Las nuevas tecnologías para PP siguen aumentando los rendimientos de este material

El polipropileno está despuntando en los últimos tiempos como uno de los materiales poliméricos de más aceptación en un número creciente de aplicaciones. Sus buenas prestaciones en relación con su precio lo han convertido en uno de los objetivos de investigación de las grandes químicas que se dedican a su producción. En la actualidad estas empresas están desarrollando grados de PP avanzados con catalizadores convencionales, así como abriendo nuevas vías en el ámbito de los metalocenos.

De todos los plásticos estándar, el polipropileno es en estos momentos el que está registrando el mayor índice de crecimiento. Cuarenta años después del descubrimiento de la polimerización estereoscópica del polipropileno, este material ha tenido un desarrollo tan dinámico que es hoy uno de los polímeros más utilizados y tiene un brillante futuro por delante. En el periodo comprendido de enero a abril de este año, su consumo ha registrado un incremento con respecto al mismo periodo del año anterior del 13 por ciento. Las razones son varias: buen índice precio/prestaciones por su baja densidad y amplias propiedades, facilidad de procesado tanto por extrusión como por inyección, elevada resistencia química, baja absorción de agua y buenas propiedades eléctricas. Sin duda, una lista interesante para una gran variedad de industrias, entre las cuales la de fabricación de automóviles adquiere una especial relevancia.
Industrialmente se producen homopolímeros (material rígido y poca resistencia a baja temperatura), copolímeros estadísticos (transparencia, flexibilidad, menor temperatura de fusión) y copolímeros de bloque (resistencia al impacto, menos rigidez y transparencia).
Ante esta realidad, el mercado ofrece una respuesta paralela. El principal productor mundial de polipropileno, Montell (creado por Himont y Shell en 1995) ha dejado de ocupar su posición de liderazgo europeo en solitario tras la reciente creación de la joint venture entre BASF y Hoechst, bautizada con el nombre de Targor. Con capacidades de producción de unas 1.600 y 1.350 kT anuales respectivamente, entre las dos cubren casi el 40 por ciento del mercado. Pero, como ocurre con la mayoría de los plásticos hoy en día, la cantidad, sin dejar de ser importante, está dejando paso al protagonismo de las nuevas tecnologías en el propio proceso productivo.

Figura 1 Soporte de manguera realizado con Stamylan P, el PP de DSM.






El sistema de producción de poliolefinas ha evolucionado notablemente desde la introducción de los catalizadores Ziegler Natta a primeros de los años 50. Los procesos de producción de PP han cambiado pasando de los sistemas iniciales de suspensión a los de masa, fase gas, etc., pero también se están produciendo avances importantes desde el punto de vista de los catalizadores.

Catalizadores nuevos

La investigación, impulsada por el mercado, ha conducido a una mejor comprensión científica de los procesos de polimerización y al desarrollo de nuevos sistemas catalíticos, en los que ahora es posible diseñar la "arquitectura" del catalizador para obtener propiedades específicas y mejoradas. Los metalocenos ofrecen una nueva dimensión para controlar el peso molecular y la distribución de los monómeros con una mayor participación de cadenas poliméricas largas que confieren mejores características a los plásticos. Según algunos expertos, la combinación de los catalizadores de cuarta generación con los metalocenos puede generar un crecimiento explosivo con un gran impacto en los procesos y en los productos.
Así, la evidencia de que los grados de PP basados en metalocenos ofrecen grandes beneficios especialmente en piezas de paredes delgadas para el sector del envase y embalaje y otros sectores se está poniendo de manifiesto a través de BASF. Más en concreto, desde la propia compañía aseguran que las pruebas realizadas con su PP de metaloceno M Novolen han demostrado mejores propiedades de rigidez, menores tiempos de los ciclos y una notable mejora en transparencia frente a los grados de PP convencionales. Desde un punto de vista más general, la mayor productividad, regioespecificidad y mejores prestaciones en el producto acabado, se resaltan desde esta compañía como las ventajas principales de los metalocenos. A la vista de estos resultados en la multinacional alemana están convencidos de que el polipropileno elaborado con catalizadores de metalocenos entrará en aplicaciones que hasta ahora han estado reservadas a termoplásticos tradicionales.
La transparencia mejorada de este nuevo tipo de PP lo enfrenta a polietilenos tereftalatos de mayor precio y a mezclas basadas en estirenos en aplicaciones en las que se exige una gran claridad, como envases para alimentos congelados y otros en el ámbito del envase y embalaje de paredes delgadas. Otra de sus ventajas es que permite al transformador trabajar con las mismas condiciones de procesado que las que ya tiene. Según los ensayos de BASF, el homopolímero de PP de metaloceno ofrece una transparencia del 93 por ciento, frente al 47 por ciento del PP de alta cristalinidad. Un copolímero random de PP puede alcanzar el 96 por ciento de transparencia, uno de los índices más altos alcanzados por este material. BASF utiliza un sistema propio de polimerización en fase gaseosa, el mismo en todas las plantas del grupo, que además licencia a terceros de todo el mundo.

Figura 2 Asa de interior de coche realizada mediante la técnica de inyección de varios componentes. El interior es de PP espumado (foto Battenfeld)






En Montell, por ejemplo, se encuentran en la actualidad experimentando la posibilidades de los metalocenos en el campo del PP y no será hasta dentro de dos o tres años que tengan preparados productos para comercializar. En este sentido, desde la propia compañía ponen en duda que este tipo de tecnología vaya a impactar verdaderamente el mercado del PP, de la misma manera que en PE. A pesar de que las propiedades de impacto y transparencia mejoran sustancialmente, los catalizadores de metaloceno son notablemente más caros que los convencionales, por lo que difícilmente se justificará su utilización, si no es para piezas técnicas que deban responder a exigencias severas.
Otra tecnología innovadora de Montell, presente en el mercado desde hace cerca de cuatro años, es la llamada Catalloy, que, por ejemplo, hace posible la producción de terpolímeros con un porcentaje más alta de goma y una mayor resistencia.
Dow, por su parte, utilizará en sus nuevas plantas su tecnología de metalocenos con el proceso Spheripol, con el fin de aumentar las aplicaciones de su PP. Como es sabido, Dow ha comenzado ya la construcción de una planta en Alemania (BSL) y, para el año 2000, estará produciendo PP en Tarragona. Además, también levantará otra planta en Norteamérica, para continuar el éxito que está obteniendo gracias a su acuerdo de suministro con Montell, que otorga a Dow derechos de capacidad en Norteamérica.

Grados mejorados de PP

BASF también cuenta con una amplia gama de PPs mejorados, basados en la tecnología Ziegler-Natta. De hecho la mayor parte de los suministradores de PP están trabajando en sus tecnologías para lograr PPs de mayores prestaciones y no es extraño escuchar con frecuencia términos como PP de alta cristalinidad o altamente isotácticos para diferenciar estos grados del PP estándar. Una práctica común para elevar la prestaciones de este polímero es usar versiones mejoradas de los catalizadores de las resinas. Los catalizadores de cuarta generación Ziegler-Natta son muy activos, aportan gran cristalinidad (hasta el 99 por ciento a niveles microscópicos) y permiten una inserción precisa de comonómero en el copolímero. Los catalizadores trabajan con la polimerización, la nucleación y la mejora de los aditivos para elevar las propiedades de PP. Tal y como explican los expertos del sector, los grados de PP mejorados no deben confundirse con las versiones isotácticas y sindiotácticas basadas en metalocenos, que están empezando a ser comercializadas por compañías como BASF, Exxon Hoechst y Fina.
Según algunas fuentes, pueden pasar de tres a diez años hasta que los PP de metalocenos impacten realmente en las piezas moldeadas por inyección. En la producción de film y de fibras, la introducción en el mercado está más avanzada. Frente a esto, los PP mejorados ya están siendo utilizados satisfactoriamente por muchos transformadores, según informan las compañías químicas.
Otro de los grandes protagonistas en el mundo del PP es Hoechst, unido ahora con BASF en la nueva Targor, con el objetivo de "alcanzar una posición de liderazgo como fabricantes de polipropileno y suministradores de tecnología de proceso", en palabras de Robert Genin, que dirigirá la nueva empresa junto con Fernando Castells. Hoechst comercializa PP bajo la marcas Hostalen PP y Hostacom, mientras las marcas de su nuevo socio son Novolen y Procom.En la Fábrica Norte (Tarragona), integrada en la nueva joint venture produce con tecnología Slurry. Por otra parte, en la planta que comparte con Repsol en El Morell (Tarragona), también integrada en Targor en la parte que le corresponde a Hoechst (50%), utiliza el proceso Spheripol de Himont.

Figura 3 Carcasa de aparato eléctrico realizado en tres piezas de PP reforzado (foto Hoechst)








Junto con Exxon Chemicals, Hoechst ha desarrollado un catalizador metaloceno para producir polipropileno isotáctico. Este catalizador se ha introducido en la tecnología existente (drop-in) para fabricar productos de PP de mayor calidad para inyección, láminas y fibras. Por poner un ejemplo, el PP obtenido para el moldeo por inyección tiene una mayor fluidez y se puede procesar a temperaturas más bajas. Las propiedades de este material (resistencia, rigidez, transparencia) son mejores. Por lo tanto, se pueden conseguir más unidades a partir de la misma cantidad de materia prima con sólo reducir el espesor de las paredes.
Desde Hoechst aseguran que las ventajas de los catalizadores metalocenos radican en que permiten la producción de PP a la medida, aumentando así el número de aplicaciones en las cuales se puede utilizar.
Montell está siendo muy activa en la mejora de sus polipropilenos. Mantener la rigidez y la tenacidad a elevadas temperaturas, grados hechos a la medida para competir con el ABS con mayor resistencia al rayado y PP cargado con talco son algunas de sus principales apuestas. No olvidemos que Montell es. Con 3.500 kTN de capacidad a nivel mundial, el líder global del sector. Además, aproximadamente el 65 por ciento del PP que se produce en el mundo se obtiene con su tecnología Spheripol, propiedad de Himont, por lo cual se puede considerar el padre tecnológico del sector.
Otro de los grandes productores de PP, Borealis, con una cuota de mercado en Europa del 12,6 por ciento y una capacidad de 860 kT anuales, está utilizando catalizadores Ziegler-Natta para obtener una estructura cristalina de gran precisión en un PP puro. De esta manera elimina las deficiencias típicas de los grados reforzados en aplicaciones en las que el brillo y la resistencia al rayado son imprescindibles. Hasta el momento el PP reforzado rara vez ha sustituido al ABS en estos mercados. Sus plantas para PP se encuentran en las localidades belgas Beringen y Kallo, en Porvoo (Finlandia) y Ronningen (Noruega) y, exceptuando esta última, utilizan tecnología Spheripol.
Otra de las metas buscadas es combinar adecuadamente propiedades físicas y mejores condiciones de flujo. De esta manera se puede reducir el ciclo, mejorar la calidad de las superficies con menos líneas de soldadura y utilizar procesos de inyección de menor presión.

PP reforzado

En cuanto a los PP reforzados, se trata de un mercado que alcanza consumos de 900.000 toneladas a nivel mundial y de 319.000 en Europa. Estos compuestos se utilizan sobre todo en piezas interiores para automóvil, muebles, aplicaciones de uso doméstico y otras. Habitualmente los refuerzos mejoran la rigidez y resistencia térmica. Sin embargo, también tienen desventajas, como el aumento del peso, mayores cargas de pigmentos y una menor resistencia al impacto. DSM, por ejemplo, produce una poliolefina de alta cristalinidad con licencia de Chisso (Japón), que está capacitada para sustituir a polipropilenos con carga mineral aportando un menor peso, pero manteniendo la rigidez. En la actualidad DSM tiene tres plantas en Geleen (Holanda) para la producción de PP. Su capacidad de producción es de 500.000 toneladas anuales, una cantidad que se duplicará en un plazo de tres a cinco años según los planes de la compañía. Dos de sus plantas trabajan con tecnología Slurry y la otra con el proceso de fase gas, propiedad de Amoco (EE.UU.) y Chisso (Japón). Básicamente, la primera tecnología aporta una excelente combinación de resistencia al impacto y rigidez. En cuanto a la tecnología fase gas, hace posible la producción de diferentes tipos de PP que se adaptan perfectamente a la gama de productos de la compañía. Los nuevos copolímeros están pensados para aplicaciones de alto rendimiento en automóviles, menaje de hogar y embalajes resistentes.

Figura 4 Cortador de cesped con carcasa de PP (foto DSM)






Añadir refuerzos minerales de bajo precio a los plásticos ha sido una práctica común para reducir costos. Hoy, los plásticos reforzados permiten alcanzar relaciones óptimas entre rigidez, resistencia y tenacidad.

Termoconformado y tuberías

Este tipo de moldeo de plásticos recibe habitualmente una menor atención que la inyección o la extrusión. Sin embargo, las ventajas ofrecidas por el PP en el termoconformado de embalajes alimentarios son numerosas: efecto barrera al vapor de agua, resistencia a las grasas y aceites, estabilidad química, baja densidad, compatibilidad ambiental, bajo coste del material... Para ser justos, se pueden mencionar desventajas como la dificultad para el termoconformado, su baja resistencia al impacto baja temperatura, su escasa transparencia o sus reducidas propiedades barrera.
También en este ámbito las grandes multinacionales han lanzado al mercado grados dotados de rigidez, tolerancia térmica, resistencia al rayado y buenas cualidades ópticas. En definitiva, la posibilidad de obtener envases y embalajes más resistentes, más ligeros y producibles en ciclos más cortos. La carencias en la capacidad barrera, por ejemplo, se pueden paliar con la coextrusión de varias capas.
Otro ámbito en el cual el polipropileno están encontrando aplicaciones interesantes es el de las tuberías industriales. La resistencia química y estabilidad mecánica a temperaturas de hasta 95 grados. Un PP cristalino hexagonalmente, pigmentado con dióxido de titanio es el ideal en estos casos. Sólo se puede obtener por técnicas específicas de nucleación y un procesado óptimo.