¿De qué materiales están hechas las tuberías de HDPE y las tuberías de PE y cuál es la diferencia entre ambas?

Plástico de polietileno PE, el plástico más básico, las bolsas de plástico y el film transparente son todos PE

Plástico de polietileno de alta densidad HDPE, el nombre en inglés es "Polietileno de alta densidad", denominado como "HDPE". El HDPE es una resina termoplástica no polar altamente cristalina. La apariencia del HDPE original es de color blanco lechoso y es hasta cierto punto translúcido en secciones delgadas. El PE tiene una excelente resistencia a la mayoría de los productos químicos domésticos e industriales. Ciertos tipos de productos químicos pueden causar corrosión química, como oxidantes corrosivos (ácido nítrico concentrado), hidrocarburos aromáticos (xileno) e hidrocarburos halogenados (tetracloruro de carbono). El polímero no es higroscópico y tiene buena resistencia al vapor de agua y puede usarse con fines de envasado. El HDPE tiene buenas propiedades eléctricas, especialmente la alta rigidez dieléctrica del aislamiento, lo que lo hace muy adecuado para alambres y cables. Los grados de peso molecular medio a alto tienen una excelente resistencia al impacto, tanto a temperatura ambiente como incluso a temperaturas tan bajas como -40 °F.

El HDPE es una poliolefina termoplástica producida por la polimerización del etileno. Aunque el HDPE se introdujo en 1956, este plástico aún no ha alcanzado la madurez. Este material versátil continúa desarrollando nuevos usos y mercados.

Características Principales

El HDPE es una resina termoplástica no polar, altamente cristalina. La apariencia del HDPE original es de color blanco lechoso y es hasta cierto punto translúcido en secciones delgadas. El PE tiene una excelente resistencia a la mayoría de los productos químicos domésticos e industriales. Ciertos tipos de productos químicos pueden causar corrosión química, como oxidantes corrosivos (ácido nítrico concentrado), hidrocarburos aromáticos (xileno) e hidrocarburos halogenados (tetracloruro de carbono). El polímero no es higroscópico y tiene buena resistencia al vapor de agua y puede usarse con fines de envasado. El HDPE tiene buenas propiedades eléctricas, especialmente la alta rigidez dieléctrica del aislamiento, lo que lo hace muy adecuado para alambres y cables. Los grados de peso molecular medio a alto tienen una excelente resistencia al impacto, tanto a temperatura ambiente como incluso a temperaturas tan bajas como -40 °F. Las propiedades únicas de varios grados de HDPE son la combinación adecuada de cuatro variables básicas: densidad, peso molecular, distribución del peso molecular y aditivos. Se utilizan diferentes catalizadores para producir polímeros con propiedades especiales personalizadas. Estas variables se combinan para producir grados de HDPE para diferentes usos logrando el mejor equilibrio de propiedades.

Densidad

Esta es la principal variable que determina las propiedades del HDPE, aunque las 4 variables mencionadas sí se influyen entre sí. El etileno es la principal materia prima del polietileno. Un pequeño número de otros monómeros, como 1-buteno, 1-hexeno o 1-octeno, también se utilizan a menudo para mejorar las propiedades del polímero. Para el HDPE, el contenido de los pocos monómeros mencionados anteriormente. no más del 1%-2%. La adición de polimonómero *** reduce ligeramente la cristalinidad del polímero. Este cambio generalmente se mide por la densidad, que está relacionada linealmente con la tasa de cristalización. La clasificación general en Estados Unidos está estipulada en ASTM D1248. La densidad del HDPE es 0,940 g/. C o superior; el rango de densidad del polietileno de densidad media (MDPE) es 0,926~0,940 g/CC. Otras clasificaciones clasifican a veces al MDPE con HDPE o LLDPE. Los homopolímeros tienen la mayor densidad, mayor rigidez, buena impermeabilidad y puntos de fusión más altos, pero generalmente tienen poca resistencia al agrietamiento por tensión ambiental (ESCR). ESCR es la capacidad del PE para resistir el agrietamiento causado por tensiones mecánicas o químicas. Una densidad más alta generalmente mejora las propiedades de resistencia mecánica, como la resistencia a la tracción, la rigidez y la dureza; las propiedades térmicas, como la temperatura del punto de reblandecimiento y la temperatura de deflexión del calor, y las propiedades de impermeabilidad, como la permeabilidad al aire o la transmisión de vapor de agua; Una densidad más baja mejora la resistencia al impacto y el E-SCR. La densidad del polímero se ve afectada principalmente por la adición de monómeros polimerizados, pero también, en menor medida, por el peso molecular. Los porcentajes de peso molecular elevado reducen ligeramente la densidad. Por ejemplo, los homopolímeros tienen diferentes densidades en una amplia gama de pesos moleculares.

Producción y catalizadores

El método de producción más común de PE es mediante procesamiento en fase gaseosa o en suspensión, y algunos utilizan el procesamiento en fase de solución. Todos estos procesos son reacciones exotérmicas que involucran monómero de etileno, monómero de alfa-olefina, un sistema catalítico (que puede ser más de un compuesto) y varios tipos de diluyentes de hidrocarburos. Se utilizan hidrógeno y algunos catalizadores para controlar el peso molecular. El reactor de suspensión es generalmente un tanque agitado o un reactor anular a gran escala usado más comúnmente en el que la suspensión puede circular y agitarse. Las partículas de polietileno se forman cuando el etileno y los polimonómeros (si es necesario) entran en contacto con un catalizador.

Después de eliminar el diluyente, los gránulos o el polvo de polietileno se secan y se dosifican los aditivos para producir gránulos. Moderna línea de producción con grandes reactores con extrusoras de doble tornillo, capaces de producir más de 40.000 libras de PE por hora. El desarrollo de nuevos catalizadores contribuye a mejorar el rendimiento de nuevos grados de HDPE. Los dos tipos de catalizadores más utilizados son los catalizadores basados ​​en óxido de cromo de Philips y los catalizadores de compuestos de titanio y alquil aluminio. El HDPE producido por el catalizador tipo Philips tiene una distribución de peso molecular de ancho medio; el catalizador de titanio-alquilaluminio produce una distribución de peso molecular estrecha. Los mismos catalizadores utilizados para producir polímeros MDW estrechos en reactores dúplex también se pueden utilizar para producir grados MDW amplios. Por ejemplo, dos reactores en serie que producen productos de pesos moleculares significativamente diferentes pueden producir polímeros de peso molecular bimodal con una gama completa de distribuciones de peso molecular.

Peso molecular

Un peso molecular más alto da como resultado una mayor viscosidad del polímero, pero la viscosidad también está relacionada con la temperatura y la velocidad de corte utilizadas en la prueba. Caracterizar el peso molecular de materiales mediante mediciones reológicas o de peso molecular. Los grados de HDPE generalmente tienen un rango de peso molecular de 40.000 a 300.000, y el peso molecular promedio en peso corresponde aproximadamente al rango de índice de fusión, es decir, de 100 a 0. 029/10min. Generalmente, un MW más alto (índice de fusión más bajo MI) mejora la resistencia de la masa fundida, una mejor tenacidad y ESCR, pero un MW más alto dificulta el procesamiento o requiere una presión o temperatura más alta.

Distribución de peso molecular (MWD): La WD del PE varía de estrecha a ancha según el catalizador utilizado y el proceso de procesamiento.

El índice de medición MWD más comúnmente utilizado es el índice de desigualdad (HI), que es igual al peso molecular promedio en peso (MW) dividido por el peso molecular promedio en número (Mn). El rango de índice para todos los grados de HDPE es de 4 a 30. El MWD estrecho proporciona baja deformación y alto impacto durante el moldeo. La MWD media a ancha proporciona procesabilidad para la mayoría de los procesos de extrusión. Broad MWD también mejora la resistencia a la fusión y la resistencia a la fluencia.

Aditivos

La adición de antioxidantes previene la degradación de los polímeros durante el procesamiento y previene la oxidación de los productos terminados durante su uso. Los aditivos antiestáticos se utilizan en muchos tipos de envases para reducir la adhesión del polvo y la suciedad a las botellas o paquetes. Las aplicaciones específicas requieren formulaciones de aditivos especiales, como inhibidores de cobre asociados con aplicaciones de alambres y cables. Se puede lograr una excelente resistencia a la intemperie y a los rayos UV (o luz solar) añadiendo aditivos anti-UV. No se recomienda el uso continuo de PE sin resistencia UV adicional o negro de carbón para uso continuo en exteriores. Los pigmentos de negro de humo de alta calidad proporcionan una excelente resistencia a los rayos UV y se utilizan a menudo en aplicaciones al aire libre como alambres, cables, canales o tuberías.

Métodos de procesamiento

El PE se puede fabricar mediante una amplia gama de métodos de procesamiento diferentes. Utilizando etileno como materia prima principal, propileno, 1-buteno y hexeno como polímeros, bajo la acción de un catalizador, se utiliza el proceso de polimerización en suspensión o polimerización en fase gaseosa, y el polímero resultante se evapora rápidamente, se separa, se seca, se granula y otros procesos para obtener productos terminados con partículas uniformes. Incluyendo procesos tales como extrusión de láminas, extrusión de películas, extrusión de tubos o perfiles, moldeo por soplado, moldeo por inyección y moldeo rotacional.

▲Extrusión: los grados utilizados en la producción de extrusión generalmente tienen un índice de fusión inferior a 1 y una MWD de media a amplia. Durante el procesamiento, un MI bajo puede lograr una resistencia de fusión adecuada. Los grados de MWD más anchos son más adecuados para la extrusión porque tienen velocidades de producción más altas, presiones de matriz más bajas y una tendencia reducida a la fractura por fusión.

El PE tiene muchas aplicaciones de extrusión, como alambres, cables, mangueras, tuberías y perfiles. Las aplicaciones de tuberías varían desde tuberías amarillas de sección pequeña para gas natural hasta tuberías negras de pared gruesa de 48 pulgadas de diámetro para tuberías industriales y urbanas. Las tuberías de pared hueca de gran diámetro están creciendo rápidamente como sustitutos de los desagües pluviales y otras tuberías de alcantarillado hechas de hormigón.

Tablero y termoformado: los revestimientos termoformados de muchas neveras portátiles para picnic grandes están hechos de PE, que es resistente, liviano y duradero. Otros productos laminados y termoformados incluyen guardabarros, revestimientos de tanques, protectores de cárter, cajas de envío y tanques. Una aplicación de láminas importante y de rápido crecimiento es el mantillo o las cubiertas de estanques, que se basan en MDPE por su dureza, resistencia química e impermeabilidad.

▲Moldeo por soplado: Más de 1/3 del HDPE vendido en Estados Unidos se utiliza para moldeo por soplado. Estos van desde botellas que contienen lejía, aceite de motor, detergente, leche y agua destilada hasta grandes refrigeradores, tanques de combustible para automóviles y botes.

Las propiedades de los grados de moldeo por soplado, como la resistencia a la fusión, ES-CR y tenacidad, son similares a las utilizadas para aplicaciones de láminas y termoformado, por lo que se pueden usar grados similares.

El moldeo por inyección-soplado se utiliza normalmente para crear envases más pequeños (menos de 16 onzas) para envasar productos farmacéuticos, champús y cosméticos. Una ventaja de este proceso es que las esquinas de las botellas se recortan automáticamente, lo que elimina la necesidad de realizar pasos posteriores al acabado, como el moldeo por soplado ordinario. Generalmente se utilizan grados de MWD medios a anchos, aunque existen ciertos grados de MWD estrechos que se utilizan para mejorar el acabado de la superficie.

▲Moldeo por inyección: el HDPE tiene innumerables aplicaciones, que van desde vasos reutilizables de paredes delgadas para bebidas hasta latas de 5 gsl, y consume 1/5 del HDPE de producción nacional. Los grados de moldeo por inyección generalmente tienen un índice de fusión de 5 a 10, y hay grados resistentes y de baja fluidez y grados de alta fluidez con procesabilidad. Los usos incluyen envases de pared delgada para artículos domésticos y alimentos; latas de pintura y alimentos resistentes y duraderas; y aplicaciones de resistencia al agrietamiento por estrés ambiental elevado, como tanques de combustible para motores pequeños y botes de basura de 90 galones.

▲Moldeo rotacional: los materiales que utilizan este método de procesamiento generalmente se trituran hasta convertirlos en materiales en polvo, lo que les permite fundirse y fluir durante los ciclos térmicos. El moldeo rotacional utiliza dos tipos de PE: de uso general y reticulable. El MDPE/HDPE de uso general generalmente tiene un rango de densidad de 0,935 a 0,945 g/CC, tiene un MWD estrecho, lo que le da al producto un alto impacto y una deformación mínima, y ​​su rango de índice de fusión es generalmente de 3 a 8. Los grados MI más altos generalmente no son adecuados porque no tienen la resistencia al impacto y la resistencia al agrietamiento por tensión ambiental deseadas en los productos rotomoldeados.

Las aplicaciones de moldeo rotacional de alto rendimiento utilizan las propiedades únicas de sus grados químicamente reticulables. Estos grados fluyen bien durante la primera parte del ciclo de moldeo y luego se reticulan para proporcionar su excelente resistencia al agrietamiento y tenacidad por tensión ambiental. Resistencia a la abrasión y a la intemperie. El PE reticulable es especialmente adecuado para contenedores grandes, que van desde tanques de envío de 500 gal para diversos productos químicos hasta tanques de almacenamiento agrícola de 20 000 gal.

▲ Película: el procesamiento de películas de PE generalmente utiliza un procesamiento de película soplada normal o un procesamiento de extrusión plana. La mayor parte del PE se utiliza en películas, ya sea PE de baja densidad de uso general (LDPE) o PE lineal de baja densidad (LLDPE) disponibles. El grado de película HDPE se utiliza generalmente cuando se requiere una capacidad de estiramiento superior y una impermeabilidad excelente. Por ejemplo, las películas de HDPE se utilizan habitualmente en bolsas de mercancías, bolsas de supermercado y envases de alimentos.

Propiedades del producto

El polietileno de alta densidad son partículas blancas no tóxicas, insípidas e inodoras, con un punto de fusión de aproximadamente 130°C y una densidad relativa de 0,941~0,960. Tiene buena resistencia al calor y al frío, buena estabilidad química, alta rigidez y tenacidad y buena resistencia mecánica. Las propiedades dieléctricas y la resistencia al agrietamiento por tensión ambiental también son buenas.

Embalaje, Almacenamiento y Transporte

Durante el almacenamiento se debe mantener alejado de fuentes de fuego y aislado del calor. El almacén debe mantenerse seco y limpio. Está estrictamente prohibido mezclar. cualquier impureza, y está estrictamente prohibido exponerlo al sol o a la lluvia. El transporte debe almacenarse en un vagón o cabina limpia, seca y cubierta, sin objetos punzantes como clavos. Está estrictamente prohibido mezclar con hidrocarburos aromáticos inflamables, hidrocarburos halogenados y otros disolventes orgánicos.

Reciclaje

El HDPE es el segmento de más rápido crecimiento en el mercado del reciclaje de plásticos. Esto se debe principalmente a su facilidad de reprocesamiento, propiedades de mínima degradación y sus numerosas aplicaciones en aplicaciones de embalaje. El principal reciclaje es el reprocesamiento de un 25% de materiales reciclados, como el contenido reciclado posconsumo (PCR), con HDPE puro para crear botellas que no están en contacto con los alimentos.