Reporte de Estudios
GLOBAL PLASTIC S.A. DE C.V.
Envejecimiento Térmico y a la Luz UV de Películas de Polietileno con aditivo Oxodegradable.
Responsable: Dr. Roberto Benavides Cantú
Participantes: TLQ M. Concepción González Cantú
Saltillo Coahuila,
Antecedentes
La empresa Global Plastic S.A. de C.V. solicitó al CIQA una propuesta para estudiar el comportamiento de estabilidad al ambiente de una película de polietileno de baja densidad conteniendo un aditivo que promueve la degradabilidad de la resina:
El CIQA preparó la propuesta considerando los intereses de la empresa, donde se involucraba un proyecto que buscaba evaluar la degradación térmica y ultravioleta de una película de polietileno en condiciones ambientales y aceleradas, evaluando presencia de oxidación y resistencia a la tensión, para obtener una correlación de estas propiedades y estar en condiciones de predecir la vida útil de la película. Lo anterior involucraba 4 etapas: Degradación térmica, Degradación UV acelerada, Degradación ambiental y Correlaciones ambiental-acelerado. La empresa desarrollo las dos primeras etapas, las cuáles se desarrollaron mediante el siguiente trabajo experimental.
Metodología Experimental
a).- Degradación térmica.- Se cortaron piezas de películas, con y sin el aditivo, las cuáles se colocaron en una estufa de circulación de aire marca TMI, a una temperatura de 60 ± 2°C por un lapso de tiempo de 90 días. Se tomaron muestras cada 10 días, para evaluar 9 puntos más el blanco. Se tomaron fotografías a las muestras envejecidas, tanto térmica como fotoquímicamente.
b).- Degradación UV acelerada.- El tratamiento de luz UV se realizó en una cámara de intemperismo acelerado artificial de Q-Panel modelo QUV, siguiendo la norma ASTM D-4329. Para el presente estudió se utilizaron lámparas UVA-340 nm, con ciclos de UV/Condensación de 8/4 hrs a 60/50°C, durante 42 días. Se tomaron muestras cada 7 días para obtener un total de seis puntos más el blanco.
c).- Evaluación mecánica.- Las muestras tratadas, tanto en horno como en luz UV fueron evaluadas en su propiedad de resistencia a la tensión y elongación. El seguimiento de la propiedad se realizó en una máquina universal Instron modelo 4301, en base a la norma ASTM D-882 con una velocidad de prueba de 20 in/min y separación de mordazas de 1 in. Cada punto de evaluación consistió de 6 probetas y el resultado corresponde al promedio de las seis evaluaciones.
d).- Espectroscopia Infrarroja (FTIR).- la determinación de oxidación de las muestras se realizó en un espectrofotómetro infrarrojo con transformada de Fourier marca Nicolet modelo Magna 550, con 25 barridos a una resolución de 4 cm-1. Se calcularon los índices de carbonilos midiendo la altura de la banda de oxidación a 1714 cm-1 con respecto a una banda estable en 728 cm-1.
Resultados y Discusión
La Figura 1 nos muestra los resultados de las pruebas de tensión a la ruptura obtenidos para las muestras envejecidas térmicamente.
Figura 1.- Tensión a la ruptura para películas envejecidas térmicamente
Se observa que la muestra sin el aditivo (blanco) mantiene una fluctuación de valores con tal vez una pequeña caída secuencial de la propiedad durante el intervalo de tiempo evaluado, mientras que el polietileno con el aditivo se mantiene estable al principio y sufre una caída repentina a los 14 días de envejecimiento térmico, de tal manera que a los 48 días de tratamiento ya no fue posible continuar la evaluación de la propiedad por imposibilidad en el equipo para sostener la muestra.
Por otro lado, la máxima elongación obtenida para estas mismas muestras envejecidas térmicamente se observa en la Figura 2. La pérdida de la propiedad es mas notoria que la de la tensión a la ruptura, ya que la muestra conteniendo el aditivo presenta una pérdida total de esta propiedad a los 42 días de tratamiento térmico y el blanco no presenta cambios aparentes, solo fluctuación de resultados.
Figura 2.- Elongación máxima de películas envejecidas térmicamente.
Estas mismas muestras fueron evaluadas en su nivel de oxidación, la Figura 3 nos muestra los Índices de Carbonilo en las películas envejecidas térmicamente; donde se observa que la muestra sin el aditivo o muestra blanco, incrementa de manera apenas perceptible su nivel de oxidación en los 90 días de tratamiento térmico, mientras que la muestra conteniendo el aditivo Oxodegradable a los 14 días de envejecimiento térmico inicia su incremento intempestivo en su nivel de compuestos oxidados dentro de la película, llegando a niveles muy altos hasta donde los 48 días donde se decidió ya no continuar la evaluación por problemas para manipular las muestras.
Figura 3.- Indice de Carbonilos (1725/728 cm-1) para películas envejecidas térmicamente
Por otro lado, las mismas películas fueron envejecidas en una cámara de envejecimiento acelerado QUV con luz ultravioleta. La Figura 4 muestra los resultados de esfuerzo a la ruptura de las muestras tratadas bajo esta condición, donde se observa que la luz UV tiene un efecto importante en ambas películas, aunque es muy claro que la muestra sin aditivo (blanco) necesita 12 días de tratamiento para reducir su propiedad a la mitad, mientras que la adicionada con el aditivo necesita menos de 6 días para una caída similar.
Figura 4.- Tensión a la ruptura de películas envejecidas con luz UV
En la misma prueba se evaluó la deformación máxima obtenida por estas películas y la Figura 5 muestra los valores a lo largo del tratamiento aplicado. Se observa una estabilidad de la propiedad durante los primeros 4 días para la muestra blanco, para después caer secuencialmente hasta los 14 días evaluados. Por otro lado, la muestra conteniendo el aditivo Addiflex empieza a perder su propiedad a elongarse desde que inició el tratamiento con la luz ultravioleta, soportando solamente 7 días para perderla totalmente.
Figura 5.- Elongación máxima para películas envejecidas con luz UV
Estas mismas muestras también fueron evaluadas en su nivel de oxidación durante el tratamiento con luz ultravioleta; la Figura 6 nos muestras las tendencias observadas para el blanco y la muestra con el aditivo Oxodegradable. Se observa que mientras la muestra blanco (sin aditivo) incrementa de una manera secuencial su nivel de oxidación con respecto al tiempo de tratamiento, la muestra con el aditivo se mantiene estable tres días de tratamiento para después incrementar sus valores de una manera intempestiva, obteniéndose los máximos en solo 9 días. El comportamiento es prácticamente el mismo al observado durante el tratamiento térmico, con solo diferencias en los tiempos soportados por el material en ambos ambientes (calor y luz UV).
Figura 6.- Índice de Carbonilos (1725/728 cm-1) para películas envejecidas con luz UV
Las muestras también fueron revisadas a simple vista para evaluar la consistencia y coloración durante los tratamientos, en todos los casos, cuando la propiedad mecánica evaluada estaba a mas de la mitad de la inicial, el material era muy complicado para manipularse, por que se deshacía en las manos. Con respecto a la coloración, no se observaron cambios perceptibles, como se puede notar en las Figuras 7-10.
Figura 7.- Envejecimiento térmico para película sin aditivo
Figura 8.- Envejecimiento térmico para película con Aditivo Oxodegradable.
Figura 9.- Envejecimiento UV para película sin aditivo
Figura 10.- Envejecimiento UV para película con Aditivo Oxodegradable.
Conclusiones
La muestra de película de polietileno conteniendo el aditivo Oxodegradable, tratada térmica y fotoquímicamente con luz UV, inicia su proceso de pérdida de propiedades mecánicas a muy corto tiempo, con respecto a la muestra de película sin el aditivo: Lo mismo sucede con el contenido de oxidación de las películas, evaluando el índice de carbonilos mediante FTIR. Por otro lado, la coloración del material no es muy notoria durante el período de evaluación en este trabajo.
A t e n t a m e n t e
Dr. Roberto Benavides Cantú
Procesos de Transformación
Nota: el presente informe se refiere única y exclusivamente a las muestras de material proporcionado por la empresa Global Plastic. S.A. DE C.V