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La preparación de compuestos se ha convertido en un importante diferenciador de productos, al permitir mezclas únicas para propósitos específicos. Conozca el estado del arte en este campo.
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En los últimos años, tanto los productores, como los transformadores de materias primas poliméricas requieren cada vez más un mayor número de propiedades o funcionalidades en sus materiales, las cuales varían desde resistencia a la luz ultravioleta, pasando por mayor rigidez, resistencia térmica, resistencia química o a solventes, coloración, modificación de la fluidez, obtención de una estructura celular o espuma, retardancia al fuego, promoción de compostabilidad, reducción de costos, mejora de procesabilidad, solo por mencionar algunas.
La preparación de compuestos incluye mezclas de polímeros miscibles o inmiscibles, formulaciones que contienen líquidos de bajo peso molecular o sólidos y compuestos que contienen una variedad de rellenos inorgánicos u orgánicos.
Para lograr las diferentes propiedades, los aditivos o ingredientes deben ser agregados a la materia prima virgen y/o reciclada en una extrusora para la preparación de compuestos, la cual puede ser de monohusillo, doble husillo o de husillos múltiples. Es posible que antes de la extrusión se requiera una pre-mezcla de los ingredientes.
Los aditivos o ingredientes más comunes en la preparación de compuestos son:
- Estabilizadores térmicos
- Ayudantes de proceso
- Plastificantes
- Modificadores superficiales
- Retardantes al fuego o a la llama
- Agentes espumantes
- Cargas inorgánicas (óxidos, sales, silicatos, metales, etc.)
- Cargas orgánicas (carbón, grafito, celulosa, almidón, etc.)
- Colores y pigmentos
- Biocidas y fungicidas
- Agentes de acople
- Clarificantes
- Fibras sintéticas o naturales
- Modificadores de impacto
- Ingredientes activos
- Material recuperado o “regrind”, entre otros
El polímero en las aplicaciones de elaboración de compuestos es un soporte o matriz, por lo regular es la fase continua, puede ser activo o inactivo en la formulación y sirve de vehículo para posibilitar la preparación del compuesto y darle la consistencia y la estabilidad, entre otras características.
Los ingredientes o aditivos constituyen por lo regular la fase dispersa del compuesto. Existe un cambio morfológico en la fase dispersa y está dominado por factores reológicos (relación de viscosidades entre fase continua y fase dispersa, tiempo de residencia) y termodinámicos (tensiones superficiales e interfaciales), [1].
Algunos proveedores de compuestos o “masterbatches”
Tabla 1. Algunos proveedores internacionales ....
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La Tabla 1 presenta algunos de los proveedores internacionales de aditivos y compuestos o “masterbatches” que tienen una presencia importante en Las Américas.
Los compuestos pueden ser mejorados por medio de la adecuada selección del material de soporte o matriz, la miscibilidad y/o compatibilidad entre los diferentes ingredientes y las características de la dispersión, la cual es una resultante del método de preparación por extrusión. La mezcla en el proceso de extrusión se cuantifica con base en dos fenómenos: dispersión y distribución. La dispersión está asociada a la disminución del tamaño de partículas, mientras que la distribución está asociada a la redistribución espacial de las partículas de la fase dispersa en la fase continua o matriz.
El amplio uso de sistemas poliméricos multifase se debe en gran parte al avance tecnológico en la preparación de compuestos y sus industrias afines. La elaboración de compuestos reactiva es un campo de continuo desarrollo y de generación de nuevos productos.
Proceso de elaboración de compuestos “compounding”
El proceso moderno de preparación de compuestos involucra las siguientes fases:
- Manejo y adición de ingredientes o aditivos y materiales
- Elaboración de la pre-mezcla, si se requiere
- Elaboración del compuesto directamente con los ingredientes o con pre-mezcla
La Fase I. incluye el transporte, llenado, dosificación y descarga de las componentes en la extrusora por medio de alimentadores y/o dosificadores, los cuales pueden ser volumétricos o gravimétricos, [2, 3, 4].
La Fase II se refiere a la elaboración de la pre-mezcla, la cual puede ser realizada en un mezclador de baja velocidad, de vaivén o de rotación u otros, o también en un mezclador intensivo de alta velocidad y bajo tiempo de residencia para las mezclas que son muy sensibles al calor. Estos mezcladores pueden tener refrigeración y purga de nitrógeno, en caso de ser necesario.
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Figura 1: Esquema de elaboración de un compue....
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La Fase III está ilustrada en la Figura 1, en donde se observa una extrusora doble husillo alimentada por polímero, aditivos y una fibra a través de dosificadores, la cual descarga la mezcla integrada o compuesto a una extrusora monohusillo para su posterior proceso de postextrusión, ya sea la granulación o la conformación de un producto, [6]. En la extrusora doble husillo ocurren los procesos de transporte de sólidos, plastificación o fusión, mezcla y desgasificación. Mientras que en la extrusora monohusillo tienen lugar el proceso de transporte del material fundido y la construcción de presión requerida para vencer la resistencia del cabezal de extrusión.
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Tabla 2. Algunos proveedores de extrusoras pa....
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La Tabla 2 presenta algunos de los proveedores internacionales de extrusoras para la elaboración de compuestos o “masterbatches” que tienen una presencia importante en Las Américas.
Conclusiones
Se han obtenido resultados exitosos en la elaboración de compuestos hasta la fecha, tales como, la posibilidad de controlar y lograr una morfología estable de mezclas poliméricas inmiscibles, procesamiento de las mezclas ternarias que han requerido un entendimiento de los parámetros de proceso y su relación con las propiedades objetivo, así como el control para la inversión de fases, continua a dispersa y viceversa y altas productividades con excelente calidad.
En la elaboración de compuestos, ciertas necesidades aún deben ser resueltas, por ejemplo, la demanda creciente por compuestos con rellenos o cargas de alto desempeño, la preparación de nanocompuestos y los compuestos que contienen fibras naturales que poseen problemas relacionados con la alimentación, dispersión, resistencia a la reaglomeración, exfoliación o separación de nanofibras y orientación del refuerzo, entre otros temas.
De otro lado han surgido preocupaciones relacionadas con la seguridad de ciertas nanocargas durante su incorporación en una variedad de polímeros debido a la toxicología de la inhalación que no ha sido completamente evaluada. Existen también pocas investigaciones con respecto a la exposición dérmica y oral.
Algunas Referencias
/1/ Ica Manas-Zloczower, Mixing and compounding of polymers, 2nd edition, Hanser Publishers, Munich, Alemania, 2009
/2/ K-Tron, Materials handling systems, http://www.ktron.com/
/3/ Conair, efficient material handling from a single loader to complete systems, http://www.conairgroup.com/silverstripe/index.php/products/conveying/
/4/ Maguire, http://www.maguire.com/
/5/ Henschel mixing technology, http://www.reimelt-henschel.com/
/6/ M. Albernaz et al, Coperion, Developments in extrusion with natural fibers, 2004
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