Diferencia entre PVC y PE

Nos criamos en un mundo rodeado de plásticos, pero ¿por qué hay tantos y cuál es la diferencia entre ellos? Para un químico de polímeros, hay todo un campo de materiales apasionantes, basados en qué propiedades son esenciales para un trabajo determinado. Sin embargo, el resto del mundo ve el plástico como simple plástico. Entonces, ¿qué diablos es un polímero, y por qué traemos la química a esta discusión?

Un polímero es una macromolécula compuesta por varias unidades repetitivas llamadas monómero, mono que significa uno. La mezcla, la reticulación y el tamaño de la molécula determinan el tipo de propiedades que tiene un polímero y cómo se fabrica. Ejemplos de polímeros son el polietileno (PE), el cloruro de polivinilo (PVC), el polipropileno (PP), el fluoruro de polivinilideno (PVDF), el caucho, las tintas/pinturas, los adhesivos, las proteínas, los ácidos nucleicos, y la lista sigue y sigue. La cuestión es que los polímeros abarcan un vasto espectro de materiales. Cuando pensamos en plásticos, tendemos a pensar en cosas como botellas de agua, Tupperware®, envoltorios, cortinas de ducha y piezas baratas, no en polímeros como PE, PP, PVC y PVDF. Aunque los plásticos mencionados anteriormente están hechos de polímeros como el PE, el PP y el PVC, hay una gran diferencia entre estos plásticos baratos y los polímeros de alto rendimiento como el PE, el PP y el PVC utilizados en tuberías y válvulas para aplicaciones de fontanería industrial. ¿En qué se diferencian?

En general, los polímeros se dividen en dos grupos: termoplásticos y termoestables. Un termoplástico es una maraña desordenada de polímeros, y un termoestable es una maraña desordenada de polímeros reticulados entre sí. Ambos tipos de polímeros tienen sus propias ventajas e inconvenientes. Por ejemplo, los termoplásticos se pueden volver a moldear, soldar y reciclar. Sin embargo, tienen un coeficiente comparativo de expansión térmica (CTE) más alto, y pueden estar más expuestos a los rayos UV y a los ataques químicos fuertes en comparación con los termoestables (a excepción de los fluoropolímeros como el PVDF y el ECTFE). Para este debate, vamos a centrarnos en los termoplásticos, como el PE, el PP y el PVC, y en lo que los diferencia entre sí y de sus primos más baratos que todos asociamos con el eslogan » plásticos» .

Los termoplásticos, como el PE, el PP y el PVC, pueden fabricarse de forma rápida y barata, y suelen mezclarse con algún plastificante para hacerlos flexibles y duraderos. Entonces, ¿cómo podemos hacer que estos polímeros sean tan resistentes que puedan soportar productos químicos, como el ácido sulfúrico, los peróxidos, los cáusticos o la lejía? La respuesta está en utilizar la estructura del polímero para manipular sus propiedades. Hay dos partes generales en un polímero: la fase cristalina y la fase amorfa. ¿Qué hace cada fase y cómo puede utilizarse en beneficio del polímero?

La fase cristalina de un polímero puede adoptar muchas formas, pero generalmente aparece como una bola o nódulo difuso llamado región cristalina. Si observamos más de cerca esta región, veremos que está formada por pequeños cristalitos. Si tuviéramos acceso a un microscopio lo suficientemente potente como para observar los cristalitos, veríamos que están formados por el polímero que se pliega hacia delante y hacia atrás sobre sí mismo en una línea de secuencia regular, como un pliegue de acordeón en un trozo de papel. Este plegamiento regular hacia delante y hacia atrás del polímero es la clave de algunas propiedades físicas fundamentales de un polímero.

La forma regular significa que se necesita más energía para romper el grupo cristalino, de modo que la región cristalina puede determinar la temperatura de fusión (Tm) del polímero. La forma regular apretada necesita más energía para separarse, por lo que la región cristalina también puede determinar propiedades como la resistencia a la tracción. Puesto que el polímero está plegado sobre sí mismo como un acordeón de papel, la mayor parte del polímero está a salvo contra sí mismo, dejando menos sitios a lo largo de la cadena polimérica abiertos al ataque químico o de los rayos UV. Debido a esta región cristalina, los polímeros también tienen propiedades asociadas a la resistencia química. Sin embargo, es el tamaño, la forma y la distribución de la región cristalina a lo largo del polímero lo que determina el grado de solidez del polímero y su resistencia química y térmica. Estos atributos clave son los que determinan muchas propiedades físicas de materiales como el PE y el PP. Entonces, ¿por qué no fabricamos un polímero superresistente que sea totalmente cristalino y pueda soportar altas temperaturas y los peores productos químicos? En la ciencia de los materiales, siempre hay compensaciones en las propiedades de los materiales, así que echemos un vistazo rápido al PVC para demostrar este punto.

El polímero PVC se atrae mucho a sí mismo. Esto puede ser bueno porque forma cristales muy fuertes, lo que confiere al PVC una gran resistencia al calor y a los productos químicos y una buena resistencia a la tracción.

Sin embargo, como el PVC se atrae mucho a sí mismo, lo que hace que sus cristales aumenten de tamaño con el tiempo, esto, a su vez, puede crear grietas en el polímero a granel y crear fragilidad. Para evitarlo, se añaden plastificantes que se interponen entre las cadenas poliméricas para impedir la formación de cristales. Cabe mencionar que algo puede ser quebradizo y tener una gran resistencia a la tracción y dureza simultáneamente. La fragilidad refleja la capacidad del material para flexionarse cuando se le aplica fuerza sin romperse, la dureza demuestra la capacidad del material para rayarse, y la resistencia a la tracción se refiere a la fuerza que se necesita para separar un material. Así pues, aunque la dureza y la resistencia a la tracción serían superiores a las propiedades iniciales del material, éste también se haría añicos al aplicarle fuerza. Esto nos lleva a la otra propiedad importante de un polímero, la fase amorfa.

La fase amorfa es la región caótica del polímero alrededor de las regiones cristalinas. Cuando se introduce suficiente energía térmica en el polímero y esta región se vuelve móvil, se conoce como temperatura de transición vítrea (Tg). La ventaja de tener un material con una Tg baja en el que la fase amorfa es móvil a temperatura ambiente, como en el PE y el PP, es que esto confiere una gran elasticidad al material. Por eso puedes golpear las tuberías de PE y PP con un mazo y no se agrietan ni se rompen. Cuando la fase amorfa es móvil, puede actuar como un resorte y absorber una gran cantidad de energía en el material sin que éste se rompa. Si se hiciera lo mismo con el PVC, se rompería en cientos de trocitos, ya que su fase amorfa está congelada, como indica su elevada Tg.

Manipulando la región cristalina y utilizando la amorfa en su beneficio, materiales como el PE y el PP pueden ganar resistencia a la tracción, a la temperatura y a los productos químicos, manteniendo la flexibilidad.

Estos polímeros de alto rendimiento son ideales para productos como PE avanzado Chem Proline® (PE100RC) o Proline® PP-Rtransformándolos de humildes plásticos a materiales poliméricos de alto rendimiento.

La gran resistencia química y térmica que tienen el PE, el PP y el PVC no es suficiente para soportar productos químicos tan desagradables como el ácido sulfúrico concentrado >85%. Hay un grupo concreto de polímeros, de los que hablaremos la próxima vez, llamados fluoropolímeros, que pueden soportar éste y otros productos químicos altamente reactivos y altas temperaturas. Mientras tanto, puedes obtener más información sobre la manipulación de altas concentraciones de ácido sulfúrico consultando nuestro boletín técnico de este boletín.

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