Resinas de ingeniería: nuevas opciones para agregar valor

Sean cuales sean su producto y su sistema de producción, es seguro que el mercado está ofreciendo una resina o un compuesto que le permitirá elevar el desempeño de sus artículos o ahorrar en su producto. Nanocompuestos, resinas que reemplazan en desempeño a metales y compuestos conductivos, se han alejado de la ciencia ficción para protagonizar historias reales y éxitos rotundos de mercado. La clave del éxito está en aprender a ver más allá: los costos, aparentemente altos, de los materiales de alta tecnología pueden redundar en ahorros en vida útil, desempeño o consumo de resina base.

Las aplicaciones de sustitución de resinas convencionales y el uso de plásticos en productos que permiten explotar la sinergia de sus propiedades se pueden convertir en importantes fuentes de dinero. Estos casos merecen una consideración especial, sobre todo teniendo en cuenta los altos costos de materia prima y la necesidad de mejorar la diversificación y la competitividad de los productos plásticos. Con esto en mente, nuestro equipo editorial seleccionó los desarrollos más notables en el mundo de las resinas, con vista a nuevas y atractivas posibilidades que puedan generar -y mejorar- fuentes de negocio.

Aterriza la nanotecnología
La integración de la nanotecnología al mundo de los plásticos ya ha dejado de ser una fantasía, o un caso de estudio en los laboratorios, para ocupar un lugar comercial significativo, que ha redundado en ahorros de consumo en materia prima y en el aumento del desempeño de productos plásticos. Así lo demuestran los concentrados Nanoblend, introducidos por PolyOne en 2003. Estos concentrados y compuestos están basados en placas llamadas nano-arcillas, cuya dimensión ronda aproximadamente 1/10.000 del diámetro de un pelo humano. Gracias a su tamaño pueden integrarse de manera única con las cadenas polímericas para incrementar sustancialmente el desempeño físico y estético de las resinas poliolefínicas, incrementar la rigidez, tenacidad y disminuir el peso.

De acuerdo con Jim Gray, director de nueva tecnología de PolyOne, con el uso de Nanoblend se puede incrementar a tal punto el desempeño de una poliolefina que puede compararse con el de una resina de ingeniería. Las aplicaciones van desde la producción de empaques hasta el moldeo de piezas para la industria automotriz.

La resina fue utilizada para incrementar el desempeño de sistemas subterráneos de irrigación. Un concentrado de Nanoblend, incorporado al PELBD base, duplicó la vida de servicio de los sistemas y ahorró costos futuros de reparación. También permitió prolongar la presencia de un aditivo herbicida que se emplea en las tuberías para evitar el crecimiento de raíces y plantas. Pese a que la pieza cuesta 20% más que la convencional, la vida de servicio se prolonga de 10 a 20 años. 

Otro caso exitoso de aplicación lo registró Nanofil, un producto de la compañía alemana Sud-Chemie, que logró compatibilizar PP y PS, normalmente incompatibles. El compuesto formado permitió reemplazar un producto de ABS en la industria automotriz, incrementando la resistencia al rayado y el acabado superficial. Para obtener este resultado, sólo fue necesario añadir de 1 a 2% de nanocompuesto en la formulación. 

Cyclics también incorporó nano aditivos a su resina Cyclics CBT, con lo cual mejoró la estabilidad térmica, la resistencia, la rigidez, la estabilidad dimensional y la barrera a solventes y a penetración de gases. Según asegura la empresa, la resina tiene excelentes propiedades de dispersión gracias a su baja viscosidad de fluido, y es fácilmente compatibilizable con una amplia gama de polímeros. 

Por su parte, la universidad de Delfast, en Irlanda del norte, presentó los resultados de un nano-plastificante para reemplazar el uso de DEHP en PVC, que mejora la claridad del PVC flexible. Los nanoaditivos están compuestos de un terpolímero de EVA con monoxido de carbono, mezclado con 0,5% a 4% de una nanoracilla sintética. El producto es suministrado por Co-Op Chemical Co, y se denomina Somasif ME.

Sin embargo, no todos son laureles en la integración de nanotecnología al mundo plástico. De acuerdo con representantes de PolyOne, el efecto de aglomeración que se puede observar en las partículas de arcilla por una dispersión inadecuada puede incluso empeorar el desempeño de una pieza plástica. Para esto, afirman, es fundamental garantizar una dispersión buena y permanente en los compuestos. PolyOne, a través de una tecnología licenciada por Toyota, desarrolló una aleación en la cual se hace reaccionar carpolactama con nanoarcillas in situ. La caprolactama se polimeriza en Nylon 6, y la nano-arcilla queda completamente integrada al polímero.

Plásticos conductores
En algunas aplicaciones, donde la descarga electrostática debe ser mínima, es necesario contar con plásticos capaces de conducir permanentemente la electricidad. La descarga electrostática se produce cuando dos cuerpos con diferente potencial electrostático entran en contacto, o cuando la carga es inducida por un campo electrostático externo. Cuando un material es conductivo, la carga electrostática se conduce hacia un punto a tierra, de manera que no se presente ninguna diferencia de potencial, y por tanto, ningún daño por descarga eléctrica. Algunas aplicaciones que requieren el uso de este tipo de compuesto son las que se encuentran en tubos y mangueras ubicadas en áreas con riesgo de explosión y en componentes electrónicos, así como en empaques y elementos que están en contacto con combustibles.

A través de sus compuestos Cabelec, Cabot presenta una solución en la que se añade negro de carbón a una matriz modificada de polímero. Estos compuestos pueden estar basados en PE, PP, PS, PC, PA y POM, y pueden diseñarse para diferentes procesos de transformación. Los materiales, de acuerdo con la empresa, se pueden procesar en condiciones normales, siempre y cuando los esfuerzos de corte no sean demasiado altos, ya que de lo contrario pueden afectar la conductividad del negro de carbón.

Así mismo, Rhodia anunció el uso de tecnología conductiva para crear nuevos productos para paneles exteriores de automóviles. El grado de poliamida Technyl A 238P5 M25 es apto para electro-pintura a temperaturas de hasta 200°C, y provee una estética superficial excelente que se combina con alta procesabilidad, de acuerdo con el proveedor. Al usar este tipo de resina en reemplazo de láminas de acero para paneles verticales, se reduce el peso hasta en 40%, se mejora el desempeño de las piezas a bajo impacto, se elimina el daño por corrosión y se incrementa la capacidad de producción de formas intrincadas.

Mayor libertad de diseño
La morfología micro-cristalina que exhibe Rilsan, una nueva resina de Arkema, le permite tener una transparencia similar a la del cristal y una densidad 20% menor a la del policarbonato. Es empleada en aplicaciones de decoración en el molde como película de recubrimiento superior, y tiene una propiedad especial: aunque es rígida a temperatura ambiente, puede suavizarse, manteniéndose sólida, cuando se inserta en el molde, a diferencia de polímeros amorfos o cristalinos. Esto hace posible que se conforme en diferentes texturas, conservando las características al tacto de la superficie que cubre: cuero, tela, elementos vegetales, etc.

Un grado especial de la resina Lucalor CPVC, también de Arkema, ha sido desarrollado para mezclarse fácilmente con PVC y mejorar las propiedades de las variedades rígidas y plastificadas de esta resina: incrementa la resistencia al calor, otorga mayor flexibilidad a las láminas, reduce la permeabilidad a los gases y mejora la capacidad de impresión. Es aprobada para contacto con alimentos.

El año pasado, Rhodia lanzó nuevos grados de poliamida con una capacidad de aislamiento acústico superior a la de los polímeros de ingeniería tradicionales. De acuerdo con la empresa, estos grados ofrecen 4dB más de aislamiento que resinas de ingenierías como PP reforzado con fibra de vidrio o PA. Las nuevas resinas, Technyl Star S 218dB1 M50 y Technyl Star S 218dB2 MV60, permiten remover componentes acústicos de alto costo, tales como espumas o capas pesadas, y añaden flexibilidad de diseño. También pueden emplearse en aplicaciones automotrices, incrementando el confort y el desempeño ambiental del vehículo.

Los TPE no tienen que ser costosos; quedó demostrado por la introducción de la resina soft-touch Versaflex OM 9-802CL, de GLS Corporation, que en una presentación clara, además de ofrecer un precio bajo tiene excelente adhesión a PC, ABS y poliéster. Resulta un componente ideal para moldeo de productos de cuidado personal, productos infantiles y juguetes. De acuerdo con su fabricante, no requiere secado y puede moldearse en colores vibrantes, gracias a su claridad.

Aplicaciones en piezas mecánicas
Las bombas metálicas usadas tradicionalmente en las industrias médica y de alimentos pueden contaminarse fácilmente y requieren mantenimiento frecuente. El uso del compuesto 1300 Series PPS, de RTP, permitió la fabricación de una bomba sanitaria desechable, capaz de superar los estándares de la FDA. El material está reforzado con fibra de vidrio, no requiere lubricantes adicionales, tiene excelente resistencia a la abrasión y mantiene bajos niveles de distorsión y de fluencia lenta en temperaturas de operación de hasta 110°C. Gracias a su mínima absorción de humedad mantiene una estabilidad dimensional alta, y su bajo coeficiente de expansión térmica mantiene las tolerancias de los sellos.

Otro caso es el del fabricante de sistemas hidráulicos Danfoss, que ha avanzado en el desarrollo de bombas hidráulicas que usan el agua como medio de presión. Para esta aplicación, la compañía seleccionó el polímero Victrex PEEK, de Victrex, para fabricar las zonas de rodamiento que están en contacto con acero inoxidable y con agua como "lubricante". El material fue escogido por combinar propiedades de resistencia, baja fricción y compatibilidad química. El polímero es un termoplástico semicristalino de la familia de las poliéter-cetonas y exhibe alta resistencia, rigidez y ductilidad en un amplio rango de condiciones extremas. En la fabricación de los sistemas hidráulicos de agua, provee la facilidad de procesamiento requerida para lograr un bajo espesor de pared y permitir el sobremoldeo de insertos. Estos sistemas están siendo empleados en la industria de alimentos, en equipos contra incendios, en sistemas ambientales y de aire acondicionado.

El producto de Bayer MaterialScience Bayflex XGT 50, procesado por el sistema de moldeo por inyección reacción (RIM), ha dado testimonio de otro interesante uso de resinas en componentes automotrices: la tecnología es empleada en el moldeo de un protector de bómper para el Roush Focus, ya que resulta idónea para moldear piezas grandes y complejas (1,80 x 0,40 x 0,60 metros son las dimensiones principales del protector). Además, logró reducir el peso total del componente sin sacrificar resistencia o durabilidad, y redujo el costo de la herramienta necesaria.

Espesor de pared reducido
La resina Stanyl, de DSM Engineering Plastics, recientemente fue noticia por permitir el uso de un diseño de pared ultra delgada (0,4-0,6 mm) en la bomba de un motor de sistema antibloqueo de Siemens. La resina aisla eléctricamente los cables mientras retiene la rigidez y la estabilidad dimensional a 290°C. En otras aplicaciones, Stanyl ha sido ampliamente utilizada en las industrias eléctrica, automotriz y de construcción, por sus propiedades de resistencia, estabilidad al calor y acabado.

Otro ejemplo de bajo espesor de pared y resistencia a la temperatura lo proporcionan los grados de PBT de alto flujo Pocan XtremeFlow, de Lanxess. Las resinas reforzadas con fibra de vidrio Pocan DB B 3225 XF y DP B 3235 XF han incrementado la capacidad de flujo y reducido en 30% el tiempo de moldeo en aplicaciones de pared delgada que requieren ser usadas a temperaturas hasta de 140°C. Los nuevos materiales mejoran la tenacidad y la resistencia hidrolítica, y resultan ideales en aplicaciones automotrices y electrónicas.

Disipación extrema de calor
PolyOne Engineering Materials es responsable de uno de los lanzamientos más impactantes en el campo de resinas de ingeniería. Se trata de los compuestos térmicos Therma Tech, cuya capacidad de disipación de calor es comparable a la de los metales (hasta cien veces superior que la de polímeros estándar), y pueden, sin embargo, mantener la libertad de diseño, capacidad de enfriamiento y reducción en peso de los termoplásticos convencionales. Estos compuestos usan como matriz una resina de ingeniería (PPS, PPA, PP, PBT, PEEK, Nylon o LCP) y le añaden una carga de entre 40 y 80% de un aditivo conductor de calor. Este compuesto puede ser de dos tipos: puede estar basado en un material cerámico, cuando se requiere transferir calor pero no electricidad, o puede estar basado en carbono, cuando además de transferir calor se requiere disipar electricidad.

La ventaja principal del nuevo compuesto es que permite reemplazar metales en piezas de elementos que generan calor y requieren disiparlo. Por ejemplo, en piezas automotrices y electrónicas o en aplicaciones de aire acondicionado. La mejor oportunidad es que se puede reemplazar una pieza metálica para obtener un producto más económico. De esta forma se puede fabricar una pieza con un diseño más complejo, procesarla de forma más económica y obtener un producto que reduce el peso y el riesgo de corrosión en la aplicación final. Los diseños intrincados que antes se fabricaban en dos o más piezas metálicas ahora pueden fabricarse en una sola pieza consolidada.