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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

CHCH2

CH3

CH2 CH

CHCH2

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

CO

CH3

CH3

CH3

CH3

O

COS

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


Polímero Abreviatura Unidad de repetición

Poliuretano

reactivo

PU

Resina de

Fenol-

formaldehido

CH2

CH2

CH2

OHOH

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


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


1.7. Cristales líquidos

� Estructura

� Ventajas

� Inconvenientes

Termoplásticos basados en poliésteres aromáticos

Excelentes propiedades térmicas, mecánicas y ópticas

Caros


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


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

OP O

OO

H17C8O (CH2)8

O

CC

O

O C8H17

C8H17

O

C C

O

OH17C8(CH2)14 C

� Los polímeros reticulados y cristalinos no se pueden plastificar

� Los polímeros polares no cristalinos se plastifican fácilmente

40-180 phr


� 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


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

OO

H H

O

Quinona hν+

Benzofenonas, benzotriazoles, acrilonitrilos

2,2’-dihidroxibenzofenona

Quelato

Salicilato de fenilo

‘


� Reacción del estabilizante con el haluro de hidrógeno formado en la

descomposición del polímero

Estabilizantes Térmicos

HCl + R2M RMCl + RH

MCl2 + RHHCl + RMCl

� Reacción del estabilizante con las estructuras lábiles presentes en el

polímero

CHCH CHCl + Zn(OOCR)2 CH(OCOR)CH CH + ClZn(OOCR)

+ Cl2ZnCHCH CH(OCOR)+ ClZn(OOCR)CHClCH 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 combustiblesPirólisis(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)

El tipo de mezclador depende de:

� 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


Modificador de impacto: ABS

100

0.2

3

10

Inyección Polímero: PVC, S

Estabilizante: líquido Ba/Cd/Zn


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

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