Polipropileno: qué es, características y usos en la industria del plástico

A finales del año 2021, mientras preparaba el artículo para enero de 2022, recibí algunas solicitudes para que escribiera sobre el entorno de la resina de polipropileno, y pronto vino a mi mente una de sus cualidades distintivas, es decir, su gran versatilidad de procesamiento y su diversidad de aplicaciones.

Asimismo, al evocar casos memorables de versatilidad en el día a día, y específicamente en el terreno del deporte, me remonté a recordar a la gran deportista inglesa “Lottie Dod”, también conocida como “Little Wonder” (pequeña maravilla), quien aparece en el libro Guinnes como la deportista más versátil de la historia.

Nació en 1871 y destacó como gran deportista al ganar competencias de tenis, golf, patinaje sobre hielo, hockey y tiro con arco, además de practicar alpinismo y curling, deporte olímpico de invierno.

Otro acontecimiento de versatilidad destacable, en el campo de la ciencia, es el del científico Linus Carl Pauling, nacido en 1901 en Portland, Oregón; ingeniero químico, bioquímico y activista social estadounidense, fue reconocido por sus innumerables premios y distinciones, entre los que resaltan el Nobel de Química en 1954 y de la Paz en 1962.

Características del polipropileno:

• Bajo costo de fabricación.
• Cristalinidad intermedia: resistente sin ser quebradizo.
• Alta resistencia a la fatiga, ya que conserva su forma después de ser sometido a esfuerzos de torsión o flexión (excelente comportamiento bisagra).
• Buena resistencia al calor, mayor que los polietilenos.
• Sin problemas de agrietamiento por tensión.
• Capacidad para funcionar como material plástico moldeable o extruible, tanto como fibra.
• Procesamiento diverso: puede procesarse mediante moldeo por inyección, termoformado, extrusión de fibra y película.
• Químicamente inerte: los compuestos base y ácidos diluidos no reaccionan fácilmente con el polipropileno, por lo que se presenta como una buena opción para la fabricación de contenedores como agentes de limpieza, productos de primeros auxilios y más.

Con este preámbulo damos inicio a una serie de tres artículos en los que comentaremos acerca del polipropileno, sus generalidades y sus propiedades, así como de su procesabilidad y consideraciones ambientales.

En esta ocasión comentaremos algunos detalles de cómo se obtiene el polipropileno, algunas de sus características principales y parámetros importantes de proceso.

Cómo se obtiene el polipropileno: algunas de sus características  

El polipropileno es un termoplástico semicristalino, rígido y resistente que se obtiene a partir de monómero de propileno mediante una reacción de polimerización de tipo Ziegler-Natta o con catálisis de metaloceno.

La fórmula química del polipropileno es [C₃H₆]n y consiste su estructura en una cadena vertebral o cadena principal de la unión de átomos de carbono e hidrógeno, de la cual cuelga o pende un grupo metilo [CH₃].      

En analogía con las características de una persona, como la apariencia, estatura, color de piel, de ojos y cabellos, al igual que talentos naturales o capacidades mentales como la probabilidad de contraer ciertas enfermedades, es decir, el efecto de la genética o de los genes en el cuerpo, así, en el caso de los materiales poliméricos pudiéramos considerar que uno de los elementos que definen las características, las propiedades y el comportamiento de los materiales poliméricos, y con mayor incidencia en los semicristalinos como el polipropileno, es la cristalinidad o el grado de orden estructural, es decir, la acción genética de la cristalinidad sobre las propiedades del material.

En el caso particular del polipropileno, tras su polimerización puede formar tres estructuras de cadena básica según la posición de los grupos metilo [CH₃]:

Polipropileno isotáctico: los grupos metilo ubicados en un solo lado de la cadena principal.

Polipropileno sindiotáctico: los grupos metilo ubicados de manera alterna en la cadena principal.

Polipropileno atáctico: los grupos metilo ubicados de manera irregular en la cadena principal.

Los polímeros isotácticos y sindiotácticos tienen mayores cristalinidad y densidad, resistencia mecánica, más alta temperatura de fusión y son más resistentes a la acción de los disolventes, en comparación con los materiales atácticos, amorfos y de baja resistencia. El polipropileno isotáctico resulta el de mayor aplicación comercial.

Asimismo, los polipropilenos se pueden clasificar en dos tipos principales:homopolímeros y copolímeros.

5. Homopolímeros. Contienen solo monómero de propileno en forma sólida semicristalina, son más rígidos y tienen mejor resistencia a las altas temperaturas que los copolímeros, pero su resistencia al impacto a temperaturas bajo cero es limitada.

Algunas aplicaciones típicas del polipropileno homopolímero incluyen tanques lavaparabrisas, carcasas para electrodomésticos como secadores de pelo, esterilizadores, planchas, cafeteras, tostadores, etc., extrusión de fibras y filamentos para el respaldo de alfombras, telas de tapicería, confecciones, geotextiles, pañales desechables, tejidos médicos y tejidos para interior automotrices.

Sin embargo, debido a la rigidez por su mayor grado de cristalinidad, se limita al homopolímero en una diversidad de aplicaciones, por lo que se desarrollaron los copolímeros de polipropileno con etileno, que reduce la regularidad estructural y aumenta las regiones amorfas y, con ello, la resistencia al impacto. Sin embargo, con la mejora al impacto se tiene un mayor costo de los copolímeros.    

¿Qué son los copolímeros?

Las propiedades del PP dependen del tipo y cantidad de comonómero. Hay dos tipos básicos: copolímero al azar y copolímero de bloque. La diferencia esencial entre un copolímero aleatorio y uno de bloque es que el copolímero de bloque contiene comonómero en forma de una fase de caucho o elástica dispersa.

Las aplicaciones típicas del PP copolimerizado son cajas de baterías, soportes de relleno de parachoques, molduras interiores, guanteras, bandejas para paquetes y molduras de ventanas, sillas de oficina, contenedores desechables, cajas y carcasas para electrodomésticos.

Copolímero al azar

El copolímero aleatorio de PP contiene cadenas con una pequeña cantidad (entre 1,5-6 %) de etileno o (como buteno o hexano), dispersas al azar entre las unidades de propileno. La presencia de etileno en la cadena del polímero reduce la tendencia a cristalizar y da como resultado una resistencia al impacto mejorada, una sensación más suave, un rango más amplio de termosellado, resistencia al arrugado y claridad mejorada.

Debido a la menor cristalinidad, los copolímeros al azar tienen un punto de fusión y una gravedad específica más bajos que el homopolímero. Esta combinación hace que los copolímeros sean atractivos para artículos domésticos moldeados por inyección, termoformado, estirado-soplado y películas.

Copolímero en bloque

En los copolímeros de bloques, el contenido de etileno es mucho más alto que en los copolímeros al azar, pudiendo ser entre 5-15 %. La parte copolimerizada del material es elástica y forma una fase dispersa separada dentro de la matriz de PP. Como resultado, el PP copolimerizado en bloque es mucho más resistente que el homopolímero de PP y puede resistir un mayor impacto, incluso a bajas temperaturas, pero sacrificando transparencia.

Consideraciones de proceso del polipropileno

Las propiedades físicas y las características de procesamiento del PP están determinadas principalmente por el peso molecular (PM), la distribución del peso molecular (DPM), el tipo y cantidad de monómero copolimerizable y el sistema de aditivos seleccionado.

Como lo comentamos en párrafos anteriores, la “acción genética” de la cristalinidad tiene un efecto considerable en las condiciones de procesamiento del polipropileno.

• Los plásticos semicristalinos tienen una mayor capacidad calorífica específica que los materiales amorfos. Por consiguiente, requieren mayor energía para ser fundidos y ello representa un mayor costo.

• La remoción de calor del molde durante el enfriamiento es mayor en el caso de material semicristalino. Por ello, las piezas moldeadas tardarán más en enfriarse. El método de enfriamiento y el diseño de los canales de enfriamiento son muy importantes.

• Los materiales semicristalinos, al desplazarse del estado fundido al estado sólido, experimentan una mayor contracción que los materiales amorfos. Por lo tanto, las dimensiones de las piezas moldeadas son más difíciles de predecir y pueden producirse deformaciones y hundimientos o rechupes.

Además, otro punto importante para tener en cuenta durante el procesamiento del polipropileno es su susceptibilidad a la degradación al ser expuesto a calor y radiación UV. La oxidación se produce en el átomo de carbono terciario presente en la cadena, donde se genera un radical libre que reacciona con el oxígeno presente, conduce al rompimiento de cadena y la resultante reducción de viscosidad, peso molecular y algunas de las propiedades mecánicas.