Perfil de propiedades a medida gracias a la catálisis de metaloceno

En casi todos los sectores industriales, los aditivos son los ayudantes en la sombra cuando se trata de proteger, embellecer, unir o separar, pegar o lubricar. Su ámbito de uso es muy diverso y va desde pinturas de imprenta y barnices pasando por el procesamiento de plásticos hasta los recubrimientos.

Cada aplicación precisa aditivos cuyas propiedades hayan sido ajustadas con precisión a las respectivas necesidades. Esto genera una gran cantidad de procesos de producción, si bien los productores de aditivos suelen especializarse en determinados ámbitos de aplicación.

En Clariant se ha desarrollado un procedimiento con el que se puede ofrecer una amplia gama de aditivos innovadores mediante la catálisis de metaloceno.

Los aditivos poliméricos comercializados bajo la marca Licocene ya han probado su valía en muchos ámbitos: como agentes de dispersión en la producción de “masterbatches”, en colas termofundibles y en impermeabilizadores, pero también en materiales compuestos con refuerzo de fibra natural o de vidrio.

El químico Karl Ziegler descubrió en 1953 que usando un catalizador especial los componentes del etileno se dejan unir en largas cadenas de polietileno a temperatura ambiente y sin presión exterior. Este descubrimiento fue decisivo para abrir camino a la producción económica de materiales plásticos.

Como los catalizadores Ziegler-Natta originales sólo presentaban una actividad muy baja, las posteriores investigaciones se centraron en hallar catalizadores con una actividad superior.

En los años ochenta se alcanzó un hito en el desarrollo de catalizadores con la introducción de los complejos organometálicos. Al contrario de los catalizadores Ziegler-Natta, los catalizadores de metaloceno disponen de un centro activo exactamente definido (imagen 1).

Catalizadores single-site y multi-site

Por esta razón, los metalocenos también son conocidos como catalizadores “single-site”, que por sus buenas solubilidades pueden ser examinados con exactitud. Por lo tanto ya se conocen los diferentes pasos en los que el catalizador une los componentes básicos de la cadena de polímeros. Mediante la elección del átomo central con un diseño de ligadura adecuado se puede modular, dentro de un amplio rango, la microestructura de los polímeros, su selectividad estéreo y regio así como su tacticidad.

Los polímeros así generados presentan masas molares uniformes, una distribución estrecha de la masa molar así como una composición uniforme copolimérica. El ajuste exacto de las propiedades del material permite características que van desde cristalino hasta altamente elástico, si bien, no como en la catálisis convencional, se utiliza un solo catalizador y no es necesaria ninguna otra fase de síntesis.

Los metalocenos también son conocidos como catalizadores “single-site”, por sus buenas solubilidades

Además de en la síntesis de los polímeros estándar polietileno y polipropileno, los catalizadores de metaloceno también se emplean en la producción de aditivos de poliolefina. La gama de productos Licocene abarca muchos tipos especiales de polipropileno, así como aditivos basados en el polietileno, que presentan una muy buena relación coste-beneficio. Su amplitud de variabilidad va desde, por ejemplo, los sistemas amorfos hasta los productos cristalinos, como muestra la imagen 2 en base a las ceras Licocene.

Ceras Licocene, de amorfas a cristalinas

Así, por ejemplo, con TP Licocene PP 6102 se mejora de forma decisiva la dispersión de pigmentos en el polipropileno. Esta cera de fundibilidad baja y poca viscosidad destaca por tener un agudo punto de fundición y es recomendada por Clariant también como separador del toner en fotocopiadoras. En cambio, TP Licocene PE MA 4351 es una cera de polietileno con modificación polar. En compuestos PE con relleno de fibra natural garantiza una proporción óptima de adhesión y compatibilidad. TP Licocene PE 4201 es un nuevo medio de nucleación para la producción de poliestireno expandido, EPS. Con el TP Licocene PE MA 4221 se dispone de un lubricante incoloro y multifuncional desarrollado específicamente para aplicaciones sensibles al color en poliamidas y poliéster (PBT/PET). Específicamente para colas termofundibles se ofrecen otros muchos tipos como TP Licocene PP 1502, PP 1602, PP 2602, PP 4202 o PE 4201. En este ámbito también se están imponiendo cada vez más las modificaciones injertadas. Esto incluye TP Licocene PP SI 3262, un polipropileno modificado con sileno, y también el Licocene PP MA 1452, un polipropileno injertado con anhídrido de maleína, aún en fase de desarrollo.

Estos polímeros, dotados de grupos reactivos, son comercializados con diferentes viscosidades y puntos de reblandecimiento para la fabricación de colas, si bien las propiedades como la resistencia al calor o la cohesión han sido mejoradas, en parte, de una forma sustancial frente a los productos convencionales.

Los aditivos Licocene resultan ser unas sustancias auxiliares ideales también para los pigmentos de difícil dispersión.

La imagen 3 muestra la dispersión del pigmento rojo 48:2 en polipropileno. Este pigmento es un pigmento rojo con esmaltado de calcio, famoso por su sensibilidad al cizallamiento y hasta ahora ha sido empleado como pigmento para toner. Cuando se trabaja con una cera estándar habitual en el propileno, la sensibilidad al cizallamiento se manifiesta de una forma muy clara: Mediante la descomposición del pigmento se forman elementos negros. El pigmento queda intercalado y es repartido de forma óptima gracias al uso de una cera Licocene especial.

Dispersión del pigmento rojo 48:2 en polipropileno

Actualmente, los aditivos Licocene son producidos en una instalación piloto que proporciona suficientes cantidades para su lanzamiento al mercado. Sin embargo, debido a la respuesta extraordinariamente favorable de los clientes y la creciente demanda, Clariant comenzó a finales de los años noventa a planificar una instalación industrial de grandes dimensiones cuya puesta en funcionamiento está prevista para el año 2006. Su capacidad anual asciende a varios miles de toneladas.

En la actualidad, Clariant ya dispone de una amplia protección por la legislación de patentes. Aún así, la evolución de la tecnología basada en el metaloceno avanza y marcará con fuerza la industria de poliolefinas también en los próximos años.