¿Qué son los aditivos auxiliares para procesamiento de polímeros?

Sabidos son los problemas con que nos enfrentamos en los procesos de extrusión: defectos en los productos terminados, fractura de fundido, acumulación en el dado del extrusor, paradas frecuentes de producción por mantenimiento y producción inconsistente. Todos estos obstáculos pueden ser minimizados o eliminados con el uso de aditivos denominados ayuda-proceso o PPAs (siglas en inglés de "Processing Polymer Aids").

Mecanismo de funcionamiento
Los PPAs se usan en concentraciones muy bajas, del orden de 100 a 1.000 ppm, y para lograr un óptimo funcionamiento deben dispersarse muy bien en el polímero que se va a procesar. Por ello es menester que sean incorporados a través de un concentrado o masterbatch con una presencia de 2-3% de aditivo, que a su vez será dispersado adecuadamente hasta llegar al nivel recomendado.

Una vez incorporado al proceso de extrusión, el PPA forma un recubrimiento muy delgado sobre las paredes del extrusor, que minimiza el rozamiento del polímero fundido variando su perfil de velocidad desde uno parabólico a uno plano (figura 1).

Este recubrimiento es una película dinámica, es decir que a medida que se deposita sobre las paredes del extrusor se va eliminando junto con el polímero; por esto se requiere un nivel mínimo o de mantenimiento que forme y conserve la película continua sobre la superficie metálica del dado.

Procesos en que se aplican
Estos materiales se usan en los procesos de extrusión (incluyendo procesamiento de película soplada) y moldeo por soplado. Las aplicaciones incluyen:

• Película soplada y película cast: película para envase alimenticio, film agrícola y cintas.
Aislamiento de cables y conectores: para telecomunicaciones y para bajo voltaje.
• Moldeo por extrusión-soplado: botellas, tambores, tanques.
• Extrusión de caños y tubos: tubería para agua y gas de alta presión, desagüe e irrigación.
• ;Extrusión de fibras: monofilamentos para la confección de redes, sogas y cordeles; multi- filamentos.

Beneficios del uso de PPAs
Aumento de la capacidad de extrusión
Para ciertos compuestos de polímeros, en la línea de extrusión de películas de nuestro laboratorio se han observado aumentos de hasta el 40% de la capacidad de extrusión a una presión de dado equivalente.

Al introducir polietileno con el contenido adecuado de PPA en el extrusor, los aditivos recubren o acondicionan las paredes del dado; a medida que eso sucede, se observa una reducción de la contrapresión, del torque y de la viscosidad aparente. Si se aumentan las revoluciones por minuto del tornillo de extrusión para que la contrapresión vuelva a la lectura original, se obtendrá como resultado un aumento de capacidad.

El aumento específico de capacidad variará según diversos factores que incluyen el tipo de equipo de procesamiento utilizado, la fórmula del aditivo, el índice de fusión del polímero y las propiedades reológicas.

Mejora la resistencia al impacto
El uso de PPAs puede eliminar la fractura de fundido y los defectos de superficie dando como resultado una mayor resistencia al impacto. Los datos en la( figura 2 ) muestran la mejora observada al emplear PPAs en polietileno lineal de baja densidad (comonómero de hexeno) con un índice de fusión (MI) igual a 1.

Otras mejoras pueden observarse cuando se utiliza una apertura estrecha de los labios del dado (Ver arriba, en la ) Tabla 1

Mejora la dispersión de los pigmentos
En la figura 3 se muestra un experimento realizado en rafia de polipropileno. En el primer cuadro se observa la alta concentración de pigmento azul depositada en el borde izquierdo de la muestra. El pigmento está pobremente distribuido.

En el segundo cuadro se observa la dispersión mejorada del pigmento por el agregado de 250 ppm de un ayuda proceso. Experimentos posteriores han demostrado que niveles de 75 a 100 ppm proveen una aceptable dispersión.

Cambios de color más rápidos
La figura 4  muestra película de polietileno lineal de alta densidad. El experimento consiste en una extrusión de este material con 6% de negro de humo. La foto de la izquierda muestra película incolora sin el agregado de PPA; aún después de 55 minutos de corrida, el producto seguía mostrando rastros de negro de humo.

La foto de la derecha muestra el mismo material con el agregado de 600 ppm de PPA. El equipo fue acondicionado y se observó que el film dejó de mostrar vestigios de negro después de sólo 25 minutos. El agregado de una ayuda proceso permitió un cambio de color más rápido, con menos material desperdiciado en la purga y menos tiempo de purga entre partidas.

Eliminación de la acumulación en el dado
La figura 5 muestra la acumulación en el dado del extrusor con y sin PPAs. Con 300 ppm de PPA se puede eliminar la acumulación en el orificio del dado. La foto de la izquierda muestra la extrusión de una resina de BOPP conteniendo 3% de dióxido de titanio. La de la derecha muestra el resultado de la extrusión de la misma resina en las mismas condiciones pero con el agregado de 300 ppm de un ayuda proceso. El uso de este aditivo también reduce la contra-presión.

Mejora en las características superficiales
La figura 6  muestra la mejora en el aspecto de la superficie de los caños de HDPE cuando se usan 600 ppm de PPAs.

La presencia de PPA aún a concentraciones tan elevadas como 1000 ppm no afecta negativamente las propiedades de "Stress Hidrostático de Largo Plazo" (LTHS), lo que se demuestra en los ensayos ASTM D2837 e ISO TR 9080.

Otros beneficios que ofrece el uso de estos aditivos son:
· Reducción de geles
· Mejor control del espesor
· Reducción en el consumo de energía

Conclusiones
Hay tres categorías de desperdicios en toda industria de manufactura: materiales, tiempo y esfuerzo. Los aditivos PPAs pueden disminuir el tiempo necesario para cambio de color reduciendo el tiempo de residencia del pigmento en el sistema de extrusión. Además reducen la necesidad de limpieza periódica del extrusor porque eliminan la acumulación de material en el dado.

Los PPAs también permiten optimizar los parámetros que controlan el proceso de producción, y mejoran las posibilidades de reciclado porque ayudan a retener las propiedades físicas de los polímeros después de múltiples secuencias de extrusión-recuperación. Adicionalmente, pueden ayudar a optimizar las propiedades del material sin afectar la productividad, y permiten procesar polímeros "duros" (incluyendo los grados metaloceno) a través de aberturas más estrechas del dado.