COPOL1MEROS EN BLOQUE DE NYLON 6

El Nylon 6 es superior a otro tipo de poliamidas, debido a su alta resistencia a la degradación por la luz, resistencia a la abrasión, buena resistencia química, alta dureza, buena resistencia a la temperatura, facilidad para absorber agua, por lo que se reduce la fuerza a la tensión y la fragilidad.

A pesar de sus excelentes propiedades mecánicas, el Nylon 6 no tiene suficiente flexibilidad para ciertas aplicaciones. Por esta razón se ha desarrollado un método para

Introducción

La formación de copolímeros en bloque de Nylon 6 requieren del uso de un catalizador y un activador. Este último con enlaces imida que permita la formación del Nylon 6. Los activadores utilizados son prepolímeros con grupos terminales isocianato a base de un poliéter, los cuales actúan como fase elastomérica, incrementando la resistencia al impacto del Nylon 6 y ampliando sus aplicaciones en la industria automotriz. Los catalizadores mas utilizados son el reactivo de Grignard de la caprolactama, caprolactamato de sodio y el caprolactamato de potasio (Chang, 1989 a). Las propiedades del polímero dependen de varios factores, como la concentración de activador/catalizador, la temperatura inicial, la temperatura durante la polimerización y la pureza del monómero. La relación empleada de activador/catalizador es de .01 - 20 % peso, lo que permite la apertura del anillo de la caprolactama y la formación del Nylon-6 (Kubiak, 1980).

Los elastómeros termoplásticos tienen características especiales como son: resistencia a disolventes, buenas propiedades térmicas y procesabilidad. Por lo que se utilizan en la formación de copolímeros para mejorar las propiedades de algunos polímeros. Los copolímeros en bloque que contienen segmentos suaves y rígidos se han desarrollado actualmente, debido a su aplicación en un intervalo amplio de temperaturas. Los poliéteres como el polioxipropileno o el óxido de politetrametileno y poliésteres alifáticos se eligen como segmentos suaves para impartir propiedades elastoméricas a polímeros con baja resistencia al impacto (Chool, 1994). Los segmentos rígidos usualmente se componen de unidades cristalizables que tienen alta temperatura de Risión, formando entrecruzamientos fisicos que facilitan la estabilidad dimensional. Como segmentos rígidos se ha mostrado interés sobre poliamidas, poliuretanos y poliésteres (Schroeder, 1985).

El desarrollo de elastómeros termoplásticos inició con trabajos sobre poliuretanos en Alemania a finales de 1930. La finalidad de los elastómeros termoplásticos es ampliar el intervalo de temperatura entre la transición vítrea (Tg) y la Risión (Tm), para obtener materiales que sean hulosos a temperatura ambiente (Chen, 1993).

Hedrick (1967), obtuvo una patente donde se describe la síntesis de copolímeros en bloque de Nylon por la polimerización amónica de caprolactama en presencia de prepolímero de poliuretano. Los prepolímeros preparados de la reacción de diisocianato en poliéter glicol, contenían un grupo terminal isocianato, el cual iniciaba la polimerización de la caprolactama.

Introducción

Posteriormente, Hedrick y Gabbert (1981) obtuvieron un copolímero en bloque de Nylon 6/Poliéster con excelentes propiedades mecánicas y de impacto, haciendo reaccionar bis-acillactama con poliol para obtener poliesteramida, que posteriormente reaccionaría con caprolactama. Los esquemas de la reacción se presentan en la Figura 1.22.

CATALIZADOR

+ XHOWU,AMMWOH

BIS ACIL LACTAMA POLIOL

PREPOLIMERO POLIETER POLIESTERAMIDA

COPOLIMERO EN BLOQUE DE NYLON 6

Figura 1.22. Esquema de las reacciones para la formación de copolímero en bloque de Nylon 6.

El prepolímero puede ser preparado en masa, en presencia de algún disolvente orgánico o en caprolactama como parte de la reacción de copolimerización (Hedrick, 1985).

Más adelante, Geenen y Arnold (1993), obtuvieron un copolímero en bloque de Nylon 6 con excelente resistencia al impacto, además de que el poliol se encontraba homogéneamente distribuido en la matriz del Nylon. Primero se formó un prepolímero a una temperatura de 80

Introducción

macroactivadores que contenían grupos terminales isocianato producían reacciones laterales de ciclotnmerización de los grupos isocianato, por ejemplo, la formación de isocianurato. Esto fue analizado por medio de espectroscopia infrarroja (FTIR).

Chool (1994), realizó estudios sobre copolímeros en bloque a base de Nylon 6 y polioxipropileno (POP) por medio de una polimerización hidrolítica, llevando a cabo la caracterización del copolímero por medio de análisis por resonancia magnética nuclear (RMN) y espectroscopia infrarroja (FTIR), proponiendo que la unidad de POP se incorpora a las cadenas de Nylon 6 y además que la longitud de los bloques rígidos en el copolímero son dependientes del tamaño y la composición de las unidades de POP.

Sakurai (1998), realizó estudios sobre las propiedades térmicas y la estructura de copolí meros en bloque, obtenidos por medio de polimerización por condensación entre un oligómero de Nylon 6 con grupos terminales COOH y un oligómero de polipropilen glicol con grupos NH2, reportando que los segmentos suaves de PPG son compatibles con los segmentos rígidos de Nylon 6. Se observó una disminución en la temperatura de fusión, la cristalinidad y el tamaño de los cristales con el incremento en la cantidad de segmento suave.

En 1982 el copolímero en bloque de Nylon 6 (NBC), se introdujo al mercado automotriz (Macosko, 1989), como el primer material termoplástico de Ingeniería procesado por moldeo por Inyección Reactiva (RIM). En este proceso, se tiene la ventaja de que el tiempo de ciclo es de pocos minutos.

Preliminarmente se han hecho estudios por parte de investigadores del Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) con diferentes tipos de iniciadores bifuncionales de acil lactama y carbamoil lactama, para la obtención de prepolímeros de poliesteramida que posteriormente reaccionan con caprolactama para la obtención de NBC (Lozano, 1995).

Las acil lactamas se pueden obtener por medio de un ataque de amidas sobre los haluros de acilo (Figura 1.23). En la reacción R puede ser un arilo o un alquilo.

R-—C1 + ' ?

R__5 +

Introducción

Mientras que las carbamoil lactamas se obtienen haciendo reaccionar isocianato con amida (Figura 1.24). Siendo R un alquilo o un arilo.

- R—N=c=O

+ 0

ISOCIANATO -CAPROLACTAMA CARBAMOIL LACTAMA

Figura 1.24. Reacción para la formación de carbanioil lactama.

Con este estudio se observó que la velocidad de polimerización es más alta utilizando como iniciador carbamoil lactama que acil lactama.

Se han realizado estudios (Limtasiri, 1988; Fabbri, 1975) sobre diferentes iniciadores.

Algunos de estos se presentan en la Figura 1.25.

N,N'-TEREVFALOILO- bis-s-CAPROLACTAMA

0 —I-I-(CH2),C-11 1-N-1

N,N'-HEXAMETIIEN- bis-CARBAMOIL. s-CAPROLACTAMA