Presentación PE OK Sept 2013

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    SEMINARIO

    DE

    POLÌMEROS

    Presenta.

    M. En C. Martha Elena García Ruiz

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    El polietileno es el polímero más popular del mundo, con el

    se fabrican cosas tan útiles como bolsas desupermercados, botellas para productos de limpieza, juguetes, aislamiento de cable y muchos otros artículos deingeniería

    4.1 POLIETILENO

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    CLASIFICACIÓN DEL POLIETILENO

    La familia de los Polietilenos se clasifica en tres categorías:

    A) Por su densidad

    B) Polietilenos regulares

    C) Polietilenos especiales y copolímeros.

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    CLASIFICACIÓN DEL POLIETILENOA) Por su densidad

    • TIPO 1, PE-Ramificado (LDPE) 0.860-0.920

    • TIPO 2, PE-Media densidad (MDPE) 0.926-0.940

    • TIPO 3, PE-Alta densidad (HDPE) 0.941-0.965

    • TIPO 4, PE-Lineal(LLDPE) 0.92-0.94

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    CLASIFICACIÓN DEL POLIETILENOB) Polietilenos regulares

    Tg = -100ºC ; [(-20 ºC@(-180ºC)]

    Tm = 120ºC ; [(105 ºC@(138ºC)]

    • Polietileno de Baja densidad (LDPE)

    • Polietileno de Alta Densidad(HDPE)

    • Polietileno de Línea de Baja Densidad(LLDPE)

    • Polietileno ultra alto Peso Molecular (UHMWPE).

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    CLASIFICACIÓN DEL POLIETILENO

    C) Polietilenos especiales y copolímeros.

    • Polietileno Entrecruzado.

    • Polialeaciones de PE (PE-PA o PE-PC).

    • Copolímero de Etil Vinil Acetato(EVA).

    • Copolímero de Etilen Alcohol Polivinilico (EVOH).

    • Ionómero, modificados con Sales Metálicas.

    • Copolímeros de Etileno Propileno, “Hules EP”.

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    Tipos

    PE

    Estructura

    molecular

    (esquemática)

    Grado de

    ramificación*

    Cristalinidad Temperatura de

    fusión, ºC

    Densidad

    aparente, g/ml

    LDPE

    Alto, 20-40 ramas

    de cadena corta y

    larga

    40-50 105-110 0.86-0.92

    LLDPE

    Medio, 15-30,

    ramas de cadena

    corta, hasta 6C

    55-65 115-125 0.92-0.94

    HDPE

    Bajo,1-10, ramas

    de cadena corta,

    normalmente 1C

    ND 125-135 0.94-0.965

    INFLUENCIA DE LA ESTRUCTURA MOLECULAR SOBRE LASPROPIEDADES DE LOS TIPOS PE10 (VALORES ORIENTATIVOS)

    *Los valores numéricos de la Tabla anterior se refieren al número de ramificaciones existentes por cada1000 átomos de C en la cadena principal.

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    Tipos

    PE

    Resistencia,

    dureza

    Alargamiento,

    resistencia al

    impacto

    Temperatura

    límite de uso ºC

    Temperatura de

    fragilización ºC

    Tipos

    PE

    LDPE Escasa altos +80 -90 LDPE

    LLDPE MediaMedios, algunos

    casos: muy altos+120 -70 a -95 LLDPE

    HDPE alta Bajos +120 ND HDPE

    INFLUENCIA DE LA ESTRUCTURA MOLECULAR SOBRE LASPROPIEDADES DE LOS TIPOS PE (VALORES ORIENTATIVOS)

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    CLASIFICACIÓN DEL POLIETILENODebido a su peso molecular los grados de polietileno se clasifican de acuerdo a suíndice de fluidez:

    1. Polietileno de Baja Densidad (LDPE)

    2. Polietileno de Alta Densidad (HDPE)

    3. Polietileno Lineal (LLDPE)

    4. Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (UHMWPE)

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    CLASIFICACIÓN DEL POLIETILENO1. Polietileno de Baja Densidad (LDPE)

    El polietileno de baja densidad se comporta como un material altamente flexible y estranslúcido.

    Flota en el agua y en la solución de alcohol al 50.%, con densidad. 0.910 a 0.925,

    Aplicaciones: bolsas y películas de empaque, tubo Conduit y de riego, recubrimiento dealambre y cable, y juguetes.

    Durante su ensayo a la flama presenta facilidad para incendiarse, tiene flama constante decolor azul con la punta amarilla, fluye y gotea, desprende un color a parafina y humos decolor blanco.

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    CLASIFICACIÓN DEL POLIETILENO2. Polietileno de Alta Densidad (HDPE)

    El polietileno de alta densidad es menos flexible que el de baja densidad debido a sumayor peso molecular y se clasifica como plásticos semi-rígido.

    Su rango de densidad es de 0.941 a 0.965, flota en el agua, pero no en solución dealcohol al 50%.

    Su comportamiento a la flama es igual al LDPE.

    Con este tipo de polietileno se fabrican enseres domésticos, botellas para: jugos,shampoos, productos químicos, aceites industriales, cajas de refrescos, además: tarimas,

     juguetes y tuberías para conducción de líquidos a alta presión.

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    CLASIFICACIÓN DEL POLIETILENO3. Polietileno de Baja Densidad (LDPE)

    El bajo grado de cristalinidad del PE convencional de baja densidad se atribuye a lasramificaciones cortas y cadenas largas que se forman en la polimerización del etileno en laproducción de alta presión.

    Su estructura lineal se logra con el uso de catalizadores especiales en el proceso depolimerización a baja presión y con la adición de pequeñas cantidades de alfa-olefinas comocomonómeros, cuya finalidad es uniformizar las ramificaciones a lo largo de la estructuralineal.

    El LLDPE en comparación con el LDPE convencional del mismo valor de densidad e índicede fluidez, proporciona mayor resistencia al impacto, al rasgado, y a sustancias químicas.

    También permite reducir los calibres de sus películas proporcionando así mayor rendimiento

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    CLASIFICACIÓN DEL POLIETILENO4. Polietileno de Alta Densidad (LDPE)

    Este tipo de polietileno tiene un peso molecular por lo menos 10 veces mayor al polietilenoregular.

    Posee elevada cristalinidad y su densidad corresponde al rango usual (0.940 a 0.965).

    El UHMWPE posee propiedades que lo clasifican como plástico de ingeniería.

    Su resistencia química y a la abrasión es elevada, tienen gran resistencia alenvejecimiento.

    Su resistencia al impacto y al fatiga son excelentes.

    Se aplica como sustituto de metales en la fabricación de engranes, levas, poleas. Etc.

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    Propiedades del Polietileno

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    VENTAJAS Y DESVENTAJAS

    Ventajas Desventajas

    1. Bajo costo (excepto del UHMWPE)

    2. Excelentes propiedades dieléctricas.

    3. Alta resistencia a la humedad.

    4. Alta resistencia química

    5. Disponible en grado alimento

    6. Fácil procesamiento por todos los métodosde transformación (excepto UHMWPE)

    1. Alta expansión térmica.

    2. Baja resistencia a los agentes

    ambientales

    3. Flamable

    4. Difícil impresión y adhesión

    5. Sujeto al agrietamiento por esfuerzos(excepto UHMWPE)

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    PROPIEDADES DEL POLIETILENO LDPE

    Propiedad Polietileno de baja densidad (LDPE)

    Cualidades de moldeo Excelentes

    Densidad relativa 0.910-0.925

    Esfuerzo a la tensión, Mpa 4-16

    (psi) (600-2300)

    Esfuerzo al impacto, Izod, J/mm (ft lb/in) No se rompe

    Dureza Shore D41-D46, R10

    Expansión térmica, 10-4/ºC 25-50

    Resistencia al calentamiento, 80-100

    ºC (ºF) (180-212)

    Esfuerzo dieléctrico, V/mm 18000-39000

    Constante dieléctrica (@60Hz) 2.25-2.35

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    PROPIEDADES DEL POLIETILENO MDPE

    Propiedad Polietileno de media densidad (MDPE)

    Cualidades de moldeo Excelentes

    Densidad relativa 0.926-0.940

    Esfuerzo a la tensión, Mpa 8.24

    (psi) (1200-3500)

    Esfuerzo al impacto, Izod, 0.025-0.8

    J/mm (ft lb/in) (0.05-16)

    Dureza Shore D50-D60, R15

    Expansión térmica, 10-4

    /ºC 35-40

    Resistencia al calentamiento, 105-120

    ºC (ºF) (220-250)

    Esfuerzo dieléctrico, V/mm 18000-39000

    Constante dieléctrica (@60Hz) 2.25-2.35

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    PROPIEDADES DEL POLIETILENO MDPEPropiedad Polietileno de media densidad (MDPE)

    Factor de disipación (@60Hz) 0.0005

    Resistencia al arqueo, s 200-235

    Absorción de humedad (24hr), % 0.01

    Índice de flamabilidad. mm/min Lento, 25-26

    (in/min) (1-1.04)

    Efecto de la luz U.V. Deben ser estabilizados

    Efecto de los ácidos Se oxidan

    Efecto de los álcalis Resisten

    Efecto de solventes Resisten (debajo de 60ºC)

    Facilidad de maquinado Buena

    Cualidades ópticas De transparente a opaco

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    PROPIEDADES DEL POLIETILENO HDPEPropiedad Polietileno de alta densidad (HDPE)

    Cualidades de moldeo Excelentes

    Densidad relativa 0.941-0.925

    Esfuerzo a la tensión, Mpa 20-38

    (psi) (3100-5500)

    Esfuerzo ala compresión 19-25

    (psi) (2700-3600)

    Esfuerzo al impacto, Izod, 0.025-1.0

    J/mm (ft lb/in) (0.5-20)

    Dureza Shore D60-D70

    Expansión térmica, 10-4/ºC 28-33

    Resistencia al calentamiento, 120

    ºC (ºF) (250)

    Esfuerzo dieléctrico, V/mm 18000-20000

    Constante dieléctrica (@60Hz) 2.30-2.35

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    PROPIEDADES DEL POLIETILENO HDPE

    Propiedad Polietileno de alta densidad (HDPE)

    Factor de disipación (@60Hz) 0.0005

    Absorción de humedad (24hr), % 0.01

    Índice de flamabilidad. mm/min Lento, 25-26

    (in/min) (1-1.04)

    Efecto de la luz U.V. Deben ser estabilizados

    Efecto de los ácidos Se oxidan

    Efecto de los álcalis Resisten

    Efecto de solventes Resisten (debajo de 60ºC)

    Facilidad de maquinado Buena continúa…

    Cualidades ópticas De transparente a opaco

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    CAMBIO DE PROPIEDADES DEL POLIETILENO

    Cambio de las propiedades del PE de acuerdo a la distribución de pesos Moleculares

    PropiedadAumento de la masa molecular promedio (disminución

    del índice de fluidez)

    Viscosidad del fundido Aumenta

    Resistencia a la tensión y ruptura Aumenta

    Elongación y ruptura Aumenta

    Resistencia al rasgado Aumenta

    Esfuerzo al impacto Aumenta

    Resistencia a la fractura a bajas temperaturas. Aumenta

    Resistencia al agrietamiento ambiental. Aumenta

    Temperatura de ablandamiento Aumenta

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    Procesos

    de

    Producción

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    PROCESOS DE PRODUCCIÓN

    Los procesos mas utilizados a nivel mundial en la producción de Polietilenos son:

    PROCESO HOECHST, FIG 4.1

    PROCESO PHILLIPS PETROLEUM, FIG 4.2

    PROCESO ARCO TECHNOLOGY, INC. FIG 4.3

    PROCESO MITSUBISSHI PETROCHEMICAL CO FIG 4.4

    PROCESO EL PASO CHEMICAL CO. FIG 4.5

    PROCESO IMHAUSEN INT. CO. FIG 4.6

    PROCESO ANIC FIG 4.8

    PROCESO CHIMIE FIG 4.8

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    PROCESOS DE PRODUCCIÓNPRODUCCIÓN DE PE (HD) POR HOECHST,

    Este es un proceso de baja presión para la fabricación de polietileno de alta densidad, a partir del etileno.

    DESCRIPCIÓN:

    Se alimenta continuamente el etileno y el catalizador al reactor junto con el diluyente

    La reacción se efectúa en una lechada y el polímero se obtiene en forma de polvo.

    La polimerización ocurre a presiones mayores de 10 Bar y a la temperaturas entre 80-90ºC.

    Debido a que la conversión del etileno es casi completa, no se requiere de sistemas de recuperacióny reciclado de monómero.

    El diluyente se elimina mediante un sistema de centrifugación y de secado en un lecho fluidizado.

    El polímero en polvo puede ser peletizado y formulado dependiendo del producto que se desee.

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    PROCESOS DE PRODUCCIÓN

    REQUERIMIENTOS:

    (Para 1000 kg de polietileno de alta densidad en Pellets.)

    Etileno y Comonómeros, Kg 1025

    Hidrógeno, Kg 1

    Diluyente, Kg 15

    Catalizador y Aditivos auxiliares, DM 15

    Vapor (5 Bar), Kg 500

    Agua de Enfto. (25ºC), m3 165

    Electricidad, kWh 450

    Nitrógeno, Nm3 60

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    PROCESOS DE PRODUCCIÓN

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    PROCESOS DE PRODUCCIÓNPRODUCCIÓN DE PE PHILLIPS PETROLEUM CO

    Este es un proceso de baja presión para la producción de polietileno a partir de etileno de alta pureza (mayor del99%).

    DESCRIPCIÓN:

    Se alimenta al reactor etileno de alta pureza, el diluyente y el catalizador.

    El producto sale del reactor y se separa el diluyente

    El polímero en forma de polvo se alimenta a un extrusor donde se le agrega aditivos especiales.

    Las temperaturas y presiones de operación son moderadas y el diluyente se recupera y recicla al

    reactor.

    La conversión del etileno es mayor del 97%.

    El producto cubre un amplio rango de densidades que están entre 0.93 a 0.96 g/cc.

    Algunas Instalaciones comerciales se encuentran en : Texas con Soltex, Deer Pack, Phillips PtroleumCO., Gulf Oil corp; con licencia en Inglaterra, España, Japón, Yugoslavia, Irak y Singapur.

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    PROCESOS DE PRODUCCIÓN

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    PROCESOS DE PRODUCCIÓN

    REQUERIMIENTOS:

    (Por tonelada métrica de polietileno peletizado)

    Etileno(Tons): 1.020-1.030*

    Vapor (Tons): 0.600-1.000(35atm)*0.600-1.000(7atm, generado)*

    Agua de enfriamiento,m3 150-180*

    Electricidad , kWh 1155-1397*

    (*) Depende del tipo de producto

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    PROCESOS DE PRODUCCIÓN

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    PROCESOS DE PRODUCCIÓNPRODUCCIÓN DE PE (HD) POR MITSUBISHI PETROCHEMICAL CO,

    Proceso para la producción de polietileno de baja y alta densidad mediante polimerización de etileno a bajapresión en presencia de un solvente orgánico.

    DESCRIPCIÓN:

    El etileno es polimerizado a una presión menor de 10 kg/cm2 y a una temperatura de entre 60 y 90ºC

    La lechada de polímero se descarga del reactor y se envía a una centrífuga después de separar eletileno que no reaccionó.

    El polímero y el solvente son separados en la centrífuga, el polímero se alimenta después al secador.

    La distribución del peso molecular puede ser controlada cuidando las condiciones de lapolimerización.

    Además, ajustando la cantidad de comonómero y la concentración de hidrógeno se tienen rangos dedensidad media y alta; y desde altos grados de flujo hasta pesos moleculares ultra-altos.

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    PROCESOS DE PRODUCCIÓN

    REQUERIMIENTOS:

    (Por tonelada métrica de polietileno en polvo)

    Etileno y Comonómero, kg 1015

    Solvente, kg 10

    Vapor, kg 300

    Agua de enfriamiento, m3 100

    Nitrógeno, Nm3 40

    Electricidad, kWh 100

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    PROCESOS DE PRODUCCIÓN

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    PROCESOS DE PRODUCCIÓNPRODUCCIÓN DE PE (LD) POR IMHAUSEN INTERNATIONAL CO.

    Este es un proceso de producción de PE (LD) mediante una polimerización a alta presión en un reactortubular.

    DESCRIPCIÓN:

    El etileno se alimenta al reactor junto con gas reciclado de baja presión.

    Esta mezcla se precomprime y se mezcla con el iniciador, el gas reciclado de alta presión, elmoderador y los comonómeros.

    La mezcla resultante se comprime hasta la presión final de operación y se alimenta en forma continúaal reactor tubular. Posteriormente la mezcla reaccionante pasa a un sistema de separación de baja yalta presión donde se separa el polímero y el etileno no reaccionado.

    El polietileno fundido proveniente del separador de baja presión se homogeniza y se granula, juntopasa por un secador y se tamiza antes de enviarse al almacén.

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    PROCESOS DE PRODUCCIÓN

    REQUERIMIENTOS:

    (Para 1000kg de polietileno granulado y dependiendo del tipo requerido)

    Etileno puro (99.9%), kg 1020-1030

    Iniciador y moderador, DM aprox. 4

    Químicos y lubricantes aprox. 4

    Electricidad, kWh 785-1080

    Agua de enfriamiento, m3 100-130

    Consumo de vapor (28bar), ton 0.12-0.2

    Generación de vapor (3bar), ton 0.35-0.5

    Generación de vapor (10 bar), ton 0.2-0.35

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    PROCESOS DE PRODUCCIÓN

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    PROCESOS DE PRODUCCIÓNPRODUCCIÓN DE POLIETILENO (LD) POR ANIC

    Este es un proceso de producción de PE (LD) mediante una polimerización a alta presión en un reactor tubular.

    DESCRIPCIÓN:

    El etileno es comprimido a 200-300 kg/cm2

    mediante un compresor multiservicios junto con el etilenorecirculado de baja presión que contiene agentes de transferencia de cadena.

    Se mezcla con oxígeno y con etileno reciclado que proviene de una etapa intermedia de compresión, el gasse comprime a una presión final de operación de 2000-2600 kg/cm2 mediante un hipercompresor.

    El gas de alta presión se alimenta a un rector tubular enchaquetado junto con el peroxido (iniciador).

    El calor generado por la reacción es recuperado como vapor de baja presión y se conduce al límite debatería.

    La mezcla de polímero-etileno se expande mediante una válvula especial con el fin de separarlos.

    El etileno se enfría, se purifica y por último se recicla al proceso.

    El gas liberado se enfría y se purifica.

    Una parte de él se purga para prevenir la formación de contaminantes y se recicla.

    El polímero desgasificado se peletiza en un extruder. El polímero se seca y se colecta en silos para suposterior análisis y empaque.

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    PROCESOS DE PRODUCCIÓN

    REQUERIMIENTOS:

    (Por tonelada métrica de polietileno en polvo)

    Etileno y comonómeros, kg 1020

    Electricidad, kWh 162

    Vapor(3 bar), ton 0.1

    Nitrogeno, m3 50

    Agua de enfriamiento (repuesto), m3 4.5

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    PROCESOS DE PRODUCCIÓN

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    Mercado del Polietileno

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    MERCADO MUNDIAL

    FIG 4.9 Producción mundial de plásticos por país y región

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    MERCADO DEL POLIETILENO

    FIG 4.10. Exportación de Plásticos en México

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    MERCADO DEL POLIETILENO

    FIG 4.11. Exportación de Plásticos en México. México 2011

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    MERCADO DEL POLIETILENO

    FIG 4.12. Segmentación por tipo de plástico. México 2011

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    MERCADO DEL POLIETILENO

    FIG 4.13. Polietileno de Alta Densidad (PEAD). México 2012

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    MERCADO DEL POLIETILENO

    FIG 4.14. Polietileno de baja densidad (PEBD). México 2012

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    MERCADO DEL POLIETILENO

    FIG 4.15. Polietileno Lineal Baja Densidad (PELBD). México 2012

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     Aplicaciones

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    APLICACIONES

    FIG 4.16 El PE en productos de envase y embalaje

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    APLICACIONES

    FIG 4.17 Botella de HDPE con micro esferas para la reducción de peso.

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    FIG 4.18 Envases de HDPE FIG 4.19 Contenedor de Polietileno, HDPE

    FIG 4.20 El PE en la agricultura,protección contra fungicidas FIG 4.21 Película para el acolchado de cultivo

  • 8/18/2019 Presentación PE OK Sept 2013

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    FIG 4.22 Recubrimiento de cables con PE ymateriales aliados

    FIG 4.23 Polietileno lineal (LLDPE), gradopelícula para alimento.

  • 8/18/2019 Presentación PE OK Sept 2013

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