materia prima de plástico PE

Materias primas de PE: plásticos universales con características, producción y aplicaciones diversas

El PE (polietileno) es una resina termoplástica polimerizada a partir de monómeros de etileno. Siendo el plástico de uso general más grande del mundo, se ha incorporado a diversos sectores de la producción y la vida cotidiana desde su industrialización en la década de 1930 gracias a su excelente rendimiento integral, bajo costo y amplia aplicabilidad. Desde bolsas de compra hasta tuberías industriales, desde envases de alimentos hasta películas agrícolas, el PE se ha convertido en un material básico indispensable en la sociedad moderna gracias a sus ventajas únicas, impulsando el desarrollo de la industria de materiales poliméricos.

1、 Estructura molecular y características principales del PE

La estructura molecular del PE consiste en cadenas de carbono-hidrógeno lineales o ramificadas, con unidades repetidas de -CH₂-CH₂-. La regularidad y el grado de ramificación de las cadenas moleculares determinan sus diferencias de rendimiento. Según su estructura molecular, se puede dividir en polietileno de baja densidad (LDPE), polietileno de alta densidad (HDPE) y polietileno lineal de baja densidad (LLDPE).

La cadena molecular del LDPE presenta un alto grado de ramificación y baja cristalinidad (50%-60%), lo que le confiere buena flexibilidad y transparencia, con una densidad de 0,91-0,925 g/cm³, tacto suave, excelente resistencia a bajas temperaturas y puede mantener la tenacidad a -60 ℃. El HDPE presenta una alta regularidad de cadena molecular, con una cristalinidad del 80%-95% y una densidad de 0,941-0,965 g/cm³. Presenta una gran rigidez, alta resistencia y mejor dureza y resistencia al desgaste que el LDPE, pero una flexibilidad ligeramente inferior. El LLDPE forma cadenas ramificadas cortas mediante la copolimerización de etileno y alfa-olefinas, combinando la flexibilidad del LDPE con la resistencia del HDPE, con una excelente resistencia al desgarro y a la perforación.

El PE en general posee excelentes características: buena estabilidad química, resistencia a ácidos, álcalis, sales y la mayoría de los disolventes orgánicos, y no reacciona con sustancias que no sean oxidantes fuertes a temperatura ambiente; excelente aislamiento eléctrico, baja constante dieléctrica, apto para capas aislantes de cables y alambres; buen rendimiento de procesamiento, se puede moldear mediante procesos como moldeo por soplado, moldeo por inyección, extrusión, etc., con un amplio rango de temperatura de procesamiento y bajo consumo energético; no es tóxico ni tiene olor, cumple con las normas de contacto con alimentos y se utiliza ampliamente en el envasado de alimentos. Sin embargo, el PE tiene una resistencia térmica limitada y se utiliza generalmente a temperaturas de -40-60 °C. Es propenso a la oxidación y al envejecimiento, por lo que debe mejorarse mediante la adición de antioxidantes.

2、 Proceso de producción y fuentes de materia prima de PE

La producción de PE utiliza etileno como materia prima principal, proveniente principalmente del craqueo de petróleo (craqueo de nafta) y del procesamiento de gas natural (deshidrogenación de etano). En los últimos años, se ha producido etileno de origen biológico mediante la tecnología de fermentación de biomasa, lo que ofrece posibilidades para la ecologización del PE. El proceso de producción se divide en métodos de alta presión, de media presión y de baja presión, según la presión, correspondiente a los diferentes tipos de PE.

El método de alta presión se utiliza principalmente para producir LDPE, el cual se genera mediante la polimerización por radicales libres del monómero de etileno a 100-300 MPa y 150-300 °C, utilizando oxígeno o peróxido como iniciadores. El entorno de alta presión provoca una gran ramificación de las cadenas moleculares, formando productos de baja densidad y alta flexibilidad. Este proceso consume mucha energía, pero la pureza del producto es alta, lo que lo hace adecuado para campos como la producción de películas delgadas.

El método de baja presión (incluido el método de presión media) se utiliza para producir HDPE y LLDPE, utilizando catalizadores Ziegler Natta o metaloceno, y polimerizando en condiciones de 0,1-5 MPa y 60-100 °C. El entorno de baja presión reduce la ramificación y forma HDPE de alta cristalinidad. La adición de alfa-olefinas (como buteno y hexeno) para la copolimerización produce LLDPE. El método de baja presión tiene un bajo consumo de energía y una alta eficiencia del catalizador, y actualmente es el proceso principal que permite controlar con precisión el peso molecular y la densidad de los productos.

El PE fundido obtenido tras la polimerización se extruye y se granula para obtener materias primas granulares. Se añaden aditivos como antioxidantes, lubricantes y colorantes según sea necesario para mejorar el rendimiento del procesamiento y la resistencia a la intemperie. La selección de aditivos debe cumplir con los requisitos de la aplicación, y el PE de grado alimenticio limita estrictamente los tipos y el contenido de aditivos.

3、 Tecnología de clasificación y modificación de PE

El PE se puede dividir en tres categorías según su densidad y estructura, cada una con sus propias características y escenarios aplicables. Los límites de rendimiento se pueden ampliar mediante técnicas de modificación.

El LDPE (polietileno de baja densidad) presenta un alto grado de ramificación, baja cristalinidad, excelente flexibilidad, transparencia y fluidez de procesamiento. Presenta un amplio rango de índices de fusión y es adecuado para películas de moldeo por soplado (como bolsas para conservación de alimentos y películas de plástico), moldeo por inyección de productos pequeños (como juguetes y tapones de botellas) y recubrimientos por extrusión. Sin embargo, su resistencia es relativamente baja y su resistencia a los disolventes es algo deficiente.

El HDPE (polietileno de alta densidad) presenta alta cristalinidad, gran rigidez, mayor resistencia a la tracción, dureza y resistencia a la temperatura que el LDPE. Presenta una excelente resistencia a la corrosión química y es adecuado para la fabricación de recipientes huecos (como botellas de agua mineral y bidones para productos químicos), tuberías (como tuberías de suministro de agua y gas), tableros y películas de embalaje pesadas. El procesamiento del HDPE presenta baja fluidez y requiere temperaturas de procesamiento más altas.

El LLDPE (polietileno lineal de baja densidad) combina flexibilidad y resistencia gracias a su estructura de cadena corta, con excelente resistencia al desgarro, a la perforación y al agrietamiento por tensión. Posee excelentes propiedades de tracción y se utiliza principalmente en películas estirables (como películas de embalaje), películas agrícolas, películas de embalaje pesado y productos moldeados por inyección. Se suele mezclar con LDPE para mejorar el rendimiento de la película.

La tecnología de modificación es la clave para mejorar el rendimiento del PE: la modificación de reticulación utiliza métodos químicos o físicos para formar una estructura de red de cadenas moleculares, mejorando la resistencia al calor, la resistencia a los solventes y la resistencia mecánica, y se utiliza para capas de aislamiento en tuberías y cables de agua caliente; agregar rellenos modificados como carbonato de calcio y talco en polvo para reducir costos y mejorar la rigidez y la estabilidad dimensional; mejorar la fibra de vidrio compuesta modificada, fibra de carbono, etc. para mejorar la resistencia y el módulo, utilizado para componentes estructurales; la modificación funcional otorga propiedades antibacterianas, retardantes de llama, antiestáticas y otras, expandiéndose a los campos médicos, electrónicos y otros.

4、Las diversas áreas de aplicación del PE

El PE se usa ampliamente en embalajes, agricultura, industria, necesidades diarias y otros campos debido a su desempeño diverso y bajo costo, respaldando el funcionamiento de la sociedad moderna.

La industria del embalaje es el mayor mercado de aplicación para el PE, donde la película de LDPE domina el embalaje de alimentos, como bolsas para conservar alimentos frescos y bolsas de pan, que son transparentes, suaves y tienen buenas propiedades de sellado; los contenedores rígidos hechos de HDPE, como biberones y botellas de detergente, son resistentes a los impactos y a las barreras, adecuados para el envasado de líquidos; la película estirable de LLDPE, con su fuerte extensibilidad, se utiliza para el embalaje de bobinado logístico para reducir las pérdidas de transporte; el material de espuma de PE (como el algodón perlado) es liviano y absorbe los impactos, y se utiliza para envasar productos electrónicos e instrumentos de precisión.

En el sector agrícola, la película de PE preserva la humedad, aumenta la temperatura y promueve el crecimiento de los cultivos. La película de LDPE ofrece buena flexibilidad y es fácil de instalar, mientras que la película de LLDPE es resistente a la perforación y tiene una larga vida útil. La película de PE para invernaderos permite la transmisión de luz y el aislamiento, y se utiliza para la construcción de invernaderos. Las bolsas de malla de PE se utilizan para el envasado de frutas y verduras, ya que son transpirables y resistentes a la humedad.

En el campo industrial, las tuberías de HDPE se utilizan ampliamente para el suministro de agua municipal, el transporte de gas y la descarga de aguas residuales industriales debido a su resistencia a la corrosión química, baja resistencia a los fluidos y fácil instalación; Producción de tanques de almacenamiento, revestimientos y equipos anticorrosión utilizando láminas de PE; La capa de aislamiento del cable de PE reticulado tiene un buen aislamiento eléctrico y resistencia al envejecimiento, lo que garantiza la seguridad de la transmisión de energía.

En el campo de las necesidades diarias, los productos de PE están en todas partes: los productos moldeados por inyección, como cubos de plástico, palanganas y juguetes, son livianos y duraderos; la fibra de PE (polipropileno) se utiliza para fabricar redes de pesca, telas filtrantes y alfombras, que son resistentes al desgaste y a la intemperie; la espuma de PE (como pantuflas, colchonetas de yoga) es suave y cómoda, con un buen rendimiento de amortiguación.

En el campo médico, el PE de grado alimenticio se utiliza para hacer bolsas de infusión, cubiertas de jeringas, etc. No es tóxico y es químicamente estable, y se puede esterilizar con vapor; la película de PE se utiliza para batas quirúrgicas y películas de embalaje para bloquear bacterias y proporcionar transpirabilidad.

5、 La protección ambiental y las tendencias de desarrollo de PE

Se ha prestado atención a la protección ambiental del PE y, aunque enfrenta el desafío de la "contaminación blanca", se está moviendo hacia un desarrollo sustentable a través del reciclaje y la innovación en tecnología verde.

El sistema de reciclaje de PE es relativamente maduro, siendo el reciclaje físico el principal método: el PE residual se clasifica, limpia, tritura, funde y granula, y el PE reciclado se utiliza para fabricar cubos de basura, películas recicladas, bandejas de plástico, etc. El reciclaje químico descompone el PE en hidrocarburos de moléculas pequeñas, que pueden utilizarse como combustible o materias primas químicas y ofrecen ventajas en el procesamiento de residuos complejos. La tasa global de reciclaje de PE está aumentando gradualmente, y la promoción de políticas y el progreso tecnológico están contribuyendo a impulsar una economía circular.

El PE de base biológica es una línea de desarrollo verde que utiliza etileno producido mediante la fermentación de biomasa (como la caña de azúcar y el maíz) como materia prima. Su huella de carbono es menor que la del PE derivado del petróleo, y las variedades de PE biodegradable (como el PE con coadyuvantes de degradación añadidos) pueden degradarse de forma natural en entornos específicos, reduciendo así la contaminación a largo plazo.

El desarrollo futuro del PE se centra en tres direcciones: desarrollo de alto rendimiento a través del diseño molecular y tecnología de compuestos, desarrollo de PE de alto módulo, resistente a altas y bajas temperaturas y expansión de aplicaciones de ingeniería; investigación y desarrollo funcional de PE de respuesta inteligente y antibacteriana (como degradación sensible a la temperatura) para satisfacer necesidades de alta gama; la baja carbonización promueve la industrialización de materias primas de base biológica y el reciclaje químico, construye un ciclo de regeneración del consumo de producción y combina un diseño liviano para reducir el consumo de material.

El PE, como plástico universal básico, contribuye al desarrollo de múltiples campos gracias a su excelente rendimiento. Ante los desafíos ambientales, mediante el reciclaje y la innovación ecológica, el PE logrará un desarrollo sostenible manteniendo su practicidad, proporcionando un material clave para una sociedad verde y baja en carbono.