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DESARROLLO DE LOS POLIMEROS TERMOPLASTICOS EN MEXICO 11

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Trabajo presentado por el Ing. Jorge No Martínez G.

en ocasi6n de su ingreso a la Academia Mexicana de

Ingeniería como:

Académico de Niimero de la Comisión de Especialidad de

Ingeniería Química.

E

Marzo 8 de 1984

1. INTRODUCCION

Deseo en primer término expresar ante esta asamblea mi profundo agradecimiento

a los Académicos de la Comisión de Especialidad de Ingeniería Química, al Co-

mit de Admisión y al Consejo Directivo de la Academia Mexicana de Ingenie-

ría ", por la honrosa distinción que en esta ocasión se confiere a mi persona.

Con este motivo, he considerado pertinente presentar a esta Academia, la dis-

cusión y análisis de un tema sobre el campo principal en que se ha desarrolla-

do la experiencia profesional del suscrito:

Desarrollo de los Polímeros Termoplásticos en México

Siendo el campo de los polímeros sintéticos muy amplio y diverso, se ha consi-

derado conveniente el concretar esta discusión a los polímeros que se utilizan

o aplican como plásticos para la producción de una amplísima variedad de artí-

culos, piezas o artefactos que día a día adquieren mayor importancia en el vi-

da económica de la sociedad moderna y de la vida humana misma, resolviendo pro

blemas, necesidades y permitiendo el desarrollo de aplicaciones basadas en

tecnologías modernas, que facilitan el desarrollo de la vida y del ser humano

en la complejidad del mundo actual.

Para poder tratar el tema con mayor profundidad y precisión, la discusión se

ha enfocado principalmente a los Termoplásticos que han alcanzado mayor desa-

rrollo en México y en el mundo, desde el punto de vista de la producción y uso

de estos polírneros, tratando de ubicar la posición de México, tanto en el as-

r pecto tecnológico como en el aspecto de recursos disponibles en el país, sus

implicaciones económicas y observaciones sobre el futuro de estos materiales

PÁ las alternativas tecnológicas que pueden considerarse en el futuro y su rela-

ción con nuevos polímeros que se desarrollan constantemente y otros materiales

que compiten con los plásticos en la solución de problemas como son: los meta

les, el vidrio, la madera, papel, cartón y otros mas.

[ El campo de Fibras Sintóticas, los elastómeros (hules), adhesivos y recubri-

mientos de superficies, requieren un tratamiento por separado y quedan fuera

del alcance de este trabajo.

EE

1

II. DEMANDA MUNDIAL DE LOS POLIMEROS TERMOPLASTICOS.

Para demostrar la gran importancia que estos materiales han llegado a tener

mundialmente, así como el gran desarrollo logrado los iultimos 25 aflos, la

lámina II compara los consumos de los principales termoplásticos en 1957 con

los alcanzados en 1983.

Las resinas vinílicas, PVC (homopolímeros y copolímeros) aumentaron como re-

sina pura de 380,000 tons en 1957 a 7'674,000 tons en 1 983. Sumando los in-

gredientes asados para formular los compuestos de materiales vinílicos es del

• orden de 11 a 12 millones de toneladas anuales.

El polietileno de baja densidad también incrementó su consumo de 300,000 tons

en 1957 a 8.2 millones de toneladas en 1983 (26.5 veces).

Los polietilenos de alta densidad y los polipropilenos que prácticamente no

se producían en 1957 alcanzaron un nivel, cada uno de 4.5 a 4.8 millones de

toneladas en 1958.

• Los poliestirenos, incluyendo los grados cristal, de medio y alto impacto,

así como las espumas de poliestireno expandible, crecieron más moderadamente,

sin embargo alcanzaron un nivel de 3.8 millones de toneladas en 1983. La fa-

¡nilia de ABS, que se producía en cantidades limitadas en 1957, alcanzó un ni-

vel de más de 1.3 millones de tons en 1 983, utilizando mayormente como 11 plás-

tico de ingeniería ", aunque también se utiliza en aplicaciones más sencillas

como envases de materiales de alto contenido de grasas.

Otros plásticos de ingeniería como los policarbonatos (a partir de los 60 1 s)

y los polifenilenos (1970) han logrado un desarrollo importante, alcanzando

en 1983 consumos respectivos de 110,000 y 65,000 tons.

L . En contraste, los plásticos celulósicos han experimentado una reducción en su

consumo, así como los materiales termofijos (lámina III) excepto los polies-

ters reforzados con fibra de vidrio (para láminas, tuberías y una variedad de

piezas moldeadas por compresión con fraguado in-situ.

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1

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Con este panorama general de los termoplásticos en el mundo, que se ha expues-

to en forma resumida, es posible analizar en forma mís concreta la posici6n

de México en la producción y uso de estos polimeros termoplásticos.

9

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III. LOS POLIMEROS TERMOPLASTICOS EN MEXICO

Prácticamente al fin de la segunda guerra mundial (1945), se empezó a usar

el poliestireno cristal o de propósito general (importado) en moldeo por in-

yección, utilizando las priniitivas inyectoras de pistón con capacidades de

plastificación de 6 a 8 oz y fuerza de cierre hasta de 50 tons.

Simultaneamente, en el mismo aEo; se empezaron a importar compuestos viníli-

cos para forrado o aislamiento de cables eléctricos de baja tensión (1 y 1W

de 60 oc para 600 y). En 1946 con compuestos importados se empezaron a pro-

ducir mangueras, algunos perfiles flexibles (cintas, vivos...) , películas

vinílicas y recubrimiento de textiles; desplazando radicalmente al hule. En

1946 se inició el mezclado en México de compuestos vinílicos, con resinas,

plastificantes y prácticamente los demás ingredientes también importados.

El polietileno de baja densidad, también importado, se empezó a procesar en

Mexico en algunos moldeos por inyeccion, pequenas botellas y envases produ-

cidos por soplado e iniciándose la producción de películas de PEBD.

• considerando que el poliestireno y las resinas de PVC (homopolímeros) tenían

un potencial razonable de desarrollo, fue posible diseflar plantas de relati-

vamente baja capacidad, que para ese tiempo resultaban económicas.

En 1950, arrancó la primer planta de poliestireno cristal en Lechería, Edo.

de México, con capacidad de 2,000 tons/anuaies, usando el proceso intermiten-

te de polimerización en masa llamado poliprensa ", llamado así por la for-

ma del reactor secundario (semejante a un filtro prensa) en donde en forma

estática se llevaba la polimerización a practicamente 99% de conversión, a

• partir de una masa prepolimerizada en un reactor agitado y con enfriamiento

externo por la chaqueta y con un condensador de reflujo. El polímero se

obtiene en forma de biock de 125 mm de espesor que se molía a forma granular

irregular en molino de martillo, para hacer posible su uso en inyectoras. Dos

aflos más tarde, la capacidad de esta planta se aumentó a 4,500 tons/anuales y

posteriormente a 12,000 tons/anuales en 1970.

Esta planta aun continua en operación, produciendo poliestireno cristal de

hw

fluidz standard y de alta fluidz de calidad muy aceptable.

En 1953, se instaló una segunda planta de poliestireno con capacidad de

3,000 tons anuales en Monterrey utilizando un proceso semicontinuo en solu-

ción, obtenindo el polímero en forma de masa fundida, la cual después de

remover el solvente (en un devolatilizador), se terminaba en una extrusora

de la que se obtenían filamentos que se cortan en pequeños cubos o cilindros

para su uso en moldeo. Esta planta aumentó su capacidad a 6,000 ton/año y

aun continua en operación.

Tambión en 1953, se arrancó en Lechería, Edo. de México, la primer planta de

polimerización de cloruro de polivinilo, en un proceso de suspensión intermi-

tente usando un reactor agitado y enchaquetado de 7.4 m3 con capacidad de

1,000 tons anuales, produciendo resinas de calidad aceptable en esa época,

pero deficiente para los estandards actuales (baja porosidad y exceso de ge-

les infusibles).

[ En 1955, un segundo productor instaló en la presa Edo. de México, otra plan-

ta de PVC, también por suspensión intermitente, de capacidad semejante, pe-

ro usando reactores m.s pequeños (3.8 m3 ).

En 1956, el incremento de demanda de estos polímeros permitió considerar el

instalar en México plantas con tecnología ms moderna desarrollada en EEUU

en los dos o tres años anteriores.

En 1958, en Lechería, Edo. de México, se instaló la primer planta de polies-

tireno por suspensión intermitente, con reactores de 7.4 m3 y capacidad de

2,000 tons/anuales.

En esta planta fue posibT.e producir no solo mejores poliestirenos cristal

(mejor color, mayor del peso molecular y menor polidispersidad y mayor resis-

tencia a la temperatura), si no también poliestirenos injertados con 10% de

un elastómero (hules de estireno butadieno inicialmente y polibutadieno pos-

teriormente) que mezclado por fusión tórmica-mecnica, lograba los poliesti-

renos de medio y alto impactos que no fue posible producir en el método de

masa intermitente: Poliprensa.

1

El productor en Monterrey, en su proceso semícontinuo de solución, también

L ,

logró producir poliestirenos de medio y alto impacto.

La mejor calidad y menor costo que se obtenía de los procesos de suspensión

para poliestireno injertado y poliestireno cristal, así como los cristales

obtenidos en poliprensa, permitió la expansión de estas plantas entre 1960

y 1970 hasta una capacidad total de 28,000 tons anuales.

En la misma planta de suspensión de poliestireno, fue posible producir copo-

límeros de estireno acrilonitrilo (SAN con 24% de AN), e inclusive un primer

r ABS con alto contenido de polibutadieno, que diluido con el SAN, dió origen

a las primeras resinas de ABS en 1962 - 1963. Sin embargo, estas resinas te-

nían limitaciones. Para producir resinas ABS comparables en calidad a las

de EEUU, se hizo necesario importar concentrados de alto polibutadieno (35 a

40%) que diluido con el SAN hecho en México permitió la fabricación de una

r gama de ABS adecuada a las necesidades técnicas de ese tiempo.

Con gran sorpresa de los grandes productores, aproximadamente en 1963, una

compañía mexicana nacional de resinas (NARSA) arrancó una planta por suspen-

sión para producir poliestireno cristal y de impacto, con tecnología propia.

u: Aunque su calidad en los priemros años fue un tanto deficiente, logró mejo-

rarla notablemente en el transcurso de los años, aumentando su capacidad has-

ta 12,000 tons/año. ultimamente ésta compañía incorporó una tecnología ame-

ricana para producir poliestireno cristal de mayor peso molecular orientados

a la producción de espumas de poliestireno de excelente calidad.

Existen también otros tres productores de poliestireno expandible para pro-

ducción de espumas de poliestireno, con una capacidad total de 32,000 t/a.

En al década de los 70's, se lograron nuevos avances en la producción de po-

liestireno al instalar (1973) en Taixcala la primer planta continua de poli-

merización en masa con capacidad de 23,000 tons/año, proceso que reduce sig-

nificativamente la inversión por unidad de capacidad instalada y el consumo

de energía, logrando poliestirenos de alto impacto de excelente calidad.

En el año de 1979, en Apizaco se arrancó una planta de suspensión de 20,000

1

1

1 tons/anuales de capacidad, usando reactores de 40 m 3 y que finalmente ha lo-

grado producir una gama compileta de poliestireno cristal de medio y alto im-

pacto de excelente calidad y logrando en 1983 rebasar su capacidad nominal,

al producir 2,000 tons/mes en la segunda mitad de ese aflo.

En cuanto al PVC se han logrado los siguientes desarrollos:

- Las plantas originales de Lechería y la Presa, fueron expansionadas suce-

L sivamente, aunque la planta de Lechería fue discontinuada, instalando es-

te productor una nueva operación en Tlaxcala con tecnología ms moderna

con reactores de 40 m 3 . Ambos productores aumentaron su capacidad, cada

uno hasta 30,000 tons anuales.

1 - En la Presa, Edo. de México y en Tlaxcala se adicionaron unidades para

producir resinas de emulsión o pasto con capacidades de 6,000 y 3,000 tons

1 anuales respectivamente. Estas plantas no se han expansionado debido a la

pérdida de competitividad de estas resinas por su alto costo.

- En 1963, se incorporó un nuevo productor de resinas de suspensión de exce-

Ir lente calidad llevando su capacidad instalada en Puebla hasta 30,000 t/a.

- En 1967, una compañía mexicana, Plásticos Omega, arrancó una planta de sus-

pensión de 3,000 tons/año usando tecnología propia, de calidad bastante

aceptable.

L - Estos cuatro productores pudieron producir en sus plantas copoi.ínieros con

5% de acetato de vinilo para abastecer la producción de discos fonogrf i-cos y algunas losetas vinílicas.

L - En 1971, en San Martín Texmelucan, se arrancó una planta para producir

homopolímeros de PVC usando la tecnología de polimerización intermitente

en masa, desarrollada por la Cía. Francesa, Pechiney St. Gobain, (poste-

riormente Rhone Poulenc) con reactores de 16 m 3 y capacidad incrementada

r hasta 30,000 tons/año.

En esta planta se han hecho contribuciones muy importantes al desarrollo

1

1 de este proceso y la calidad de resinas, mejorando notablemente el control

de la porosidad de estas resinas, disminuyendo el contenido de geles infu-

sibles, logrando túcnicas que evita el ensuciamiento de reactores (causan-

te de los geles infusibles) y disminuyendo notablemente tiempos muertos por

limpieza de reactores. En esta planta se lograron resinas que compiten sa-

tisfactoriamente con las resinas de suspensión.

- Finalmente en los últimos aflos se arrancaron en Altamira, Tamps., plantas

de suspensión de 70,000 y 60,000 tons anuales con la tecnología más moder-

na incluyendo la eliminación del monómero residual de la resma, los efluen

tes para evitar la contaminación ambiental y utilizando reactores hasta de

132m.

1 La producción de polietileno y poliolefinas en general; por la Ley Petroquí-

mica en México, ha quedado incluida en la petroquímica básica y, por lo tanto

bajo la responsabilidad de Petroleos Mexicanos.

La primer planta de polietileno de baja densidad, en Reynosa, Tamps., arran-

có en 1966, bajo licencia de ICI, usa tecnología de alta presión (1,500 -

1,700 atm) utilizando peróxidos orgánicos como catalizador, constituye tecno-

logía desarrollada hasta 1960, pudiendo producir los grados (índice de flui-

dz y densidad) más comunmente usados.

En 1971, arrancó una segunda planta en Poza Rica, de 51,000 tons, también de

alta presión, representa tecnología más moderna con un mejor control de la

calidad obtenida.

Ambas plantas han operado arriba de su capacidad nominal, logrando una pro-

ducción entre ambos de más de 93,000 tons en 1982.

En 1978, se arrancó la primer planta de baja presión, para producir polieti-

leno de alta densidad con capacidad de 100,000 tons/año, pero que por proble-

mas de obtención de catalizadores sólo alcanzó niveles de 78,000 tons en 1982.

Esta producción e inclusive la capacidad instalada de ambos políetilenos re-

sulta insuficiente para cubrir la demanda nacional que alcanzó 266,000 tons

1

1 en 1981 en de baja densidad y 110,000 tons en 1982 para el de alta densidad.

La demanda de PEBD al arrancar la nueva planta de Cangrejera (marzo 1984),

con capacidad de 240,000 tons anuales, usando una tecnología japonesa mucho

más moderna y que incluye tres reactores de 80,000 tons anuales cada uno que

pueden considerarse los reactores más grandes existentes en el mundo. El

tamaño de este tipo de reactores ha sido limitado por el espesor de las pla-

cas de aceros y aleaciones especiales necesarios para su construcción, que

pueden ser mayores de 25 cm.

LT

Esto es obviamente, uno de los problemas de las plantas de alta presión, que

obliga a usar equipos de alto costo, incluyendo tubería, válvulas, bombas y

u reactores.

Los sitemas Ziegler y Phíllíps de baja presión, elimina este problema pero

introduce otros factores que elevan la inversión, no teniéndose una ventaja

económica en su producción.

Esto se deriva de la naturaleza y costo de los catalizadores que, además de

• presentar problemas en su manejo, por la toxicidad, inflamabilidad o expio-

sividad, son difíciles de eliminar del polímero y presentando problemas de

acumulación en los reactores y en las válvulas, causando taponamientos o re-

ducción de la capacidad de flujo del sistema.

Estos problemas fueron resueltos por cada productor, pero en base de incre-

mentar la inversión requerida para lograr una producción segura y eficiente.

[

t 1 1

Demanda de los Termoplásticos en México.

La 1.mina IV muestra el crecimíento de los termoplásticos de mayor consumo

011 en México de 1970 a 1982, que en promedio se quintuplicó en ese período de

12 afios, mostrando el desarrollo m.s importante los polietilenos de baja y

alta densidad, seguidos de las resinas vinílicas y el polipropileno. Las

resinas estirenicas con un desarrollo ms modesto pero aun importante y sig- Nw

en el esquema nacional de producción, por las aplicaciones de es-

tos materiales.

El consumo de estos materiales alcanzado en 1981 de 710,800 tons ilustra la

L importancia económica de estos materiales, ya que a precios actuales repre-

senta un valor de m.s de 100,000 millones de pesos como resinas que conver-

tidas a piezas moldeadas o artículos finales su valor es de ms de 400,000

millones de pesos.

Estos materiales ademas representan el apoyo de una industria cada vez ms

integrada, con una fuerza de trabajo de m.s de 100,000 personas y constitui-

da principalmente por:

400 o ms empresas transformadoras, moldeadoras y productoras de artícu-

los finales.

Los productores de materias primas y productos químicos para la produc-

ción de plásticos incluyendo: plastificantes, estabilizadores, lubrican-

tes, cargas minerales, pigmentos y otros productos.

25 o ms empresas fabricantes de molde y equipo y maquinaria para la in-

dustria de plásticos.

Este conjunto industrial ya es capz de producir en muchos casos artículos

de calidad y costo competitivos internacionalmente (aunque hay aun muchas

deficiencias que deben corregi.rse), por lo tanto se presenta un amplio pano-

rama para el desarrollo de un mercado de exportacion, no solo de resinas y

plásticos, sino también de piezas moldeadas y artículos finales, lo cual ya

se ha iniciado.

¡ H

1

1

La 1mina IV demuestra una disminución de consumo en 1982, que se agudizó

: aun ms en 1983, debido a la prob1emtica económica-financiera por la que

atravesó el país, pero ya en 1984 se observa una recuperación, habiendo pla-

nes y programas para que esta industria recupere el dinamismo que había al-

canzado en 1981.

En la ló.mina IV, comparando la capacidad instalada en 1983, contra los con-

sumos alcanzados por cada material, indica los problemas que hay que enfren-

tar a corto plazo:

E,- Una capacidad excedente de resinas de PVC, de m.s de 50% (aprox. 140,000

tons) obliga a incrementar los esfuerzos de exportación de estas resinas,

así como el intesificar su uso interno y la exportación de productos ter-

minados.

L - El fuerte dóficit de polietilenos y polipropilenos se ha resuelto con im-portaciones de estos polímeros. El PEBD que presenta el mayor déficit,

puede ser cubierto adecuadamente al arrancar la nueva planta de Cangreje-

ra que se espera ocurra en breve.

e

En cuanto al PEAD y el polipropileno, aunque hay proyectos para instalar

plantas de 100,000 tons para cada uno en los complejos de Dos Bocas y

Morelos, así como otra planta de 260,000 tons de PEBD en Lagunas de Ostión,

no se tienen definidas las fechas en que se puede iniciar su construcción,

y por lo tanto, la importación de estos materiales continuara por tiempo

indefinido. u

En el caso del poliestireno, aunque hay aparentemente capacidad excedente, se

espera un crecimiento ms o menos rápido de su consumo; ademas de lograr ex-

portaciones (3,000 tons en 1983), por lo que puede ser conveniente o necesa-

rio el aumentar esta capacidad en los próximos dos aflos (hay proyectos de ex-

L pansión de 10,000 tons en Apizaco y 42,000 tons en Cangrejera).

u El poliestireno expandible sufrió una disminución de 50% en 1983, ya que su

aplicación principal es en la industria de la construcción. Este mercado

puede recuperarse en 2 6 3 aflos. (En proyecto en Apizaco para producir 10,000

M

tons/año de EPS ha sido diferido).

L El ABS que hasta 1981 había logrado un crecimiento de 14% anual, sufrió una

reducción en su consumo en 1982 - 1983. Sin embargo, presenta un amplio cam-

po inmediato de desarrollo, así como interesantes y seguras perspectivas de

exportación directa e indirecta si se cuenta con suficiente ABS de calidad y

grados competitivos internacionalmente. La producción nacional de este mate-

rial a la fecha, ha presentado deficiencias y limitaciones en los tipos o

grados que se pueden producir. Existe un proyecto para producir 20,000 tons

de ABS en Altamira con muy buenas perspectivas de éxito.

1 p 1

1

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1 1

- - - — — — —

LIAJIINA N 2 IV TERIIOPLASTICOS MAS USADOS EN MEXICO

CONSUMO APARENTE MILES JONS

197 0 INSTALADA 1 9 8 1 19 8 2 CAPACIDAD

RESINAS VINILICAS 35.8 1149,3 139,2 286 (HoMo Y COPOLÍMEROS)

POLIETILENO B,D. 51.2 256. 14 261,2 93 (REAL)

POLIETILENO A.D, 114,7 101.8 120.2 100 (NoMINAL)

POLIPOPILEN0 8.9 101.7 76.0 -

POLIESTIRENO 17.7 62.0 60.0 77

PS EXPANSIBLE 2.3 175 14.6 32

ABS 1.0 9.6 9.2 10

SAN 0.1 2.5 2.0 ?

SUBTOTAL ESTIRENICAS 21.1 91.6 85.8 - 119

T O T A L 131.7 710.8 682. 14 598

FUENTE: S0cIETY OF PLASTICS IND. REPORTE 1982 INFOTEC RESINAS SINTÉTICAS EN í1XICO 1970 - 1985

ha

IV. ESQUEMA ACTUAL Y PERSPECTIVAS INMEDIATAS.

1. Resinas Vinílicas (PVC)

Como ya se indicó, existe actualmente una capacidad excedente de 140,000

tons (50% de la capacidad) y por lo tanto, no se contempla ninguna expan-

sión en los próximos 5 a 10 años.

Puede decirse que estas resinas constituyen el termoplástico que ha al-

canzado el mayor desarrollo tecnológico en M€xico, ya que las plantas en

r operación utilizan tecnología muy moderna y produciendo resinas tanto de

suspensión como por el procedimiento de PVC-masa de excelente calidad y

cubriendo prácticamente todos los tipos o grados de resma conocidas mun-

dialmente.

Del total de capacidad instalada (286,000 tons), entre cinco productores

(10 plantas) la produccion se distribuye como sigue:

CAPACIDAD PLANTAS TON/AÑO UNIDADES DE PRODUCCION

u Resinas de Suspensión 246,000 7

PVC - Masa 30,000 1

Emulsión 10,000 2

286,000

10

Las resinas de suspensión son las ms aceptadas y utilizadas mundialmente, u

sin embargo, presentan actualmente el problema de requerir grandes inver-

siones y grandes capacidades para aprovechar la Tecnología de grandes

reactores que logra disminuir la inversión por unidad de capacidad ms- talada. Esto agravado por los problemas discutidos anteriormente para

controlar el monómero y el tratamiento de efluentes.

El PVC-masa que en Móxico participa en un 10% de la capacidad (y quizá

5% a nivel mundial), logra:

L - Excelentes propiedades (porosidad, tamaño y forma de partícula) siendo

1

1.

1? muy competitivas con las resinas de suspensión de aplicaciones flexi-

bles y especialmente en PVC rígido.

u - Mayor productividad por unidad de volumen de reactor.

- Inversión por unidad de capacidad instalada mucho menor.

- Muy buen control de emisiones del cloruro de vinilo del proceso de

producción, así como recuperación casi total del monómero no reaccio-

nado y del monómero residual en la resma, logrando esto en el mismo

reactor de polimerización.

u - No hay efluentes líquidos.

Estimaciones sobre la inversión requerida, hechos en 1983, considerando

condiciones equivalentes de infraestructura, aunque de exactitud relati-

va, da una idea razonable sobre la inversión requerida en ambos casos:

L CAPACIDAD IWERSI0N REQUERIDA

T0NS/A0 DLLS/KG CAPACIDAD PVC-MASA SUSPENSION

10,000 1.27 2.34

20,000 0.84 1.53

30,000

60,000

0.66

0.48

1.20

0.85

Esto, posiblemente atraiga ms en el futuro la atención de los producto-

res de PVC.

En cuanto a las resinas de emulsión, ya se ha indicado anteriormente, que

su producción ha quedado limitada debido a su alto costo de producción; y

por la misma razón, la tecnología de procesado y moldeo ha favorecido a

las resinas de suspensión y PVC-masa.

1 1

2. Poliestireno.

La producción de este grupo de polímeros, también ha alcanzado un buen

• grado de desarrollo tecnológico, lográndose producir en Móxico resinas

de alta calidad y cubriendo practicamente la gama de poliestirenos cono-

cidos mundialmente incluyendo:

- Grados cristal o de uso general de fluidóz standard, alta fluidz y

resistentes a la temperatura.

- Grados de medio y alto impacto de alta fluidóz y resistentes a la tem-

peratura para moldeo por inyección y grados de extrusión.

El costo de producción de estas resinas es apenas competitivo (0.55 a 0.60

dlls/kg), lo cual se debe a la capacidad de las plantas instaladas (22,000

a 24,000 tons anuales) que no permiten aprovechar la economía de escala de

reactores de gran volumen (120 o más m 3 ) en el proceso de suspensión, ni

las plantas de alta capacidad del proceso continuo de polimerización en

masa.

Las tecnologías que compiten en la producción de poliestireno son ahora:

el proceso de suspensión utilizando los reactores más grandes posibles y

el proceso continuo de polimerización en masa.

Nuevamente en este caso, el proceso de polimerización continua requiere

una inversión significativamente menor que el proceso de suspensión. Pero

las plantas de suspensión son mucho más flexibles o versátiles para la pro

ducci.ón de los diferentes grados o tipos de polímeros básicos, aun en

corridas más o menos pequeías (50 a 100 toneladas por corrida). Además,

las plantas de suspensión para poliestireno, tiene un menor problema en el

control del monómero estireno y del tratamiento de cf luentes.

El orden de magnitud de las inversiones requeridas en este caso, ha sido

estimada en condiciones equivalentes para ambos procesos y con un grado

de exactitud razonable:

Nw

1

L 1

r INVERSION REQUERIDA DLLS/KG CAPACIDAD

CAPACIDAD SUSPENSION MASA CONTINUA

UI

10,000 1.27 0.86

20,000 1.0 0.68

30,000 0.8 0.53

Es difícil en este caso, decidir cual es la tecnología ms conveniente, lo

cual depende básicamente de la estructura del mercado.

La masa continua es mas adecuada, con mejor rentabilidad y menor costo si

se puede producir un solo grado de PS en grandes cantidades (digamos 30

días o mas) sin cambios, ya que un cambio implica tiempo muerto y la pro-

ducción de una cantídad importante de material fuera de especificaciones

(1 a 2 días para efectuar un cambio).

Las plantas de suspensión mas versátiles pueden cambiar de grado o tipo,

con mínimo de tiempo muerto (6 a 8 horas para limpieza) y prácticamente

sin producir materiales fuera de especificación. Además las plantas de U

suspensión logran poliestirenos cristal de mejor calidad y los polímeros

injertados con polibutadieno para la producción de poliestirenos de medio

y alto impacto; compiten miy satisfactoriamente con los obtenidos por ma-

sa continua.

Todos los productores tienen acceso a ambas tecnologías en condiciones

razonables, queda pues, a juicio de cada uno, la ruta que debe seguir pa- 1

ra su expansión.

U El poliestireno expandíble, se produce actualmente a partir de perlas de

alto peso molecular producidas por suspensión e impregnadas con un neuma-

tógeno (pentano en proporción de 6 a 9) logrando espumas de poliestireno

de 10 a 25 Kg/m3 en bloques yde3üa 60 Kg/m3 para formas moldeadas y en-

vases desechables.

Una planta de EPS de 10,000 tons/año tiene un costo aproximado de 10 - 12 U

millones de dólares, aplicándose con bastante precisión la regla de la

iwa

r potencia 0.6, para estimar la inversión requerida a otras capacidades.

Las espumas obtenidas por extrusión directa adicionando un neumatógeno

(freon) a la masa fundida en la misma extrusora, ha encontrado aplicacio-

nes limitadas a casos de espumas de alta densidad (50 a 70 Kg/m3 ) y aque-

llos casos en que la forma final puede obtenerse de una placa o lámina

extruida, con espesores limitados aproximadamente de 1 a 5 mm.

3. ABS.

Son pocas las tecnologías disponibles en el mundo para la producción de

estos polímeros. Puede decirse que esta producción la dominan principal-

mente dos productores en EEUU, dos en Alemania y dos en Japón.

De análisis efectuados recientemente las tecnologías más económicas tanto

por la inversión requerida como por el costo de la tecnología (regalías),

son los Estado Unidenses, ademas de que estos productores tienen una gama

r mucho más amplia de productos, una penetración mucho mayor del mercado y

sus aplicaciones, que requiere dominio y experiencia en la ingeniería de

procesado y la ingeniería de producto que demanda su uso como plástico de

ingeniería.

La inversión requerida para construir una planta de ABS a partir de buta-

dieno, estireno y acrilonitrilo es aproximadamente de:

CAPACIDAD DLLS/KG CAPACIDAD

10,000

3.6

20,000

2.5

30,000

1.9

60,000

1.25

El ABS presenta una oportunidad para México, un escalón importante, para

penetrar en la tecnología más sofisticada, de producción y aplicación de

- los plásticos de ingeniería.

1 1

in

r, Este material presenta un amplio campo de desarrollo, tanto en el territo-

no nacional, como en el internacional, logrando exportar tanto polímeros

como productos terminados, que a la fecha no es posible lograr.

1

De aquí la necesidad de incorporar a la producción nacional, una planta

capaz de cumplir con los requisitos de calidad y gama de productos que

satisfagan estos parámetros de desarrollo.

4. Materias Primas. km

• Los polímeros aquí considerados, se producen a partir de los llamados mo-

nómeros, que actualmente se producen a partir de derivados del petróleo y

gas natural y constituyen un importante sector de la petroquímica básica.

Los productos petroquímicos básicos que se requieren para la producción

de los diferentes monómeros y polímeros considerados son: el etileno,

propileno, butadieno y los hidrocarburos aromaticos (benceno, tolueno y

xilenos).

De estos productos el etileno constituye un recurso muy importante para

Móxico, por una situación ónica muy ventajosa que se ha dado en este país.

L En general, en el mundo el etileno se obtiene por desintegración del pro-

pano o butano (obtenidos del gas natural); y por pirólisis o desintegra-

L ción de naftas o gasoleo (cuando no se cuenta con gas natural) dando ren-

dimientos de 40 a 42% en el caso del probano y butano y solo de 31% de

naftas y 23 - 26 de gasoleo.

En México el gas natural contiene etano en cantidad sufici.ente, que per-

mite su separación en plantas criogónicas. La deshidrogenación del eta-

no produce etileno con rendimientos de 80% y por lo tanto su producción

resulta mucho ms económica que a partir de las otras materias primas:

La tecnología e ingeniería de estas plantas, fue desarrollada en México,

por el Instituto Mexicano del Petróleo y Pemex.

Aprovechando esta circunstancia, se cuenta actualmente con una capacidad

u-,

instalada de mas de 900,000 tons/anuales, incluyendo la nueva planta de

Cangrejera de 500,000 tons/anuales, que coloca a México en una posición

muy ventajosa en la producción de etileno y sus derivados. Se tiene en

construcción otra planta de igual capacidad en el complejo Morelos y es-

tán en proyecto otras dos plantas siilares en los complejos de Dos Bocas

y Laguna de Ostión.

La calidad y composición de los crudos que se eftraen en el Istmo, han

permitido instalar plantas de gran capacidad para la producción de naf-

tas e hidrocarburos aromáticos en Cangrejera que sumadas a la producción

de Minatitlán da una capacidad anual de aproximadamente 1.3 millones de

toneladas de aromáticos. Se tienen en proyecto otras plantas en Laguna

de Ostión que producirán 1,000 tons/año de estos hidrocarburos, que sa-

tisfaran adecuadamente la demanda nacional.

El propileno se obtiene actualmente como subproducto de las siete plantas

catálicas en operación con una capacidad técnica de 324,000 tons, pero

recuperándose solamente un 50, lo cual resulta insuficiente para cubrir

la demanda nacional. Se tiene en proyecto una planta de 100,000 tons por

, deshidrogenación del propano, (tecnología nueva), que de resultar positi-

va, resolvería el problema de disponibilidad de esta olefina. Esta es

- una de las razones que ha impedido la producción de pollipropileno.

El butadieno, es el caso más difícil, ya que la planta de Cd. Madero no ha

[ podido operar satisfactoriamente, dependiendo de importaciones para cubrir

la demanda actual que alcanza ya un nivel de 80,000 tons y que se espera

aumente a 120,000 t/a en 1990. Este proyecto (en ingeniería) una planta

de 100,000 t/a en el complejo Morelos, que ayudará a aliviar esta situación.

En cuanto a la producción de los monómeros cloruro de vinilo, estireno y

acrilonitrilo, ha sido insuficiente hasta la fecha, para cubrir la deman-

da nacional.

El problema del estireno queda resuelto con el arranque de la planta de

Cangrejera de 150,000 t/a y la demanda futura cubierta por un proyecto de

una planta similar en la Laguna de Ostión. La demanda actual de este

Km

-

monómero es de 117,000 t/a esperando que aumente a mas de 200,000 t/a en

1 1990.

La producción de cloruro ha sido deficitaria (50% de la demanda) (25% de

la capacidad instalada de PVC), situación que se resolverá con la planta

en proyecto de 300,000 t/a en Laguna de Ostión, pero hasta que esto ocurra

se tendrá que depender de importaciones para mantener en operación las

plantas de PVC

A pesar de los problemas que se han anotado, la perspectiva futura apare-

ce favorable, especíalmente por contar con recursos como el etileno y los

aromáticos, que permitirán un desarrollo sano y econmico de la industria

de los polímeros termoplásticos.

L t E

1 'e

a u u E u u

V. CONSIDERACIONES FINALES.

r ., Puede decirse que la produccion de polimeros termoplasticos en Mexico ha al-

- canzado un nivel de desarrollo tecnológico muy satisfactorio, ya que las plan-

tas en operación y los proyectos considerados, están basadas en tecnologías

modernas y actualizadas, produciendo resinas de calidad competitiva interna-

cionalmente. Ya se ha logrado exportar cantidades sigrificativas de PVC y

poliestireno, inclusive a países desarrollados (EEUU), con muy buena acepta-

ción.

Se cuenta con una capacidad técnica suficiente y adecuada para permitir un

dinámico desarrollo de esta industria en el futuro, como ha sido especialmente

los últimos 14 años. Existe un grupo bastante numeroso de técnicas e ingenie-

ros con muy buena experiencia en este campo, ya que han resuelto innumerables

problemas a lo largo de 34 años de desarrollo de esta industria, poniendo

siempre un gran interés y entusiasmo para lograrlos.

Igualmente puede decirse de la industria de procesado, moldeo y transformación

de plástico, que cuenta con unidades modernas y de alta capacidad, con las li-

mitaciones que impone la estructura del mercado en Móxico y los volumenes de

consumo, que aun son modestos, comparados con los países desarrollados pero

alcanzando un nivel que como se indicó anteriormente, puede lograr en muchos

casos productos finales de calidad y costo competitivos internacionalmente.

Pero el intenso esfuerzo desarrollado hasta la fecha no es suficiente. Debe

continuarse,porque lo que queda por hacer es más complejo y más diverso.

Los termoplásticos pueden resolver importantes problemas en México, incluyen-

do por ejemplo, una posible notable mejoría de la producción agrícola, utili-

zando las técnicas desarrolladas en la nueva disciplina llamada Agroplásti-

Lcos 11.

Por otro lado, resulta necesario el desarrollar un mercado de exportación, que

L será mas factible, si se logra integrar la petroquímica básica.

L Para lograr este desarrollo futuro, debemos tener fe, una fe que correcta o

71

1.

1

km incorrectamente puede llamarse pragmática. Es decir, tener una confianza ra-

• zonable en nosotros mismos y basados en la experiencia positiva adquirida,

apoyar en todo lo posible este esfuerzo, y así inyectar entusiasmo y optimis-

mo a nuestro país, que tanto lo necesita.

Los avances y desarrollos tecnológicos que se presentan en el mundo, cada vez

mas avanzados y ms sofisticados, nos obligarán a continuar nuestra capacita-

ción,para determinar la ruta ms adecuada que México debe seguir.

Ya ha llegado el momento de empezar a considerar los nuevos plásticos de inge-

mi

empezando por el ABS y algunas aplicaciones que se hacen, por ejemplo,

de los policarbonatos, polifenilenos y otros materiales de mayor resistencia

mecánica, y térmica que los polímeros convencionales que ya se producen en

México.

También pensamos que ha llegado el momento de iniciar un esfuerzo formal de

investigación y desarrollo de nuevos materiales y nuevas aplicaciones, espe-

r cialmente adaptadas a resolver los problemas nacionales y aprovechar mejor

los recursos naturales del país.

It

La producción de polímeros, ofrece una amplia oportunidad para lograr que se

produzcan en México muchos aditivos e ingredientes que se utilizan en su fa-

bricación y que aun se importan, por no aparecer posible o económico su pro-

ducción.

r Ya hay un esfuerzo inicial en este sentido hecho por varias universidades,

r institutos y varias empresas. Hace falta una mayor coordinación y comunica- L ción entre estos grupos para lograr un esfuerzo de investigación,ms efectivo.

También hace falta recursos económicos para lograrlo, pero dada la importan-

cia de esta industria pensamos que es posible la asignación de fondos suficien

tes para apoyar este esfuerzo.

No se trata de desarrollar tecnología que nos haga totalmente independientes,

ya que esto no lo ha hecho ningún país, y menos ninguna empresa.

Ms bien se trata de lograr desarrollos y contribuciones significativos en el

1

1,7

MI

campo de los polímeros, su producción y su procesado, así como el diseño y

prueba de productos finales; que permita un mayor intercambio de información

y tecnología con otros países y las numerosas empresas internacionales, en

condiciones más favorables.

México ya tiene un prestigio en el campo de los polímeros. Se tienen exce-

lentes relaciones con varios países y con numerosas empresas líderes en este

campo.

Esto debe cultivarse para sacar más y mejores frutos que benefician a nuestro

país y que haga que Móxico contribuya en un mayor grado, más significativo; en

- el concierto mundial de los polímeros.

u Esta tarea debe cumplirse en los próximos veinte años.

Pensamos, más bien dicho, estamos segm-os que se podrá cumplir.

1 1 u 10 H

• 1 1 r • •

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POLIETILENO B. D. POLIETIENO A. D.

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1 POLIPROPILENO ATACTICci POLIPROPILENO ORDENADO

17

1 r

DESARROLLO DE LOS POLIMEROS TERMOPLASTICOS EN MEXICO

u • b

ANEXO ¡ L Trabajo presentado por el Ing. Jorge Noé Martínez G.

en ocasión de su ingreso a la It Academia Mexicana de

Ingeniería 11 como:

Acadómico de Nómero de la Comisión de Especialidad de

Ingeniería Química.

1

Marzo 8, 1984

•

áÑ

LOS POLIMEROS TERMOPLASTICOS EN EL M[JNDO

Los polímeros síntticos en general y en particular los terrnoplsticos son ma-

teriales relativamente jóvenes, ya que ésta producción industrial, comerciali-

zación y utilización practica se inició en la década de los años 30 un poco

antes de la Segunda Guerra Mundial.

Fue en 1930 cuando Wallace Carother de Dupont, descubrio un medio de producir

polímeros por condensación que producía polimolculas cuya orientación po-

día controlarse con suficiente precisión. Esto dió origen a la producción de

poliamidas, poliesteres (como el Nylon, Dacrón y Mylar) que han encontrado su

L

aplicación principal en fibras sintéticas y algunas películas especiales. 1am-

bin los polioretanos se originaron en esta ocasión.

En los primeros años de esta década los termoplásticos que se conocían eran

los celulósicas: (nitrato de celulosa o piroxilina, iniciándose la producción

de acetato de celulosa y la celulosa regenerada, conocidos como celuloide y

celofán (película); y las resinas fenólicas (conocidas como Bakelítas), mate-

rial termofijo, que ya se usaba para fabricar teléfonos, interruptores y arran

cadores eictricos y otros eléctricos.

Durante los años 1936 - 1938, se inició en Alemania y EEUU la producción de

los homopolímeros de Poli-cloruro de vinilo (PVC) y de poliestireno (PS) cris-

tal, ahora llamado de propósito general.

L Las primeras resinas de poli-cloruro de vinilo (PVC) fueron producidas por el

método de suspensión, dando un polvo de tamaño de partícula más o menos fina

y de una calidad que ahora se consideraría deficiente.

Simultáneamente a la polimerización del cloruro de vinilo, se desarrollaron

técnicas preliminares de plastificación y estabilización térmica de las resi-

[ nas de PVC, así como los materiales adecuados para lograrlo (esteres de baja

volatilidad corno el ftalato de di-etil-hexilo como plastificantes; y sales

basicas de plomo o combinaciones de sales o jabones de Ba-Cd como estabiliza-

dores t&micos). Las resinas puras de PVC presentaban series problemas para

su procesado, moldeo y formado ya que al calentarse al estado de "masa fundida",

H iuir# "

necesario para su moldeo a temperaturas de 150 - 180 °C, se degradaban térmi-

____ camente, perdiendo sus propiedades mecánicas (resistencia a la tensión, elon-

gación) y con un intenso desprendimiento de HC1 (cloruro de hidrógeno).

Por este motivo las primeras aplicaciones del PVC, fue en su forma flexible

o plastificada, utilizando técnicas de formado o moldeo, usadas hasta enton-

! -- ces por la industria hulera (mezcladores internos o 11 banburys 11 , molinos de

i rodillos, calandrias o laminadoras de rodillos y extrusoras), hubo que adap-

________

tarlas a la necesidad de manejar el PVC flexible a temperaturas de 140-160°C.

Durante la Segunda Guerra Mundial el PVC flexiblx experimento un desarrollo

intensivo, sustituyendo al hule, inclusive el sintético, en muchas aplicacio-

______ nes como: aislamiento de cables, telas recubiertas para impermeables y lonas

protectoras y mangueras, ya que el hule se destinaba a la producción de llan-

tas. con esto se simplificó la producción de estos materiales ya que elimi-

naba la vulcanización.

» En esos mismos años, se inició la producción de Poliestireno por métodos de

polimerización intermitente en masa, obteniéndose bloques o cubos más o menos

grandes que había que moler (en molino de martillos) para obtener un material

granular que podía moldearse con facilidad y pigmentarse, en las primítivas

inyectoras a pistón ya usadas para el moldeo del acetato de celulosa, a tempe-

raturas de 190 - 120 °C. Se obtenían productos rígidos, brillantes, transpa-

rentes u opacos y posibilidades de pigmentación en casi cualquier color, ade-

más ligeros (densidad relativa de 1.05). Esto especialmente durante la guerra

permitió sustituir materiales estratégicos escasos como: metales, vidrio, ma-

dera, en muchas aplicaciones.

El proceso original para producir polieti[eno fue desarrollado en Inglaterra

por la Imperial Chemical Industries (Id) en 1938 - 1940. En los EEUU, Unión

Carbide y Dupont iniciaron su producción en 1943 bajo licencia de la ICI.

Al principio, durante la Segunda Guerra Mundial, las aplicaciones del polieti-

leno eran muy limitadas. En 1946 la producción de EEUU fue aproximadamente de

6,000 tons. Este polietileno, conocido ahora como polietileno de baja densi-

1

1yI I•. ir

u'

u II :1 II i

I.. i

H I

tIIdi1

1 dad (0.91 - 0.92), atáctico, se producía en un reactor continuo a partir, de

etileno gaseoso a altas presiones (1,000 a 2,000 Atm) y temperaturas de 150

a 300 °C, obteniéndose polímeros de distintos pesos moleculares, cubriendo un

intervalo limitado de densidades e índices de fluidz (Melt Index), que son

las características principales de este material. Aun con estas limitaciones,

¡ en 1950 su producción en EEUU se incrementó a 24,000 tons y en 1957 ya había

nueve productores en EEUU; y varios en Europa, alcanzando un nivel de produc-

ción de más de 300,000 tons/año. Este polietileno fue el primero que alcanzó

lo que se llama en EEUU: un consumo de 1 billon de libras (453,600 tons), an

tes de 1960.

Lo narrado hasta este momento, puede considerarse la primera etapa de desa-

rroilo de la producción y utilización de los polímeros termoplásticos.

En 1957, ya se había logrado un progreso significativo en los procesos de pro-

ducción, un mejor conocimiento y entendimiento de la polimerización obenin-

dose: una mejor productividad, un adecuado control de calidad y una gama más

amplia de polímeros que permitía escoger el tipo más adecuado para cada apli-

cación y para cada tipo de moldeo o procesado. Sin embargo, las plantas ins-

taladas en esa fecha eran del orden de 20,000 a 30,000 tons/año. e Simultaneamente en la década de 1947 - 1957, se desarrollaron y se empezaron

a producir máquinas diseñadas especialmente para el procesado y moldeo de ter-

moplásticos siendo las más importantes:

Inyectoras con tornillo o gusano retractil que permite una plastificación

más homogenea del material (masa fundida o "melt"), usando el mismo gusa-

no como émbol.o para la inyección a un molde frío y con un control más pre-

ciso de: las temperaturas, presiones y fricciones (desgarramiento o "shear")

a que se somete el material y logrando también un mayor control de las pro-

piedades en la pieza final moldeada.

Extrusoras.

El concepto de las extrusoras o tubuladoras usadas en la industria hulera

cambia radicalmente, usando gusanos de mayor longitud (en esa fecha hasta

16D), profundidad y paso de espiras, usando el principio de compresión del

1 H

Km

material e incremento de la rapidz de desgarramiento (shearTI) al avanzar

el material en el gusano, logrando así una 11 masa fundida más homogónea

y uniforme para formar el material forzando su paso por un dado para ser

formado a: Perfiles, láminas, películas y tubos; con un mejor control. di-

mensional y de las propiedades o características de los productores ex-

truídos.

Calandrias o laminadoras de rodillos, de 4 rodillos (en hule se usaban 3),

en o en 'Z", calentados con sistemas hidráulicos a presión o con flui-

dos térmicos, disminuyendo a un mínimo de 2 6 3 °C el gradiente de tempera-

tura en la superficie de los rodillos, los cuales tienen una curvatura en

el sentido longitudinal, o con cruzamiento de ejes para compensar las dife-

rencias de espesor de las láminas o películas que se genera en este tipo

de lámina

Técnicas y máquinas de soplado para producción por un lado, de películas

a partir de un tubo extruido; y por el otro de botellas, recipientes garra-

fones y tambores.

Técnicas y máquinas de formado al vacío o termoformado a partir de una ho-

ja o lámina.

En esta dcada de los 50 1 s por métodos pragmáticos, basados en métodos esta-

dísticos de Diseño de Experimentos (factoriales, cajas Boxonianas) se llegó a

L determinar las condiciones óptimas de procesado, moldeo o formado de estos ma-

teriales; entendiendo que las propiedades o características de las piezas fina-

les depende de dos conjuntos o grupos de factores.

Las propiedades intrínsecas y las características reológicas del polímero,

o mejor dicho de los compuestos (con diferentes ingredientes usadas para

facilitar el procesado o para proteger los polímeros contra degradación

térmica o química o para dar propiedades específicas a los productos fina-

les).

Las características de las máquinas o herramientas usadas, así como las

condiciones de operación del moldeo o formado, principalmente: temperaturas, k

117-

presiones, rapidz de flujo, intensidad de desgarramiento (shear) y la

11 orientación 11 que se genere en el moldeo o formado; o que se introduzca

a propósito (por estiramiento por ejemplo).

Los termoplásticos en estado sólido a temperatura ambiente (abajo de la tem-

peratura de transición vitrea, Tg) demuestran un comportamiento elástico; en

tanto que en estado de masa fundida (arriba de la Tg) muestra un compor-

tamiento visco-elástico, normalmente II Pseudo-Plástico", algunos materiales

de carácter tixotrópico y otros con carácter Dilatante o reopctico.

• En ósta misma dócada, se avanzó algo en el conocimiento de la morfología de

los polímeros (composición, estructura molecular y miscelar) y en la medición

de las características reológicas a distintas temperaturas e intensidad de

desgarramiento (TshearI) utilizando el reómetro capilar. Como sucedió en la

mayoría de las ciencias, Ingeniería en sus diversas disciplinas, la electróni-

ca, la computación, la disponibilidad de nuevos instrumentos y técnicas de

medición (de mucho mayor precisión) basados en la electrónica y la teoría ató-

mica moderna (mecánica cuantica moderna), los descubrimientos y desarrollos

en la producción, moldeo y formado y utilización de los polímeros termoplásti-

pi cos, se presentaron en forma acelerada, en los aíos 60's y más aón en los aflos

70's y hasta la fecha. La rapidóz y variedad de los eventos y desarrollos,

hace difícil su descripción o relato, considerando además que varios eventos

se presentaron en forma simultánea o paralela.

L Por esta razón y por limitaciones de tiempo y espacio, se presenta en esta

ocasión un resumen de los eventos o hechos más relevantes en relación a los 1' Polímeros Termoplásticos.

En 1955 ya se visualizaba una amplia utilización de los Termoplásticos en una

gran variedad de aplicaciones y se observaba la necesidad de tener polímeros

con mejores propiedades, particularmente

flexión), sión, resistencia a

resistencia mecánica (impacto, ten-

la degradación tnnica en el procesado y a la

temperatura en su uso final, así como resistencia a la luz (ultravioleta), al u

intemperismo y su resistencia quimica por ataque de distintos productos (resis-

tencia ambiental).

1

id

1

179

La investigación se intensificó en EEUU, tanto como en Europa y Japón. Las

compañías químicas y petroleras fueron los principales autores de estos desa-

L rrollos, apoyados en la investigación básica de las universidades e institu-

tos de investigación; tanto en los procesos y técnicas de polimerización, nue-

vos tipos de polímeros, como en tócnicas de procesado y moldeo.

De los Termopisticos principales considerados en esta discusuón puede decir-

se lo siguiente:

1. Resinas de Poli-cioruro de vinilo (PVC).

En 1955 se producían tres tipos de Resinas de PVC.

u Por suspensión. Resinas de distintos pesos moleculares, utilizadas

para procesado en seco (masas fundidas); o sea para los procesos de:

extrusión, calandreo y moldeo por inyección, tanto de PVC-fIexible,

como de PVC rigido. Los reactores utilizados eran de 3.7 a 14 m3 .

En los mismos reactores o unidades se producían tainbión copolímeros

con 5% de acetato de vinilo, usados principalmente para discos-fono-

grificos y algunas losetas vinílicas.

Resinas PVC tipo pasta o plastisoles.

Producidas por emulsión logrando partículas coloidales de 1 a 4 mi-

crones que mezcladas con plastificantes, forman pastas o plastisol.es

que se pueden extender sobre telas (u otros materiales) o por siste-

mas de centrifugación o rotacionales en un molde, logrando su gelifi-

cación en un horno o calentando el moldeo, sin utilizar técnicas ba-

• sadas en fricción (como las resinas de suspensión).

Los reactores también eran intermitentes de la misma capacidad volu-

métrica (3.7 a 14 m3 ).

Resinas de Solucion.

to La polimerización se efectuaba en un solvente en reactores intermiten-

tes.

LI

Estas resinas se han considerado especialidades, de aplicación en

:

pinturas y adhesivos, ya que se lograban copolímeros con alto conte-

nido de Carboxilos (-COOH) e hidroxilos (-OH) que dan mayor adheren-

o cia a superficies.

Los desarrollos ms importantes en la producción de Resinas de PVC puede

decirse que son:

- Entendiendo mejor el mecanismo de polimerización, así como las propie-

dades y características requeridas en la resma (porosidad, tamaño de

partícula, peso molecular y polidispersidad), se han logrado sistemas

de suspensión ms eficientes y efectivos que permiten lograr resinas

de mucho mejor calidad.

Mejores sistemas de catalizadores, logrando reducir los ciclos de reac-

ción de 19 - 20 horas a 9 - 10 horas, con mejor control de la exotermi-

cidad de la reaccion.

- Lo anterior combinado con mejores sistemas de agitación y enfriamiento

del reactor permitió aumentar la relación (monómero/agua) de (1/1) has-

ta (1.5/1), logrando una mayor producción por carga (productividad), al

poder manejar suspensiones ms concentradas y, por lo tanto, ms visco-

sas.

- Al principio de los 60's, Japón inició lo que se llama Tecnología de

Reactores Grandes llegándose a usar reactores hasta de 150 m lo cual

redujo significativamente la inversión por unidad de capacidad instala-

da y orientada a grandes producciones.

- En resinas de pasta o plastisoles, se lograron desarrollos semejantes,

pero su producción se empezó a limitar debido a que su costo de produc-

ción y por lo tanto su precio resultaba mayor que las resinas de sus-

pensión, es por esto que perdían posición competitiva. Sin embargo,

aun se usan para recubrimiento de telas o materiales, pero ms para

moldeo rotacional y como aditivo para compuestos de PVC rígido.

u ¡

- Al principio de los óO's, la compafía francesa Pechiney St-Gobain, lo-

gró desarrollar un proceso llamado 11 PVC-MASA en el cual el monómero

cloruro de vinilo se polimeriza en dos etapas, totalmente en ausencia

u de agua.

Este proceso resulta en una inversión por unidad de capacidad instala-

da bastante menor ya que la resma se obtiene del, reactor en forma de

polvo, eliminando la necesidad de decantación (por centrífuga continua)

y secado, además de la recuperación del monómero del líquido de suspen-

sión, así como el. tratamiento de efluentes. El costo tanibín resulta

u menor.

- En los sistemas de suspensión y PVC masa se han logrado técnicas en la

formación del polímero, así como la limpieza de reactores que evitan

la formación de geles infusibles (utFish eyes") incluyendo los llamados it intrínsecos (cuando la partícula de polímero ocluye agua) que son

un problema en el procesado del polímero.

- Fianimente cuando se tuvo conciencia de que el cloruro de polivinilo,

es carcinogníco, hubo que hacer un gran esfuerzo y grandes inversiones

en todas las plantas de PVC para evitar escapes o fugas de monómero,

disminuir la concentración de C.V. en la atmósfera de las plantas, re-

ducir a un mínimo el monómero residual en la resma y el tratamiento de

efluentes para cumplir con los reglamentos gubernamentales en todo el

mundo que son sumamente estrictos.

2. Resinas Estírnicas.

Hasta 1955 se producía solamente poliestireno cristal en algunas variantes

(alta fluidz, resistente a la temperatura 90 - 91 0C). Este material aun-

que muy util, presentaba limitaciones: fragilidad, resistencia a la tem-

peratura limitada, resulta afectado por las grasas, especialmente las ve-

getales.

Para lograr eliminar estas limitaciones o deficiencias se desarrollaron

una serie de materiales y procesos de polimerización como sigue:

1

- En 1955 - 1956 se introdujo el procedimiento de suspensión (en agua)

• logrando mejores homopolímeros cristales con mejor color, mayor con-

trol del peso molecular y el monómero residual, menor polidispersidad

y mayor resistencia a la temperatura (mayor de 95 oc).

- contando con el proceso de suspensión fue posible producir polímeros

injertados con un hule sintético (al principio hules de estireno buta-

•dieno en 1956 y finalmente polibutadienos de solución en 1960) que me-

joran su resistencia al impacto hasta seis veces (índice de impacto

IZOD de 0.25 hasta 1.5) y su elasticidad (elongación a la ruptura de

2% hasta 40%), con lo cual se amplíó muchísimo el campo de aplicación

del poliestireno.

u Estos polímeros injertados son de una calidad muy superior a la mez-

clas físicas de poliestireno con hules.

- Con el mismo procediento de suspensión se lograron producir también

r (1958 - 1960) copolímeros homogeneos de estireno acrilonitrilo (SAN)

logrando un material con mucha resistenica química y ambiental, espe-

cialmente su resistencia a las grasas vegetales; y con resistencia al

L impacto mejor que la del poliestireno (IZOD de 0.4 - 0.6).

Aunque el SAN ha encontrado sus propias aplicaciones, su mayor uso y

virtud fue el dar la base para la producción de Resinas de ABS (acrilo-

L nitrilo - butadieno - estireno), ya que se utiliza para diluir concen-

trados de alto polibutadieno (injerto de polibutadieno con SAN), para

que por fusión mecánico-térmica se logran producirse ABS de distinta

resistenica al impacto y de mayor resistencia térmica.

- Las resinas de ABS se empezaron a producir en 1953, por sistemas de

emulsión partiendo de polibutadineo, que alimentado a un reactor, jun-

to con estireno y acrilonitrilo se logra en el mismo reactor:

- La copolimerización del estireno y acrilonitrilo formando un SAN ho-

niogéneo.

- El SAN parcialmente se injerta en el polibutadieno.

1

wql

1

De aquí pues que el ABS es una fase elástica de políbutadieno injerta-

da con SAN, disuelta y dispersa en una matriz rígida de SAN.

El ABS puede considerarse el primero o uno de los primeros plásticos

de Ingeniería logrando ampliar notablemente las aplicaciones de las

resinas estirnicas, en donde los requisitos de uso son mucho ms crí-

ticos.

r - Al final de los 60 1 s se introdujeron en Japón y en EEUU las primeras

plantas de polimerización en masa continua, aplicándose primero a

poliestireno cristal y también injertado con polibutadieno. Posterior

mente, una compañía en Japón patentó este proceso para producción de

- SAN, logrando un producto de excelente calidad.

Este proceso basado en tecnología de alta viscosidad logra disminuir

considerablemente la inversión por unidad de capacidad instalada, el

- consumo de energía, y por lo tanto el costo de producción, favorecien-

• do mé.s aón la producción de ABS.

Es conveniente aclarar aquí que en PVC, poliestireno y polietileno,

existe un gran nómero de compañías productoras.

En ABS, hay pocos productores en el mundo. Varias compañías han inten-

tado participar pero poco a poco han desistido debido no solo a los

problemas técnicos de producción, sino a los problemas de aplicación y

comercializacion.

u

El ABS es el Termoplástico de ingeniería ms desarrollado en el mundo

y con una participación muy importante en el futuro, especialmente en

aplicaciones a la industria automotríz, aparatos electrodomósticos,

electrónica, teléfonos y telecomunicaciones, radio, TV y otras mas.

3. Poliolefinas. a

El desarrollo de las poliolefinas incluyendo los polietilenos de baja y

alta densidad, así como el polipropill.eno, representa uno de los capítulos

E

kü

más interesantes en el conocimiento y entendimiento de los mecanismos de

polimerización, el control del peso molecular, la geometría molecular y

la producción de polímeros esteoespecíficos (de estructura molecular or-

o denada y controlada).

En el proceso original de alta presión (2,000 atm), usando catalizadores

generadores de radicales libres (peróxidos orgánicos), se obtienen polí-

meros de baja densidad (0.91 - 0.925), de estructura no lineal, o sea que

en la cadena lineal, se insertan en distintas posiciones, cadenas latera-

les o ramificaciones, que impedían que las polimolúculas se arreglaran en

paquetes cristalinos (50 a 60% cristalinidad), dándo polímeros más bien

flexibles, que aunque muy útiles para muchas aplicaciones (películas, en-

vases flexibles...) presentaban limitaciones para su uso, cuando se reque-

ría mayor rigídz.

Los descubrimientos de los Doctores Karl Ziegler en Alemania (1947), Giu-

ho Natta en Italia (1954); y los trabajos preliminares de Max Fi.sher en

Alemania (1943) y C.E. Schildrnecht en EEUU (1942), que utilizando cata-

hizadores metálicos y organometáhicos incluyendo:

Ilt

- Hidruros de Li-Al (Ziegler)

- Haluros de metales de transición como

ti C14 y Alquíl aluminio (Ziegler)

- Ti C13 y Alquil aluminio (Natta)

L - Oxido de cromo soportado en aluminia o silica (Phillips) - Oxido de molibdeno soportado en alumina (Standard oil)

Permitió el producir pohietilenos casi lineales de densidad 0.941 a 0.96

o más y cristahinidad de 80 - 95% con el sistema Ziegler; y hasta 100%

cristalinos usando el sistema Natta (Ti C13 y alquil aluminios) (ver lámi-

na NP 1) dándo polímeros más resistentes mecánicamente, con mayor resis-

tencia a la temperatura y con mayor rigidz, que ampliaron la aphicabili-

F í

dad de las poliolefinas.

La producción de pol.ietilenos de alta densidad (0.941 - 0.965) se inició

en los aíos 1954 - 1957, por la Montecatini de Italia (G. Natta) y Hércules

1-1

Powder Co. en EEUU, siguiendo la Phillips Petroieum con un proceso de pre-

sión media.

Ya en 1958 había 11 productores en EEUU y 5 6 6 en Europa, con plantas des-

de 2,500 a 23,000 tons/anuales y utilizando:

Capacidad en Toneladas %

Proceso Philiips 100,000 65.5

Proceso Ziegler 50,000 32.7

Otros (Allied) 2,500 1.8

152,500 100.00

u En 1957, cuando la producción de pol.ietileno de alta densidad apenas comen-

zaba, las compañías Hrcaler Powder y Montecatini, anunciaron independien-

temente la primera producción comercial de polipropileno, por procesos y

sistemas semejantes al PEAD, pero usando sistemas de catalizadores más es-

:

tereoespecíficos, así como condiciones de polimerización que produjeran

polipropilenos de un mayor ordenamiento molecular.

pl

(Sindiotáctico, ver lámina 1).

Es importante hacer notar que el desarrollo de estos materiales, implicó

la solución de muchos problemas, así como afrontar situaciones de riesgo;

haciendo inversiones considerables primero en investigacion y desarrollo

de los procesos industriales, y en instalar las primeras plantas, sin co-

nocer el potencial comercial de estos materiales, que ahora han llegado a

ser los termoplásticos de mayor consumo en el mundo.

Entre los problemas principales que hubo que resolver pueden mencionarse:

- La purificación de los polímeros para eliminar los residuos de catalí-

zadores.

- El diseño de reactores más adecuados para cada proceso.

- Lograr menor inversión por unidad de capacidad instalada.

- El desarrollo de un proceso industrial a partir de información de labo-

III

ratono y planta piloto.

rl L . Se requirieron de 3 a 5 años, en general, para lograr la producción indus-

trial, a partir de la adquisición de la lícencia básica, contando con pro-

gramas intensivos de desarrollo.

De los procesos originales tanto de alta presión (1,500 a 3,000 atm) para

producir polietilenos de baja densidad, como los de baja presión (sistema

Ziegler - Natta) y presión moderada (Phillips, con presiones hasta de 15

a 17 atm), que fueron licenciados a distintas compañías en EEUU, Europa

(principalmente Alemania e Italia) y posteriormente Japón, se desarrolla-

ron uiia gran variedad de procesos, ya que cada productor desarrolló su

propio proceso industrial, logrando cada uno una amplia variedad de polí-

meros y copolímeros que se desarrollaron para aplicaciones específicas.

La descripción detallada de todos estos procesos, así como los tipos de

polímeros y copolímeros que pueden producirse, quedan fuera del alcance

de este trabajo; pudindo decir que en general estas tecnologías son acce-

sibles y pueden ser adquiridas en condícones razonables, incluyendo los

nuevos tipos de polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) y los de alto

y super alto peso molecular y los polímeros y copolímeros de polipropileno.

1 1