Obtención De Polietileno

OBTENCIÓN DE POLIETILENO

Introducción

Los polietilenos son importantes polímeros olefínicos que cada año van alcanzando un crecimiento más significativo. La combinación de propiedades útiles, fabricación fácil y buenos aspectos económicos ha originado que se les considere como materiales comerciales. Son resinas termoplásticas producidas mediante procesos a alta y baja presión en los que se usan varios sistemas catalíticos complejos. Como resultado se obtienen varias familias de polímeros (de baja densidad, de baja densidad lineal y de alta densidad), cada uno con características muy diferentes de comportamiento y cualidades técnicas. Por lo general, todos los polietilenos poseen propiedades eléctricas excelentes, una resistencia inmejorable a los disolventes orgánicos y a compuestos químicos. Son materiales translúcidos, de peso ligero, resistentes y flexibles.

Desarrollo histórico de la fabricación de polietileno

La experimentación que condujo al descubrimiento de polietileno tuvo su origen en estudios sobre los efectos de las altas presiones en las reacciones químicas, los cuales fueron conducidos por la Alcali Div. de ICI en 1932. Simultáneamente, A. Michels obtuvo resultados satisfactorios en la Universidad de Amsterdam al aplicar técnicas experimentales a presiones elevadas, incluyendo una bomba nueva capaz de alcanzar 3000 atm de presión a temperaturas cercanas a los 200ºC. Este equipo permitió a los investigadores de ICI efectuar una serie de reacciones, incluyendo aquellas con etileno y benzaldehído, a 170ºC y 140 MPa. La reacción resultante produjo un sólido blanco ceroso depositado sobre las paredes del recipiente de prueba. El sólido fue identificado como polímero de etileno.

Se intentaron otros experimentos en diciembre de 1985 usando equipo mejorado. Se utilizó un recipiente experimental mayor de 80ml que pudiera ser abastecido con etileno desde un intensificador de gas. Después del experimento, se desarmó el recipiente y se analizaron 8g de un sólido blanco pulverizado: fundía a aproximadamente 115ºC y tenía un peso molecular cercano a 3000. A comienzos de 1936, experimentos posteriores condujeron a la producción de muestras más grandes de polímero. Se encontró que tenía alta resistividad eléctrica y que se podía convertir en películas delgadas y transparentes. Se prosiguió la experimentación sobre el producto y el proceso de polimerización. Para 1937, se contaba con un laboratorio de operación continua y se había diseñado una pequeña planta piloto.

Las investigaciones sobre aplicaciones del producto fueron favorecidas por la fortuna. Un miembro del equipo de asesoría técnica de ICI, quien había trabajado previamente para Telegraph Construction Maintenance Co. , creyó que el nuevo material podría servir como aislante para cables. Se estableció un proyecto conjunto. Usado en un cable telefónico submarino, el cable y sus propiedades mecánicas dieron resultados prometedores. ICI presentó un proyecto para construir una planta comercial, la cual se volvió operativa a mediados de 1939.

La experimentación continua y el análisis del polietileno mostró que poseía una estructura molecular compuesta por regiones cristalinas y amorfas. El polietileno de alta presión (low density polyethylene, LDPE) obtenido por ICI tenía un peso molecular bajo, una distribución de pesos moleculares amplia y una densidad de aproximadamente 0.920 g/cm3. Hasta 1940, el polietileno se consideraba como un hidrocarburo lineal de cadena larga, pero el advenimiento de los estudios infrarrojos reveló más grupos metilo que podían ser considerados como grupos terminales. Las ramificaciones de cadenas laterales tenían que estar presentes para explicar las propiedades mecánicas del polímero. Trabajos posteriores demostraron que si las técnicas de polimerización se alteraban en favor de la reacción de ramificación de cadenas laterales, entonces las propiedades físicas del polímero reflejaban las de un material menos cristalino de más baja densidad con cadenas laterales altamente ramificadas.

Durante la década de los años cincuenta, el descubrimiento de ciertos sistemas catalíticos permitió la polimerización a baja presión del etileno. En 1951, Standard Oil de Indiana patentó un proceso en el que se usaba un catalizador de óxido de molibdeno con soporte. En enero de 1953, Phillips Petroleum archivó una patente para la polimerización del etileno basada en catalizadores de trióxido de cromo con soporte. Ambas compañías construyeron instalaciones para la producción y autorizaron ampliamente sus tecnologías. Los polietilenos hechos mediante el proceso Phillips eran homopolímeros de cadena recta (high density polyethylene, HDPE) con una densidad muy alta e índices de flujo de materia fundida de 0.2 a 0.5 g/10 minutos.

A finales de 1953, Karl Ziegler, en el Instituto Max Planck en Alemania, encontró que el trietilaluminio añadido al etileno formaba muy fácilmente compuestos alquílicos de aluminio superiores con bajos pesos moleculares en el intervalo de 2000 a 5000. Ziegler buscó un cocatalizador que condujera a la producción de polietilenos de peso molecular más elevado. Mediante la investigación continua, encontró que ciertos compuestos de metales de transición podían producir polietileno con alto rendimiento. Los catalizadores más efectivos encontrados fueron aquellos basados en los compuestos de titanio. Éstos podían producir polímeros con pesos moleculares del orden de 3x105 y a presiones cercanas a la atmosférica. Los polímeros del polietileno de alta densidad producidos mediante el proceso Ziegler a baja presión eran más rígidos (con una densidad de 0.940 g/cm3) que el polietileno de baja densidad a alta presión del proceso ICI.

Avances posteriores con catalizadores tipo Ziegler dieron como resultado la producción de muchos polímeros y copolímeros del etileno nuevos. En 1954, el profesor G. Natta del Italian Chemical Institute anunció el descubrimiento de los polímeros estereorreguladores de alfaolefinas como el propileno. La catálisis de Ziegler y la polimerización estereoespecífica de Natta estimularon mucho la investigación en la ciencia de los polímeros.

Los polietilenos de alta densidad tipo Ziegler - Natta diferían de aquellos producidos por Phillips y Standard Oil de Indiana. Estos últimos tenían densidades más altas a 0.958 a 0.965 g/cm3 y eran lineales con muy pocas ramificaciones laterales y un alto grado de cristalinidad.

Una desventaja de los primeros procesos Phillips y Ziegler era que se requería una etapa separada de eliminación del catalizador debido a que la actividad de éste era muy baja. A mediados de la década de los años cincuenta, Phillips encontró

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