La permeabilidad es la propiedad que tienen las membranas, películas plásticas en nuestro caso, de permitir el paso de fluidos, ya sean gases, vapores o líquidos a través de su estructura molecular, es considerado como un proceso de difusión, es decir, el gas, vapor o líquido se disuelve en el material de la membrana y de allí se desplaza a lugares de menor concentración, este fenómeno es intramolecular.
Daremos un ligero vistazo al origen y acomodo de las moléculas en una película plástica; para ello usaremos el polietileno, que desde el punto de vista químico es el plástico más simple y nos puede servir de modelo para los demás polímeros, (es, además el de más consumo en el mundo), ello nos ayudará a entender no sólo el fenómeno que nos ocupa sino también otros que son importantes en el diseño de laminaciones.
La química se divide en dos grandes áreas: la inorgánica que estudia aquellos elementos llamados metales, no metales y sus combinaciones y la orgánica que trata de los compuestos constituidos por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre, que son los elementos que intervienen en la composición de todos los organismos vivos o sus restos, fósiles o no.
Todos esos compuestos orgánicos naturales suman unos cien mil; hoy día el hombre, el químico ha logrado sintetizar otros novecientos mil entre los que hay medicamentos, adhesivos, combustibles, plaguicidas, etc. y plásticos, uno de estos es el polietileno.
He dicho en alguna otra ocasión que las moléculas de los materiales plásticos son gigantes comparadas con las moléculas de los productos inorgánico
El etileno es un gas cuya molécula contiene dos átomos de carbono y cuatro de hidrógeno (fig 1) que están unidos por enlaces de naturaleza electrónica; e l carbono es capaz de ejercer cuatro uniones y el hidrógeno una, de manera que puede representarse la molécula como de la Figura 1b; representación de una molécula que se llama de fórmula plana.
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C2H6
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Figura 1a.
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figura 1b
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En ciertas condiciones de temperatura y presión uno de los enlaces entre átomos de carbono se puede romper según la figura 1c, así, varias moléculas de etileno se pueden unir para formar cadenas muy largas con esa estructura, (Figura 1d), que son verdaderamente gigantescas:
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fig 1c
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fig 1d.
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fig 2a |
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fig. 2b
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Este fenómeno se llama polimerización (fig. 2a). Los hidrocarburos (formados por hidrógeno y carbono), que tienen dobles ligaduras entre átomos de carbono se dicen olefinas, de manera que el etileno es una olefina y el polietileno una poliolefina por su origen. También se dice que cuando existe esa doble ligadura entre dos átomos de carbono la molécula está insaturada, o sea que el etileno es un hidrocarburo insaturado y que al romperse la doble ligadura, se polimeriza y se transforma en saturado.
Para los efectos de nuestro estudio podríamos pasar por alto lo anterior, sin embargo con alguna frecuencia se manejan estos términos en nuestro campo. Para hacer más gráfico el gigantismo de la molécula de polietileno podemos referirnos a una molécula pesada de la química inorgánica como es la de nitrato de plata. Es necesario advertir que los átomos de todos los elementos han sido ordenados de acuerdo con su peso atómico, sus características químicas y su estado físico, esta ordenación se llama tabla periódica de los elementos, donde el peso atómico se considera con referencia al hidrógeno, al que se le da el valor de 1.
En la Figura 3 se ve la fórmula del nitrato de plata y abajo el peso atómico de cada elemento; a su derecha el peso de los átomos que participan en el compuesto, la suma de todos los pesos de los átomos que participan es de 169, este número se llama peso molecular.
| Ag NO3 |
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figura. 3
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El peso molecular es una de las características que se controlan durante el proceso de fabricación del polietileno y tiene distintos valores según las condiciones del proceso lo cual resulta en determinadas propiedades mecánicas, ópticas y reológicas (fluidez al procesarlo para hacer película).
Puede decirse que un peso molecular típico es de 26,000 ó 28,000, es decir, casi 200 veces más que el del nitrato de plata, una verdadera macromolécula. Las largas cadenas olefínicas presentan como complicación gran cantidad de ramificaciones, ver Figura 2b; entre una y diez por cada 100 unidades etilénicas, estas ramificaciones determinan también ciertas propiedades del material como: densidad, fluidez de la masa fundida, dureza y flexibilidad del producto y su transparencia entre otras.
No todas las moléculas de una masa o película de polietileno tienen exactamente la misma estructura, entonces cuando se habla del peso molecular se está significando que es un promedio entre los pesos de moléculas grandes y chicas, la magnitud de esa diferencia también resulta en propiedades específicas del producto.
La densidad de los distintos tipos de polietileno, varía en un cierto rango que se ha dividido en tres partes: de 0.910 a 0.925, llamado de baja densidad; de 0.926 a 0.940 denominado de densidad media y de 0.941 a 0.965 llamado de alta densidad.
En seguida se muestra en la tabla 2 la manera en que las propiedades del polietileno varían cuando aumenta su densidad, la primera columna está en inglés por ser tecnicismos ampliamente aceptados y ser términos frecuentemente usados aún en publicaciones en lenguas distintas de ese idioma.
| TABLA 2 CUANDO LA DENSIDAD AUMENTA (polietileno) |
| Stifness | Rigidez | A |
| Hardness | Dureza | A |
| Tensile Strength Yield | Esfuerzo de Ruptura | A |
| Elongation | Elongación | D |
| Softening Temperature | Temperatura de reblandecimiento | A |
| Low Temperature Impact | Tenacidad | D |
| Chemical Resistance | Resistencia Química | A |
| Permeability | Permeabilidad | D |
| A significa que aumenta y D, que disminuye |
