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Octubre de 2002

El polipropileno seguirá aumentando su participación en el mercado de empaques

Carlos Serrano

El polipropileno seguirá participando en mercados de termoformación, moldeo por inyección y soplado, gracias a los avances en el campo de aditivos de nucleación

Las versiones más avanzadas de los aditivos de nucleación y clarificación han demostrado que pueden mejorar la estética del material y la facilidad de procesamiento; esto último se evidencia en una mayor productividad. Otras propiedades que se benefician son las de desempeño de los productos terminados a raíz de la superior rigidez y resistencia a la temperatura que aportan. Estas ventajas son revisadas en este artículo a la luz de los efectos que pueden asignarse independientemente a uno u otro tipo de aditivo.

Se ha reconocido que el proceso de cristalización se inicia en los polímeros en unos puntos de la matriz fundida, durante el proceso de enfriamiento, denominados gérmenes o semillas de cristalización. En efecto, estos gérmenes son partículas pequeñas que ocurren naturalmente en las resinas como son por ejemplo los residuos de catalizadores, impurezas, polvo, etc. En razón de este concepto sencillo es posible pensar en modificar y controlar la morfología de cristalización mediante la adición de semillas "artificiales" a la resina fundida. Esta operación se denomina nucleación.

Para que la nucleación controlada pueda ser eficiente, las semillas deben también aumentar la velocidad de cristalización del polímero. En los diversos estudios realizados con agentes de cristalización se ha llegado a la conclusión que éstos deben cumplir con los siguientes requerimientos básicos: deben ser insolubles en el polímero, su punto de fundición debe ser superior a aquel del polímero, debe dispersarse homogéneamente en la masa fundida y para lograr los mejores resultados, su tamaño de partícula debe ubicarse entre 1 y 10 micrones.

Las semillas de cristalización se dividen en agentes nucleantes y en agentes clarificantes. Estos últimos pueden ser considerados como una subclase de los primeros. Su función primordial es incitar a la formación de cristales en el momento en que la resina fundida se somete a un proceso de enfriamiento. Es característico que los agentes nucleantes y clarificantes induzcan también la formación de cristales más pequeños, pero sólo los segundos reducen efectivamente el tamaño de los cristales a una dimensión menor que la longitud de onda de la luz. El polipropileno normal forma cristales que son mayores que la longitud de onda de la luz y por lo tanto interfieren con ella, dando la apariencia opaca lechosa característica de este material. Por otro lado, los agentes nucleantes reducen el tamaño de los cristales de polipropileno, pero no necesariamente en la extensión que lo hacen los agentes clarificantes; sin embargo si tienen un efecto benecicioso en la reducción de la opacidad de la resina. Esta puede ser considerada como una primera diferencia en la acción de estos dos tipos de aditivos.

Los dos tipos de agentes aceleran la formación de los cristales, permitiendo que el proceso de solidificación ocurra más rápidamente y que el tiempo de enfriamiento se reduzca.

El mecanismo de nucleación es muy complejo y el efecto de la acción del aditivo depende de numerosos parámetros, como la naturaleza del polipropileno (si es homopolímero, copolímero al azar o de bloque), de los índices de fluidez y polidispersividad, de las condiciones de procesamiento e inclusive: del proceso de polimerización.

Los aditivos nucleantes más avanzados (que también tienen la capacidad de ofrecer un efecto clarificante) están hechos de sales organofosfatadas y de otras sales inorgánicas. Como ejemplo, se tiene la referencia ADKstab de Asahi-Denka que son ésteres fosfatados. El año pasado, Milliken Chemical lanzó al mercado su nueva referencia Hyperform HPN.68, una sal de norbornano de un ácido carboxílico, el cual ya tiene aprobación FDA para contacto con alimentos. La capacidad de aportar transparencia de estos aditivos disminuye en el orden en que se mencionan. Por otro lado, el benzoato de sodio es un aditivo de nucleación que genera una transparencia aun menor. Como se menciona en la  figura 1, el mayor tamaño de las partículas de los agentes de nucleación explica por qué la transparencia no es tan alta como la que se logra con los agentes clarificantes.

Los agentes clarificantes más exitosos se fabrican con base en sorbitol, derivados del sorbitol de dibenzilideno, DBS. Estos clarificantes se funden o disuelven en el polipropileno a temperaturas entre 200 y 220ºC. Cuando la resina se enfría, los cristales del agente clarificante forman una red de fibras finas que promueven sobre sí mismas la formación de cristales de polipropileno con una densidad muy alta y con esferulitas muy pequeñas. El tamaño de los cristales se reduce a un punto en que son menores que la longitud de onda de la luz visible, por lo que el polipropileno resulta ser mucho más transparente. Adicionalmente, se mejoran propiedades como la rigidez y el HDT.

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