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Un vistazo a la cristalización en los materiales poliméricos

By 07.28.2020

Por. Jordan Seefeldt

Los polímeros consisten en moléculas grandes que forman una cadena de unidades moleculares únicas (monómeros) derivadas de los hidrocarburos. Los polímeros con más de un tipo de monómero se llaman copolímeros. Utilizados en el envasado de alimentos, materiales de construcción, impresión 3D, juguetes, piezas de automóviles, contenedores para almacenamiento y cientos de otros artículos de consumo e industriales, los polímeros se calientan típicamente hasta un punto de fusión y se moldean o extruyen para formar una unidad funcional.

Polímeros

Las propiedades estructurales básicas de los polímeros desempeñan un papel importante en la determinación de sus propiedades físicas y su función, incluso cuando están formados por los mismos monómeros. Una característica importante microestructural de un polímero es su arquitectura y su forma, misma que se relaciona con la manera en que los puntos de ramificación conducen a las moléculas compuestas por una cadena principal con una o más cadenas o ramas laterales sustituyentes. La arquitectura de un polímero afecta muchas de sus propiedades físicas, como la viscosidad de la solución, la viscosidad de fusión, la solubilidad, la temperatura de transición vítrea y el tamaño de las bobinas individuales del polímero en solución. Las propiedades físicas de un polímero dependen en gran medida de su longitud de cadena de polímeros, que es el grado de polimerización, o simplemente el número de monómeros incorporados a la cadena, que puede expresarse en términos de peso molecular.

Otro factor que determina las propiedades físicas de un polímero es su morfología, es decir, la alineación de las cadenas del polímero. Estas cadenas se pliegan entre sí y forman regiones ordenadas (placas), que están compuestas por regiones semicristalinas esféricas más grandes dentro de polímeros lineales no ramificados llamados esferulitas. Su formación está asociada a la cristalización de los polímeros a medida que se enfrían por fusión, estiramiento mecánico o evaporación de solventes. A medida que se solidifican, los polímeros pueden conservar su estructura amorfa desordenada, cristalizarse completamente o una fracción de moléculas puede alinearse mientras que el resto permanece desordenado para convertirse en semicristalino. Esto afecta las propiedades ópticas, mecánicas, térmicas y químicas del polímero, que pueden medirse como el grado de cristalización. La comprensión de este valor es fundamental para el desarrollo, la producción y el control de calidad del polímero y de cualquier producto acabado.

Dos de los polímeros más utilizados son los polietilenos termoplásticos (PE) y el polipropileno (PP).

Aunque se conocen muchos tipos de polietileno, la mayoría son de la fórmula química (C2H4)n. El PE suele ser una mezcla de polímeros similares de etileno (H2C=CH2) con varios valores de n. Además de ser un termoplástico, el polietileno puede convertirse en un plástico termoestable cuando se modifica (como el polietileno reticulado). El PE se encuentra en un rango de densidades que determinan su uso.

El polietileno de alta densidad (PEAD) tiene muchas aplicaciones, desde el filamento para impresoras 3D hasta las tuberías para gas, fluidos o lodos. El polietileno de baja densidad (PEBD) es químicamente estable a temperatura ambiente y, por lo tanto, se utiliza ampliamente para la fabricación de diversos envases, botellas, tubos, piezas de plástico para componentes informáticos y diversos equipos moldeados de laboratorio. El politereftalato de etileno (PET) se utiliza en prendas de vestir (poliéster), contenedores para alimentos y líquidos, y en resinas de ingeniería. Es uno de los materiales más comúnmente reciclados.

El polipropileno se produce mediante la polimerización en cadena del monómero propileno. Pertenece al grupo de las poliolefinas y es parcialmente cristalino y no polar. Sus propiedades son similares a las del polietileno, pero es ligeramente más duro y más resistente al calor. Muchos artículos de plástico para uso médico o de laboratorio se fabrican con polipropileno porque puede soportar el calor en una autoclave y se encuentra comercialmente en envases de alimentos “aptos para el lavavajillas”.  Debido a que también es muy resistente a la fatiga, lo encontrará en muchos materiales con bisagras. El PP es el segundo polímero más producido después del PE. Resistente a las grasas y a los disolventes orgánicos, se utiliza con frecuencia en los envases de alimentos y en los contenedores de almacenamiento. El PP puede ser transparente, translúcido o de color. La mayoría de los polipropilenos comerciales son isostáticos y tienen un nivel de cristalinidad intermedio entre el del polietileno de baja densidad (LDPE) y el del polietileno de alta densidad (HDPE).

La técnica analítica de laboratorio de difracción de rayosX XRD, utiliza un haz de rayos X incidentes para difractar sobre un material a fin de caracterizar su ordenamiento molecular y es un indicador estándar de oro de la cristalización de polímeros. Los especialistas en aplicaciones de difracción de rayos X de Thermo Fisher Scientific utilizaron un difractómetro de rayos X de mesa para analizar muestras de láminas de polietileno y polipropileno para demostrar el grado variable de cristalinidad (D) entre las muestras de PE y PP.

Utilizando una base de datos orgánica de XRD, los especialistas pudieron determinar tanto el tipo como la cristalinidad de los materiales poliméricos. Los valores oscilaron entre PE de alta (PE 1) y baja (PE 2) densidad y 

PP isotáctico (α-). En menos de 10 minutos es posible determinar la calidad de los materiales poliméricos en los laboratorios de investigación, así como durante el proceso de producción, lo que permite a los fabricantes reducir el costo y mejorar la calidad de los productos poliméricos.

 

 

Post Author: Touchpoint Marketing.

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