10.2: Polietileno - De la batalla de Gran Bretaña a las Bolsas de Pan

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Objetivos de aprendizaje

Enumere los diferentes tipos de polietileno.
Diferenciar entre polímeros termolásticos y termoendurecibles.

El polietileno fue sintetizado por primera vez por el químico alemán Hans von Pechmann, quien lo preparó por accidente en 1898. La producción industrial de polietileno de baja densidad (LDPE) comenzó en 1939 en Inglaterra. Debido a que se encontró que el polietileno tenía propiedades de muy bajas pérdidas a ondas de radio de muy alta frecuencia, la distribución comercial en Gran Bretaña se suspendió al estallar la Segunda Guerra Mundial con el fin de producir aislamiento para cables UHF (ultra alta frecuencia) y SHF (súper alta frecuencia) de los conjuntos de radar.

El polietileno o polietileno es el plástico más común. A partir de 2017, anualmente se producen más de 100 millones de toneladas de resinas de polietileno, lo que representa el 34% del mercado total de plásticos. Su uso principal es en envases (bolsas de plástico, películas plásticas, geomembranas, envases incluyendo botellas, etc.). Se conocen muchos tipos de polietileno, teniendo la mayoría la fórmula química (C ₂ H ₄) _n. El PE suele ser una mezcla de polímeros similares de etileno con diversos valores de n.

Los polímeros basados en esqueletos con solo carbono son todos sintéticos. Empecemos por mirar la Figura de polietileno$\PageIndex{1}$ . Es el polímero más simple, que consiste en cadenas de longitud aleatoria (pero generalmente muy largas) compuestas por unidades de dos carbonos.

Notarás algo de “fuzziness” en la forma en que las estructuras de polietileno están representadas arriba. Las líneas onduladas en los extremos de la estructura larga indican que el mismo patrón se extiende indefinidamente. La notación más compacta de la derecha muestra la unidad mínima repetitiva encerrada entre paréntesis sobreimpresa con un guión; esto significa lo mismo y es la forma preferida de representar estructuras poliméricas.

Tipos de Polietileno

La mayoría de los polímeros sintéticos están formados a partir de etileno. Las longitudes relativas de las cadenas y cualquier rama controlan las propiedades del polietileno. Los grados de polímero más importantes con respecto al volumen son polietileno de alta densidad (HDPE) polietileno de baja densidad (LDPE) y polietileno lineal de baja densidad (LLDPE).

El HDPE (polietileno de alta densidad) se define por una densidad mayor o igual a 0.941 g/cm ³. El HDPE tiene un bajo grado de ramificación. Las moléculas mayoritariamente lineales se empaquetan bien, por lo que las fuerzas intermoleculares son más fuertes que en los polímeros altamente ramificados. El HDPE tiene alta resistencia a la tracción. Se utiliza en productos y empaques como jarras de leche, botellas de detergente, tinas de mantequilla, contenedores de basura y tuberías de agua. Un tercio de todos los juguetes están fabricados a partir de HDPE. En 2007, el consumo global de HDPE alcanzó un volumen de más de 30 millones de toneladas.

El LDPE (polietileno de baja densidad) se define por un rango de densidad de 0.910—0.940 g/cm ³. El LDPE tiene un alto grado de ramificación de cadena corta y larga, lo que significa que las cadenas no se empaquetan en la estructura cristalina también. Tiene, por lo tanto, fuerzas intermoleculares menos fuertes ya que la atracción dipolo inducida por dipolo instantáneo es menor. Esto da como resultado una menor resistencia a la tracción y una mayor ductilidad. El alto grado de ramificación con cadenas largas le da al LDPE fundido propiedades de flujo únicas y deseables. El LDPE se utiliza tanto para envases rígidos como para aplicaciones de película plástica, como bolsas de plástico y envoltura de película. En 2013, el mercado global de LDPE tuvo un volumen de casi US$33 mil millones.

El LLDPE (polietileno lineal de baja densidad) se define por un rango de densidad de 0.915—0.925 g/cm ³. El LLDPE es un polímero sustancialmente lineal con números significativos de ramas cortas. El LLDPE tiene mayor resistencia a la tracción que el LDPE, y exhibe mayor resistencia al impacto y a la perforación que el LDPE. Las películas de menor espesor (calibre) se pueden soplar, en comparación con el LDPE, con una mejor resistencia al agrietamiento por tensión ambiental, pero no es tan fácil de procesar. LLDPE se utiliza en empaques, particularmente película para bolsas y hojas. Se puede usar menor espesor en comparación con el LDPE. Se utiliza para cubiertas de cables, juguetes, tapas, cubos, contenedores y tuberías. Mientras que otras aplicaciones están disponibles, el LLDPE se usa predominantemente en aplicaciones de película debido a su tenacidad, flexibilidad y transparencia relativa. Los ejemplos de productos van desde películas agrícolas, envolturas de Saran y envolturas de burbujas, hasta películas multicapa y compuestas. En 2013, el mercado mundial de LLDPE alcanzó un volumen de US$40 mil millones.

Figura$\PageIndex{2}$ Un pastillero presentado a un técnico de Imperial Chemical Industries (ICI) en Northwich, Inglaterra en 1936 hecho de la primera libra de polietileno.

Producción de Polietileno

Video $\PageIndex{1}$La producción comercial de Polietileno (polietileno). de la Real Sociedad de Química

Polímeros Termoplásticos y Termoestables

Los polímeros se pueden clasificar por su respuesta física al calentamiento. El polietileno es un termoplástico; sin embargo, puede convertirse en un plástico termoestable cuando se modifica (como el polietileno reticulado). Los termoplásticos son plásticos que se ablandan cuando se calientan y se vuelven firmes nuevamente cuando se enfrían. Este es el tipo de plástico más popular porque el calentamiento y enfriamiento pueden repetirse y el termoplástico puede ser reformado.

Los termoestables son plásticos que se ablandan cuando se calientan y se pueden moldear, pero se endurecen permanentemente. Se descompondrán cuando se recalienten. Un ejemplo es la baquelita, que se utiliza en tostadoras, asas para ollas y sartenes, platos, tomas eléctricas y bolas de billar.

Resumen

El polietileno es el polímero de cadena larga formado a partir de monómeros de etileno (eteno).

El polietileno se puede clasificar como HDPE, LDPE y LLDPE en función de qué tan cerca se empaquetan las cadenas de polímero afectando su densidad.

Los polímeros pueden clasificarse como termoplásticos (pueden reformarse después de calentamiento repetido) o termoestables (endurecerse permanentemente) en función de su respuesta física al calentamiento.

Colaboradores y Atribuciones

Stephen Lower, Professor Emeritus (Simon Fraser U.) Chem1 Virtual Textbook
Charles Ophardt, Professor Emeritus, Elmhurst College; Virtual Chembook
Wikipedia