Aditivos para plsticos

ADITIVOS PARA POLIMEROS

Centro de Investigacin en Qumica Aplicada Santiago Snchezssanchez@ciqa.mx

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A Polmeros Petrleo Monmeros A ADITIVOS

2Aditivos

Aditivos para plsticos1.- INTRODUCCIONUsualmente los polmeros necesitan la ayuda de uno o ms aditivos o modificadores para cumplir con su funcin, ya que casi nunca se utilizan en forma individual y sin la presencia de estos aditivos, algunas aplicaciones de los materiales plsticos no existiran.

4En un principio, la funcin de los aditivos y modificadores fue vencer algunas limitaciones en los materiales plsticos. Por ejemplo, para convertir el PVC rgido en flexible, para proteger de los efectos de la degradacin producida por el calor y la luz as como para mejorar la resistencia al fuego. Ms tarde, los esfuerzos se enfocaron hacia el procesamiento de plsticos, dando como resultado los lubricantes y ayudas de proceso.

5Ms recientemente, los modificadores y aditivos son capaces de cambiar la forma y funcin de los plsticos y mejorar sus propiedades fsicas. Por ejemplo, los agentes espumantes nos permite fabricar productos celulares, los agentes de acoplamiento mejoran los enlaces interfaciales entre resina y carga para aumentar las propiedades fsicas y los modificadores de impacto aumentan la resistencia de los plsticos.

6Aditivos en plsticosAntiacidos AntioxidantesColorantes LubricantesAgentes nucleantesAntiestaticosEstabilizadores UVOtros

7Cuando se sintetiza un polipropileno se utilizan catalizadores que frecuentemente dejan residuos cidos en la resina. Por esa razn desde ese momento se le agregan aditivos como:ANTIACIDOS Los mas utilizados son estearato de calcio o de Zn.Desde la polimerizacin es importante el uso de aditivos8

Efecto del anticido sobre la corrosin9PolmeroEstructuraCarga rotura (MPa)Alarg.(%)Mdulo de elasticidad (GPa)Densidad (Mg/m3)Temp. def. por calor a 455 kPaAplicacionesPolietileno (PE)Baja densidadAlta densidad8-2121-3850-80015-1300.1-0.280.4-1.200.920.964285Embalaje, aislantes elctricos, artculos del hogar, botellasPolicloruro de vinilo (PVC)34-622-1002.1-4.101.40-Tuberas, vlvulas, revestimientos de suelos, aislantes elctricos, revestimientos de automvilesPolipropileno (PP)28-4110-7001.1-1.50.90115Tanques, embalaje, fibras para ropa y sobrenvolturasPoliestireno (PS)22-551-602.6-3.11.0682Embalaje y espumas aislantes, revestimientos de automviles, electrodomsticos y utensilios de cocinaPolicloruro de vinilideno(PVPS)24-34160-2400.3-0.551.1560Embalaje, tuberas, chubasqueros

TIPOS DE POLIMEROS1.Polimerizacin Aninica:

Ocurre por el ataque de un anin (B) sobre el doble enlace de unalquenoque posee sustituyentes atractores de electrones como NO2, CN, grupos carbonilos, etc.

Por ejemplo:2. Polimerizacin catinicaOcurre generalmente por el ataque de un cido de Lewis (un catin) o por un cido mineral sobre el doble enlace de un alqueno que posee sustituyentes dadores de electrones. Por ejemplo, el 2-metilpropeno (isobutileno) reacciona con H+ segn el siguiente mecanismo:

3. Polimerizacin por radicales libresEs el mtodo de mayor uso comercial. En este tipo de polimerizacin se distinguen tres etapas: iniciacin, propagacin y trmino.a) Iniciacin.Se produce la formacin de radicales libres (R O ) por la descomposicin de trazas de un perxido, sustancia inestable, por la accin de la luz UV o alta temperatura.

b) Propagacin.El radical libre formado, altamente reactivo, ataca un carbono del doble enlace de un alqueno, por ejemplo, etileno, formando otro radical libre ms estable. No olvides que cada enlace que une los tomos de carbono corresponde a 2 electrones. Un electrn del doble enlace y el electrn del radical libre, ubicado en el oxgeno, forma un enlace O - C y el otro electrn del doble enlace forma el nuevo radical libre, quedando un enlace simple C - C. El radical libre formado reacciona sucesivamente, por un mecanismo similar, con n molculas del alqueno, alargando la cadena en cada reaccin.

c) Trmino.Ocurre por la reaccin del polmero con otro radical libre.

Algunos polmeros sintetizados por este mtodo son: Polietileno (PE).Es el polmero sinttico ms sencillo conocido. Se produce por la polimerizacin del etileno, obtenido en el cracking del petrleo. Tiene una gran variedad de usos, por ejemplo para envases de aceites, bebidas gaseosas, alimentos lcteos, en bolsas para el comercio, baldes, etc. Poliestireno (PS).Es un polmero de adicin que se diferencia del polietileno por poseer en su estructura un anillo bencnico en lugar de un tomo de hidrgeno. De variados usos: envases, planchas aislantes, bandejas, vasos desechables para bebidas calientes, etc.La formacin de poliestireno se puede esquematizar de la siguiente manera:

Los polmeros son muy sensible a la degradacin termo- oxidativa, debido a su estructura qumica. Por esa razn es importante utilizar aditivos conocidos como:ANTIOXIDANTES

18Muchos productos son formulados con colorantes Los colorantes se dividen en Pigmentos Tintes

19Pigmentos

Los Pigmentos son materiales orgnicos o inorgnicos, que son prcticamente insolubles en el polmero donde estn dispersos. Esto significa que los pigmentos estn siempre presentes en la matriz polimrica en forma de partculas.

Tintes

Los tintes son colorantes solubles en el polmero se encuentran dispersos en la matriz polimrica. Esto significa que no hay partculas visibles en la pieza coloreada, lo cual imparte transparencia.

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Pigmentos

21Los pigmentos inorgnicos a base de plomo y cadmio se han usado en gran cantidad en la industria del plstico, debido a su bajo costo y sus buenas propiedades.

No obstante su uso se ha limitado debido a problemas ambientales.

Esta limitacin ayud al desarrollo de los pigmentos orgnicos Pigmentos22Existen diferentes familias de pigmentos orgnicos:

Poli cclicos (antraquinona, dioxazina) Compuestos azo (sales mono azo y diazo) Complejos metlicos (ftalocianina)

Pigmentos

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Tintes

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Algunos pigmentos pueden cambiar su apariencia al interactuar con otros componentes como son agentes antiestticos o compuestos metlicos como estearato de zinc.

Interaccin con otros aditivos

25Concentrados y compuestosEl concentrado es una mezcla de resina con una alta concentracin de aditivos

26Concentrados

El concentrado tiene las siguientes ventajas:

Mejor mezclado de aditivos y resina

Dispersivo y distributivo 27CompuestosCompuesto: Mezcla de resina y aditivos con la concentracin del producto final.

28Compactacin de los aditivos

29ETAPAS EN EL PROCESO DE MEZCLADO Mezclado DispersivoEn esta etapa hay una reduccin en el tamao de las partculas a la vez que se distribuyenMezclado

Dispersivo...................................................................................El mezclado dispersivo tiene por objetivo disminuir el tamao de las partculas o aglomerados que se estn mezclando. En este caso s se requiere de mayores esfuerzos, lo cual producir un aumento en la temperatura del plstico, y puede causar degradacin.EganCavidadesMaddock

ETAPAS EN EL PROCESO DE MEZCLADO Mezclado DistributivoEn esta etapa no hay cambio en el tamao de las partculas, solamente se incrementa su distribucin en el polmeroMezclado

Distributivo El mezclado ocurre en la zona de plastificacin y en la zona de bombeo. Muchos husillos incluyen una zona especfica para mejorar el mezclado.El mezclado distributivo tiene por objetivo distribuir todas las partculas que se estn mezclando. En este caso, no se requiere de altos esfuerzos para lograr un buen mezclado.PiaPinsDISPERSION DE UNA CARGA EN UN POLIMERO

Para proteger a los polmeros contra la Termo-oxidacin, se emplean aditivos llamados ANTIOXIDANTES

35Polmeros estables: PS, PMMAPolmeros sensibles: poliolefinas (PP), hulesPolmeros muy sensibles: PVC, poliacetales

36La TERMODEGRADACIN se manifiesta mediante cambios en: ColorSuperficieTransparencia Prop. mecnicas (Flexin, tensin y elongacin) Fluidez

37Los cambios fsicos se deben a cambios qumicos: Aumento en peso molecularDisminucin en peso molecular

38Ruptura de cadenas

Hay una disminucin en peso molecular debido a una ruptura de cadenas.

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ESTRUCTURAS DE POLIOLEFINAS

POLIETILENOPOLIPROPILENO40

Responsables de la termo- oxidacin.CalorEsfuerzos mecnicosOxgeno

Para proteger a los polmeros de la termo-oxidacin se emplean aditivos ANTIOXIDANTES

ANTIOXIDANTES

PRIMARIOS (Capturan radicales libres)

SECUNDARIOS (Destruyen perxidos)41GRACIAS TOTALES