos en Venezuela,
ambos con una densidad de 0,922 g/cm3 y con pesos
moleculares promedios en peso de 220.000 y
136.000 y polidispersidad entre 10,0 y 11,2.
Se obtuvieron películas sopladas por extrusión
monotornillo con un cabezal con un diámetro (D) de
boquilla de 80 mm y una apertura de labios de
1,2 mm. Las variables o condiciones de
procesamiento modificadas fueron: la relación de
soplado (BUR), la altura de la línea de enfriamiento
(ALE) y el espesor de la película (e) (Tabla 1).
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Torres et al.
Tabla 1. IF de los PEBD y variables de procesamiento
e
ALE
IF
BUR
PEBD
[mm]
[dg/min]
[µm]
A
0,27
2,0 / 4,5 240 / 480
50 / 90
B
0,80
3,0 / 4,5 440 / 560
60 / 10
Nota: La temperatura de fundido osciló entre 170-200°C.
Primeramente, se evaluó el termoencogimiento
longitudinal y transversal (TE-MD y TE-TD) en
función del tTE y TTE de películas del PEBD-A (e =
90 µm, BUR = 2 y ALE = 480 mm). A pesar que el
TE tendió a estabilizarse a partir de tTE de 5 min,
resultó que un tTE de 2 min era adecuado para fines
prácticos, teniendo en cuenta que a nivel industrial
el empacador emplea lapsos cortos de tiempo en
termoencoger una película, rara vez excediendo los
2 min. Por otro lado, se encontró que el TE muestra
una gran dependencia con las temperaturas de
ensayo evaluadas (115, 120, 125 y 130°C).
Luego, se planteó un Diseño de Experimentos
(DOE) para evaluar el TE de cada PEBD, en
función de: BUR, ALE, espesor de película y TTE
(115, 120 y 125°C). Se buscó obtener modelos
matemáticos sencillos validados a través de un
adecuado análisis estadístico.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Bajo condiciones constantes de TTE, se obtuvo que
las películas obtenidas con mayor ALE
experimentan menor TE-MD, atribuido a que se
permite una mayor relajación de la orientación en
dicha dirección [1,5], mientras que un incremento
del BUR conduce a una pequeña reducción del TEMD y un aumento apreciable del TE-TD, carácter
evidenciado por ambos PEBD evaluados, acorde
con el incremento de la orientación transversal
impuesta por el soplado.
Al comparar el TE entre los dos PEBD, se obtuvo
que el PEBD-A presentó el menor incremento del
TE con la TTE, posiblemente debido a su mayor peso
molecular, en donde se espera que una mayor
densidad de enredos moleculares pudiera generar
una restricción de la relajación de la orientación.
Con el apoyo de la técnica de DOE, se generó para
cada PEBD un modelo matemático lineal que al ser
evaluado
estadísticamente,
condujeron
a
coeficientes de regresión R2 > 0,90; lo que
representa un excelente desempeño y superan
notablemente a los encontrados en trabajos previos
llevados a cabo por Torres et al. [4], donde la
mayoría de los casos se obtuvo un coeficiente de
regresión, R2 > 0,7 y sólo en algunos casos
excedieron a 0,85. Adicionalmente se verificó la
capacidad predictiva de estos modelos. Los mismos
se usarán como punto de partida para el estudio del
comportamiento del TE en mezclas binarias y
ternarias de PEBD, PELBD y PEAD.
4. CONCLUSIONES
Se establecieron correlaciones matemáticas que
ofrecen una adecuada descripción y predicción del
efecto de condiciones de procesamiento y ensayo en
películas de PEBD, lo que resulta de utilidad en el
desarrollo de productos.
5. REFERENCIAS
[1] Roberts RK, Pat. No. 4.760.116. U.S. Patent
Office, 1986.
[2] Norma
ISO
14616:1997 (E).
Geneva
(Switzerland): International Organization for
Standardization (ISO), 1997.
[3] Norma ASTM D2732-03, vol. 8.01. West
Conshohocken
(EE.UU.):
ASTM
International, 2007.
[4] Torres A, Colls N, Méndez F, J. Plast. Film
Sheet. 2006; 22 (1) : 29-37.
[5] Orellana G, Rijo AB, Caracterización de la
Orientación Molecular de Películas a Base de
Polietilenos Ramificados, Tesis Ing. de
Materiales. Caracas (Venezuela): USB, 1996.
Para ambos PEBD, muestras con menores e
presentaron mayores TE (con el resto de las
condiciones de procesamiento constantes), debido a
que bajos e son alcanzados con una alta velocidad
de halado que conlleva a una mayor orientación por
deformación en MD, dirección en la cual se
concentraran una mayor cantidad de esfuerzos
responsables del fenómeno de TE.
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Suplemento: Rev. LatinAm. Metal. Mater. 2009; S2 (1): 111-112