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Ciencia de los polmeros | Profesor Francisco A. Herrera Castaeda
ADITIVOS EN LOS POLMEROS Estos materiales se incluyen en la formulacin de los polmeros para modificar
y mejorar sus propiedades fsicas, mecnicas y de manufactura.
Rellenos
Los rellenos son sustancia o compuestos de origen natural o sinttico. Es ms
comn su uso en las resinas termofraguables, como las fenlicas, las de urea y
las melaninas, aunque tambin se emplean en algunos termoplsticos.
Los rellenos que se agregan en cantidades grandes se llaman dilatadores,
pues permiten la produccin de un gran volumen del polmero a partir de una
cantidad pequea de resina, con lo cual se reduce el costo del polmero.
Debido a que las propiedades de un polmero dilatado suelen disminuir, su uso
se limita a las aplicaciones menos crticas. Uno de los rellenos de uso ms
extendido es la harina de madera.
El carbonato de calcio, la slice y la arcilla son rellenos del tipo inorgnico (minerales).
Plastificantes
Los plastificantes se utilizan, en general, para aumentar la flexibilidad y
elasticidad de los polmeros, as como su flujo en condiciones de fusin.
Un plastificante no est unido qumicamente al polmero, sino que acta como
lubricante interno, reduciendo las fuerzas en los enlaces van der Walls entre
las cadenas polimricas y separando las cadenas para impedir que se
entrelacen. Sin los plastificantes, sera imposible fabricar lminas, tubos,
pelculas y otras formas flexibles.
Por regla general, cuanto ms grande es la proporcin de plastificante en los
polmeros, mayor es la flexibilidad que se consigue. Los plastificantes para uso
general que gozan de ms preferencias son los ftalatos, aunque tambin se
utilizan epxicos, fosfatos, disteres adpicos y polisteres.
Estabilizadores trmicos
Los estabilizadores trmicos impiden la degradacin de los polmeros durante
su tratamiento, cuando la masa fundida se somete a temperaturas altas.
El PVC es particularmente propenso a degradarse durante su tratamiento, por lo que es un consumidor de primera magnitud de estabilizadores trmicos. En
general se usan estabilizadores lquidos para el PVC flexible,
ejemplo, los lquidos de bario y zinc. Otros polmeros que
estabilizadores son el PE clorado y las mezclas de ABS.
como por
requieren
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Antioxidantes
Los antioxidantes protegen los materiales contra el deterioro por oxidacin
provocada por calor, luz y mecanismos inducidos qumicamente. El deterioro se
manifiesta como fragilizacin, inestabilidad de flujo de la masa fundida,
prdida de propiedades de tensin y cambio de color. Los tres mecanismos
preventivos principales para controlar el deterioro de los polmeros son:
a) Absorcin o filtracin de la luz ultravioleta.
b) Desactivacin de los iones metlicos.
c) Descomposicin de los hidroperxidos en productos que no son radicales.
Absorbedores de luz ultravioleta (UV)
Los absorbedores UV estabilizan el color y prolongan la duracin del producto.
Prcticamente todos los polmeros se degradan de diversas formas al
exponerse a la luz solar; las ms comunes son el cambio de color y la prdida
de propiedades fsicas. Los polmeros que son particularmente susceptibles a
este tipo de degradacin son las poliolefinas, poliestireno, PVC, ABS, los
polisteres y los poliuretanos.
El absorbedor de UV ms eficaz es el color negro, ya sea en forma de negro de
humo, de pintura negra o de tinte negro. Sin embargo, no se puede emplear
en todos los casos. Por consiguiente, se utilizan diversos productos qumicos,
algunos de los cuales son las benzofenonas, el complejo de nquel de un fenol
alquilado con impedimento estrico, los benzotriazoles y los fotoestabilizadores
de amina impedida (FEAI HALS, siglas en ingls).
Agentes antiestticos
Los agentes antiestticos, llamados tambin desestabilizadores, se utilizan
para reducir la acumulacin de cargas electroestticas en la superficie de los
polmeros debido a su inherente mala conductividad elctrica. Estos agentes
sirven para atraer humedad a fin de aumentar la conductividad superficial y,
de, esta forma, reducir la probabilidad de que se produzca una chispa o una
descarga. Los trajes espaciales de los astronautas contienen agentes
antiestticos para impedir que se produzcan descargas elctricas capaces de
daar los delicados componentes electrnicos del transbordador espacial. Los
polmeros particularmente susceptibles a la acumulacin de cargas elctricas
son: Polietileno, polipropileno,poliestireno, nylon, polister, uretanos,
celulsicos, acrlicos y acrilonitrilos. Los agentes antiestticos ms comunes son
aminas, compuestos cuaternarios de amonio, steres fosfricos y steres de
polietilenglicol.
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Agentes de acoplamiento
Se agregan para mejorar la adhesin de los polmeros a los materiales de
relleno inorgnicos, como los filamentos o fibras de vidrio. Los ms utilizados
son los silanos y titanatos.
Agentes retardantes de flama
Se agregan para reducir la inflamabilidad de los polmeros; la accin de estos
agentes consiste en aislar el polmero, crear una reaccin endotrmica
enfriadora, recubrir el polmero para excluir el oxgeno, o influir efectivamente
en la combustin mediante una reaccin con materiales que tienen diferentes
propiedades fsicas. Los retardantes pueden ser inorgnicos, como la almina
trihidratada, xido de antimonio o borato de zinc y orgnicos como steres
fosfricos y compuestos halogenados de diversos tipos.
La almina es el retardante de flama de uso ms extendido, y es muy eficaz en
los polmeros termoestables y ciertos termoplsticos.
Los retardantes basados en bromo y cloro, por razones de toxicidad, se estn sustituyendo por otros agentes qumicos a base de fosforo.
Agentes insuflantes
Se utilizan solos o en combinacin con otras sustancias para crear una
estructura celular (espuma).
Los agentes insuflantes qumicos van desde sales simples, como bicarbonato
de amonio o de sodio, hasta complejos agentes liberadores de nitrgeno. Estos
ltimos son los que ms se utilizan, por ejemplo la azodicarbonamida, N-
nitroso y las sulfonil-hidracidas.
Lubricantes
Se utilizan para facilitar la elaboracin de los polmeros y mejorar la apariencia
del producto final. Para ser eficaces, los lubricantes deben ser compatibles con
los polmeros a los que se agregan, no afectar adversamente las propiedades
del producto final y combinarse sin dificultad. Los lubricantes ms comunes
son:
a)
b)
c)
d)
Estearatos metlicos
Amidas y steres de cidos grasos
Ceras hidrocarbonadas
Polietileno de bajo peso molecular
Colorantes
Los colorantes deben impartir colores firmes a la luz, temperatura, humedad,
productos qumicos, etc., pero sin reducir otras propiedades deseables, como
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el flujo durante su tratamiento, la resistencia a adquirir una apariencia terrosa
y al microagrietamiento superficial, y la resistencia al impacto. Pueden
emplearse tintes y pigmentos. Los tintes imparten colores menos firmes a la
luz y estabilidad trmica. Los pigmentos pueden ser inorgnicos y orgnicos.
Los orgnicos imparten colores ms intensos y transparentes, pero su costo es
mayor. Los inorgnicos son ms densos y por lo comn, de tamao de
partcula ms grande, como por ejemplo, el negro de humo. Existen colorantes especiales, como los metlicos, fluorescentes,
fosforescentes y coloraciones nacaradas.
ALGUNOS ADITIVOS COMUNES Y SUS USOS
de humos
friccin y qumica
impacto
aplanador en el PVC
resistencia qumica
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ADITIVO USOS
Almina trihidratada Dilatador; retardante de flama; supresor
Sulfato de bario Relleno; pigmento blanco; resistencia a la
Carbonato de calcio Dilatador; pigmento; relleno
Sulfato de calcio Dilatador; aumenta la resistencia al
Negro de humo Relleno; pigmento; antiesttico
Caoln Dilatador; pigmento
Rellenos orgnicos
Rellenos/dilatadores: Harina de madera,
cscara de nuez, mazorca de maz, arroz,
cscara de cacahuate
Slice Relleno/dilatador/refuerzo; agente
Talco Dilatador/relleno/refuerzo
Fibras de boro Refuerzo/muy costoso
Fibras de
carbono/grafito
Refuerzo/muy costoso
Fibras de vidrio Refuerzo/estabilidad dimensional y