Tema 2. Tipos de plásticos, aditivación y mezclado.

Tema 2. Tipos de plásticos, aditivación y mezclado.

Termoplásticos

Plásticos de altas prestaciones

Termoestables

Elastómeros

Composites

Plásticos espumados

Cristales líquidos

1. Tipos de plásticos

Tema 2. Tipos de plásticos, aditivación y mezclado.

1. Tipos de plásticos.

1.1. Termoplásticos

Polímeros lineales, ramificados o no

Funden, son solubles y reciclables, fáciles de procesar y económicos

Propiedades muy dependientes de la temperatura de trabajo

PE, PP, PS, PVC

Estructura

Ventajas

Inconvenientes

Ejemplos _Polímero Abreviatura Unidad de repetición Polietileno PE

Polipropileno PP

Poliestireno PS

Poli(cloruro de vinilo)

PVC

CH₂ CH₂

CH CH₂

CH₃ CH₂ CH

CH CH₂

Cl

1.2. Plásticos de altas prestaciones

Estructura

Ventajas

Inconvenientes

Ejemplos

Termoplásticos con anillos bencénicos en la cadena principal

Funden, son solubles, propiedades mecánicas muy buenas incluso a T elevadas, resisten a líquidos corrosivos

Temperaturas de procesado muy elevadas, caros

O

C O C

O C O CH₃

CH₃

CH₃ CH₃

O

O C S

O

Polímero Abreviatura Estructura

Poliésteres aromáticos APE

Poliimidas PI

Polisulfonas PSU

1. Tipos de plásticos.

O

O O

C CH₃ CH₃ N

PI, PAEK APE, PSU

1.3. Termoestables

Estructura

Ventajas

Inconvenientes

Ejemplos

Reticulados

Buen comportamiento a altas temperaturas, resistencia química, buena estabilidad dimensional

Procesado lento, no reciclables, poca variedad de materiales y métodos de transformación

1. Tipos de plásticos.

Polímero Abreviatura Unidad de repetición Poliuretano

reactivo

PU

Resina de Fenol- formaldehido

CH₂ CH₂

CH₂ OH OH

NH COO R OCO NH R'

PUR, resinas fenol- formaldehído

1.4. Elástomeros

Estructura

Ventajas

Inconvenientes

Ejemplos

Polibutadienos parcialmente reticulados

Muy tenaces y elásticos

Procesado lento, no reciclables

Poliisopreno

1. Tipos de plásticos.

Elástomeros permanentes Elástomeros termoplásticos

Estructura

Ventajas

Inconvenientes

Ejemplos

Reticulación que se invierte con T ó mezclas de termoplástico + caucho

Funden, son reciclables

Menos elásticos que los permanentes

PP+EPDM

1.5. Composites

Estructura

Ventajas

Inconvenientes

Termoplásticos a veces parcialmente entrecruzados con estructura celular llena de gas

Muy baja densidad, conductividad térmica, eléctrica, acústica

Procesado complejo y enfriamiento muy lento

Estructura

Ventajas

Inconvenientes

1.6. Espumas

Matriz termoplástica o termoestable y carga con elevada resistencia a la tracción

Excelentes propiedades mecánicas, elevada dureza y resistencia a la tracción

Caros y difíciles de procesar

1. Tipos de plásticos.

1.7. Cristales líquidos

Estructura

Ventajas

Inconvenientes

Termoplásticos basados en poliésteres aromáticos

Excelentes propiedades térmicas, mecánicas y ópticas

Caros

1. Tipos de plásticos.

2. Tipos de aditivos

Aditivo: material disperso físicamente en la matriz polimérica sin afectar su estructura molecular

Función del aditivo Tipo de aditivo Aditivos que facilitan el

procesado

Estabilizantes Lubricantes Aditivos que modifican las

propiedades mecánicas

Plastificantes Cargas reforzantes Modificadores de impacto Aditivos que disminuyen costos

de las formulaciones

Cargas

Diluyentes y extendedores Modificadores de propiedades

superficiales

Agentes antiestáticos Aditivos antideslizamiento

Aditivos antidesgaste Promotores de adhesión Modificadores de propiedades

ópticas

Pigmentos y colorantes Agentes de nucleación Aditivos contra el envejecimiento Estabilizantes contra luz UV

Fungicidas

Otros Agentes espumantes

Retardantes de llama

2. Tipos de aditivos

Requisitos tecnológicos de los aditivos:

 Ser eficaces

 No deben interferir en otras propiedades

 Deben tener la compatibilidad adecuada con el polímero

 No deben ser volátiles en las condiciones de procesado

 No deben exudar ni tender a agregarse

 Deben cumplir la normativa respecto a toxicidad

La concentración de aditivo en una formulación se suele

expresar en phr (parts per hundred of resin)

2. 1. Plastificantes

Un plastificante es una “sustancia que se incorpora a un material plástico o elastómero para aumentar su flexibilidad y facilitar su transformación. Puede reducir la viscosidad del fundido, rebajar la temperatura de transición vítrea o disminuir el módulo elástico del fundido”. Generalmente se requiere alta eficacia.

Teoría del volumen libre

Volumen libre= facilidad de movimiento de las cadenas

NO RESUELVE CUESTIONES COMO:

¿por qué algunos polímeros pueden

plastificarse y otros no y por qué algunas sustancias son buenos plastificantes y otras no?

40-180 phr

2. 1. Plastificantes Modelo de Moorshead

Polímero y plastificante deben tener una fuerza cohesiva similar

Familia Plastificante Estructura

Ftalato DINP

Diiso-nonil ftalato

Fosfato TFF

Trifenil fosfato

Adipato DOA

Diiso-octil adipato Epoxi Epoxiestearato

de octilo

C C O

O O O

C₉H₁₉ C₉H₁₉

O

P O O

O

H₁₇C₈ O (CH₂)₈ O C C

O

O C₈H₁₇

C₈H₁₇ O

C C

O H₁₇C₈ O (CH₂)₁₄ C

 Los polímeros reticulados y cristalinos no se pueden plastificar

 Los polímeros polares no cristalinos se plastifican fácilmente

40-180 phr

2. 1. Plastificantes

Grupos polares

Grupos polarizables

Grupos apolares

Estructura del plastificante:

Buena compatibilidad y resistencia a la tracción Buena flexibilidad

40-180 phr

2. 2. Estabilizantes

Antioxidantes

Un estabilizante debe

• controlar o retrasar los procesos de descomposición

• ser compatible

• ser eficaz

• no afectar a otras propiedades

0-6 phr

Se combinan con los radicales libres o con los peróxidos

C(CH₃)

C(CH3) OH (CH3)C

.

+ R

(CH₃)C

C(CH₃)

C(CH3) O

.

RH

+

Fenoles impedidos o aminas aromáticas

2. 2. Estabilizantes

Absorben energía de una longitud de onda perjudicial para los polímeros y la reemiten a otra longitud de onda

Estabilizantes UV

OH

C O

O

hν

O

C

OH OH

C O O

H H

O

Quinona + hν

Benzofenonas, benzotriazoles, acrilonitrilos

2,2’-dihidroxibenzofenona

Quelato

Salicilato de fenilo

‘

2. 2. Estabilizantes

 Reacción del estabilizante con el haluro de hidrógeno formado en la descomposición del polímero

Estabilizantes Térmicos

HCl ⁺ R₂M RMCl ⁺ RH MCl₂ ⁺ RH HCl ⁺ RMCl

 Reacción del estabilizante con las estructuras lábiles presentes en el polímero

CH

CH CHCl

Zn(OOCR)

CH CH CH(OCOR)

ClZn(OOCR)

+ Cl₂Zn CH

CH CH(OCOR)

+ ClZn(OOCR) CHCl

CH CH

Carboxilatos metálicos (Ba, Ca, Zn, Cd, Pb, Sn)

2. 3. Lubricantes

Un lubricante debe:

• reducir las fuerzas de fricción entre la granza y las partes metálicas de la máquina

• reducir las fuerzas de fricción entre el polímero fundido y las partes metálicas de la máquina

• reducir las fuerzas de fricción durante las operaciones de acabado

• ser eficaz

• No afectar a otras propiedades

0-2 phr

2. 3. Lubricantes

Lubricantes externos (de capa límite)

Lubricantes internos

Reducen la fricción entre el polímero y las partes metálicas de los equipos de

procesado.

Estearatos metálicos (Ca, Pb), ceras y ac. esteárico

Reducen la fricción entre las moléculas de polímero a temperaturas elevadas, facilitando el flujo del

fundido.

No deberían migrar a la superficie

Derivados de ceras, ésteres y alcoholes de cadena larga

0-1 phr

0-2 phr

2. 4. Cargas

Una carga debe:

• reducir costes de la formulación (deben ser baratas y/o ligeras)

• no afectar a otras propiedades (color, propiedades mecánicas y reológicas)

• dispersarse de forma correcta (no deshumedecer)

5-50 phr

Inorgánicas: carbonato calcico, sílice, óxidos, microesferas de vidrio, etc.

Orgánicas: celulosa, almidón, cáscara de almendra, etc.

2. 5. Retardantes de llama

Un retardante de llama debe

• reducir la tendencia a la ignición: por recubrimiento del área expuesta o por que conducen a la formación de gases

incombustibles

1-10 phr

Bromuros y cloruros orgánicos, óxidos de antimonio, fósforo y boro

Polímero + calor

Polímero poroso

+ volátiles combustibles Pirólisis

(endotérmica) + oxígeno

Combustión (exotérmica)

2. 6. Agentes espumantes

Un agente espumante debe

• crear una estructura celular (celdillas llenas de gas)

• dispersarse adecuadamente

0-5 phr

Heptano, pentano, cloruro de metilo Agentes espumantes físicos:

Generan el gas mediante evaporación o sublimación

Agentes espumantes químicos:

Generan el gas mediante reacción química Azodicarbonamida, benzosulfil hidracina

2.7. Modificadores de impacto

Un agente modificador de impacto debe

• mejorar la resistencia al impacto

Se consigue mediante mezclas de una matriz rígida termoplástica con un material elástico (caucho), generando una estructura de 2 fases con in buen contacto entre ambas fases.

Ejemplos: HIPS = PS + PB

2. 8. Pigmentos y colorantes

Pigmentos

Se deben dispersar adecuadamente en el polímero Dan acabados opacos

No migran

0,1-0,5 phr

Óxidos de hierro (ocres), titanio (blanco) cromatos de plomo (amarillo), cinc (verdes)

Colorantes

Son compatibles con el polímero

Dan colores muy brillantes y acabados traslúcidos Pueden migrar y degradarse

Ftalocianina (azules), rodamina (rojos) quinacridona (violeta y magenta)

3. MECANISMOS DE MEZCLADO

Mezclado extensivo (blending)

 Estado físico de los polímeros y aditivos

 Grado de dispersión que se desee alcanzar

 De la cizalla que se aplica en el procesado

Mezclado intensivo (compounding)

4. FORMULACIONES BÁSICAS

Proceso Formulación Conc.

(phr) Moldeo Rotacional Polímero: PVC, E

Estabilizante: Estearato Ca/Zn

Coestabilizante: Aceite de Soja epoxidado Plastificante: DINP

Pigmento

100 2 4 70 0.1 Soplado Polímero: PVC, S o M

Estabilizante: Octoato de Zn

Coestabilizante: Aceite de Soja epoxidado Modificador de impacto: ABS

100 0.2

3 10 Inyección Polímero: PVC, S

Estabilizante: líquido Ba/Cd/Zn

Coestabilizante: Aceite de Soja epoxidado Lubricante: Aceite esteárico

Estabilizante UV: negro de carbón

100 2 5 0.4 0.3 Inyección (Espuma) Polímero: EVA

Reticulante: Peróxido de dicumilo Espumante: Azodicarbonamida Ayu. Espumante: ZnO

100 1.5 2.5 1.5 Extrusión Polímero: PVC, S o M

Estabilizante: Estearato tribásico de Pb Plastificante: Trimellitato

Retardante de llama: Trióxido de Sb Carga: Carbonato Cálcico

100 7 70 6 50