Influence of Reprocessing in the Formation of Functional Groups During Low Density Polyethylene Aging

Influencia del reprocesado en la formación de grupos funcionales durante el envejecimiento del polietileno de baja densidad

En los últimos años ha aumentado el interés por el reciclado de polímeros. Sin embargo, en cada paso del reprocesado el material sufre tensiones de cizallamiento y se ve afectado por la temperatura y el oxígeno. El objetivo de este trabajo es investigar la influencia de la extrusión múltiple en la generación de grupos funcionales, a saber, hidroperóxido, carbonilo y transvinileno. Se reprocesó polietileno de baja densidad tres veces en una extrusora de un solo tornillo. En cada etapa de reciclado se prepararon películas prensadas en caliente. Estas películas se sometieron a un tratamiento térmico en un horno con circulación de aire y renovación para proceder a ensayos de envejecimiento a diferentes tiempos y temperaturas. Los resultados obtenidos mostraron que todos los grupos funcionales vieron incrementada su concentración con el aumento del número de reprocesados, el tiempo de envejecimiento y la temperatura del tratamiento térmico. Se aplicó el diseño factorial para comprobar la influencia de estos parámetros. Todos los parámetros tuvieron efectos significativos, ya que sus coeficientes de regresión tenían el mismo orden de magnitud, siendo el parámetro más influyente la temperatura de envejecimiento, seguido del tiempo de envejecimiento y el número de extrusiones. La mayoría de las interacciones fueron influyentes, lo que indica que la formación de grupos funcionales depende de su interacción, y no sólo de sus efectos aislados.

INTRODUCCIÓN

El polietileno de baja densidad (LDPE) es un polímero de consumo importante debido a características como bajo costo, resistencia y comportamiento reológico adecuado para una amplia variedad de procesos[1]. Debido a estas propiedades, el LDPE es uno de los polímeros más utilizados principalmente en aplicaciones alimentarias, cosméticas, farmacéuticas, tuberías y agricultura. Su amplio uso conduce a grandes cantidades de polímero desechado en el medio ambiente, provocando contaminación. El reprocesamiento es una alternativa razonable para reutilizar LDPE y otros polímeros[2]. El método más común para llevarlo a cabo es mediante extrusión, en un proceso llamado reciclaje mecánico; sin embargo, este proceso somete al polímero a una serie de degradaciones: mecánicas debido al esfuerzo de cizallamiento, térmicas por la acción de la temperatura y oxidativas por la presencia de oxígeno[3-6]. Además de esto, todo material polimérico está sujeto a una serie de agentes degradativos, como radiaciones electromagnéticas, temperatura y productos químicos, no solo durante el proceso de fabricación, sino durante todo su ciclo de vida.

El proceso de degradación comienza con la formación de radicales alquilo debido a parámetros como la temperatura, el esfuerzo de cizallamiento y residuos de catalizador[7-9]. La disponibilidad de oxígeno en el sistema y su concentración también juegan un papel importante en la degradación termomecánica[7-14]. Si la concentración de oxígeno es baja, estos macroradicales pueden reaccionar entre sí, dando lugar a la ramificación y grupos insaturados, como grupos vinilo (Ecuación 1) y grupos transvinileno (Ecuación 2).