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Resinas

Hoy en día los plásticos juegan un papel fundamental dentro de nuestra vida diaria, convirtiéndose en un material irremplazable y cada vez más usado. Los podemos encontrar en prácticamente todos los mercados como el médico, alimenticio, de transporte, diversión, etc.

Las aplicaciones de los plásticos van desde piezas del tamaño de la cabeza de un cerillo hasta piezas grandes como cisternas y casas.

¿Qué es un polímero?

Un polímero es una molécula muy grande, también llamada macromolécula, compuesta por la unión de unidades estructurales llamadas monómeros. La palabra polímero deriva de las palabras griegas “poly” que significa “muchas” y “meros” que significa “parte”. Aunque la palabra polímero generalmente es usada para referirse a plásticos, en realidad abarca una amplia gama de compuestos tanto materiales naturales como sintéticos. Para la mayoría de los polímeros, estas moléculas están compuestas por una cadena de carbonos que comprenden la “backbone” del polímero (Fig. 1). Los materiales poliméricos juegan un papel esencial en la vida cotidiana debido a la gran variedad de sus propiedades. Este papel incluye a plásticos y elastómeros familiares hasta biopolímeros naturales como las proteínas y ácidos nucleicos que son esenciales para la vida.

fig. 1

Los polímeros naturales como la goma, el ámbar, lana, seda y el hule han sido usados durante muchos siglos. Dentro de los principales polímeros sintéticos, llamados plásticos,  que usamos hoy en día se encuentran la bakelita, neopreno, nylon, PVC, poliestireno, polietileno, PET, policarbonato y silicón.

De las millones de toneladas de plásticos anuales producidas, alrededor del 80% son termoplásticos y el 20% restante son termofijos. Los plásticos termofijos son polímeros infusibles e insolubles debido a que la cadena de estos materiales forma una estructura molecular en forma de red tridimensional con fuertes enlaces covalentes, esto es lo que impide que puedan ser reprocesados por o reciclados por medio de métodos convencionales. Algunos ejemplos son: Baquelita (fenol formaldehido), Melamina, resina Poliéster, Resinas Epoxi, Poliuretanos, entre otros.

A diferencia de los plásticos termofijos, los termoplásticos no sufren ningún cambio cuando son procesados, por lo que su estructura molecular permanece igual que la inicial. Este tipo de plásticos son flexibles o moldeables después de cierta temperatura y regresa a un estado sólido al enfriarse. Los termoplásticos pueden ser reprocesados o reciclados las veces que sean necesarias, tomando en cuenta la degradación que sufren con cada procesamiento. El polietileno (PE), polipropileno (PP), poliestireno (PS) y policloruro de vinilo (PVC) son los polímeros termoplásticos más comunes y son los llamados “commodities” por ser los más fabricados a nivel mundial. En comparación con los comodites, los plásticos con mejores propiedades, alto desempeño y costos elevados son llamados plásticos de ingeniería. El nylon (PA), acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) y policarbonato (PC) pertenecen a esta familia.

La nomenclatura de los polímeros está basada en el tipo de monómero del cual se compone el polímero. Los polímeros que contienen un solo monómero se llaman homopolímeros, mientras que los que contienen una mezcla de monómeros se llaman copolímeros. Algunos ejemplos son:

 

Acrónimo Nombre Monómero Tipo
PE Polietileno Etileno Homopolímero
PP Polipropileno Propileno Homopolímero
SAN Estireno Acrilonitrilo   Copolímero
ABS Acrolonitrilo Butadieno Estireno Acrilonitrilo-butadieno-estireno Copolímero
EVA Etil vinil acetato Etileno-acetato de vinilo Copolímero

Ejemplo de no menclatura de algunos polímeros

Polietilenos

El polietileno (PE) es el segundo plástico más usado y más común en México. El polietileno es un polímero termoplástico de la familia de las Poliolefinas, compuesto por átomos de carbono e hidrógeno.

C2H4

Se dividen en dos familias, polietilenos de baja densidad y de alta densidad. Los polietilenos considerados como de baja densidad son:

 

Nombre Acrónimo Nombre en inglés
Polietileno de Baja Densidad LDPE Low Density Polyethylene
Polietileno Lineal de Baja Densidad LLDPE Linear Low Density Polyethylene
Polietileno de Muy Baja Densidad ULDPE Ultra Low Density Polyethylene

Polietilenos de baja intensidad

Los polietilenos considerados como de alta densidad son:

 

Nombre Acrónimo Nombre en inglés
Polietileno de Alta Densidad HDPE High Density Polyethylene
Polietileno de Alta Densidad Alto Peso Molecular HMW-HDPE High Molecular Weight - High Density Polyethylene

Polietilenos de alta intensidad

Estructura molecular de los tres polietilenos más comunes

 

LDPE (Low Density Polyethylene / Polietileno de Baja Densidad)

El polietileno de baja densidad se caracteriza por ser un polímero con muchas ramificaciones (Fig. 2.19). Cuenta con cadenas laterales muy largas que pueden llegar a tener hasta unidades de etileno en cada cadena lateral. Las cadenas largas tienden a inhibir la organización molecular durante el enfriamiento. Como resultado de esto, los polietilenos de baja densidad tienen densidades bajas de entre 0.91 g/cm3 y 0.94 g/cm3 y una baja cristalinidad que va desde un 45% a un 66%. Los polietilenos de baja densidad se consideran polietilenos suaves, con un módulo de flexión que se encuentra entre 0.24 y 0.35 GPa. 

 

HDPE (High Density Polyethylene / Polietileno de Alta Densidad)

El polietileno de alta densidad es el polietileno preferido para contenedores químicos de todos tamaños debido a que tiene un excelente ESCR “Environmental Stress Crack Resistance” (Resistencia al agrietamiento ambiental) y excelente rigidez a temperatura ambiente y hasta el punto de ebullición del agua. Su módulo de flexión se encuentra entre 0.93 y 1.52 GPa.

Presenta una cristalinidad teórica de un 75% llegando hasta un 90%. Su estructura cristalina se caracteriza por ser de forma esférica con un diámetro de 50 micrómetros o más. Como estos cristalitos son más grandes que la longitud de onda de la luz visible (0.4 a 0.7 micras), hacen que el plástico tenga una apariencia translucida lechosa. Su densidad se encuentra alrededor de los 0.96 g/cm3. Muchos de los polietilenos de alta densidad están formulados para aplicaciones de extrusión y soplado, por lo tanto, hay muchos MFI (Melt Flow Index) fraccionales. Para fabricar piezas rotomoldeadas libres de huecos, se usa un polietileno de alta densidad con MFI de 2 a 10. Polietilenos con MFI entre 10 y 30 son recomendados para inyección de alta fluidez y los polietilenos con MFI fraccional de 0.2 a 0.8 son recomendados para soplado.

 

LLDPE (Linear Low Density Polyethylene / Polietileno Lineal de Baja Densidad)

El polietileno lineal de baja densidad tiene cadenas laterales como el polietileno de baja densidad pero con una adecuada catálisis y agentes correctivos, estas cadenas laterales se reducen significativamente en tamaño. Tiene una densidad de entre 0.91 g/cm3 y 0.94 g/cm3 y una cristalinidad de entre un 65% y 75% a temperatura ambiente. En comparación con el polietileno de baja densidad, mejora su rigidez, resistencia química y su resistencia a la tensión. Pero su resistencia al impacto disminuye.

En diferentes aspectos, el polietileno lineal de baja densidad es un polímero “en medio” ya que sus propiedades mecánicas son inferiores a las del polietileno de alta densidad y su movilidad es menor a la del polietileno de media densidad y el polietileno de baja densidad. También su precio es mayor al de otros homopolímeros, sin embargo es buscado por su excelente resistencia a altas temperaturas de alrededor de 100°C.

 

Polipropilenos (PP)

El polipropileno es un material termoplástico que pertenece a la familia de las poliolefinas. Tiene muy buena flexibilidad a temperatura ambiente y excelente resistencia química, especialmente a jabones y agentes esterilizantes y de limpieza.

Se obtiene a partir de la polimerización del propileno, el cual es un material cristalino que tiene una temperatura de ablandamiento de 165°C, cristalinidad de 60% y una densidad muy baja de 0.91 g/cm3a temperatura ambiente.