Los nanocompuestos mejoran el desempeño de los plásticos

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Aunque los nanocompuestos tienen un gran potencial para reducir costos, hay quienes afirman que su capacidad para mejorar el desempeño de los plásticos es su principal beneficio y la razón de mayor peso para motivar su uso. La creencia de que el objetivo principal debe ser la reducción de costos ha traído como consecuencia una desaceleración de los programas de desarrollo de los nanocompuestos, y este es un objetivo que no siempre se logra.

La reducción de costos proviene del hecho de que cantidades minúsculas de nanocompuestos pueden ejecutar el papel de grandes cantidades de cargas de los rellenos convencionales, como el talco o las fibras de vidrio. Por su parte, el mejoramiento del desempeño se manifiesta generalmente en mayores propiedades de tensión, compresión y flexión, mayor resistencia al rayado, propiedades de barrera superiores, resistencia a la llama, estabilidad dimensional y aumento de velocidad de procesamiento en extrusión e inyección.

Algunos ejemplos de aplicaciones comerciales reportadas por parte de los proveedores son los siguientes. PolyOne Corporation lanzó al mercado en el 2003 el producto Nanoblend Melt Blend, un nanocompuesto que se emplea en la industria automotriz en productos de polipropileno. Agregado en cantidades pequeñas mejora la ductibilidad a baja temperatura y provee un peso específico más bajo. Además de estas ventajas, por ser utilizado en cantidades menores a las requeridas con los rellenos minerales, permite igualar colores de una manera más fácil y económica. De esta misma compañía es el producto Nanoblend Light-Stiff-Tough, usado comercialmente desde el 2004 para fabricar bandejas rígidas para el transporte de materiales en situaciones donde se requiere una gran exactitud en las dimensiones de las mismas. Este tipo de bandejas se emplean en líneas automáticas de ensamble. Este nanocompuesto está diseñado para ser usado en resinas de polipropileno y permite reemplazar el uso de aleaciones de PPO. Las bandejas son más planas y tienen un coeficiente menor de expansión térmica que la aleación.

Una de las aplicaciones más interesantes de los nanocompuestos es aquella destinada a la fabricación de productos inyectados en pared delgada. Por proveer una mayor rigidez, las resinas tratadas con nanocompuestos posibilitan la fabricación de partes con paredes aún más delgadas en comparación con las aplicaciones en las que se emplean rellenos como la fibra de vidrio y los minerales en lugar de nanocompuestos. Por otro lado, los nanocompuestos aumentan la fluidez de las resinas, como el polipropileno y ayudan así aobtener paredes más delgadas.

De acuerdo con Sud-Chemie AG, los nanocompuestos también pueden actuar como compatibilizantes en la preparación de aleaciones entre resinas que normalmente son incompatibles. Tal es el caso del desarrollo realizado en conjunto con la empresa alemana Putsch, en el cual se fabricaron aleaciones con porcentajes de polipropileno entre 60% y 80% y con poliestireno al 40% y 20%, respectivamente. El nanocompuesto empleado fue la referencia de Sud-Chemie denominada Elan XP, adicionada entre 1% y2%. Las aleaciones obtenidas se distinguen por ofrecer alta resistencia a la abrasión y un acabado superficial superior.

Por otro lado, Sud-Chemie también ha desarrollado versiones de nanocompuestos que ofrecen propiedades de retardación de llama en los plásticos, y que además mejoran el desempeño eliminando goteo y aumentando la formación de residuos carbonáceos sobre el área afectada. Estos residuos forman una barrera a la migración de los volátiles del plástico hacia el espacio donde está localizada la llama. El efecto final es el de dificultar la alimentación de la llama con material combustible. Su referencia Nanofil SE 3000 ya se usa comercialmente como aditivo retardante de llama en recubrimiento de cables y alambres hechos de compuestos de EVA y polietileno. De acuerdo con la compañía, las cargas requeridas están entre el 3% y el 5%, para lograr efectos de retardación de llama que permiten rebajar el consumo de otro retardante, el hidróxido de magnesio, de niveles de adición del 65% al 52%. Otros beneficios reportados son mejores propiedades mecánicas y superficiales, así como mayor velocidad de extrusión.

Otra propiedad de los nanocompuestos, mencionada con insistencia durante estos últimos años, es su capacidad de aumentar la barrera a la difusión de gases, sabores y aromas en los materiales plásticos. En un comienzo la atención se dirigió hacia la industria de empaques para alimentos y bebidas. Sin embargo, la industria automotriz ha liderado tradicionalmente las aplicaciones con nanocompuestos y en este sentido se han utilizado estos aditivos para proveer mayor barrera a la difusión dehidrocarburos en los sistemas de gasolina de los automotores. Ube de América desarrolló una coextrusión de nylon con 2% de adición de aditivo para obtener una barrera que es cinco veces mayor que la del nylon sin tratar.

Dyneon está explorando la fabricación de copolímeros de bloque, de “arquitectura controlada”, con base en hidrocarburos para que actúen como agentes compatibilizantes y agentes de acople para nanocompuestos. Estos copolímeros sirven para dispersar los nanocompuestos y proveer una interfaz activa con las matrices de resinas. De esta manera se favorece la dispersión eficiente de los nanocompuestos en resinas poliolefínicas, que es la clave para desarrollar la actividad benéfica de estos aditivos.

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