Los polímeros como aditivos

Nuevas oportunidades para modificar termoplásticos y termofijos sin necesidad de emplear rellenos sólidos o refuerzos se presentan para cuatro resinas termoplásticas nuevas, y de hecho con propiedades no usuales. A continuación se presentan cuatro reportes a cerca de estos desarrollos:

• Nuevos grados de óxido de polifenileno mejoran las propiedades de procesamiento y mecánicas de los elastómeros TP, termofijos SMC/BMC, y resinas epóxicas.
• Las películas de polipropileno y las partes moldeadas con esta resina pueden adquirir una mayor tenacidad con mLLDPE, el cual es sorprendentemente compatible con PP.
• Un TPE inusual actúa como antiestático permanente en los plásticos de ingeniería y de consumo masivo.
• Los interpolímeros de etileno estireno catalizados con metalocenos pueden compatibilizar mezclas de PS/PE.

PPO mejora las propiedades de SEBS y termofijos
Nuevas versiones de la resina PPO (el ingrediente clave de las aleaciones de Noryl) se han desarrollado específicamente para usarlas como modificadores de resinas por parte de GE Plastics. Algunos de estos nuevos grados tienen un peso molecular excepcionalmente bajo y por lo tanto una viscosidad en estado fundido también baja, lo cual permite un procesamiento más fácil.

Los compuestos de TPE para empaquetaduras y mangueras de automotores, especialmente los que se basan en el copolímero de bloque SEBS (como Kraton), son algunas de las aplicaciones más importantes, de acuerdo con el director de mercadeo de GE, Benny David. Afirma que los compuestos de SEBS/PPO pueden remplazar los termoplásticos vulcanizables (TPV) de polipropileno y de cauchos olefínicos entrecruzados, que actualmente se emplean en estas aplicaciones. "A altas temperaturas, los compuestos de moldeo elastoméricos con base en Kraton normalmente presentan fallas. Cuando se deforman, generalmente no regresan a sus dimensiones originales. Pero, se puede lograr un comportamiento excelente bajo compresión agregando PPO en SEBS, con cargas de cerca de 10%", dice David.

La tabla adjunta muestra las propiedades de Kraton SEBS puro y de Kraton mejorado con PPO de las referencias HPP820 y HPP830, agregadas al 13%. Ambos grados se venden bajo la marca Blendex de GE Specialty Chemicals. HPP820 ya ha sido usado comercialmente en la industria automotriz en aplicaciones en la sección del motor.

El Blendex HPP830, más reciente, tiene una ventana de procesamiento más amplia y un olor imperceptible. Esto abre las puertas para aplicaciones en la cabina de los automotores, donde los compuestos de Kraton mejorados con PPO remplazan a los TPV. Al tiempo que estos últimos productos tienen un precio en el rango de US$ 1,5 a US$ 2,5 por libra, los compuestos de Kraton se venden por US$ 0,75 a US$ 1,5 por libra, y los costos adicionales del PPO se compensan con los menores niveles de uso requeridos. David afirma que los compuestos de SEBS mejorados con HPP830 tienen aplicaciones en medicina y en la industria, enlos cuales se requieren buena resistencia química y propiedades de compresión a temperaturas altas.

PPO puede mejorar también el control del encogimiento, tenacidad y las propiedades eléctricas de los termofijos. La mayor parte del trabajo de GE se está desarrollando ahora con poliésteres insaturados y compuestos de resinas epóxicas. Sin embargo, GE está buscando trabajar con otras compañías con ésteres de cianatos y acrilatos.

GE desarrolló un PPO modificado que ofrece una mayor estabilidad química, MX5587, que es compatible con poliésteres insaturados y proporciona un control efectivo del encogimiento. La aplicación objetivo es la de obtener acabados de automotores con mezclas de SMC/BMC, tales como guardabarros y lámparas reflectoras, o partes usadas en electrodomésticos para el hogar y componentes de potencia eléctrica.

Otra ventaja de PPO modificado es que éste imparte una buena transparencia (a diferencia del PVAc), lo cual redunda en una excelente disposición para ser coloreado. Además, el PPO se ofrece una resistencia a la temperatura alta similar a la del poliéster. "Al tiempo que el BMC mejorado con PVAc se usa actualmente en las lámparas de los automotores, la nueva generación de vehículos está emigrando hacia las denominadas lámparas calientes", anota David. "El PVAc se ablanda a medida que se incrementa la temperatura y hace que el compuesto no sea efectivo."

En compuestos con resinas epóxicas, el PPO mejora significativamente tanto la tenacidad como las propiedades eléctricas. GE ofrece grados de PPO con varios pesos moleculares que aumentan la resistencia a la fractura de las resinas epóxicas. "Podemos lograr a voluntad el desempeño deseado en el producto terminado", dice David. Con los grados de PPO de alto peso molecular, se han reportado aumentos de 300% en la resistencia a la fractura.

Las propiedades eléctricas mejoradas son útiles en aplicaciones de alta frecuencia electrónica, tales como microcircuitos encapsulados y tableros eléctricos laminados.

mLLDPE & PP: tenaces, rígidos y transparentes
Un trabajo promisorio de los investigadores de ExxonMobil Chemical está abriendo un nuevo potencial para el LLDPE de etileno-hexeno Exceed, catalizado con metalocenos (mLLDPE), en el aumento de la tenacidad de PP homopolímero estándar. La investigación inicial, en cooperación con investigadores de la Universidad de Minnesota, en Minneapolis, se centró en el mejoramiento de las propiedades mecánicas a baja temperatura de partes moldeadas por inyección. Las muestras moldeadas se hicieron con mezclas de 30% mLLDPE con 70% de PP y fueron comparadas con mezclas similares hechas con LLDPE estándar, Ziegler-Natta hexeno (znPE) con PP.

Los estudios de microscopía electrónica de transmisión (TEM) de las probetas que fallaron, mostraron que el modo de fractura predominante en la mezcla znPE/PP era interfasial, entre las fases de PE y PP, mientras que en las mezclas de mLLDPE/PP la fractura era cohesiva en la matriz de PP. Además, las muestras de mLLDPE mostraron 40% de incremento en la tenacidad bajo tensión y en elongación a baja temperatura (15°F).

Los investigadores explican estas ganancias como resultado de un mayor grado de cristalinidad y de un "enredamiento" interfasial de los polímeros más fuerte, que se forman entre las fases de mLLDPE y PP. En contraste, la frontera interfasial en la mezcla de znPE y PP es muy débil, y consiste de una capa "fangosa" y gruesa, que se forma debido a la segregación de la fracción amorfa de menor peso molecular del znPE, de acuerdo con el investigador jefe Patrick Brant, de ExxonMobil.

Este trabajo sugiere que el mLLDPE puede remplazar al EPR, un material más costoso, o a los metalocenos plastómeros, como agentes de tenacidad para el PP, en algunas aplicaciones. Brant explica: "el mLLDPE aumenta la tenacidad manteniendo una rigidez alta, a un precio inferior. Como tal, puede ser una buena opción para refrigeración y congelación, así como para componentes de interiores de automotores."

or otro lado, la adhesión interfasial sin precedentes entre mPE y PP, ha llamado la atención entre los convertidores de películas sopladas y cast, quienes ya están realizando pruebas comerciales. Estas pruebas han considerado el uso de 5 a 20% de mLLDPE Exceed y PP, y a la inversa, de 5 a 20% de PP en mLLDPE.

La investigación y desarrollo con sacos de servicio pesado indican que la adición de 10 a 30% de mLLDPE en PP (o en HDPE), proporciona la posibilidad de disminuir el calibre. La norma de la industria para los sacos de servicio pesado es de 5 milésimas de pulgada si se usa película LLDPE con una resina como la referencia LL 3201, un copolímero con hexeno de ExxonMobil (0,925 g/cc, 0,8 MI), la cual no puede ser usada con un calibre menor. Afirma el químico David Fiscus: "a un espesor de 3 milésimas de pulgada, sacos tales como los que se hacen de LLDPE convencional no resisten el abuso del uso requerido en el mercado, puesto que se desgarran o revientan."

En las pruebas de campo, una película de 3 milésimas de pulgada fabricada con una mezcla de mLLDPE Exceed y PP, retuvo la resistencia necesaria para soportar el abuso y mostró una capacidad adicional de carga y resistencia en el tiempo, además de una capacidad de sellado superior. Resultados similares se han obtenido en mezclas con los mismos contenidos de mLLDPE y HDPE, en películas de 3 milésimas de pulgada.

De la misma manera, las pruebas con películas cast para sacos de servicio pesado se observaron mejoras significativas de las propiedades cuando PP era el ingrediente menor en mezclas con mLLDPE Excede. Películas para empaques sopladas experimentales también mostraron mejoras significativas en transparencia y rigidez cuando PP era el componente menor en mezclas con mLLDPE. Dos referencias de Exceed, ML1023FB (1 MI, 0,923 g/cc) y ML1018FB (1 MI, 0,918 g/cc) se probaron con 15 y 25% de PP homopolímero estándar. La transparencia se retiene, al tiempo que se incrementa la rigidez. Tradicionalmente, de 6 a 7% de opacidad resulta en un nivel de transparencia, lo cual es suficiente para muchas aplicaciones de envolturas, dice Brant. Con un mLLDPE de 0,923 de densidad, el nivel de PP se puede elevar a 25%, lo cual aumenta aún más la rigidez al tiempo que la opacidad tiene un valor entre 8 y 9%.

Estos resultados son llamativos y han atraído la atención de los convertidores, de acuerdo con Brant. Pruebas en el campo indican que los niveles de PP superiores al 25% agregan mayor rigidez sin sacrificar el nivel bajo de opacidad.

El TPE PEBA es un antiestático permanente
Una amida de bloque de poliéter-éster, fabricada por Atofina Chemicals, está ganando el interés como agente antiestático permanente para una variedad de termoplásticos. Denominada Pebax, esta resina no plastificada se usa como material de moldeo y extrusión. Adicionalmente, despliega características disipativas de la estática cuando se mezcla del 5 al 30% con ABS, policarbonato, ABS/PC, PS, HIPS, PBT, acetal, PVC, PET, PETG, o poliolefinas.

Para explotar el potencial de Pebax como un aditivo antiestático, Atofina estableció un programa de cooperación global con Ciba Specialty Chemicals. Ciba será el distribuidor exclusivo de dos referencias antiestáticas hidrofílicas bajo la marca Irgastat de Ciba. Estas referencias son P22 y P18, que funden a 383°F y 316°F, respectivamente. La dos compañías cooperarán en trabajos de investigación y desarrollo para aplicaciones como antiestáticos en carcasas, cubiertas y empaques de equipos electrónicos, así como empaques industriales y otros usos.

Los dos grados de Pebax/Irgastat ofrecen una resistividad superficial de 3 x 108 ohms-cm. A diferencia de los antiestáticos químicos, estos no dependen de la humedad, tienen efecto antiestático inmediato y duradero, no producen corrosión y son estables térmicamente. A diferencia de los rellenos conductores, se pueden colorear, proporcionan conductividad uniforme, sin puntos "calientes". Además, son de fácil manipulación y mantienen las propiedades físicas del polímero de la matriz.

A un nivel de adición de 12% en ABS, Pebax imparte una resistividad superficial de 109 a 1011 ohm/sq y un tiempo de descarga por conducción de menos de 2 segundos. Las propiedades mecánicas de ABS no cambian significativamente, reporta Atofina

ESI compatibiliza las mezclas de PS y PE
La compatibilización de mezclas de PS y PE es uno de los varios papeles de la nueva familia de interpolímeros Index de etileno y estireno (ESI), no totalmente comercializada todavía por Dow Plastics. Se produce con la tecnología de catalizadores metalocénicos Insite de la compañía. Debido a su combinación de las funcionalidades de olefínica y estirénica, exhiben características de compatibilizantes con una amplia variedad de otros polímeros y pueden por lo tanto, potencialmente compatibilizar mezclas de estos polímeros. Además, usados como modificadores, ESI pueden ser capaces de extender su desempeño al rango de termoplásticos como PS, PE y PP.

En mezclas con PE, los niveles de PS de 50 a 60% dan los mejores balances de rigidez y tenacidad, y el óptimo nivel del compatibilizador es de cerca de 10%. En un estudio, ESI con contenidos de estireno del 22 al 77% en peso, se compararon con SEBS Kraton G1657, copolímero de bloque. Estos se adicionaron a un nivel del 10% con mezclas 40/50 de LDPE/PS y 30/60 HDPE/PS. Las mezclas fueron convertidas en láminas de 0,7 a 1,1 mm de espesor. Los resultados mostraron que el óptimo ESI para compatibilización tiene un contenido de 48 a 57% de estireno y un índice de fluidez similar al de la matriz de los polímeros. El ESI más blando y altamente amorfo también tiene el mejor desempeño en este papel.

Un copolímero ESI con 48,8% de estireno mostró que superaba al copolímero de bloque SEBS en la tarea de compatibilizar una mezcla de 40/50 de LDPE/PS. Una adición tan baja de compatibilizante como de 2,5% tiene un efecto pronunciado tanto en el módulo como en la tenacidad. A una carga del 10%, el ESI no reduce apreciablemente el módulo o la resistencia de la mezcla. Aún, adiciones del 20% causan una caída ligera del módulo y de la resistencia.

En contraste, entre más SEBS se adiciona, mayor es la reducción del módulo y la resistencia de la mezcla. No hay incremento en la tenacidad de la mezcla más allá de lo que se obtiene con una adición de SEBS del 2,5%, aunque niveles mayores del copolímero de bloque continúan aumentando la elongación.

En el caso de una mezcla de 30/60 de HDPE/PS, un ESI de 55% de estireno fue muy efectivo. La mezcla de HDPE/PS tenía una tenacidad que era la mitad de una mezcla 40/50 LDPE/PS. Por el contrario, el módulo de la mezcla HDPE/PS era el doble de aquel de la mezcla LDPE/PS.

Reproducido de Plastics Technology con autorización del editor.