Robin Conrad

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Modificación de polímeros

La modificación de polímeros otorga las propiedades deseadas al nuevo material resultante, como, por ejemplo, mayor estabilidad térmica, resistencia al impacto, firmeza, capacidad biodegradable, flexibilidad, etc.

Con frecuencia es económicamente atractivo convertir plásticos estándar relativamente no costosos en nuevos materiales con propiedades a la medida mediante la modificación de polímeros. La elección del aditivo adecuado depende del polímero en cuestión, el efecto deseado y las condiciones de procesamiento.

Investigador probando las propiedades físicas de polímeros recién modificados.

Tipos de modificación de polímeros

Lo que debe saber: las modificaciones de polímeros pueden dividirse en dos categorías generales: modificaciones físicas en varias formas y modificaciones químicas, en las que el polímero se altera químicamente para formar un nuevo material.

Modificaciones físicas

La modificación física incluye procesos como enredos, atrapamiento y modificación inducida por radiación.

Modificaciones químicas

La modificación química es una alternativa común para sintetizar nuevos polímeros. Algunos ejemplos muy conocidos son la vulcanización y extrusión reactiva libre de solventes.

Modificación de la superficie versus modificación general del polímero

Las propiedades superficiales son esenciales para que los materiales funcionen para lo que están destinados. Los polímeros, por sí mismos, con frecuencia no tienen las propiedades superficiales requeridas; por lo tanto, las técnicas de modificación de la superficie se han vuelto más importantes, en especial para que la industria de plásticos obtenga las propiedades deseadas, como resistencia a la abrasión y repelencia al agua.

Otra forma de modificación de polímeros es la modificación general del polímero, mediante extrusión reactiva y no reactiva. A continuación, se muestran algunos ejemplos de modificaciones generales de los polímeros.

Mezclas y aleaciones de polímeros

Otra forma común de modificar polímeros es mezclarlos con otros polímeros o modificadores por extrusión, y estos polímeros mezclados por lo general se llaman aleaciones. Este método relativamente simple puede usarse para refinar los polímeros disponibles a nivel comercial como PE, PS o PP en materiales a la medida con mayor valor agregado.

Reticulación, ramificación, escisión de cadena

Los polímeros pueden modificarse mediante otros procesos como reticulación, ramificación y escisión de cadena. La reticulación, con la ayuda de un proceso de haz de electrones, se usa normalmente en partes moldeadas para convertir un termoplástico en un termoestable. La ramificación se realiza en gránulos para cambiar sus propiedades de fusión. La escisión de cadena, por otro lado, rompe los enlaces entre las moléculas para obtener tamaños específicos de partículas.

Polímeros para modificar

Es imposible presentar una lista completa de todos los polímeros modificables en un artículo, ya que las posibilidades son casi infinitas. Los elastómeros de Kuraray pueden usarse como modificadores para varios tipos de plásticos. En los siguientes párrafos, analizaremos algunos plásticos comúnmente modificados con polímeros de Kuraray.

Pellets de polímeros

Polipropileno (PP)

El polipropileno (PP) es rígido con buena resistencia al calor; sin embargo, la desventaja de este plástico es su baja resistencia al impacto, en especial a temperaturas bajas. Se usan aditivos adecuados para mejorar la resistencia al impacto y otras propiedades del PP, como la transparencia, la resistencia a la intemperie o el flujo. Por ejemplo, se añaden HYBRAR™ 7311F y 7125F al polipropileno para mejorar la flexibilidad y la transparencia. Estos son especialmente adecuados para aplicaciones como tubos o sondas médicas y bolsas médicas. Asimismo, SEPTON™ 2004F puede ayudar al polipropileno mejorando su resistencia al impacto a bajas temperaturas.

El polipropileno modificado se usa en los asientos de los estadios para mejorar la resistencia al impacto a temperaturas bajo 0°C.

Leer más:
Demostración de la fragilidad del polipropileno en el frío (ChemEd X)

Polietileno (PE)

El polietileno (PE) es un termoplástico utilizado comúnmente para diversas aplicaciones y sus ventajas incluyen rentabilidad y resistencia a la temperatura fría. Sin embargo, algunas desventajas como la resistencia al calor, rotura bajo tensión, mal nivel de enlace y mala resistencia a la intemperie con frecuencia limitan sus usos. La modificación de polímeros con SEPTON™ 4000-series y 8000-series por lo general resuelven estas debilidades.

Embalaje de alimentos de polietileno

Poliestireno (PS)

El poliestireno (PS) es un plástico transparente que se caracteriza por un alto grado de rigidez, resistencia a la rotura y una gran calidad de superficie. Un producto muy conocido de poliestireno tipo espuma es STYROFOAM™.* Las propiedades adversas del poliestireno pueden mejorarse mediante la modificación de polímeros. SEPTON™ 2104 y 8006 pueden usarse con el poliestireno para mejorar la resistencia al impacto.

*STYROFOAM™ es una marca registrada de Dow Chemical Company.

El poliestireno sólido y la espuma de poliestireno se usan en diversas industrias; por ejemplo, los armazones para los electrónicos de consumo utilizan poliestireno.

Cloruro de polivinilo (PVC)

El cloruro de polivinilo (PVC) es el tercer polímero más importante para los plásticos, después del PE y PP. Sin la modificación de los polímeros, el PVC tendría propiedades físicas limitadas. Las modificaciones van desde mezcla física hasta reacciones químicas que alteran la estructura de la cadena del PVC. KURARITY™ puede usarse para suavizar o plastificar el PVC, lo que hace que este último sea más fácil de procesar.

Policarbonato (PC)

El policarbonato (PC) es un material bastante duro; sin embargo, las partes más gruesas del plástico se pueden volver frágiles debido a una menor resistencia al impacto. Este problema puede contrarrestarse al añadir un polímero adecuado que aumente de manera significativa la resistencia al impacto. KURARITY™ y SEPTON™ pueden ayudar a mejorar la resistencia al impacto del policarbonato, al mismo tiempo que mantienen la procesabilidad.

Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS)

¿Quién no conoce los famosos bloques de LEGO®? Estos bloques son una aplicación muy conocida del “acrilonitrilo butadieno estireno (ABS)” plástico. El ABS se caracteriza por gozar de varias propiedades positivas que incluyen excelente resistencia al impacto, gran resistencia al calor y gran brillo de superficie, y también es fácil de procesar.

Las desventajas son su resistencia flexional media a débil y mala resistencia a la intemperie. Con el fin de mejorar las propiedades mecánicas y físicas más débiles del plástico ABS, este debe ser modificado. SEPTON™, HYBRAR™ y KURARITY™ pueden usarse como un modificador de ABS al añadir resistencia al impacto, flexibilidad, elongación y más. Asimismo, HYBRAR™ 5127 y 7125F pueden mejorar las propiedades de amortiguamiento en diversas temperaturas.

Los bloques de LEGO® se fabrican de ABS

Poliláctido (PLA)

El ácido poliláctico (PLA) es un material biodegradable y de base biológica que puede usarse como sustituto para polímeros de petróleo de bajo costo. Este ácido es fácil de procesar y presenta buena termoplasticidad. Sus deficiencias incluyen fragilidad y baja rigidez que limita la aplicación del PLA debido a la deformación del plástico. Para mejorar el rendimiento del PLA, KURARITY™ y SEPTON™ BIO-series se usan con frecuencia, ya que ambos hacen el PLA más suave y duradero. Asimismo, KURARITY™ ayuda a mejorar la transparencia.

Éter de polifenileno (PPE)

El éter de polifenileno (PPE) es un termoplástico de alta gama resistente a altas temperaturas. Se usan mezclas de éter de polifenileno para partes moldeadas en diversos mercados como electrónicos, hogar, automotriz y tecnología médica. Las propiedades del PPE pueden modificarse en gran medida al mezclarse con modificadores como SEPTON™ para lograr mayor resistencia al impacto.

Elastómero de poliéster termoplástico (TPE-E, también conocido como COPE o TPC)

Quizá conozca los elastómeros de poliéster termoplásticos (TPE-E) por otro nombre. Los TPE-E también se conocen como COPE o TPC. El plástico goza de buena resistencia al envejecimiento térmico y a químicos y su resistencia al impacto en temperatura baja es excelente. Sin embargo, el TPE-E solo tiene una dureza limitada. Esta desventaja puede superarse mediante modificación con los aditivos adecuados.

El TPE-E modificado se usa en cables

Poliamidas (PA)

La aplicación más conocida de las poliamidas (PA) es el Nylon. Dependiendo de los requerimientos, las propiedades materiales de las poliamidas pueden optimizarse al modificar el material para mejorar su rigidez y su resistencia a la intemperie.

Tereftalato de polibutileno (PBT)

¿Sabía que el tereftalato de polibutileno (PBT) tiene propiedades y composición similar al PET? Las ventajas relevantes del PBT son su resistencia a los solventes, combinada con un encogimiento limitado durante la formación. Su firmeza, fuerza y temperatura de transición vítrea están por debajo de las del PET y su resistencia a los hidrocarburos y ácidos es insuficiente. La modificación de polímeros puede ayudar a reducir estas limitaciones. KURARITY™ puede mejorar el flujo y la rigidez del PBT, mientras SEPTON™ puede mejorar la resistencia al impacto en varias temperaturas.

Un ejemplo típico del PBT modificado son las teclas en los teclados de primera calidad. Dichas teclas son de acabado mate y más duraderas que las teclas fabricadas de ABS.

Acetato de vinilo de etileno (EVA)

El acetato de vinilo de etileno (EVA) goza de buenas propiedades como resistencia al calor y al envejecimiento. El plástico elástico e incoloro se usa comúnmente en suelas de zapatos y cubiertas de piso. Asimismo, las celdas solares en los fotovoltaicos usan EVA. Las propiedades de EVA como estabilidad térmica, transmitancia o resistencia al volumen pueden incrementar mediante la modificación de polímeros.

Tereftalato de polietielno (PET)

Es importante mencionar el tereftalato de polietielno (PET), un termoplástico usado con frecuencia en las botellas de plástico. Las modificaciones se usan con PET para hacerlo más fácil de procesar, evitar la contaminación microbial y mejorar la claridad, resistencia, transparencia y durabilidad. Área de modificación de superficie utilizada con PET.

Beneficios de la modificación de polímeros

La modificación de polímeros busca brindar diversas propiedades deseadas al material modificado. La modificación de polímeros puede mejorar propiedades importantes de los plásticos como la compatibilización, rigidez, resistencia al calor, resistencia a la intemperie y resistencia al impacto.

Compatibilización

Al mezclar los polímeros, es posible desarrollar nuevos materiales que combinan las propiedades de diversos polímeros. Sin embargo, debido a diferentes estructuras químicas, la mayoría de los polímeros no pueden mezclarse unos con otros. El resultado es una morfología en múltiples fases de las mezclas. En dichos casos, los compatibilizadores ayudan a mejorar la morfología de los compuestos plásticos.

Compatibilización de las mezclas de polímeros en múltiples fases

Dureza

Mejorar la dureza consiste en fortalecer la resistencia al impacto de los materiales que anteriormente eran frágiles. En el desarrollo de polímeros de diversos componentes, la dureza de los elastómeros dispersos en plásticos relativamente frágiles puede tener un efecto positivo.

Resistencia al calor

Los polímeros resistentes al calor juegan un papel importante en muchos campos, como electrónicos, automotriz, aeroespacial y más. En procesos como el moldeo por inserto donde los compuestos se hacen de resinas y partes metálicas, las resinas deben tener buena resistencia al impacto por calor para evitar fracturas por fatiga. La modificación retardante de la flama puede producir materiales con propiedades optimizadas de aplicación como alta resistencia al calor.

El módulo de carga del cohete REXUS se fabrica de PEEK resistente al calor, que ha sido reforzado con fibra de carbono en la Technical University en Munich. Crédito de imagen: A. Heddergott / TUM

Resistencia a la intemperie

La mayoría de los polímeros sufren cambios físicos y químicos irreversibles en el exterior debido a las radiaciones UV, al aire, al calor y a la humedad. Las propiedades alteradas por la intemperie también pueden incluir decoloración o cambio de color, pérdida de brillo, erosión de la superficie y otras consecuencias. La modificación de polímeros puede superar estas debilidades o evitar el cambio. Algunos ejemplos son el uso de agentes absorbentes de rayos UV o antioxidantes.

Resistencia al impacto

Los plásticos con frecuencia se usan en aplicaciones demandantes que incluyen amortiguamiento o amortiguamiento a la vibración. Al combinar diferentes tipos de polímeros, los plásticos pueden cumplir sus requisitos muy específicos. El uso de modificadores apropiados como compatibilizadores hace una aportación decisiva a lo anterior.

Prueba de la resistencia al impacto de un polímero (prueba de impacto Charpy)

Flujo

El flujo es la capacidad de moverse por el flujo que caracteriza los fluidos y sólidos particulados sueltos, lo cual es relevante especialmente cuando se considera el moldeo por inyección.  Con una baja capacidad de flujo, la distancia de flujo de los materiales en el molde será más corta, lo cual afecta la productividad.

Nuestros materiales para modificación de polímeros

KURARITY™

Debido a su estructura, el copolímero de bloque de acrílico KURARITY™ presenta gran variedad de propiedades como excelente transparencia, resistencia a la intemperie, autoadhesión y buena compatibilidad con otros materiales polares. El copolímero de bloque de base acrílica puede usarse como un aditivo poderoso para modificar los plásticos polares.

KURARITY™

SEPTON™

SEPTON™, el TPE de alta gama se usa en un gran número de compuestos de TPE y puede procesarse en una amplia variedad de formas. Los grados específicos son certificados y usados en productos de consumo, aplicaciones médicas, de movilidad y de modificación de aceites. La hidrogenación asegura excelente resistencia al calor y a la intemperie.

SEPTON™

SEPTON™ BIO-series

SEPTON™ BIO-series, el TPE de base biológica, es un exclusivo copolímero de bloque de estireno hidrogenado (HSFC).  El uso de SEPTON™ BIO-series permite a los fabricantes producir compuestos con un alto contenido de base biológica. Algunas aplicaciones comunes incluyen adhesivos, selladores, compuestos, recubrimientos y modificación de polímeros.

SEPTON™ BIO-series

HYBRAR™

HYBRAR™ es un TPE de alta gama rico en vinilo con muy buenas propiedades de amortiguamiento a la vibración. Los grados hidrogenados de HYBRAR™ tienen excelente resistencia a la intemperie y compatibilidad con el polipropileno, lo que genera excelente transparencia y claridad al mezclarse. Algunas aplicaciones comunes incluyen películas y tubos o sondas médicas, así como componentes moldeados que se usan en aplicaciones de amortiguamiento. Los grados no hidrogenados se usan en selladores amortiguadores de la vibración.

HYBRAR™

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