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Suplemento de la Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales, 2009, S2 (1): 115-116
EFECTO DE LA IRRADIACIÓN GAMMA SOBRE LAS PROPIEDADES
FISICOQUÍMICAS, REOLÓGICAS, TÉRMICAS Y MECÁNICAS DEL POLIPROPILENO
Jordana Palacios1, Arquímedes Karam1*, Carmen Albano1,2, Yanixia Sánchez1, Bárbara Rodríguez1,
William López 3, Nicolino Bracho3
1: Laboratorio de Polímeros, Centro de Química, Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas., Caracas, Venezuela
2: Escuela de Ingeniería Química. Facultad de Ingeniería, Universidad Central de Venezuela. Caracas, Venezuela
3: PROPILVEN, Propilenos de Venezuela, Maracaibo- Estado Zulia, 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
The present research evaluates the influence of gamma irradiation on the properties of three commercial
polypropylenes (PP) through Gel Permeation Chromatography (GPC), measurement of melt flow index (MFI), Differential
Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric Analysis (TGA) and impact resistance. It was showed that the
irradiation produces the degradation of PP, which was confirmed by a reduction in the molecular weight (MW) and a
consequent increment in the MFI. In addition, it was observed an increase in the crystallization temperature (TC) and a
small decrease in the melt temperature (Tm), onset decomposition temperature and crystallinity. The impact strength
increased after de irradiation.
Keywords: Polypropylene, Gamma Irradiation.
Palabras Claves: Polipropileno, Irradiación gamma.
1. INTRODUCCIÓN
El uso de PP en aplicaciones biomédicas ha
incrementado en los últimos años, gracias su bajo
costo, poco peso y adecuada resistencia térmica;
características que lo hacen idóneo para la
fabricación de diferentes insumos como batas,
máscaras y jeringas. Tales productos requieren ser
sometidos a procesos de esterilización para asegurar
una correcta higiene y asepsia. Uno de los
mecanismos de esterilización más utilizados para el
PP es mediante óxido de etileno, sin embargo este
proceso es complicado y contaminante. Como
alternativa a este método ha sido propuesta la
esterilización mediante irradiación con rayos
gamma, la cual no requiere de químicos, no deja
residuos y asegura una esterilización simple, rápida
y eficaz. Sin embargo, los rayos gamma son capaces
de disminuir de la integridad física del PP,
especialmente en sus propiedades mecánicas, y
producir cambios de color, por lo que se requiere de
la evaluación extensiva de las condiciones
empleadas.[1] En este sentido y considerando que
en Venezuela existe una planta de esterilización vía
radiación gamma (ubicada en el IVIC), se plantea el
0255-6952 ©2009 Universidad Simón Bolívar (Venezuela)
estudio del efecto de la irradiación gamma sobre PP
comerciales producidos en el país.
2.
PARTE EXPERIMENTAL
2.1 Materiales
Se evaluaron tres PP comerciales identificados
como PP1 (copolímero etileno-propileno), PP2 y
PP3 (homopolímeros) con índices de fluidez de 1,4;
22,0 y 35,0 dg/min, respectivamente, suministrados
por PROPILVEN.
2.2 Irradiación Gamma y Evaluación de
Propiedades
Los PP fueron irradiados con rayos gamma a una
dosis de 25 KGy, empleando una fuente de cobalto60 y una velocidad de dosis de 0,77 KGy/h.
Se evaluaron las propiedades fisicoquímicas por
FTIR en un espectrómetro Nicolet Magna-IR 560 y
mediante GPC en un cromatógrafo Waters Alliance
GPCV 2000, a 135°C empleando 1,2,4
triclorobenceno como solvente y una curva de
calibración universal usando patrones de
poliestireno. El IF fue evaluado a través de un Melt
115
Palacios et al.
flow Modular line Ceast según la norma ASTM D1238. Las propiedades térmicas fueron evaluadas
mediante DSC y TGA, en un calorímetro y en un
analizador Mettler Toledo, modelos DSC821 y
TGA/STDA851, respectivamente. La resistencia al
impacto fue medida en un Impact tester marca
TOYOSEIKI siguiendo la norma ASTM D-256.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Mediante el análisis por GPC se evidenció el
proceso degradativo que exhibe el PP cuando es
sometido a la irradiación por rayos gamma. Se
observó una reducción del PM promedio en número
(Mn) y del PM promedio en peso (Mw) luego de la
irradiación, lo que demuestra la ruptura y reducción
de tamaño de las cadenas poliméricas producto del
proceso oxidativo. [1] Este resultado es consistente
con las mediciones de IF obtenidas, ya que las
muestras irradiadas presentaron un incremento en
dicho valor para cada uno de los PP, debido a la
disminución de la viscosidad como consecuencia de
la reducción del PM. [2] (ver Tabla 1)
La evaluación de las propiedades térmicas luego de
la irradiación mostró una pequeña reducción de la Tf
y de la cristalinidad para todos los PP y un ligero
aumento de la Tc (ver Tabla 1). Este incremento en
Tc fue atribuido a que las cadenas de menor tamaño
cristalizan con mayor facilidad. Por otra parte, es
posible que se hayan generado instauraciones y
grupos carbonilos e hidroperóxidos como
consecuencia de la oxidación [3], que incrementan
las zonas amorfas, disminuyendo así el % de
cristalización. La reducción en Tf se debe a la
presencia de cristales menos perfectos y de menor
tamaño que exhiben fusión a una menor
temperatura. [2] La Ti medida por TGA luego de la
irradiación fue inferior para los PP2 y PP3 mientras
que se mantuvo invariable para el PP1 posiblemente
debido a que este último, por ser un copolímero de
etileno – propileno, posee un menor número de
carbonos terciarios susceptibles a oxidación y por
tanto muestra una mejor estabilidad térmica.
Finalmente, el aumento de la resistencia al impacto
luego de la irradiación (ver Tabla1) es atribuido al
mayor contenido de zonas amorfas, que presentan
mayor movilidad molecular y son capaces de
absorber mayor cantidad de energía.
116
Tabla 1.Peso molecular, propiedades térmicas, reológicas
y mecánicas de los PP antes y después de irradiar
Muestras
PP1
3
Mn(gr/mol)x10
3
PP2
PP3
NI
I
NI
I
NI
I
68
55
43
38
45
41
Mw(gr/mol)x10
283
196
166
136
162
134
Tc (ºC) ± 1
104
106
112
119
129
124
131
119
118
Tf (ºC) ± 1
148
147
164
162
162
158
% Cristal.
45,5
40,7
59,9
55,5
54,6
48,8
Ti (ºC) ± 1
426
427
431
426
431
417
IF(dg/min)
1,34
440
26,4
70
36
370
Impacto (J/m)
117,5
195
±13
33,2
56
±9
46,85
56
±9,2
NI: No irradiadas, I: irradiadas
4. CONCLUSIONES
La irradiación gamma de los PP evaluados trajo
como consecuencia un aumento en el IF, la Tc y la
resistencia al impacto; y una reducción en el PM, la
cristalinidad, la Tf y la estabilidad térmica (Ti) de
los mismos. Lo anterior evidencia un proceso
degradativo que involucra la ruptura de las cadenas
poliméricas.
5. AGRADECIMIENTOS
A PROPILVEN a través del proyecto LOCTI N°861
6. REFERENCIAS
[1] Martakis N., Niaounakis M., Pissimissis D. J
Appl Polym Sci. 1994; 51: 313-328.
[2] Young, R., Novell P. Introduction to
Polymers. EE.UU: CRC Press, 1991.
[3] Gensler R., Plummer C., Kausch H., Kramer
E., Pauquet J., Zweifel H. Polym Degrad
Stabil. 2000; 67: 195-208.
Suplemento: Rev. LatinAm. Metal. Mater. 2009; S2 (1): 115-116