Añada valor con los TPEs

Entre las tendencias más importantes en el moldeo de piezas plásticas está la integración funcional. Ya sea en moldeo por inyección, moldeo por soplado o extrusión, una de las principales estrategias para ganar diferenciación es reemplazar dos o más piezas por una sola, que pueda ser moldeada en un ciclo sencillo y que supere al diseño inicial de diferentes piezas ensambladas. Las piezas deben satisfacer requerimientos de desempeño y costo, así como cumplir con funciones estéticas y ergonómicas, por lo que encontrar sinergia entre resinas de diferente tipo es indispensable.

La familia de polímeros denominada "termoplásticos elastómeros", o TPEs, se ha convertido en una aliada invaluable en este propósito, ya que combina las propiedades de resiliencia de los elastómeros con la facilidad de procesamiento de los termoplásticos, logrando una versatilidad única para agregar valor a las piezas moldeadas en conjunto con otros materiales.

En su resiliencia y dureza, los TPEs son muy similares a un caucho entrecruzado: pueden deformarse repetidamente sin sufrir deformación y tienen durezas que varían entre 30 Shore A y 85 Shore D. Sin embargo, a diferencia del caucho no deben ser vulcanizados, y pueden ser procesados y reciclados de la misma forma que un termoplástico convencional. Además, comparados con el caucho tienen más estabilidad dimensional. Uno de sus mayores atractivos en la industria actual es su sensación de suavidad al tacto, que proporciona un diferencial muy importante dentro de los productos moldeados.

Desde su introducción en 1959, los TPEs han ganado cada vez más aceptación, particularmente debido a que reducen costos, tiempos y complicaciones de procesamiento. El caucho debe ser tratado a través de una reacción de entrecruzamiento químico (típicamente de "vulcanización" o entrecruzamiento de cadenas poliméricas con azufre), que dependiendo de las exigencias de desempeño del producto final puede durar entre un minuto y varias horas y debe realizarse en un equipo especial. En comparación, los termoplásticos elastómeros pueden procesarse en maquinaria convencional para termoplásticos, en ciclos que pueden llegar a ser de tan sólo 20 segundos. Otras ventajas de los TPEs están asociadas con sus amplias temperaturas de servicio, con su facilidad de coloración y con una densidad menor.

Los TPEs se dividen en dos tipos, dependiendo de la forma en la que son fabricados: uno son las "mezclas", en las cuales partículas elastoméricas entrecruzadas o sin entrecruzar se añaden a una matriz de termoplástico duro. De esto son ejemplo los elastómeros termoplásticos de poliolefina, como los TPO o los TPV, en los que se mezcla polipropileno con hasta 65% de caucho EPDM. El otro son los "copolímeros", en los que se mezclan dentro de la cadena polimérica bloques consecutivos de caucho y resina base. Un ejemplo son los copolímeros de poliestirol (S) y butadieno (B), bajo la denominación TPS-SBS. A temperatura ambiente, los componentes B de la cadena polimérica se encuentran por encima de la temperatura de transición vítrea, mientras que los componentes de resina base se encuentran por debajo de la temperatura de transición vítrea (si son amorfos) o por debajo de la temperatura de fusión (si son cristalinos) [1] .

Un TPE para cada aplicación 
Hay seis grupos de termoplásticos elastómeros comercialmente importantes: Los TPS, TPO, TPV, TPU, TPA y TPC. Los copolímeros estirénicos de bloque, denominados TPE-S o TPS, son conocidos comercialmente bajo nombres como Elexar, Hybrar, Multiflex, Kraton D o Styroflex. Son los materiales más comunes y se emplean en calzados, películas, adhesivos, sellos o secciones de agarre, donde la resistencia al envejecimiento y a los químicos tiene baja prioridad.

Las mezclas de olefinas o TPOs están disponibles comercialmente en resinas como Vistaflex, Exact, Engafe o Keltan, y se emplean en reemplazo de copolímeros convencionales de PP, cuando se necesita mayor tenacidad, como en bómperes y partes automotrices laterales.

Al igual que los TPO, los TPV, o termoplásticos vulcanizados, son compuestos de PP y caucho EPDM, pero se vulcanizan durante el proceso de formación de compuesto. Se usan ampliamente en reemplazo del EPDM, en sellos de automóviles, sellos de tubería y en productos en los que se requiere una resistencia a la temperatura de cerca 120°C. Materiales como el Uniprene son ejemplos de este tipo de resina.

Los TPUs, o termoplásticos elastómeros uretanos, pueden estar basados en poliéster o poliéster-uretano y se usan cuando se busca excelente resistencia a la tensión, a la abrasión y a la fatiga por flexión. Se emplean en productos como suelas de zapatos, correas industriales, botas para ski y cables. Comercialmente están disponibles bajo los nombres Desmopan, Esthane, Elastollan o Pellethane.

Los copoliésteres TPE, o TPC, se encuentran en el mercado bajo marcas como Arnite, Pibiflex, Riteflex o Hytrel, y proporcionan resistencia química y resistencia a temperaturas cercanas a los 140°C. También exhiben alta resistencia al rasgado y a la fatiga. Su dureza, sin embargo, no es muy alta. Se usan en piezas automotrices, como campanas y botas moldeadas por soplado, cables y mangueras industriales.

Los TPE-poliamida, o TPA, comercialmente disponibles en las marcas Grilamid o Bebax, son probablemente los productos de más alto desempeño. Ofrecen la resistencia química y al calor típica de la poliamida, y se emplean en encapsulamiento de cables o componentes aeroespaciales.

En la tabla 1 se presentan los TPEs clasificados de acuerdo con los rangos de dureza disponibles.

Desarrollos que "estiran" las posibilidades
Una de las aplicaciones más interesantes y de mayor valor agregado de los TPEs es la industria médica. El Uniprene 7010, un TPV desarrollado por Teknor Apex, es biocompatible y puede ser moldeado por inyección o extrusión, en rangos de dureza que van de los 15 Shore A a los 50 Shore D. De acuerdo con la empresa, ofrece mayor elasticidad en rangos de temperatura más amplios, si se compara con elastómeros convencionales. Puede aplicarse en émbolos y sellos de jeringas, en retenedores de pipetas y mangueras, en recubrimientos, películas, filtros, diafragmas y otras partes suaves al tacto.

Uno de los desarrollos más destacados en resinas TPO fue presentado por Dow Química en 2006. Se trata de un nuevo copolímero de bloque olefínico, bajo el nombre comercial de Infuse, cuya estructura polimérica alterna en forma regular bloques suaves amorfos del elastómero Engage, y bloques duros, cristalinos, de MDPE lineal. El proceso usa dos catálisis no metalocénicas. De acuerdo con la empresa, se trata de una opción competitiva en uso con materiales como TPVs, TPUs y TPE de copolímero estirénico. También brindaría ventajas de desempeño sobre materiales como el EVA o el PVC flexible porque ofrece mucha más flexibilidad para ser moldeado o extruido, y puede ser empleado en productos como bienes moldeados flexibles, perfiles extruidos, tuberías, mangueras, fibras y películas elásticas, espumas, recubrimientos y adhesivos. Entre sus primeros usos comerciales está la fabricación de perfiles de sellos para refrigeradores.

ExxonMobil Chemical presentó como novedad su nuevo Santoprene TPV B100, un TPV que facilita el sobremoldeo entre materiales duros y suaves sin necesidad de aditivos, y es capaz de unir entre sí materiales como ABS, PC, PS, PMMA, ASA, PET y mezclas de PPO/PS. La resina está aprobada por la FDA para el contacto con alimentos.

También en el campo de los TPV se destaca el lanzamiento que hizo Kraiburg bajo el nombre de Thermoplast V. Con una resistencia a temperaturas hasta de 140°C, esta familia de polímeros sobresale por su alta capacidad de fluidez y por una excelente adhesión a poliolefinas. Puede ser empleada en cables o mangueras, ductos de aire, sellos y perfiles sellantes.

La empresa estadounidense Noveon, en Cleveland, Ohio, lanzó un TPU de alto desempeño para fabricación de mangueras y tubos. Su resina Estane 58070 sobresale por mantener alta flexibilidad a baja temperatura, de manera que los productos pueden ser desenrollados y enrollados sin sufrir deformaciones. Las mangueras son particularmente útiles para transporte de aceites. También de Noveon son los grados Estane X-1007 y Estane X-4977 de TPU, que tienen un hinchamiento inferior a 5% si se introducen en agua, y que tienen alta transmisión de humedad. Pueden moldearse por inyección o extruirse, y pueden ser empleados en textiles de protección, productos de cuidado personal, productos suaves al tacto y aplicaciones médicas.

Los TPU Desmopan, de Bayer MaterialScience AG, que pueden ser ahora marcados con láser, permiten obtener mayor seguridad y calidad que con tecnologías de marcado como el estampado con sello o con tinta. Inicialmente se propuso su uso en aplicaciones de tarjetas para marcado de ganado, pero se prevee que pueda extenderse a la industria automotriz, manufactura de cables y artículos deportivos.

DuPont Engineering Polymers presentó el primer TPE basado en fuentes renovables, el termoplástico elastómero tipo poliéster Hytrel. El ingrediente básico de este material es un poliol proveniente del Bio-PDO (propanediol), derivado de azúcar de maíz que usa un proceso patentado de fermentación bacterial. De acuerdo con la empresa, el material presenta un mayor rango de temperatura de uso y mejores propiedades de recuperación elástica que los Hytrel convencionales. Aunque sólo estará disponible comercialmente al final de 2007, se espera que pueda ser empleado en mangueras y tubos automotrices, contenedores flexibles para auto, puertas tipo airbag moldeadas por inyección y dispositivos absorbedores de energía.