El polibutileno ( polibuteno-1 , poli(1-buteno) , PB-1 ) es una poliolefina o polímero saturado con la fórmula química (CH2CH ( Et)) n . No debe confundirse con el polibuteno , el PB-1 se utiliza principalmente en tuberías. [2]
El polibutileno se produce mediante polimerización de 1-buteno utilizando catalizadores Ziegler-Natta soportados .
El PB-1 isotáctico se produce comercialmente utilizando dos tipos de catalizadores heterogéneos Ziegler-Natta . [3] El primer tipo de catalizador contiene dos componentes, un precatalizador sólido, la forma δ-cristalina de TiCl 3 , y una solución de un cocatalizador de organoaluminio, como Al(C 2 H 5 ) 3 . El segundo tipo de precatalizador está soportado. El ingrediente activo en el catalizador es TiCl 4 y el soporte es MgCl 2 microcristalino . Estos catalizadores también contienen modificadores especiales, compuestos orgánicos que pertenecen a las clases de ésteres o éteres. Los precatalizadores se activan mediante combinaciones de compuestos de organoaluminio y otros tipos de modificadores orgánicos u organometálicos. Las dos ventajas tecnológicas más importantes de los catalizadores soportados son la alta productividad y una alta fracción del polímero isotáctico cristalino que producen a 70–80 °C en condiciones de polimerización estándar. [4] [5] [6]
El PB-1 es un polímero isotáctico , lineal, semicristalino y de alto peso molecular . El PB-1 combina características típicas de las poliolefinas convencionales con ciertas propiedades de los polímeros técnicos.
El PB-1, cuando se aplica como resina pura o reforzada , puede reemplazar materiales como el metal, el caucho y los polímeros de ingeniería. También se utiliza de forma sinérgica como elemento de mezcla para modificar las características de otras poliolefinas como el polipropileno y el polietileno . Debido a sus propiedades específicas, se utiliza principalmente en tuberías a presión, envases flexibles, calentadores de agua, compuestos y adhesivos termofusibles.
Calentado hasta 190 °C y más, el PB-1 se puede moldear por compresión, por inyección, por soplado para formar piezas huecas, por extrusión y por soldadura con facilidad. No tiende a agrietarse debido a la tensión. [ dudoso – discutir ] Debido a su estructura cristalina y su alto peso molecular, el PB-1 tiene buena resistencia a la presión hidrostática, mostrando una fluencia muy baja incluso a temperaturas elevadas. [7] Es flexible, resiste bien el impacto y tiene una buena recuperación elástica. [3] [8]
El polibutileno isotáctico cristaliza en tres formas diferentes. La cristalización a partir de una solución produce la forma III con un punto de fusión de 106,5 °C. El enfriamiento a partir de la masa fundida produce la forma II, que tiene un punto de fusión de 124 °C y una densidad de 0,89 g/cm 3 . A temperatura ambiente, se convierte espontáneamente en la forma I con un punto de fusión de 135 °C y una densidad de 0,95 g/cm 3 . [1]
El PB-1 generalmente resiste productos químicos como detergentes, aceites, grasas, ácidos, bases, alcohol, cetonas, hidrocarburos alifáticos y soluciones polares calientes (incluyendo agua). [3] Muestra menor resistencia a los hidrocarburos aromáticos y clorados, así como a los ácidos oxidantes que otros polímeros como la polisulfona y la poliamida 6/6. [7] Las características adicionales incluyen excelente resistencia a la abrasión en húmedo, fácil fluidez en estado fundido (adelgazamiento por cizallamiento) y buena dispersión de rellenos. Es compatible con polipropileno , cauchos de etileno propileno y elastómeros termoplásticos .
Algunas propiedades: [7]
El PB-1 se utiliza principalmente en sistemas de tuberías flexibles a presión para la distribución de agua potable fría y caliente, redes de calefacción urbana preaisladas y sistemas de calefacción y refrigeración de superficies. La norma ISO 15876 define los requisitos de rendimiento de los sistemas de tuberías de PB-1. [9] Las características más notables del PB-1 son la soldabilidad, la resistencia a la temperatura, la flexibilidad y la alta resistencia a la presión hidrostática. El material se puede clasificar como PB 125 con una resistencia mínima requerida (MRS) de 12,5 MPa. Otras características incluyen baja transmisión de ruido, baja expansión térmica lineal, ausencia de corrosión y calcificación.
Los sistemas de tuberías de PB-1 ya no se venden en América del Norte (véase "Demandas colectivas y eliminación del uso aprobado por el código de construcción", a continuación). La cuota de mercado general en Europa y Asia es bastante pequeña, pero los sistemas de tuberías de PB-1 han mostrado un crecimiento constante en los últimos años. En ciertos mercados nacionales, por ejemplo, Kuwait, el Reino Unido, Corea y España, los sistemas de tuberías de PB-1 tienen una posición sólida. [8]
Existen varios grados de PB-1 disponibles comercialmente para diversas aplicaciones y tecnologías de conversión (película soplada, película fundida, revestimiento por extrusión). Existen dos campos de aplicación principales:
El PB-1 es compatible con una amplia gama de resinas adhesivas . Ofrece una alta fuerza adhesiva y cohesiva y ayuda a ajustar el "tiempo abierto" del adhesivo (hasta 30 minutos) debido a su cinética de cristalización lenta. Mejora la estabilidad térmica y la viscosidad del adhesivo. [10]
El PB-1 acepta cargas de relleno muy altas , superiores al 70 %. En combinación con su bajo punto de fusión, se puede emplear en compuestos retardantes de llama sin halógenos o como portador de mezclas madre para pigmentos termosensibles. El PB-1 se dispersa fácilmente en otras poliolefinas y, en baja concentración, actúa como coadyuvante de procesamiento, reduciendo el par motor y/o aumentando el rendimiento.
El PB-1 se puede espumar. [11] El uso de espuma de PB-1 como aislamiento térmico es de gran ventaja para las tuberías de calefacción urbana, ya que el número de materiales en la estructura sándwich se reduce a uno, lo que facilita su reciclaje. [12]
Otras aplicaciones incluyen calentadores de agua domésticos, aislamiento eléctrico, embalajes de compresión, alambres y cables, suelas de zapatos y modificación de poliolefinas (unión térmica, mejora de la suavidad y flexibilidad de compuestos rígidos, aumento de la resistencia a la temperatura y la deformación por compresión de compuestos blandos).
Los sistemas de fontanería y calefacción fabricados con PB-1 se utilizan en Europa y Asia desde hace más de 30 años. Los primeros proyectos de referencia en sistemas de calefacción urbana y calefacción por suelo radiante en Alemania y Austria, de principios de los años 70, siguen en marcha hoy en día. [8]
Un ejemplo es la instalación de tuberías de PB-1 en el Proyecto Geotérmico de Viena (1974), donde se distribuye agua geotérmica agresiva a una temperatura de servicio de 54 °C y una presión de 10 bares. Otros materiales de las tuberías en la misma instalación fallaron o se corroyeron y tuvieron que ser reemplazados mientras tanto. [8]
Las normas internacionales establecen requisitos mínimos de rendimiento para las tuberías fabricadas con PB-1 que se utilizan en aplicaciones de agua caliente. Los métodos de extrapolación estandarizados predicen una vida útil superior a 50 años a 70 °C y 10 bar. [8]
En Estados Unidos se utilizaron tuberías de polibutileno en varios millones de viviendas construidas entre 1978 y 1997. Los problemas con fugas y tuberías rotas dieron lugar a una demanda colectiva , Cox v. Shell Oil, que se resolvió por mil millones de dólares. [13] [14] Las fugas estaban asociadas con la degradación del polibutileno expuesto al agua clorada. [15]
Las tuberías de agua de polibutileno ya no son aceptadas por los códigos de construcción de los Estados Unidos y han sido objeto [16] de demandas colectivas tanto en Canadá como en los EE. UU. [17] [18] El Código Nacional de Plomería de Canadá de 1995 incluyó las tuberías de polibutileno como aceptables para su uso, con excepción de las tuberías de recirculación. Las tuberías se eliminaron de la lista de usos aceptables en la edición de 2005 de la norma. [19]
En Australia , en marzo de 2023, el Departamento de Minas, Regulación Industrial y Seguridad informó que las casas australianas construidas entre 2019 y 2020 que habían utilizado una determinada marca de tuberías de polibutileno se habían convertido en objeto de una investigación debido a la importancia de las fugas de agua denunciadas. [20] [21]
Existen evidencias que sugieren que la presencia de compuestos de cloro y cloramina en el agua municipal (que a menudo se agregan deliberadamente para retardar el crecimiento bacteriano) causará el deterioro de la estructura química interna de las tuberías de polibutileno y los accesorios de acetal asociados. [22] La reacción con agua clorada parece acelerarse en gran medida por la tensión de tracción y se observa con mayor frecuencia en materiales sometidos a la mayor tensión mecánica, como en los accesorios, curvas cerradas y torceduras. El blanqueamiento localizado del material por tensión generalmente acompaña y precede a la descomposición del polímero. En casos extremos, esta "corrosión" química activada por la tensión puede provocar perforaciones y fugas en unos pocos años, pero también puede no fallar durante décadas. Los accesorios con un sello de compresión suave pueden brindar una vida útil adecuada. [ se necesita más explicación ]
Como la reacción química del agua con la tubería ocurre dentro de la misma, a menudo es difícil evaluar el grado de deterioro. El problema puede causar tanto fugas lentas como roturas de tuberías sin ninguna indicación de advertencia previa. La única solución a largo plazo es reemplazar por completo las tuberías de polibutileno en todo el edificio. [23]