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El polietileno disfrazado

Redacción PU15/06/2003
La familia del Z/N-VDLPE, un polietileno de muy baja densidad elaborado por Polimeri Europa, se considera “poco tradicional” dentro del grupo de los polietilenos. Es poliédrico, versátil y eficiente. Capaz de transformarse para competir con polímeros tan distintos como EVA, PVC y elastómeros, sin dejar de ser a la vez un polietileno que puede emplearse en aplicaciones tan típicas como el embalaje flexible.
El polietileno es el más popular de los polímeros gracias a unas propiedades que lo hacen adecuado para un gran número de aplicaciones: baja densidad (menor que el agua), buena resistencia química, buenas características organolépticas, transparencia, facilidad de procesado, excelente soldabilidad y durabilidad. Es perfecto para la industria alimentaria, resiste las cargas y es reciclable o se puede regenerar mediante procesos térmicos.

El polietileno de baja densidad (LDPE) fue descubierto en 1933 por ICI, durante una investigación acerca del efecto de las altas presiones en las reacciones químicas. A principios de los años cincuenta se introdujo el proceso de Philips. Empleaba óxidos de cromo en bases de silicona y era capaz de polimerizar etileno a baja presión (3-4 atm) a una temperatura de entre 70 a 100 ºC. El polietileno obtenido se caracterizaba por un bajo nivel de derivación y por su alta densidad. Se le llamó polietileno de alta densidad (HDPE), en relación al LDPE.

Unos pocos años después, Ziegler en Alemania y Natta en Italia descubrieron que era posible obtener un polietileno con una densidad de entre 0,94 y 0,96 a presión atmosférica y con temperaturas de entre 50 y 100ºC empleando aluminios alkílicos junto con haluros de titanio.

Además, estos versátiles catalizadores permiten copolimerizar etileno con alfa olefinas, y por consiguiente, haciendo que fuera posible, gracias a la introducción de pequeñas cadenas laterales, una densidad aún más baja (0,880 g/cm3).

Otros tipos de polietilenos de muy baja densidad son el polietileno de media densidad (MDPE), el polietileno de linear baja densidad (LLDPE) y el polietileno de muy baja densidad (VLDPE).

A finales de la década de los setenta, en Alemania, Kaminsky y Sinn descubrieron una nueva familia de catalizadores (metalocenos), constituidos por dos componentes de Zirconoceno y un compuesto orgánico-metálico que permite distribuir los comonómeros (alfa olefinas) más uniformemente en las cadenas poliméricas.

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El proceso de Dunkerque

El procesa de producción de LLDPE y VLDPE que utiliza Polimeri Europa en Dunkerque está basado en una tecnología de alta presión para la copolimerización de etileno y alfa olefinas y utiliza un catalizador Ziegler/Natta.

La línea está compuesta por un reactor Vessel, similar a los que se emplean para la producción de LDPE convencional, modificado para permitir el uso del catalizador Z/N y la alimentación del comonómero. Estas condiciones peculiares de presión y temperatura (1000 bares y 280ºC), asociados con la flexibilidad operativa de la tecnología Vessel, permite la producción de resinas a escala industrial desde 0,935 g/cm3 (MDPE) a 0,880-0,910 g/cm3, la densidad típica de Z/N-VLDPE, con un índice de flujo de fusión (MFI) que, de acuerdo con las necesidades del mercado, oscila entre 0,7 a 50 dg/min (190ºC, 2,16 kg). En la tabla número 2 aparece la lista de productos Z/N-VLDPE de Polimeri Europa distribuidos bajo la marca Clearflex.

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Tabla 2

Estructura macromolecular

Z/N-VDLPE es un polietileno en el cual el alto contenido de comonómeros proporciona una baja cristalinidad. En la práctica, debido a las dimensiones “estéricas” de las ramas laterales inducidas por el comonómero, los cristales poliméricos son más pequeños e imperfectos y esto causa un menor orden de los cristales. El efecto inmediato es una menor densidad del producto y un mayor porcentaje de estado amorfo en detrimento del cristalino.

Un mayor contenido en alfa olefinas en la cadena polimérica hace descender la densidad: de esta forma se pasa del 0,910 de Clearflex FGB0 al 0,887 g/cm3 del Clearflex CHGO. Naturalmente, se trata de densidades medias de producto.

En el Z/N-VDLPE, la porción de polímero está en función del contenido en comonómeros. Estas porciones se obtienen mediante la técnica de separación TREF, gracias a la cual el polímero se separa en función de la temperatura de cristalización, es decir, en proporción con el contenido de comonómero en el polímero.

Otro parámetro importante para describir el polietileno es la distribución de los pesos moleculares, que en este caso, poseen índices de polidispersión (Mw/Mn) de alrededor 3,5-4, típico del Z/N-LLDPE. Los polímeros con una distribución diferente de los pesos moleculares tienen características reológicas y, en consecuencia, se comportan de forma diferente en la extrusión: es más difícil trabajar con polímeros con una distribución apretada, como el metaloceno VLDPE, que con otros productos similares pero menos densos, como el Z/N-VLDPE. Se requiere que la máquina tenga una mayor capacidad de absorción de la energía y se genera una presión mayor en la extrusión.

La velocidad de cizallamiento también influye. La viscosidad de dos polímeros de distinta distribución con valores bajos de velocidad de cizallamiento (menos de 10 sec-1) son similares, por lo que ambos poseen valores similares de MFI. Sin embargo, al aumentar esta velocidad a valores normales en procesos de transformación, la viscosidad es mayor en el polímero con una distribución más apretada. Esto es porque incluso con un MFI similar, la extrusora que contiene este polímero consumirá más energía y los valores de presión serán mayores.

Una propiedad importante del Z/N-VDLPE es la estabilidad térmica que le confiere la naturaleza hidrocarbónica de su estructura, mejor aún que los copolímeros de acetato etileno vinilo (EVA) y el PVC que algunas veces se emplea en estas aplicaciones. Además, el Z/N-VDLPE puede trabajarse a temperaturas de hasta 280ºC por un periodo suficientemente largo de tiempo para satisfacer las necesidades de las técnicas usuales de transformación sin causar problemas de estabilidad térmica.

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Características

Las propiedades de este polímero (Z/N-VDLPE) provienen directamente de su calidad de amorfo. La cantidad de estado amorfo es lo que define su flexibilidad, que es su principal característica y, por otro lado, su resistencia al choque.

Esta propiedad hace al Z/N-VDLPE muy interesante para muchas aplicaciones ya que en caso de fractura —impacto— las islas de polímero amorfo disipan la energía y paran su propagación.

Como se ha visto antes, la presencia de concentraciones significativas de alfa olefinas disturba la cristalización y hace bajar la temperatura de fusión de las porciones cristalinas poliméricas. En la práctica esto significa un desplazamiento del hot tack —resistencia al calor del sello en el proceso de soldadura— a bajas temperaturas. Este valor puede considerarse representativo de la eficiencia de soldeo de un material.

Además, el polietileno Z/N-VDLPE se emplea bastante en embalaje flexible, ya que esta aplicación requiere a veces una baja temperatura de soldeo. Este polímero posee también una inusual elasticidad para un polietileno.

Aplicaciones

Resumidas, las propiedades de este polietileno son la facilidad de procesado, la estabilidad térmica, suavidad, flexibilidad, elasticidad, resistencia a los disolventes, una baja temperatura de soldeo y un buen sellado, una gran capacidad para incorporar cargas inorgánicas, facilidad de uso y bajo impacto ambiental.

  1. Lámina estirable. La capacidad de generar enlaces de este polietileno puede emplearse en el campo de los filmes estirables multicapa, una de las aplicaciones más importantes en la industria del embalaje flexible.
  2. “Capuchas” flexibles. Esta es una nueva aplicación para embalar paletas. Consiste en una capucha de 150 µm de espesor ligeramente más pequeña que el paleta. La fuerza elástica del Z/N-VDLPE hace el resto.
  3. Filmes para laminación y coextrusión empleados para envasar alimentos sensibles al calor como mayonesa, salsa de tomate. También se emplea en filmes usados con poliamida, EVOH y aluminio para envasar líquidos comestibles como aceite o similares.
  4. Cable HFFR. El alto contenido de estado amorfo en el polietileno Z/N-VDLPE permite el empleo de grandes porcentajes de sustancias inorgánicas en la matriz polimérica sin cambiar las propiedades del termoplástico. Esta propiedad se adecúa en el sector del recubrimiento para cables, ya que esta aplicación requiere unas buenas propiedades de aislamiento asociadas con efectos retardantes. Se han desarrollado cables que emplean Z/N-VDLPE. Se llaman “retardantes libres de llama” y en lugar de halógenos contienen polietileno, aluminio y magnesio y el producto de la combustión es agua.
  5. Otras aplicaciones. El Z/N-VDLPE se ha empleado también en la fabricación de geo-membranas para cubrir lagos artificiales y cubiertas flexibles de túneles

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