Polietileno de alta densidad

El polietileno de alta densidad ( HDPE ) es una de las diversas variedades de polietileno (PE). ^{[ 1 ]} Los PE, el polímero sintético dominante, se producen en muchas formas que difieren en términos de peso molecular , ramificación y la incorporación de comonómeros . A menudo, estas características se capturan en términos de la densidad del material. Todas las formas de PE son sólidos incoloros, inodoros y bastante inertes químicamente, producidos por la polimerización del etileno , el monómero. El LLDPE es un polímero sustancialmente lineal ( polietileno ), con un número significativo de ramificaciones cortas.

Los PE se clasifican a menudo por sus densidades. ^{[ 2 ]}

En 2008, el mercado mundial de HDPE alcanzó un volumen de más de 30 millones de toneladas. ^{[ 4 ]}

El HDPE es conocido por su alta relación resistencia-densidad. ^{[ 6 ]} La densidad del HDPE varía de 930 a 970  kg/m³ ^. [ ^{7 ] Aunque} la densidad del HDPE es solo ligeramente superior a la del polietileno de baja densidad , el HDPE tiene poca ramificación , lo que le confiere fuerzas intermoleculares y resistencia a la tracción más fuertes (38 MPa frente a 21 MPa) que el LDPE. ^{[ 8 ]} La diferencia en resistencia supera la diferencia en densidad, lo que le otorga al HDPE una mayor resistencia específica . ^{[ 9 ]} También es más duro y opaco, y puede soportar temperaturas algo más altas (120  °C/248  °F durante períodos cortos). El polietileno de alta densidad, a diferencia del polipropileno , no puede soportar las condiciones de autoclave normalmente requeridas . La falta de ramificación se garantiza mediante una elección adecuada del catalizador (por ejemplo, catalizadores Ziegler-Natta ) y las condiciones de reacción .

El HDPE es resistente a muchos disolventes diferentes y resulta excepcionalmente difícil de pegar; las uniones suelen realizarse mediante soldadura.

Las propiedades físicas del HDPE pueden variar según el proceso de moldeo utilizado para fabricar una muestra específica; en cierta medida, un factor determinante son los métodos de ensayo estandarizados internacionalmente empleados para identificar estas propiedades para un proceso específico. Por ejemplo, en el moldeo rotacional (rotomolding), para identificar la resistencia a la fisuración por tensión ambiental de una muestra, se utiliza el ensayo de carga de tracción constante con entalla (NCTL). ^{[ 10 ]}

Debido a estas propiedades deseables, las tuberías construidas con HDPE son ideales para agua potable ^{[ 11 ]} y aguas residuales (pluviales y alcantarillado). ^{[ 12 ]}

Tuberías de HDPE . ^{[ 13 ]} Con una alta relación resistencia-densidad, el HDPE se utiliza en la producción de botellas de plástico , tuberías resistentes a la corrosión, geomembranas y madera plástica . El HDPE se recicla comúnmente y tiene el número "2" como su código de identificación de resina .

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  Las fibras de HDPE se pueden hilar para formar cuerdas.
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  Trajes desechables; tejido no tejido de HDPE.
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  Revestimiento para casas
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  sobres de plástico para envíos
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  Tuberías flexibles de HDPE
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  Instalación de tuberías corrugadas de HDPE en un proyecto de drenaje pluvial en México.
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  La silla monobloque
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  Cajas de botellas
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  Juguetes y equipos para parques infantiles
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  Las bolsas de plástico transparente (que se muestran) están hechas de LDPE; las bolsas de compra de película soplada con asas ahora están hechas de HDPE.
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  El HDPE se utiliza para fabricar botellas resistentes que resisten los aceites. Las botellas transparentes suelen estar hechas de otros plásticos, como el tereftalato de polietileno.
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  Jarra de leche
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  Los bidones de HDPE resisten el ablandamiento y la hinchazón provocados por los componentes aromáticos de los combustibles.
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  Alfombra de entrada de obra de HDPE enrollable

El HDPE tiene una amplia variedad de aplicaciones; para aquellas aplicaciones cuyas propiedades se encuentran dentro del rango de otros polímeros, la elección de utilizar HDPE suele ser económica:

El HDPE también se utiliza para revestimientos de celdas en vertederos sanitarios de la subcategoría D de Estados Unidos , donde grandes láminas de HDPE se sueldan por extrusión o por soldadura en cuña para formar una barrera homogénea resistente a los productos químicos, con la intención de prevenir la contaminación del suelo y las aguas subterráneas por los componentes líquidos de los residuos sólidos .

En la industria pirotécnica, el HDPE es el material preferido para los morteros, en lugar de los tubos de acero o PVC , ya que es más duradero y seguro: en caso de mal funcionamiento, el HDPE tiende a rasgarse o romperse en lugar de astillarse y convertirse en metralla como los otros materiales.

Las botellas de leche, las jarras y otros productos huecos fabricados mediante moldeo por soplado constituyen el área de aplicación más importante para el HDPE, representando un tercio de la producción mundial, o más de 8 millones de toneladas.

Sobre todo, China, donde se importaron por primera vez botellas de bebidas hechas de HDPE en 2005, es un mercado en crecimiento para los envases rígidos de HDPE como resultado de la mejora de su nivel de vida . En India y otras naciones emergentes densamente pobladas, la expansión de la infraestructura incluye el despliegue de tuberías y aislamiento de cables hechos de HDPE. ^{[ 4 ]} El material se ha beneficiado de los debates sobre los posibles problemas de salud y medioambientales causados ​​por el bisfenol A (BPA) asociado al PVC y al policarbonato , así como de sus ventajas sobre el vidrio, el metal y el cartón.

La producción industrial de HDPE a partir de etileno se realiza mediante la polimerización de Ziegler-Natta o el proceso de suspensión de Phillips. El método de Ziegler-Natta utiliza una combinación de catalizadores, incluido el tetracloruro de titanio, en contacto con etileno gaseoso para precipitar polietileno de alta densidad. ^{[ 20 ]} De manera similar, el proceso de suspensión de Phillips utiliza catalizadores a base de sílice en contacto con una suspensión de hidrocarburo y polietileno de rápida circulación para precipitar polietileno de alta densidad. ^{[ 21 ]}

El procesamiento determinará las propiedades del HDPE. El método utilizado para sintetizar el HDPE es crucial, ya que la microestructura del HDPE variará. El proceso Phillips Slurry produce un HDPE con menos ramificaciones y pesos moleculares más precisos que el proceso Ziegler, pero este último ofrece mayor flexibilidad en el tipo de polietileno producido. ^{[ 21 ]}

El peso molecular del HDPE se refiere a la longitud de las cadenas de polietileno y ayuda a determinar propiedades como la flexibilidad, el límite elástico y la temperatura de fusión. Una vez formado el precipitado, la temperatura, la presión y el tiempo de enfriamiento durante el procesamiento determinarán el grado de cristalinidad; un mayor grado de cristalinidad resulta en mayor rigidez y resistencia química. ^{[ 22 ]} Según la aplicación, el método y los pasos del procesamiento pueden ajustarse para obtener un resultado óptimo.

Una vez sintetizado, el HDPE está listo para su uso en productos comerciales. Los métodos de producción industrial para productos de HDPE incluyen el moldeo por inyección para formas complejas como juguetes. El moldeo por extrusión se utiliza para productos de perfil constante como tuberías y películas. El moldeo por soplado está destinado a productos huecos, específicamente botellas y bolsas de plástico. El moldeo rotacional se utiliza para piezas grandes y sin costuras, como bidones químicos y kayaks. ^{[ 22 ]} El método utilizado durante el procesamiento depende de los requisitos del producto, y cada uno tiene ventajas para una aplicación determinada.