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¿Qué es el polipropileno (PP) y para qué se utiliza?

El polipropileno (PP) es un «polímero de adición» termoplástico hecho de la combinación de monómeros de propileno. Se utiliza en una variedad de aplicaciones que incluyen el envasado de productos de consumo, piezas de plástico para diversas industrias, incluyendo la industria del automóvil, dispositivos especiales como bisagras de vida, y los textiles. El polipropileno fue polimerizado por primera vez en 1951 por un par de científicos petroleros de Phillips llamados Paul Hogan y Robert Banks, y posteriormente por los científicos italianos y alemanes Natta y Rehn. Su protagonismo fue muy rápido, ya que la producción comercial comenzó apenas tres años después de que el químico italiano, el profesor Giulio Natta, lo polimerizara por primera vez. Natta perfeccionó y sintetizó la primera resina de polipropileno en España en 1954, y la capacidad del polipropileno para cristalizar creó mucha expectación. En 1957, su popularidad se disparó y comenzó la producción comercial generalizada en toda Europa. Hoy es uno de los plásticos más producidos en el mundo.

Prototipo de bisagra viva de polipropileno cortado por CNC de tapa segura para niños por Mecanismos Creativos

Según algunos informes, la actual demanda mundial del material genera un mercado anual de unos 45 millones de toneladas métricas y se estima que la demanda aumentará hasta aproximadamente 62 millones de toneladas métricas en 2020. Los principales usuarios finales del polipropileno son la industria de los envases, que consume alrededor del 30% del total, seguida de la fabricación de aparatos eléctricos y equipos, que utilizan alrededor del 13% cada una. Los electrodomésticos y la industria del automóvil consumen un 10% cada uno y los materiales de construcción le siguen con un 5% del mercado. El resto del consumo mundial de polipropileno corresponde a otras aplicaciones.

El polipropileno tiene una superficie relativamente resbaladiza que puede convertirlo en un posible sustituto de plásticos como el acetal (POM) en aplicaciones de baja fricción como los engranajes o para su uso como punto de contacto para los muebles. Quizás un aspecto negativo de esta cualidad es que puede ser difícil unir el polipropileno a otras superficies (es decir, no se adhiere bien a ciertas colas que funcionan bien con otros plásticos y a veces hay que soldar en caso de que se requiera formar una junta). Aunque el polipropileno es resbaladizo a nivel molecular, tiene un coeficiente de fricción relativamente alto, por lo que se utilizaría acetal, nylon o PTFE en su lugar. El polipropileno también tiene una baja densidad en relación con otros plásticos comunes, lo que se traduce en un ahorro de peso para los fabricantes y distribuidores de piezas de polipropileno moldeadas por inyección. Tiene una resistencia excepcional a temperatura ambiente a los disolventes orgánicos como las grasas, pero está sujeto a la oxidación a temperaturas más altas (un problema potencial durante el moldeo por inyección).

Una de las principales ventajas del Polipropileno es que puede ser fabricado (ya sea a través de CNC o moldeo por inyección, termoformado, o prensado) en una bisagra viva. Las bisagras vivas son piezas de plástico extremadamente finas que se doblan sin romperse (incluso en rangos extremos de movimiento cercanos a los 360 grados). No son especialmente útiles para aplicaciones estructurales, como sostener una puerta pesada, pero son excepcionalmente útiles para aplicaciones no portantes, como la tapa de una botella de ketchup o champú. El polipropileno es especialmente adecuado para las bisagras vivas porque no se rompe cuando se dobla repetidamente. Otra de las ventajas es que el polipropileno puede mecanizarse mediante CNC para incluir una bisagra viva, lo que permite un desarrollo más rápido de los prototipos y es menos costoso que otros métodos de creación de prototipos. Creative Mechanisms es único en nuestra capacidad de mecanizar bisagras vivas a partir de una sola pieza de polipropileno.

Otra ventaja del polipropileno es que puede copolimerizarse fácilmente (esencialmente combinado en un plástico compuesto) con otros polímeros como el polietileno. La copolimerización cambia significativamente las propiedades del material, permitiendo aplicaciones de ingeniería más robustas que las que son posibles con el polipropileno puro (más bien un plástico básico por sí mismo).

Las características mencionadas anteriormente y a continuación hacen que el polipropileno se utilice en una gran variedad de aplicaciones: platos, bandejas, vasos, etc. aptos para el lavavajillas, contenedores opacos para llevar y muchos juguetes.

¿Cuáles son las características del polipropileno?

Algunas de las propiedades más significativas del polipropileno son:

1. Resistencia química: Las bases y los ácidos diluidos no reaccionan fácilmente con el polipropileno, lo que lo convierte en una buena opción para los contenedores de este tipo de líquidos, como los agentes de limpieza, los productos de primeros auxilios, etc.
2. Elasticidad y resistencia: El polipropileno actuará con elasticidad en un cierto rango de flexión (como todos los materiales), pero también experimentará una deformación plástica al principio del proceso de deformación, por lo que generalmente se considera un material «resistente». La tenacidad es un término de ingeniería que se define como la capacidad de un material para deformarse (plásticamente, no elásticamente) sin romperse..
3. Resistencia a la fatiga: El polipropileno conserva su forma después de una gran cantidad de torsión, flexión, y/o flexión. Esta propiedad es especialmente valiosa para hacer bisagras vivas.
4. Aislamiento: el polipropileno tiene una resistencia muy alta a la electricidad y es muy útil para los componentes electrónicos.
5. Transmisividad: Aunque el polipropileno puede hacerse transparente, normalmente se produce para que su color sea naturalmente opaco. El polipropileno puede utilizarse para aplicaciones en las que es importante una cierta transferencia de luz o en las que tiene un valor estético. Si se desea una alta transmisividad, los plásticos como el acrílico o el policarbonato son mejores opciones.

El polipropileno se clasifica como un material «termoplástico» (a diferencia del «termoestable»), lo que tiene que ver con la forma en que el plástico responde al calor. Los materiales termoplásticos se vuelven líquidos en su punto de fusión (aproximadamente 130 grados Celsius en el caso del polipropileno). Una de las principales ventajas de los termoplásticos es que pueden calentarse hasta su punto de fusión, enfriarse y volverse a calentar sin sufrir una degradación significativa. En lugar de arder, los termoplásticos como el polipropileno se licúan, lo que permite moldearlos fácilmente por inyección y reciclarlos posteriormente. En cambio, los plásticos termoestables sólo pueden calentarse una vez (normalmente durante el proceso de moldeo por inyección). El primer calentamiento hace que los materiales termoestables se fijen (de forma similar a un epoxi de dos componentes), lo que provoca un cambio químico que no puede revertirse. Si se intentara calentar un plástico termoestable a una temperatura alta por segunda vez, simplemente se quemaría. Esta característica hace que los materiales termoestables sean malos candidatos para el reciclaje.

¿Por qué se utiliza tanto el polipropileno?

El polipropileno se utiliza tanto en aplicaciones domésticas como industriales. Sus propiedades únicas y su capacidad para adaptarse a diversas técnicas de fabricación lo hacen destacar como un material inestimable para una amplia gama de usos. Otra característica inestimable es la capacidad del polipropileno de funcionar como material plástico y como fibra (como esas bolsas promocionales que se regalan en eventos, carreras, etc.). La capacidad única del polipropileno para ser fabricado a través de diferentes métodos y en diferentes aplicaciones significó que pronto comenzó a desafiar a muchos de los antiguos materiales alternativos, especialmente en las industrias de envasado, fibra y moldeo por inyección. Su crecimiento ha sido sostenido a lo largo de los años y sigue siendo uno de los principales actores de la industria del plástico en todo el mundo.

En Creative Mechanisms, hemos utilizado el polipropileno en una serie de aplicaciones a través de una serie de industrias. Quizá el ejemplo más interesante sea nuestra capacidad de mecanizar el polipropileno por CNC para incluir una bisagra viva para el desarrollo de prototipos de bisagras vivas. El polipropileno es un material muy flexible y blando con un punto de fusión relativamente bajo. Estos factores han impedido que la mayoría de la gente pueda mecanizar adecuadamente el material. Se atasca. No se corta limpiamente. Empieza a derretirse con el calor del cortador CNC. Por lo general, hay que rasparlo para conseguir algo parecido a una superficie acabada. Pero hemos podido resolver este problema, lo que nos permite crear novedosos prototipos de bisagras vivas de polipropileno. Echa un vistazo al siguiente vídeo:

¿Cuáles son los diferentes tipos de polipropileno?

Hay dos tipos principales de polipropileno disponibles: homopolímeros y copolímeros. Los copolímeros se dividen a su vez en copolímeros en bloque y copolímeros aleatorios. Cada categoría se ajusta a ciertas aplicaciones mejor que las otras. El polipropileno suele llamarse el «acero» de la industria del plástico por las diversas formas en que puede modificarse o personalizarse para que sirva mejor a un propósito concreto. Esto se suele conseguir introduciendo aditivos especiales en él o fabricándolo de una manera muy particular. Esta adaptabilidad es una propiedad vital.

El polipropileno homopolímero es un grado de uso general. Se puede considerar como el estado por defecto del material de polipropileno. El polipropileno copolímero en bloque tiene unidades de comonómero dispuestas en bloques (es decir, en un patrón regular) y contienen entre un 5% y un 15% de etileno. El etileno mejora ciertas propiedades, como la resistencia al impacto, mientras que otros aditivos mejoran otras propiedades. El polipropileno copolímero aleatorio -a diferencia del polipropileno copolímero en bloque- tiene las unidades de comonómero dispuestas en patrones irregulares o aleatorios a lo largo de la molécula de polipropileno. Suelen incorporar entre un 1% y un 7% de etileno y se seleccionan para aplicaciones en las que se desea un producto más maleable y claro.

¿Cómo se fabrica el polipropileno?

El polipropileno, al igual que otros plásticos, suele comenzar con la destilación de combustibles de hidrocarburos en grupos más ligeros llamados «fracciones», algunos de los cuales se combinan con otros catalizadores para producir plásticos (normalmente a través de la polimerización o policondensación).

Polipropileno para el desarrollo de prototipos en máquinas CNC, impresoras 3D, & Máquinas de moldeo por inyección:

Polipropileno de impresión 3D:

El polipropileno no está fácilmente disponible en forma de filamento para la impresión 3D.

Mecanizado CNC de polipropileno:

El polipropileno se utiliza ampliamente como material de lámina para la fabricación de máquinas CNC. Cuando hacemos un prototipo de un pequeño número de piezas de polipropileno, normalmente las mecanizamos por CNC. El polipropileno se ha ganado la reputación de ser un material que no se puede mecanizar. Esto se debe a que tiene una baja temperatura de recocido, lo que significa que empieza a deformarse con el calor. Al ser un material muy blando en general, requiere un nivel de destreza extremadamente alto para ser cortado con precisión. Creative Mechanisms ha conseguido hacerlo con éxito. Nuestros equipos pueden utilizar una máquina CNC y cortar el polipropileno de forma limpia y con gran detalle. Además, somos capaces de crear bisagras vivas con polipropileno que tienen un grosor de tan solo 0,010 pulgadas. La fabricación de bisagras vivas es una tarea difícil en sí misma, lo que hace que el uso de un material difícil como el polipropileno sea aún más impresionante.

Polipropileno de moldeo por inyección:

El polipropileno es un plástico muy útil para el moldeo por inyección y suele estar disponible para este fin en forma de pellets. El polipropileno es fácil de moldear a pesar de su naturaleza semicristalina, y fluye muy bien debido a su baja viscosidad de fusión. Esta propiedad aumenta significativamente la velocidad a la que se puede llenar un molde con el material. La contracción en el polipropileno es de alrededor del 1-2%, pero puede variar en función de una serie de factores, como la presión de mantenimiento, el tiempo de mantenimiento, la temperatura de fusión, el grosor de la pared del molde, la temperatura del molde y el porcentaje y el tipo de aditivos.

Otros:

Además de las aplicaciones plásticas convencionales, el polipropileno también se presta a aplicaciones de fibra. Esto le da una gama aún más amplia de usos que van más allá del moldeo por inyección. Entre ellos se encuentran las cuerdas, las alfombras, la tapicería, la ropa y similares.

Imagen de AnimatedKnots.com

¿Cuáles son las ventajas del polipropileno?

1. El polipropileno es fácilmente disponible y relativamente barato.
2. El polipropileno tiene una alta resistencia a la flexión debido a su naturaleza semicristalina.
3. Polypropylene has a relatively slippery surface.
4. Polypropylene is very resistant to absorbing moisture.
5. Polypropylene has good chemical resistance over a wide range of bases and acids.
6. Polypropylene possesses good fatigue resistance.
7. Polypropylene has good impact strength.
8. Polypropylene is a good electrical insulator.

What are the Disadvantages of Polypropylene?

1. Polypropylene has a high thermal expansion coefficient which limits its high temperature applications.
2. Polypropylene is susceptible to UV degradation.
3. Polypropylene has poor resistance to chlorinated solvents and aromatics.
4. Polypropylene is known to be difficult to paint as it has poor bonding properties.
5. Polypropylene is highly flammable.
6. Polypropylene is susceptible to oxidation.

Despite its shortcomings, polypropylene is a great material overall. It has a unique blend of qualities that aren’t found in any other material which makes it an ideal choice for many projects.

What are the properties of Polypropylene?

Property	Value
Technical Name	Polypropylene (PP)
Chemical Formula	(C3H6)n
Resin Identification Code (Used For Recycling)
Melt Temperature	130°C (266°F)
Typical Injection Mold Temperature	32 – 66 °C (90 – 150 °F) ***
Heat Deflection Temperature (HDT)	100 °C (212 °F) at 0.46 MPa (66 PSI) **
Tensile Strength	32 MPa (4700 PSI) ***
Flexural Strength	41 MPa (6000 PSI) ***
Specific Gravity
Shrink Rate	1.5 – 2.0 % (.015 – .02 in/in) ***