agosto 1, 2023

Desmitificar el polipropileno

Estructuras de cadena básicas del PP.

Enl mundo de los polímeros a veces puede resultar confuso, con todos los diferentes tipos de plástico. Para hacer las cosas aún más confusas, un polímero a veces puede adoptar propiedades diferentes cuando se convierte en un copolímero. Para aumentar el nivel de confusión, la forma en que cristaliza un polímero también puede afectar a sus propiedades finales. P l polipropileno (PP) es uno de esos plásticos simples que pueden transformarse significativamente en función de su estructura cristalina y de su contenido en copolímeros. Es un plástico habitual en nuestra vida cotidiana, hasta el punto de que ya no prestamos atención a su existencia. Parte de la razón es que el polipropileno tiene tantos grados y tipos diferentes que ya es difícil reconocerlo. Para el debate que nos ocupa y en aras de la brevedad, reduciremos el ámbito del polipropileno al mundo de las tuberías.

En primer lugar, empecemos por el contenido cristalino y la estructura del PP y cómo afecta a las propiedades finales. Normalmente, verás PP con un contenido cristalino >90% para tuberías, porque cuanto más cristalino es el material, mejores son sus propiedades físicas. La alta cristalinidad es necesaria para soportar entornos exigentes y transportar productos químicos a presión. Para formar cristales, el polipropileno debe tener un alto grado de orden. El PP atáctico es inadecuado para la formación de cristales debido a la aleatoriedad del polímero (bajo grado de orden). El PP sindiotáctico está más ordenado, pero el grupo metilo alternante en la cadena de carbono limita mucho la capacidad de formar cristales tridimensionales significativos. El PP isotáctico es la mejor disposición para el crecimiento significativo de cristales.

El PP isotáctico (iPP) tiene una forma específica que puede encajar de forma diferente. Los tres tipos diferentes de estructuras cristalinas que puede formar el PP isotáctico son a, b y g. Podemos ignorar la estructura gamma, ya que es inestable en condiciones normales y no estaría en grandes cantidades en una tubería o válvula. Las fases alfa y beta constituirán el grueso de la mayoría de los materiales de tuberías. Existen algunas diferencias entre las distintas fases, como se indica en la siguiente tabla comparativa:

Las propiedades son más o menos las mismas cuando las miras una al lado de la otra, pero el (BETA)-iPP (polipropileno isotáctico, cristal beta) tiene una resistencia al impacto significativamente mejor, como indican los números de la prueba Izod con muescas. La diferencia visual entre las dos muestras durante la prueba de tensión de cuello también es evidente.

(ALFA)-iPP (AA) frente a (BETA)-iPP (BB) en una prueba de esfuerzo de necking.

Las diferentes formas en que los materiales se adelgazan al estirarse son bastante evidentes en la imagen de la izquierda. AA (a-iPP) se adelgaza bastante a lo largo de la zona del cuello antes de romperse. El BB (b-iPP) también se adelgaza, pero lo hace a lo largo de la muestra y no sólo en una zona localizada. Estas propiedades son importantes porque te dirán si el material actuará de forma más elástica (b-iPP) o más rígida (a la a-iPP). La elasticidad del material determinará lo bien que aguanta los «golpes fuertes» en el campo. Todas estas propiedades son algo a tener en cuenta a la hora de elegir el tipo de PP que quieres utilizar.

La siguiente elección es si el polipropileno que quieres es un «homopolímero» o un «copolímero», y qué tipo de copolímero sería mejor para tu aplicación. En primer lugar, un homopolímero es un polímero formado por un solo monómero específico (el componente básico del polímero). Un copolímero es un polímero formado por más de un tipo de monómero. Hay cuatro formas generales de fabricar un copolímero:

P representa el monómero de polipropileno, y E representa el monómero de polietileno.

Los copolímeros alternantes de polietileno (PE) y polipropileno (PP) en una proporción de 50/50 suelen ser demasiado flexibles y no forman bien los cristales, por lo que ese tipo no se utiliza para tuberías. Los copolímeros en bloque que contienen entre un 5% y un 15% de PE pueden disponerse en patrones de bloques regulares, lo que crea un material con una gran resistencia al impacto con usos industriales, pero sigue sin ser habitual en tuberías. Los copolímeros de injerto suelen verse en membranas, donde un polímero «activo» se injerta en una película o tejido, aunque no verás este tipo de polímero en tuberías. La construcción de copolímero aleatorio es la que vemos en tuberías, y los materiales contienen hasta un 6% de PE incorporado aleatoriamente en el PP. Este tipo de construcción controla el crecimiento de los cristales y produce cristales diminutos y más uniformes en todo el material. Los cambios en el material son muy evidentes en la prueba de resistencia al impacto con muescas, donde los resultados pueden ser hasta 10 veces superiores a los del homopolímero. El siguiente gráfico muestra una comparación entre el homopolímero y el copolímero aleatorio:

Las propiedades del copolímero aleatorio de PP son un buen complemento del homopolímero de PP, sobre todo cuando se utiliza en tuberías. El copolímero aleatorio proporciona un material más elástico y de mayor resistencia al impacto para zonas donde los golpes y choques son una probabilidad mayor. Además, el copolímero aleatorio puede proporcionar una mayor resistencia a las grietas por tensión a temperaturas de funcionamiento más bajas, si el medio ambiente es un factor.

El polietileno es la más simple de las estructuras poliméricas, y es sorprendente la complejidad que se añade a una molécula con sólo añadir un grupo «metilo». El salto del polietileno al polipropileno introduce todo un mundo nuevo de cristales a y b, cada uno con sus propias propiedades y usos únicos. También vimos que los distintos tipos de polietileno, ya sean homopolímeros (PP-H) o copolímeros aleatorios (PP-R), ofrecen algunas ventajas únicas que estaremos encantados de comentar contigo con más detalle.

Este artículo ha explorado algunas de las complejidades y avances del polipropileno. Hemos examinado algunos aspectos clave de los polímeros y copolímeros, y hemos hablado del impacto potencial de estas innovaciones; sin embargo, comprender los fundamentos es sólo el principio. Para aprovechar realmente el poder de estos avances y convertirlos en beneficios tangibles para tu organización, necesitas un socio que no sólo comprenda los entresijos de los termoplásticos y sus aplicaciones, sino que también tenga un historial probado de traducción de posibilidades técnicas en soluciones del mundo real.

Este artículo es sólo la punta del iceberg, pero si quieres más información, tienes preguntas o deseas recomendaciones, no dudes en ponerte en contacto con Josh Goldberg en jgoldberg@asahi-america.com o directamente con Asahi/America para concertar un Almuerzo y Aprendizaje.

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AVISO DEL EDITOR: Ten en cuenta que la información de este artículo sólo tiene fines educativos y no sustituye a ninguna información técnica ni especificación de producto de Asahi/America.
Consulta al departamento técnico de Asahi/America en el 1-800-343-3618 o en pipe@asahi-america.com sobre todas las aplicaciones de productos en lo que respecta a la selección de materiales en función de la presión, la temperatura, los factores medioambientales, los productos químicos, los medios, la aplicación, etc.

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