Degradación del polipropileno durante la extrusión y formación de compuestos orgánicos volátiles

Polypropylene Degradation during Extrusion and the Formation of Volatile Organic Compounds

Se estudió la degradación termomecánica de un copolímero de polipropileno no estabilizado durante la extrusión a diferentes temperaturas (de 180 a 240 °C) y la producción de compuestos orgánicos volátiles (COV). Los COV se recogieron mediante un condensador de volátiles, instalado en la salida de desgasificación de la extrusora, y se analizaron mediante espectroscopia infrarroja (FTIR- ATR). La degradación del polímero se siguió mediante cromatografía de exclusión por tamaño y FTIR. A bajas temperaturas de extrusión (180 °C), la degradación del PP produce cantidades indetectables de COV. Por otra parte, a partir de 200 °C, se produce la formación de compuestos olefínicos de peso molecular no volátil a temperatura ambiente, que aumentan en cantidad con el aumento de la temperatura de extrusión. La función de distribución de la escisión de cadena (CSDF) muestra que a bajas temperaturas (180 y 200 °C) el mecanismo de degradación del PP es preferentemente por escisión de cadena con alguna ramificación y/o entrecruzamiento en el peso molecular inferior. A temperaturas de extrusión más altas (220 y 240 °C), el mecanismo de degradación es exclusivamente por escisión de cadena y es preferencial, es decir, el número de escisiones de cadena aumenta con el incremento del peso molecular inicial de la cadena polimérica original.

INTRODUCCIÓN

El polipropileno isotáctico es un termoplástico semicristalino utilizado en diversas aplicaciones de importancia comercial. Sin embargo, el polipropileno homopolímero presenta algunas limitaciones, como su baja tenacidad a bajas temperaturas. Las modificaciones de la rigidez y la transparencia del polipropileno mediante su copolimerización con otras olefinas como el etileno o el buteno. La versatilidad de los procesos de copolimerización ha hecho posible la producción de copolímeros y mezclas, in situ, haciendo posible materiales con diferentes contenidos de comonómeros. Las principales razones para fabricar copolímeros aleatorios fueron la mejora de las propiedades ópticas y la menor temperatura de fusión. Dependiendo de la reactividad del comonómero, de las condiciones de polimerización y del sistema catalítico utilizado, la distribución de las unidades de comonómero a lo largo de la cadena puede variar enormemente, desde puramente aleatoria hasta la generación de largas secuencias o bloques de uno de los componentes.

Hinsken et al. estudiaron la degradación termooxidativa y termomecánica del polipropileno (PP) y el polietileno (HDPE) bajo extrusiones múltiples. En el PP observaron un aumento de los grupos carbonilo e insaturaciones con el número de extrusiones y una reducción de la masa molar de peso medio. Los mecanismos de fisión de las macromoléculas del PP conducen a una reducción de la masa molar media, que se debe principalmente a la β-escisión, a la ruptura de los radicales peroxídicos y al cizallamiento.