¿Cuál es el estado actual en el desarrollo de resinas para la producción de perfiles y tuberías?

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El desarrollo de la tecnología de producción de perfiles y tubería en meses recientes no ha dependido únicamente de los avances logrados por los fabricantes de maquinaria; las innovaciones en resinas para estas aplicaciones también han incidido de una manera importante. A continuación se presentan casos de materiales desarrollados para solucionar problemas específicos de desempeño.

Materiales autolimpiantes, solución inteligente
Durante muchos años la producción de ventanas plásticas ha estado dominada por el PVC, un material durable en condiciones de exposición a la intemperie, que retiene sus propiedades mecánicas y estéticas. Recientemente se ha desarrollado una nueva cualidad en este material, que favorece su aplicación en la fabricación de perfiles de ventanas. Una nueva clase de PVC está demostrando la capacidad de repeler la suciedad junto con el agua en la superficie; varias empresas europeas están trabajando en la adecuación de esta tecnología que ofrece protección contra la suciedad, y están próximas a lanzar sus nuevos productos al mercado.

Así por ejemplo, HT Troplast, de Troisdorf, Alemania, está experimentando con recubrimientos que se aplican después de la extrusión de los perfiles. Estos recubrimientos contienen partículas de dióxido de titanio (TiO2) que actúan con la luz ultravioleta y la humedad para efectuar la limpieza de la superficie de los perfiles, en condiciones de exposición a la intemperie. El dióxido es usado en la escala de nanopartículas y la luz ultravioleta trabaja sobre un sistema fotocatalítico. Esta luz afecta las nanopartículas ubicadas en la superficie liberando electrones que a su vez forman peróxidos que son luego oxidados. Esto evita que se formen depósitos de suciedad sobre la superficie de los perfiles de PVC. Este efecto de autolimpieza se activa aún en días nublados. La presencia de la humedad es un requisito para que ocurra la reacción explicada arriba. La vida útil del recubrimiento es larga y se extiende prácticamente a la vida útil del perfil mismo.

Otro participante importante en la aplicación de tecnologías de autolimpieza en perfiles de PVC para la fabricación de ventanas es la empresa Gealan Window Systems, de Oberkotzau, Alemania. Esta empresa está desarrollando un sistema denominado Clean After Rain y también opera debido a la aplicación de un recubrimiento. Este recubrimiento tiene propiedades hidrofóbicas generadas por una estructura microscópica formada en la superficie de los perfiles. La propiedad más notable de la superficie es la reducción de la adhesión de las partículas de suciedad y que se limpia a sí misma en presencia de lluvia o de rocío. Esta estructura es diferente a la tradicional en los perfiles de PVC en donde las irregularidades de la superficie colectan las partículas de suciedad y por lo tanto, requieren de la aplicación de sistemas de limpieza forzada. La acción hidrofóbica se explica por la ocurrencia del denominado efecto Lotus, mediante el cual las gotas de lluvia son repelidas por la superficie en lugar de adherirse a ella. El efecto es magnificado por la presencia de un colchón de aire que se crea sobre la microestructura de la superficie, el cual reduce también el área de contacto entre ella y las gotas. La suciedad normalmente es arrastrada por el agua, por lo cual al repelerla también se expulsa la suciedad. Debido a que la acción del recubrimiento se mantiene si la superficie no sufre deterioro, la protección de la misma es otro reto que deben cumplir los perfiles obtenidos con este material. La compañía asegura que sus productos son también resistentes al desgaste y la fricción. Otras empresas trabajando en el desarrollo de la tecnología autolimpiante son Veka, de Sendenhorst, Alemania y BASF, de Ludwigshafen, Alemania.

La madera, refuerzo natural 
Otro campo de la extrusión de perfiles que se está caracterizando por la incorporación de materias primas novedosas es la fabricación de productos plásticos con rellenos de aserrín de madera o de otros productos celulósicos. La adición de refuerzos celulósicos a los polímeros aporta propiedades de rigidez y menor densidad, en comparación con otros tipos de refuerzos. Las piezas de menor peso son consecuentemente más baratas. Este sector ha tenido mucha actividad en Estados Unidos, donde su crecimiento ha sido continuo, principalmente para la construcción de muelles; sin embargo, otros productos están mostrando tendencias de crecimiento importantes. Así por ejemplo, se están desarrollando aplicaciones de perfiles reforzados con fibras celulósicas para fabricar ventanas y puertas; también productos moldeados por compresión como paneles para el interior de automotores.

Los perfiles extruídos con refuerzos de fibras celulósicas contienen normalmente 50% en peso o más, de estas fibras. Por tal motivo, muchas de ellas quedan expuestas sobre la superficie de los perfiles. En el caso de la aplicación para la fabricación de muelles, las fibras en la superficie tienen un buen aspecto y pueden ser teñidas o pintadas. Con la exposición a la intemperie, el color se puede perder, no representa un problema puesto que algo similar ocurre con los productos fabricados en madera y por lo tanto, los usuarios lo aceptan. En otras aplicaciones, tal comportamiento puede no ser aceptado con tanta facilidad. En tal caso, una solución consiste en encapsular el perfil recubriéndolo con un material translúcido, que también puede servir de protección contra la intemperie y los hongos. Los perfiles pueden ser usados para la construcción de muebles como soportes estructurales y no estar expuestos a la vista. Aquí, la apariencia no es un problema y el desempeño del producto sólo se mide por buenas propiedades mecánicas, baja densidad y bajo precio.

La fabricación de los productos reforzados con fibras celulósicas también está acompañada de la recuperación de resinas recicladas de posconsumo, principalmente polietileno. En consecuencia, se están desplazando del mercado los perfiles fabricados en PVC. En Estados Unidos, cerca del 70% de los compuestos reforzados se fabrican con polietileno, aproximadamente el 18% con PVC, con polipropileno el 11% y el remanente con otros materiales. Algunas empresas están realizando desarrollos de productos fabricados con ABS y ASA, que aunque son más costosos, están orientados hacia productos de alto desempeño, como persianas horizontales, cortinas y placas de recubrimiento para paredes. También se ven aplicaciones en barandas y cercas, en donde el material plástico generalmente se transforma con un proceso de espumación.

La mayor utilización del polietileno se debe a su amplia ventana de operación y a que está disponible como material recuperado de reciclaje. Antes de que se usaran los rellenos de madera se empleaba talco o fibra de vidrio como material de refuerzo. Los productos poliméricos que sustituyen a la madera han estado en el mercado durante años, pero ahora están mostrando una mayor demanda debido especialmente a los desarrollos recientes en materia de maquinaria, resinas y tecnología. Las aplicaciones de mayor uso de la madera plástica se encuentran en el sector de la construcción, seguido de la industria del transporte, usos industriales y aplicaciones de consumo masivo. Los perfiles reforzados con madera tomarán más fuerza, especialmente fuera de la industria de la construcción, según predicciones de industriales norteamericanos.

Los productores de perfiles acostumbran fabricar los compuestos de resina y aserrín de madera en sus empresas. Esta es una opción, pero también es un reto que se justifica si el nivel de producción es alto. El empleo de resina reforzada preparada por otros trae ahorros en la planta de los transformadores, pues los equipos de producción no tienen que ser tan sofisticados; por ejemplo, se puede operar con extrusoras de tornillo simple en contraposición a los extrusoras de tornillos gemelos requeridos por los fabricantes de los compuestos. Por otro lado, los rellenos de tipo celulósico son mucho más difíciles de procesar que el talco o la fibra de vidrio. Estos últimos tienen un mejor comportamiento en las tolvas de alimentación porque tienen un tamaño más homogéneo y propiedades más favorables de fricción interna y externa. Sin embargo, las fibras celulósicas ofrecen ventajas relacionadas con el bajo precio, la disponibilidad y la variedad de fibras de origen vegetal. La lista de marcas de máquinas de extrusión de perfiles que pueden operar con refuerzos de fibras celulósicas es grande e incluyen a productores como Cincinnati Extrusion, Davis-Standard, American Maplan, Entek, ICMA San Giorgio, DGP Windsor, Bausano, ExtrusionTek Milacro, Berstorff, Coperion, Farrel, Leistritz, y otros más.

Algunos fabricantes de poliolefinas quieren lanzar al mercado referencias adaptadas especialmente para la adición de refuerzos celulósicos, aunque los nombres de estas compañías no han sido revelados todavía. También, en Europa donde existe un sistema muy organizado de reciclaje de desperdicios plásticos, se están haciendo esfuerzos para implementar empresas de mayor tamaño que se dediquen a la fabricación de compuestos reforzados con fibras celulósicas y materiales recuperados.

La industria médica, en el mercado de la extrusión de tubería
Otra industria que está recibiendo los beneficios de la innovación de las propiedades de materiales es la médica. Vestolit GmbH & Co., de Marl, Alemania, desarrolló una tecnología de copolímeros de PVC que proporciona propiedades antiadherentes en productos extruídos. Dicha tecnología ha sido transferida a la compañía Teknor Apex Co., quien mantendrá los derechos globales para fabricar compuestos para productos extruídos e inyectados, especialmente para la industria médica. Los productos más opcionados para la aplicación son los envases para almacenar sangre para procedimientos de cirugía, transfusiones, caterización, lavado de heridas y diálisis. El nuevo material vinílico reemplaza a los actuales recubrimientos que ofrecen la propiedad anticuagulante, o antitrombogénico, los cuales no ofrecen un desempeño estable en el tiempo y son costosos. Con la nueva tecnología, el compuesto puede ser coextruído como una capa interna de los tubos o perfiles, aunque también puede ser usado en moldeo por inyección. Esta posibilidad de coextrusión es ventajosa por cuanto el material es costoso y por lo tanto, puede ser usado en cantidades menores, por ejemplo, en una proporción del 20%. La ventaja principal es que la propiedad antitrombogénica es permanente en el tiempo.

La química del polímero vinílico se modificó para incorporarle la propiedad que evita la coagulación de la sangre. El compuesto agregado simula la acción de la heparina, una sustancia natural del cuerpo que cumple con esta función. El compuesto pasa a ser parte del PVC, y por lo tanto el producto es un copolímero de PVC. Los monómeros son escogidos cuidadosamente y la formulación está protegida por una patente; el polímero se fabrica empleando la técnica de extrusión reactiva. Los componentes bioactivos de la formulación de Vestolit se adhieren permanentemente al PVC y no son extractables. El principio activo de la formulación tuvo su origen en las investigaciones de los profesores Jozefonvicz, de la Universidad Paris-Nord en los años 80 y 90. Estos investigadores descubrieron que el arreglo espacial al azar del grupo básico funcional que actúa como la heparina, en la matriz de PVC, era esencial para lograr la acción antitrombogénica. Después de desarrollar el copolímero, se encontró que éste también evitaba la formación de filamentos que también son precursores de la formación de coágulos sanguíneos. Otro efecto observado en este material es que posiblemente también tiene una acción antibacterial, la cual está por confirmarse. Este sería otro beneficio fundamental por cuanto se evitarían las infecciones sanguíneas y la formación de colonias de microorganismos provocadas por catéteres.

Otros desarrollos de materiales para perfiles y tubería
De acuerdo con un pronóstico del analista KWD, la demanda de tubería de cobre para sistemas de calentamiento con vapor en el mercado europeo se mantendrá a los niveles de 1999 hasta el año 2005. La demanda de polipropileno para la fabricación de tubería con el mismo propósito caerá, pero no sucederá lo mismo con la demanda de polietileno cruzado, PEX, la cual se incrementará junto con las aplicaciones coextruídas. Las tuberías coextruídas y las fabricadas con PEX ganarán mercados en los sistemas de calentamiento con radiadores de vapor. El fabricante suizo Maillefer Extrusion, de Ecublens, afirma que las tuberías fabricadas con PEX o con multicapas de polietileno-aluminio están mostrando los crecimientos más altos a expensas de otros materiales, especialmente de las tuberías fabricadas completamente en metal. Otros mercados, como el inglés y el norteamericano, miran con interés este desarrollo.

Los poliuretanos termoplásticos Estane ETE (del inglés easy to extrude), proporcionan, de acuerdo con su productor Noveon, un desempeño superior y una manera simple de procesamiento. La extrusión puede suspenderse hasta por 30 minutos con el material en el barril, sin generar un deterioro en la resina. Este poliuretano es una alternativa al uso de nylon y de elastómeros poliestéricos, para producir tubería diseñada para ser conformada con ángulos de desviación muy exigentes. Además, su resistencia a la temperatura y sus propiedades de dureza son sobresalientes y fáciles de lograr durante el procesamiento.

La nueva familia de TPV, mercadeada con la marca Zeotherm, y desarrollada por Zeon Chemicals, es una serie que ofrece alta resistencia al aceite aún a temperaturas tan altas como 150°C o tan bajas como -40°C. Al mismo tiempo, ofrece la textura de los cauchos termofijos y la facilidad de producción, conveniencia, duración del tiempo de inyección y facilidad de reciclado correspondiente a los materiales termoplásticos. Su resistencia a los aceites sintéticos, fluidos lubricantes y al calor le da la oportunidad de ser usada en la sección del motor de los vehículos automotores, particularmente en aplicaciones selladas.

Las primeras referencias de estos productos están fabricadas con elastómeros de poliacrilato tipo HyTemp, y dispersados en una matriz de poliamida. Su dureza está en el rango de 70 a 80 Shore A, la cual es comparable con la de los compuestos de caucho termofijo empleados para hacer sellos, manqueras, y ductos de aire. Para el futuro, Zeon está planeando ofrecer grados de Zeotherm fabricados con base en su material de nitrilo hidrogenado, HNBR, de la marca Zetpol y con base en los elastómeros de poliepicolohidrina, ECO, de la marca Hydrin. Estas referencias serán promovidas para aplicaciones que requieren resistencia a la abrasión y permeabilidad a los combustibles, como es el caso de las cubiertas para tubería de combustibles en automotores.

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