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
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