Polietileno de alta densidad (PEAD)

El polietileno de alta densidad (PEAD o HDPE) se produce normalmente con un peso molecular que se encuentra en el rango entre 200.000 y 500.000, pero puede ser mayor. Es un polímero de cadena lineal no ramificada. Es más duro, fuerte y un poco más pesado que el de baja densidad, pero es menos dúctil. El polietileno con peso molecular entre 3.000.000 y 6.000.000 es el que se denomina UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene). Con este material se producen fibras, tan fuertes, que pueden utilizarse para fabricar chalecos a prueba de balas. Para conocer mejor el HDPE, podemos ver un poco de su historia, sus propiedades, sus aplicaciones y su proceso de obtención.

La obtencion del HDPE se hace mediante un proceso de polimerizacion Ziegler-Natta, que es un proceso de polimerización catalítica (catalizador de Ziegler-Natta). Hay tres procesos comerciales importantes usados en la polimerización del HDPE: los procesos en disolución, en suspensión y en fase gaseosa.

Propiedades 
Estructura Química: El análisis del polietileno (C, 85.7%; H, 14.3%) corresponde a la fórmula empírica (CH2)n resultante de la polimerización por adición del etileno.Cristalinidad: Es cristalino en más de un 90%Temperatura de transición vítrea: Tiene 2 valores, a -30ºC y a -80 ºCPunto de fusión: 135ºC Esto le hace resistente al agua en ebulliciónRango de temperaturas de trabajo: Desde -100ºC hasta +120ºCPropiedades ópticas: Debido a su alta densidad es opaco.Densidad: Inferior a la del agua; valores entre 945 y 960 kg por m3Viscosidad: Elevada. Índice de fluidez menor de 1g/10min, a 190ºC y 16kg de tensiónFlexibilidad: Comparativamente, es más flexible que el polipropilenoResistencia Química: Excelente frente a ácidos, bases y alcoholes. Ver TablaEstabilidad Térmica: En ausencia completa de oxígeno, el polietileno es estable hasta 290ºC. Entre 290 y 350 ºC, se descompone y da polímeros de peso molecular más bajo, que son normalmente termoplásticos o ceras, pero se produce poco etileno. A temperaturas superiores a 350 ºC, se producen productos gaseosos en cantidad creciente, siendo el producto principal el butileno.

Poliestireno.

La polimerización del estireno puro da como resultado un poliestireno puro que es un sólido incoloro, rígido, frágil  y con flexibilidad limitada. A este poliestireno puro se lo denomina “poliestireno cristal” o “poliestireno de uso general” (General Purpose Polystyrene, GPPS). Debajo de los 95 ºC (temperatura de transición vítrea del poliestireno), el poliestireno cristal es vítreo, por encima de esa temperatura a.C. más blando y puede moldearse.

Otro material de esta familia es el "poliestireno expandido" (EPS, siglas en inglés). Consiste en 95% de poliestireno y 5% de un gas que forma burbujas que reducen la densidad del material. Su aplicación principal es como aislante en construcción y para el embalaje de productos frágiles. la densidad es de 1.06 g/cm3.

Las ventajas principales del poliestireno son su facilidad de uso y su coste relativamente bajo. Sus principales desventajas son su baja resistencia a la alta temperatura (PS atáctico) (se deforma a menos de 100ºC) y su resistencia mecánica modesta. Estas ventajas y desventajas determinan las aplicaciones de los distintos tipos de poliestireno.

Propiedades

Hay que tener en cuenta que, además de los enlaces covalentes que mantienen unidas a las moléculas de los monómeros, suelen producirse otras interacciones intermoleculares e intramoleculares que influyen notablemente en las propiedades físicas del polímero, que son diferentes de las que presentan las moléculas de partida. El poliestireno, en general, posee elasticidad, cierta resistencia al ataque químico, buena resistencia mecánica, térmica y eléctrica y baja densidad.

El poliestireno es un polímero termoplástico. En estos polímeros las fuerzas intermoleculares son muy débiles y al calentar las cadenas pueden moverse unas con relación a otras y el polímero puede moldearse. Cuando el polímero se enfría vuelven a establecerse las fuerzas intermoleculares pero entre átomos diferentes, con lo que cambia la ordenación de las cadenas.

El poliestireno de alto impacto se utiliza principalmente en la fabricación de objetos mediante moldeo por inyección. Según las aplicaciones se le pueden añadir aditivos como por ejemplo sustancias ignífugas o colorantes.
El poliestireno cristal se utiliza también en moldeo por inyección allí donde la transparencia y el bajo coste son importantes. Otra aplicación muy importante es en la producción de espumas, denominadas a veces XPS, a no confundir con el poliestireno expandido EPS. Estas espumas se utilizan por ejemplo para las bandejas de carne de los supermercados, así como en la construcción.
La forma expandida (poliestireno expandido) se utiliza como aislante térmico y acústico y es ampliamente conocido bajo diversas marcas comerciales (Poliexpan o porexpán, Telgopor, etc.)

Polipropileno.

El polipropileno es el polímero termoplástico, parcialmente cristalino, que se obtiene a partir del propileno extraído del gas del petróleo. Es un material termoplástico incoloro y muy ligero. Además, es un material duro, y está dotado de una buena resistencia al choque y a la tracción, tiene excelentes propiedades eléctricas y una gran resistencia a los agentes químicos y disolventes a temperatura ambiente.

Varios puntos fuertes lo confirman como material idóneo para muchas aplicaciones:

•  Baja densidad.
•  Alta dureza y resistente a la abrasión.
•  Alta rigidez.
•  Buena resistencia al calor.
•  Excelente resistencia química.
•  Excelente versatilidad.

Propiedades físicas:

• La densidad del polipropileno, esta comprendida entre 0.90 y 0.93 gr/cm3`
Por ser tan baja permite la fabricación de productos ligeros.

• Es un material más rígido que la mayoría de los termoplásticos. Una carga de 25.5 kg/cm2 , aplicada durante 24 horas no produce deformación apreciable a temperatura ambiente y resiste hasta los 70 grados C.

• Posee una gran capacidad de recuperación elástica.

• Tiene una excelente compatibilidad con el medio.

• Es un material fácil de reciclar

• Posee alta resistencia al impacto.

Propiedades químicas:

• Tiene naturaleza apolar, y por esto posee gran resistencia a agentes químicos.
• Presenta poca absorción de agua, por lo tanto no presenta mucha humedad.
• Tiene gran resistencia a soluciones de detergentes comerciales..
• El polipropileno como los polietilenos tiene una buena resistencia química pero una resistencia débil a los rayos UV (salvo estabilización o protección previa).

Así mismo, el polipropileno es el tercer plástico más importante desde el punto de vista de las ventas y es uno de los de mas bajo costo puesto que pueden sinterizarse de materiales petroquímicos que a su vez son más económicos.

El PET (Tereftalato de polietileno).

Es un polímero plástico que se obtiene mediante un proceso de polimerización de ácido tereftálico y monoetilenglicol. Es un polímero lineal, con un alto grado de cristalinidad y termoplástico en su comportamiento, lo cual lo hace apto para ser transformado mediante procesos de extrusión, inyección, inyección-soplado y termoformado.

Características más relevantes:

• Cristalinidad y transparencia, aunque admite cargas de colorantes
• Buen comportamiento frente a esfuerzos permanentes
• Alta resistencia al desgaste
• Muy buen coeficiente de deslizamiento
• Buena resistencia química
• Buenas propiedades térmicas
• Muy buena barrera a CO2, aceptable barrera a O2 y humedad.
• Compatible con otros materiales barrera que mejoran en su conjunto la calidad barrera de los envases y por lo tanto permiten su uso en marcados específicos.
• Totalmente reciclable
• Aprobado para su uso en productos que deban estar en contacto con productos alimentarios.

Desventajas:

• Secado: Todo poliéster tiene que ser secado a fin de evitar pérdida de propiedades. La humedad del polímero al ingresar al proceso debe ser de máximo 0.005%
• Costo de equipamiento Los equipos de inyección soplado con biorientación suponen una buena amortización en función de gran producción. En extrusión soplado se pueden utilizar equipos convencionales de PVC, teniendo más versatilidad en la producción de diferentes tamaños y formas.
• Temperatura: Los poliésteres no mantienen buenas propiedades cuando se les somete a temperaturas superiores a los 70 grados. Se han logrado mejoras modificando los equipos para permitir llenado en caliente.
• Excepción: el PET cristalizado (opaco) tiene buena resistencia a temperaturas de hasta 230 ° C.
• Intemperie: No se aconseja el uso permanente en intemperie.

Ventajas:

• Propiedades únicas: Claridad, brillo, transparencia, barrera a gases u aromas, impacto, termoformabilidad, fácil de imprimir con tintas, permite cocción en microondas.
• Costo/Performance: El precio del PET ha sufrido menos fluctuaciones que el de otros polímeros como PVC-PP-LDPE-GPPS en los últimos 5 años.
• Disponibilidad: Hoy se produce PET en Sur y Norteamérica, Europa, Asia y Sudáfrica.
• Reciclado: El PET puede ser reciclado dando lugar al material conocido como RPET, lamentablemente el RPET no puede emplearse para producir envases para la industria alimenticia debido a que las temperaturas implicadas en el proceso no son lo suficientemente altas como para asegura la esterilización del producto.

Que son los monómeros?

Los monómeros son compuestos de bajo peso molecular que pueden unirse a otras moléculas pequeñas (ya sea iguales o diferentes) para formar macromoléculas de cadenas largas comúnmente conocidas como polímeros.
Los polímeros son mezclas de macromoléculas de distintos pesos moleculares.

Por lo tanto no son especies químicas puras y tampoco tienen un punto de fusión definido.

Copolímeros y Termopolímeros.

Copolímero de estireno-acrilonitrilo en los que el contenido de estireno varía entre 65 y 80 %. Estos materiales tienen buena resistencia a los aceites lubricantes, a las grasas y a las gasolinas.

Asimismo, tiene mejores propiedades de impacto, tensión y flexión, que los homopolímeros del estireno. Los copolímeros son transparentes, pero con un ligero color amarillo que se vuelve más oscuro a medida que aumenta el contenido en acrilonitrilo. Al mismo tiempo mejora la resistencia química, la resistencia al agrietamiento ambiental y la resistencia térmica al aimentar el porcentaje en acrilonitrilo.

El SAN se usa cuando se requieren partes rígidas, con buena estabilidad dimensional y buena resistencia térmica, por ejemplo, en partes de las máquinas lavaplatos y en piezas para radios u televisores.

Se lo emplea en grandes cantidades en la industria alimenticia. los copolímeros con 30 % estireno y 70 % acrilonitrilo, son excelentes barreras contra el oxígeno, el CO₂ y la humedad.

ABS

Terpolímero acrilonitrilo-butadieno-estireno. Son materiales heterogéneos formados por una fase homogénea rígida y una elastomérica.

Originalmente se mezclaban emulsiones de los dos polímeros de SAN y polibutadieno. La mezcla era coagulada para obtener ABS.

Ahora se prefiere polimerizar estireno y acrilonitrilo en presencia de polibutadieno. De esa manera, una parte del estireno y del acrilonitrilo se copolimerizan formando SAN y otra porción se injerta sobre las moléculas de polibutadieno.

El ABS se originó por la necesidad de mejorar algunas propiedades del poliestireno de alto impacto. Este material tiene tres desventajas importantes:

• Baja temperatura de ablandamiento.
• Baja resistencia ambiental.
• Baja resistencia a los agentes químicos.

La incorporación del acrilonitrilo en la fase continua, imparte mayor temperatura de ablandamiento y mejora considerablemente la resistencia química. Sin embargo, la resistencia ambiental se vuelve todavía menor, pero este problema se resuelve empleando aditivos. Las propiedades del ABS son suficientemente buenas para varias aplicaciones:

• Artículos moldeados.
• Artículos extruidos.

Termoplásticos.

Los materiales termoplásticos son aquellos materiales que están formados por polímeros que se encuentran unidos mediante fuerzas intermoléculares o fuerzas de Van der waals, formando estructuras lineales o ramificadas.

Un material termoplástico lo podemos asemejar a un conjunto de cuerdas entremezcladas que tenemos encima de una mesa, cada una de estas cuerdas es lo que representa a un polímero, cuanto mayor sea el grado de mezclado de las cuerdas mayor será el esfuerzo que tendremos que realizar para separar las cuerdas unas de otras, dado a que el rozamiento que se produce entre cada una de las cuerdas ofrece resistencia a separarlas.

En función del grado de las fuerzas intermoleculares que se producen entre las cadenas poliméricas, estas pueden adoptar dos tipos diferentes de estructuras, estructuras amorfas o estructuras cristalinas, siendo posible la existencia de ambas estructuras en un mismo material termoplástico.

• Estructura amorfa - Las cadenas poliméricas adquieren una estructura liada, semejante a de la un ovillo de hilos desordenados, dicha estructura amorfa es la responsable directa de las propiedades elásticas de los materiales termoplásticos.

• Estructura cristalina - Las cadenas poliméricas adquieren una estructura ordenada y compacta, se pueden distinguir principalmente estructuras con forma lamelar y con forma micelar. Dicha estructura cristalina es la responsable directa de las propiedades mecánicas de resistencia frentes a esfuerzos o cargas así como la resistencia a las temperaturas de los materiales termoplásticos.

Si el material termoplástico dispone de una alta concentración de polímeros con estructuras amorfas, dicho material tendrá una pobre resistencia frente a cargas pero una excelente elasticidad, si por el contrario el material termoplástico dispone de una alta concentración de polímeros con una estructura cristalina, el material será muy resistente y fuerte incluso superior a los materiales termoestables, pero con poca elasticidad aportándole la característica de fragilidad en dichos materiales.

¿Qué son los polímeros?

La materia esta formada por moléculas que pueden ser de tamaño normal o moléculas gigantes llamadas polímeros.
Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las formas más diversas. Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones. algunas más se asemejan a las escaleras de mano y otras son como redes tridimensionales.

Existen polímeros naturales de gran significación comercial como el algodón, formado por fibras de celulosas. La celulosa se encuentra en la madera y en los tallos de muchas plantas, y se emplean para hacer telas y papel. La seda es otro polímero natural muy apreciado y es una poliamida semejante al nylon. La lana, proteína del pelo de las ovejas, es otro ejemplo. El hule de los árboles de hevea y de los arbustos de Guayule, son también polímeros naturales importantes.

Sin embargo, la mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas.

Lo que distingue a los polímeros de los materiales constituídos por moléculas de tamaño normal son sus propiedades mecánicas. En general, los polímeros tienen una excelente resistencia mecánica debido a que las grandes cadenas poliméricas se atraen. Las fuerzas de atracción intermoleculares dependen de la composición química del polímero y pueden ser de varias clases.

Reacción de sustitución simple o desplazamiento.

Cuando un elemento por afinidad química reemplaza en el compuesto a aquel que tenga el mismo tipo de valencia, se origina una reacción por sustitución simple o desplazamiento.
Su formula general es: A + BC → AC + B. Cuando una sustancia simple reacciona con otra compuesta, reemplazando a uno de sus componentes. Sustitución simple. Se forma por intercambio de iones entre dos compuestos ejemplo: Cu + Ag NO3 Cu NO3 + Ag.
 
En general se presenta cuando un elemento químico mas activo  o mas reactivo desplaza a otro elemento menos reactivo que se encuentra formando parte de un compuesto; el elemento que a sido desplazado queda en forma libre.
En el caso de los metales, los mas activos son los metales alcalinos y metales alcalinos térreos.
En el caso de los no metales, los mas reactivos son algunos halogenos : Fl₂ , Cl₂ , Br₂ ; además del oxígeno y el fósforo.

 

Electronegatividad.

 La electronegatividad de un elemento mide su tendencia a atraer hacia sí electrones, cuando está químicamente combinado con otro átomo. Cuanto mayor sea, mayor será su capacidad para atraerlos.

Pauling la definió como la capacidad de un átomo en una molécula para atraer electrones hacia así. Sus valores, basados  en datos termoquímicos, han sido determinados en una escala arbitraria, denominada escala de Pauling, cuyo valor máximo es 4 que es el valor asignado al flúor, el elemento más electronegativo. El elemento menos  electronegativo, el cesio, tiene una electronegatividad de 0,7.

La electronegatividad de un átomo en una molécula está relacionada con su potencial de ionización y su electroafinidad.

Un átomo con una afinidad electrónica muy negativa y un potencial de ionización elevado, atraerá electrones de otros átomos y además se resistirá a dejar ir sus electrones ante atracciones externas; será muy electronegativo.

Regla del Octeto.

La regla del octeto establece que los átomos de los elementos se enlazan unos a otros en el intento de completar su capa de valencia (ultimo nivel de electrones).

La denominación “regla del octeto” surgió en razón de la cantidad establecida de electrones para la estabilidad de un elemento, o sea, el átomo queda estable cuando presenta en su capa de valencia 8 electrones.

Para alcanzar tal estabilidad sugerida por la regla del octeto, cada elemento precisa ganar o perder (compartir) electrones en los enlaces químicos, de esa forma ellos adquieren ocho electrones en la capa de valencia.

Por ejemplo:

Tipos de plasticos.

Tereftalato de Polietileno (PET)

 Polipropileno (PP)

Polietileno de alta densidad (PEAD - HDPE)

Poliestireno (PS)

Policloruro de vinilo (PVC)

Polietileno de baja densidad (PEBD - LDPE)

Tabla periódica de electronegatividad.

Modelos de los números de oxidación.

1.- El numero de oxidación (Nox) es un numero entero que se asigna a cada elemento presente en una molécula. La finalidad es comparar su ambiente electrónico con el del mismo elemento en estado libre, es decir, sin combinar.

2.- Cualquier átomo en un elemento tiene numero de oxidacion cero.

3.- En toda molécula eléctricamente neutra, los números de oxidacion de los elementos que la constituyen es cero.

4.- La suma de los números de oxidacion de los átomos en una molécula cargada eléctricamente es igual a la carga de esta.

5.- Un elemento se oxida cuando en una reacción química su numero de oxidacion aumenta.

6.- Una disminución del numero de oxidacion de un átomo implica su reducción.

7.- Una limitación de este modelo es el suponer que los números de oxidacion corresponden a las cargas de los átomos en las moléculas. Como todo modelo, este es útil para los químicos. Sirve para comparar, clasificar, balancear, pero no para descubrir certeramente la distribución eléctrica en las moléculas. A pesar de que hay un comportamiento general existen importantes excepciones.

8.- Con los siguientes números de oxidación fijos se puede calcular los de muchas otras moléculas.

F                        Nox= -1                    Siempre, excepto e el F2 donde es cero.

O                       Nox= -2                    Casi siempre, excepto en el OF2 donde es +2,
                                                             en el agua oxigenada HOOH donde es -1 y,
                                                             desde luego en el O2 y O3 que es cero.

H                       Nox= +1                   Casi siempre, excepto en los hidruros metálicos
                                                             (como el NaH o BeH2) donde es -1.

Cl, Br y I          Nox= -1                    Generalmente, excepto cuando están combinadas
                                                             con el oxigeno y el flúor. Además, cuando se
                                                             combinan entre si el elemento de menor numero
                                                             atómico es el que predomina.

N                       Nox= -3                   Generalmente, excepto cando esta combinando
                                                            con el oxigeno y el flúor.

Reacciones Redox.

También llamados reacciones de reducción y oxidación. Son aquellas que ocurren mediante transferencia de electrones, por lo tanto hay sustancias que pierden electrones (se oxidan) y otras que ganan electrones (se reducen)

La gran mayoría de reacciones que son de interés, en química son reacciones de reducción y oxidación, como ejemplos tenemos: la combustión de los hidrocarburos, la acción de los agentes blanqueadores de uso doméstico, la obtención de los metales a partir de sus minerales, el proceso de respiración, proceso de digestión, reacción que ocurre en la pila seca y baterías, etc.

Oxidación. Es el fenómeno mediante el cual una especie química pierde electrones,
por lo tanto el número de oxidación (N.O.) aumenta algebraicamente porque pierde carga negativas.

Ejemplos:

Reducción. Es el fenómeno mediante el cual una especie química gana electrones, por lo tanto el número de oxidación (N.O.) disminuye algebraicamente porque gana carga negativas.

Ejemplos:

 

El agente oxidante, es la sustancia química que al reducirse provoca la oxidación de otro; por lo tanto la sustancia que se reduce es agente oxidante.

El agente reductor, es la sustancia quimia que al oxidarse provoca o causa la reducción de otro; por lo tanto la sustancia que se oxida es agente reductor.

A continuación se ilustra en forma resumida una reacción redox:

 

 

Agente oxidante y agente reductor.

Se denomina agente oxidante a aquella sustancia que se reduce provocando en la otra una perdida de electrones.

Se le llama agente reductor a aquella sustancia que sufre una oxidación, es decir, pierde electrones.

La oxidación un tipo de cambio químico.

La oxidación comúnmente se define como resultado de la interacción entre el oxigeno y las diversas sustancias. Sin embargo, oxidación es un proceso que va más allá se presenta junto con una reducción es decir, cuando hay una reacción química una de las especies gana electrones (reducción) y la otra pierde electrones (oxidación).

El yeso.

El yeso, piedra de yeso, yeso crudo, yeso natural o aljez, es un mineral compuesto de sulfato de calcio hidratado, también una roca sedimentaria de origen químico.

Este producto se obtiene a traves de la siguiente reaccion:

                                     CaCO₃ + H₂SO_{4  -------}  CaSO₄ + H₂O

Su fórmula química es: 

                                     CaSO₄       “Sulfato de calcio”

Y su reaccion de neutralizacion es:

                                     H₂SO₄ + Ca (OH)₂    CaSO₄ + 2H₂O

 

 

Ejemplo de una reaccion de neutralización.

Como ya sabemos una reaccion de neutralizacion es una reaccion entre un acido y una base, de la cual se obtiene como resultado sal y agua.

Un ejemplo puede ser cuando a una persona le da una indigestion en el estomago, es decir, cuando hay un exceso de acido en el estomago y el cual se debe contrarrestar con una base, en este caso se utiliza como base al bicarbonato de sodio.

Una forma de representar lo anterior seria usando como acido al vinagre y como base para contrarrestarlo al bicarbonato, y del cual el resultado seria la sal y el agua.

Ejemplos de ácidos y bases.

A continuación algunos ejemplos de ácidos y bases.

Compuesto.	Ácido o base.	Nombre.
HCL	Ácido.	Ácido clorhídrico.
HF	Ácido.	Ácido fluorhídrico.
H3PO4	Ácido.	Ácido fosfático.
NaOH	Base.	Hidróxido de sodio.
Mg(OH)2	Base.	Hidróxido de magnesio.
H2SO4	Ácido.	Ácido sulfúrico.