Compatibilización de mezclas de polímeros Marco conceptual

La compatibilización tiene como fin optimizar la tensión interfacial, estabilizar la morfología durante el proceso e incrementar la adhesión entre fases en estado sólido para mejorar la performance mecánica del material respecto del mezclado directo. La búsqueda bibliográfica en estos aspectos se enfocó hacia técnicas aplicables a mezclas de polímeros termoplásticos, teniendo en cuenta aquellas que incluyen un procesamiento sencillo en fundido y además, sean económicamente viables para el caso de estudio, el reciclado de plásticos RAEE. En la Tabla 2.4 se presenta referenciada la información seleccionada que incluye una breve descripción de la información extraída de las principales referencias consultadas. Se hace especial énfasis en la búsqueda de sistema de compatibilización de este tipo de materiales. De la información relevada, se distinguen dos formas de compatibilización: la auto- compatibilización y la compatibilización por acción de un agente compatibilizador. La auto-compatibilización se produce durante el mezclado directo de los componentes e implica una interacción particular entre sus fases que incrementa la adhesión. Este tipo de sistemas es más frecuente cuando los componentes de la mezcla poseen a su vez fases afines entre sí y/o que puedan generar anclajes o co-cristalización [Utracki, 1989]. Por esta razón este tipo de compatibilización puede tener rangos de ocurrencia,

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Tabla 2.4 Principales trabajos de investigación en compatibilización de mezclas de copolímeros.

Autor/año Título Información relevante

Bisio and Xantos/1995 How to Manage Plastics Waste: Technology and Market Opportunities

Reprocesado y

compatibilización de residuos plásticos. Metodologías de compatibilización para mezclas de polímeros provenientes de scrap.

Brandrup et al./1998 Recycling and Recovery of Plastics Recopilación de técnicas existentes de reciclado de plásticos. Limitaciones de los procesos y posibilidades de aplicación de los desechos plásticos.

Datta and Lohse/1996 Polymeric Compatibilizers. Uses and Benefits in Polymer Blends

Aspectos generales de los compatibilizantes.

Características que definen su efectividad durante el proceso de compatibilización.

Compatibilizantes posibles para materiales estirénicos, como el HIPS, y con presencia de acrilonitrilo, como el ABS. Liu et al./1992 Reactive polymers for blend

compatibilization

Resumen y clasificación de polímeros reactivos para compatibilización in Situ según su grupo funcional. Anhídrido Maleico para compatibilización reactiva de copolímeros con estireno en sus cadenas. Liu et al./1993 Comparison of the effectiveness of

different basic functional groups for the reactive compatibilization of polymer blends

Características de diferentes grupos funcionales en compatibilización reactiva de mezclas de PP/NBR. Diferencias en las propiedades de impacto y morfología según la

efectividad.

Utracki/2002 Compatibilization of polymer blends Aspectos generales de la compatibilización de mezclas poliméricas. Tipos, aplicaciones, ventajas y desventajas.

Características que necesitan los copolímeros a utilizar como compatibilizantes en el método de compatibilización por adición.

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Nesarikar et al./1996 Self-compatibilization of polymer blends via novel solid-state shear extrusion pulverization

Características de la auto- compatibilización por mezclado en estado sólido. Pulverización de los materiales inmiscibles e incompatibles para mezclar en estrusor a bajas temperaturas y por efectos mecanoquímicos auto-compatibilizar la mezcla. Macosko et al./2005 Reactions at polymer–polymer

interfaces for blend compatibilization

Efecto del mezclado durante la compatibilización reactiva. La concentración de grupos funcionales necesarios en la interface puede variar notalmente por un mal mezclado.

Mónica F. Díaz/2004 Compatibilización de mezclas binarias PE/PS y PP/PS. Aplicación de la reacción de alquilación de Friedel– Crafts

Estrategias de compatibilización orientadas a termoplásticos provenientes de los residuos sólidos urbanos. Aplicación de la compatibilización reactiva en mezclas de PP/PS/PE.

Ajji et al./1996 Interphase and compatibilization of polymer blends

Resumen sobre los tipos de compatibilización. Que sucede para cada caso en la interface, como llega el agente

compatibilizante. Ventajas y desventajas de cada técnica. Estudios teóricos basados en mezclas binarias.

Hoyle and Karsa/1997 Chemical Aspects of Plastics Recycling Sistemas de identificación y técnicas de separación de residuos plásticos.

Compatibilidad de mezclas de polímeros que permiten evaluar mezclas de residuos plásticos para facilitar el reciclado sin previa separación. Descripción de los plásticos del tipo termoplástico.

es decir, concentraciones relativas de los componentes dónde la fase afín pueda actuar

de “auto-compatibilizante”. Esto depende de la extensión de la interface y por lo tanto

de las concentraciones relativas. Es decir, una mezcla binaria AB puede auto- compatibilizarse cuando está compuesta por 70 %p/p de A y 30 %p/p de B pero no cuando contiene 30 %p/p de A y 70 %p/p de B. Por esta razón la determinación de los

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rangos de auto-compatibilización es fundamental para el procesamiento sostenible de estos materiales.

Por otra parte, la compatibilización que involucra la acción de un agente compatibilizante, puede realizarse de dos maneras: agregando un compuesto a la mezcla que migre hacia la interface (compatibilización por adición) o generando el compuesto compatibilizante por reacción química en la misma (compatibilización in situ o reactiva). El primero de los casos es el más usado por su sencillez operativa dado que sólo implica la adición de un tercer componente a la mezcla durante el mezclado en fundido. Ese compatibilizante, que se agrega como aditivo a la mezcla, comúnmente es un copolímero de bloque o injerto con partes afines a cada componente de la mezcla y debe migrar a la interface durante el mezclado (efecto surfactante). Esta migración está facilitada tanto por factores termodinámicos, tal como el hecho de que la interface es el único lugar afín a ambas partes de la molécula del agente compatibilizante, como por el ajuste de las condiciones de mezclado (temperatura, viscosidad, uso de flujos dispersivos y distributivos, etc.). Cabe destacar que es suficiente con que el copolímero posea segmentos con interacciones específicas con los componentes iniciales de la mezcla para poder llegar a actuar como compatibilizante, no es necesario que sean exactamente iguales [Utracki, 2002]. En el segundo caso, la compatibilización reactiva es mucho más eficiente respecto de la cantidad de compatibilizante utilizado, dado que se genera por reacción in situ directamente en la interface y no debe migrar a ella. Dentro de las reacciones las técnicas más utilizadas incluyen: la co-reacción dentro de la mezcla para generar in- situ los copolímeros (mezclado reactivo), el entrecruzamiento de las fases y la funcionalización de los homopolímeros base (a través de la incorporación de grupos ácido/base, puente hidrógeno, complejos de transferencia de carga, grupos iónicos, etc.). En todos los casos este tipo de procesado es más complejo que el anterior dado que implica controlar reacciones químicas en fundido que pueden ser interferidas por impurezas y/o suciedad. Esto limita su aplicación en la compatibilización de plásticos provenientes de residuos, tanto municipales como RAEE dónde la pureza de los reactivos y su limpieza no necesariamente es buena.

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Es claro entonces, que la eficiencia de la compatibilización in situ podría llegar a ser mayor pero, para el tipo de plásticos a compatibilizar, la ventaja del método de compatibilización por adición es su fácil realización y bajo costo en comparación al método reactivo.