MODULO II

IntroduccinProcesos de Transformacin

de Materiales Plsticos

CONVERSIN

DE MATERIAS

PRIMAS

POLIMRICAS

EN

PRODUCTOS

TERMINADOS

Aspectos interrelacionados en el desarrollo de Aspectos interrelacionados en el desarrollo de materiales y productosmateriales y productos

PROCESAMIENTO

ESTRUCTURA PROPIEDADES

Caracterizacin Ensayos de materiales

APLICACIONES

p/e PACKAGING

MATERIAL +

PROCESAMIENTO DE POLMEROS

CONVERSIN DE MATERIAS PRIMAS

POLIMRICAS EN PRODUCTOS TERMINADOS

Termoplsticos

Lineales

ramificados

Reticulados

Elastmeros

Termorrigidos

Termoplsticos

Se ablandan con el calor, pudindose moldear con nuevas formas que se conservan al enfriarse. Es debido a que las macromolculas estn unidas por dbiles fuerzas que se rompen con el calor.

Clasificacin internacional de los plsticos

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Reciclaje y Reso del Plstico Si bien existen ms de cien tipos de plsticos, los ms comunes son slo seis, y se los identifica con un nmero dentro de un tringulo a los efectos de facilitar su clasificacin para el reciclado, ya que las caractersticas diferentes de los plsticos exigen generalmente un reciclaje por separado.

PET POLIETILENTEREFTELATOSeelaboraapartirdelac.Tereftlico yEtilenglicol,porcondensacin.

Aplicaciones:Envasesdegaseosas,aceites,cosmtica Frascosvarios(mayonesa,salsa,etc) BolsasparahornoBandejasparamicroondas Pelculasradiogrficas

Ventajas y beneficiosBarrera a los gases Transparente IrrompibleLiviano ImpermeableAtoxicoInerte (al contenido)

Fabricado a partir del etileno. Es muy verstil y se lo puede transformar en diversas formas: inyeccin, soplado, extrusin y rotomoldeo.

Ventajas y beneficiosResistencia a las bajas temperaturas IrrompibleLiviano ImpermeableAtoxicoInerte (al contenido)Aplicaciones:Envases para detergentes, lavandina, aceites automotores, shampoo, lcteos Bolsas para supermercado Baldes y tambores: para pintura, helados, aceites. Bazar, cajones para pescados, gaseosas, cervezas. Caos para gas, telefona, agua.

PVC POLICLORURO DE VINILO

Ventajas y beneficiosIgnfugoIrrompibleResistente a la intemperieImpermeableAtoxicoInerte (al contenido)

Aplicaciones:Envases para: agua mineral, jugos, aceites.Perfiles para marcos de ventanas y puertasCaos para desagues. ManguerasPelculas flexibles para envasado (Film)CablesJuguetes. Papel vinlico (decoracin)Bolsas para sangre y suero. rganos artificiales

Se produce a partir de dos materias primas naturales: gas 43% y sal comn (cloruro de sodio).Para su procesamiento es necesario el agregado de aditivos especiales. Se obtienen productos rgidos o totalmente flexibles ( inyeccin, extrusin, soplado).

PEBD(LPDE) POLIETILENO DE BAJA DENSIDADSe produce a partir del gas natural al igual que el PEAD. Verstil y se procesa de diversas formas: inyeccin, soplado, extrusin y rotomoldeo.

Ventajas y beneficiosFlexible LivianoEconmico TransparenteAtoxicoImpermeableInerte (al contenido)

Aplicaciones:Bolsas de todo tipo: supermercado, panificacin, congelado, industriales. Pelculas para: agro, recubrimiento de acequias Envasamiento automtico de alimentos y prod. industriales Streech film, base para paales descartables Bazar. Tubos y pomos (cosmticos, medicamentos, alimentos)Tuberas para riego

PP POLIPROPILENOSe obtiene de la polimerizacin del propileno. Es rgido de alta cristalidad, elevado punto de fusin, excelente resistencia qumica y de mas baja densidad. Es transformado en la industria por los procesos de inyeccin, soplado y extrusin/termoformado.

Ventajas y beneficiosBarrera a los aromas IrrompibleEconmico Transparente en pelculasAtoxicoImpermeableBrilloResistente a la temp. Hasta 135

Aplicaciones:Pelcula/film(alimentos, cigarrillos, chicles). Bolsas tejidas Pelculas para: agro, recubrimiento de acequias Envases industriales (bolsas grandes) Hilos, cabos, cordelera. Fibras para tapicera Bazar. Alfombras, cajas de batera, paragolpes y autopartesCaos para agua caliente

PS POLIESTIRENO

Ventajas y beneficiosBrillo LivianoIgnfugo IrrompibleAtoxicoImpermeableInerteFcil limpieza

Aplicaciones:Potes para lcteos, helados, dulces, etc. Envases varios: vasos, bandejas, para cosmtica, maquinas de afeitar Heladeras: contrapuertas, anaqueles Bazar: cubiertos, platos Juguetes, casetes, blsterAislantes: planchas de PS espumado

El PS es moldeable a travs de procesos de Inyeccin, extrusion/termoformado, soplado. Existen dos tipos de PS: el PS Cristal y el PS alto impacto.

Reticulados-Termorrigidos

Con el calor se descomponen, no tienen posibilidad de fundir. Son frgiles y rgidos. La arquitectura molecular se corresponde con una red, con una alta densidad de reticulacin.

Ejemplos:1.Poliuretano2.Resina Polister3.Resinas fenlicas4.Melamina

Reticulados - ElastmerosPlsticos que se caracterizan por su gran elasticidad, adherencia y baja dureza. Estructuralmente son redes con una baja densidad de reticulacin.

Ejemplos:1.Caucho natural2.Caucho sinttico3.Neoprene

PROPIEDADES de los POLMEROSLos polmero actan de modo diferente a las molculas pequeas.

Peso Molecular - Enredo de cadenas

Las cadenas tienden a doblarse y a enredarse entre s, de modo que las molculas del polmero formarn colectivamente una enorme maraa enredada.

Fuerzas intermoleculares

Cuanto ms grande es la molcula, habr ms fuerzas sumando para producir interacciones intermoleculares. An cuando slo las dbiles fuerzas de Van der Waals estn en juego, pueden resultar muy fuertes para la unin de distintas cadenas polimricas.

Distribucin de Peso Molecular

Mejor procesabilidad

Mejores propiedades

Temperatura de Fusin (Tf)

La temperatura de fusin (Tf) es la temperatura a la cual la energa trmica aportada al polmero es suficiente para superar la energa de la estructura cristalina y entonces romper los cristales. Las cadenas polimricas adquieren movilidad suficiente, pueden desplazarse unas sobres las otras, y el material puede fluir. Los cristales pueden variar en tamao, forma y grado de perfeccin, en funcin de la estructura molecular, historia trmica y grado de orientacin.

La energa para romper esos cristales es diferente, por lo tanto la fusin tiene lugar en un rango de temperaturas.

Influencia de las ramificaciones en la Tf

Al aumentar el nmero y longitud de las ramificaciones disminuye la Tf

Tf= 108.8CTf= 123.5C

Tf= 132.9C

PEBD PEBDL

PEAD

Influencia del peso molecular en la Tf

Aumenta la temperatura de fusin del material

Aumento en el peso molecular

Aumento de entrelazamientos entre cadenas

Aumenta la energa requerida para producir movimientos libres

etileno -169C , dodecano -10C, PEAD 130C

Cristalinidad y fuerzas intermoleculares

Favorecen el ordenamiento molecular y mantienen juntos a los cristales.

Polamida 6,6

Grupos funcionales amida interaccionan fuertemente a travs de uniones puente hidrgeno.

Polietileno Interacciones dbiles de Van der Waals

PEAD 130C

260C

Los polmeros se mueven ms lentamente que las molculas pequeas.La influencia de la escala de tiempo en el movimiento es importante en las propiedades de los polmerosLos polmeros poseen un Comportamiento visco elstico

Escala de tiempo en el movimiento

Propiedades ReolgicasLos polmeros termoplsticos tienen un comportamiento de fluido pseudoplstico

CURVAS DE FLUJOCURVAS DE FLUJO

LOS POLMEROS FUNDIDOS SON INVARIABLEMENTE PSEUDOPLSTICOS,

LA RESISTENCIA AL FLUJO DISMINUYE AL AUMENTAR EL CORTE

Fluido pseudoplstico (Ej.: POLMEROS)

Fluido Newtoniano (Ej. Molc. pequeas)

Fluido dilatante (Ej. slurries)

Fluido dilatante de Bingham

Fluido de Bingham (Ej.: manteca)

Fluido pseudoplstico de Bingham

.

C

POLPOLMEROS FUNDIDOS Y SOLUCIONESMEROS FUNDIDOS Y SOLUCIONES

log log

log .PSEUDOPLSTICO

Newtoniano

pend

iente

= 1

pend

iente

= 1

y

x

FLUJO ROTACIONAL

gradiente de velocidad en un lquido fluyendo

velocidades relativas al centro de masa de la molcula

Newtoniano

Influencia de variables externas en el flujo viscosoInfluencia de variables externas en el flujo viscoso

TEMPERATURATEMPERATURA eA RTE

0

As se puede representar la variacin de viscosidad de corte cero varios cientos de grados por encima de Tg.

Pero raramente nos encontramos en el rango de corte cero en un proceso comercial. Hay una expresin ms general (ecuacin WLF).

Tg) - (T 51,6

Tg) - (T 44,17

(Tg)

(T)

0

0 log

La temperatura es una forma efectiva de controlar la viscosidad en operaciones de proceso, pero hay que tener en cuenta dos cuestiones:

lleva tiempo y dinero entregar o quitar energa trmica

temperaturas excesivas pueden dar lugar a la degradacin del polmero.

TIEMPO

La viscosidad disminuye con el tiempo.Ej.: ketchup, pinturas

tiempo

reopptico

tixotrpico

Ej.: algunas dispersiones de ltex (muy rara)

LOS POLMEROS, SALVO SI HAY REACCIONES QUMICAS, SON INDEPENDIENTES DEL TIEMPO

PRESINBPeA En polmeros, el efecto se hace significativo a altas presiones (miles de atmsferas)

LA VISCOSIDAD AUMENTA CON EL INCREMENTO DE PRESIN DEBIDO A QUE EL VOLUMEN LIBRE, Y POR ENDE LA MOVILIDAD, RESULTAN

DISMINUIDOS

PESO MOLECULAR

)( C10 MwMw paraMw )( C4,30 MwMw paraMw

CMwPeso molecular promedio en peso crtico, por encima del cual los entrelazamientos moleculares comienzan a dominar la velocidad de deslizamiento de las molculas

En general, para polmeros comerciales

(aunque depende de la temperatura y del tipo de polmero)CMwMw

log

log Mwlog Mwc

pendiente 1

0pendiente 3,4

Incremento .El incremento de la velocidad de deformacin de corte orienta y disminuye los entrelazamientos

Ej.: reduciendo un 18 % la longitud de las cadenas de polmero, se reduce a la mitad Esto ilustra la importancia de controlar el peso molecular para alcanzar las propiedades

de proceso deseadas

EN EL PROCESO DE TRANSFORMACIN LAS PROPIEDADES REOLGICAS DEL POLMERO FUNDIDO

JUEGAN UN ROL FUNDAMENTAL

Durante y luego del procesamiento el polmero es

sometido a un alto grado de Estructuracin

(orientacin molecular y cambios morfolgicos)Que modifican las propiedades fsicas y mecnicas

LA INTERACCIN NTIMA ENTRE EL PROCESO DE TRANSFORMACIN Y LA ESTRUCTURACIN DEL

POLMERO ES CLAVE PARA LOGRAR UN PRODUCTO DE ADECUADA PERFORMANCE

Que significa estructurar un polmero?

Es DISEAR las etapas del procesamiento de manera tal que las CONFORMACIONES deseadas se logren a las temperaturas de proceso y luego sean FIJADAS, de manera que definan la ESTRUCTURA y como consecuencia las PROPIEDADES de los productos obtenidos, a temperatura de uso.

La llave para comprender la estructuracin de

polmeros radica en conocer los efectos que sobre la

morfologa tienen la deformacin y la historia trmica a

la que son sometidos durante su procesamiento

Material Mdulo E (GPa)

PEAD (proc. Std.) 0,8-1PEAD (fibras) 68-70PEAD (lmite terico) 240-250(cadena completamente extendida)

Aleacin de Al

Anlisis de procesos de transformacin

Para analizar un proceso es fundamental conocer:

El material:Cuales son las propiedades relevantesComo se comporta durante el procesamiento

La Maquina: Cual es el mecanismo bsico de funcionamientoCual es el diseo mas adecuado para un determinado producto

Las caractersticas del proceso: como se relacionan las variables de diseo, las de operacin y las propiedades del material

Cual ser el mximo consumo energtico admisibleCuales sern las especificaciones de calidad de producto

Optimizar el proceso

Producir con buen rendimiento, con buena calidad de producto, con mnimo costo

Modelo MatemticoDescribir matemticamente un proceso a travs de ecuaciones que involucran:

La naturaleza de las sustancias involucradas

La magnitud relativa de los distintos efectos fsicos

La geometra del espacio en el cual tiene lugar el proceso.

Modelado de un proceso de transformacin de polmeros

Consiste en:

Tomar el proceso como un sistema general y dividirlo en subsistemas definidos (etapas elementales)

Construir un modelo para cada etapa elemental haciendo uso de los principios fundamentales (conservacin de la materia, de la cantidad de movimiento y de la energa) e introduciendo simplificaciones

Ensamblar los modelas de las distintas etapas para formar un modelo completo

Verificar experimentalmente los resultados

Etapas elementales de un proceso de

transformacin de polmeros

Transporte de slidos particulados (en tolvas, en

conductos)

Plastificacin

Transporte de material fundido

Flujo de presin en restricciones