Mezclas de PCV - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

El cloruro de polivinilo (PVC) es comercialmente el miembro más importante de la familia de resinas vinílicas. Los otros miembros importantes de este grupo son el PVC clorado (CPVC) y el cloruro de polivinilideno (PVDC). El PVC es uno de los termoplásticos de tipo commodity más utilizados con un consumo anual de más de 5 Mton / a en los EE. UU. La excelente versatilidad del PVC se atribuye a su capacidad de mezcla con una variedad de plastificantes, aditivos y rellenos para producir productos que van desde tipos muy flexibles hasta muy rígidos. Además, el PVC tiene una ventaja de bajo costo y un equilibrio de propiedades razonablemente bueno, que incluyen (a) inercia general a muchos productos químicos y fluidos acuosos, (b) buena estabilidad dimensional, (c) buenas propiedades eléctricas, (d) inherentes resistencia a las llamas ye) buena resistencia a la intemperie. Estos atributos llevaron a su uso generalizado en los mercados de construcción de edificios, alambres / cables y empaques. El PVC, sin embargo, adolece de una susceptibilidad inherente a la degradación térmica y, por lo tanto, debe procesarse invariablemente con estabilizadores térmicos y un control cuidadoso de la temperatura de procesamiento. Los otros inconvenientes importantes del PVC son: su fragilidad en ausencia de plastificante (baja resistencia al impacto Izod con muescas) y su baja temperatura de distorsión por calor (aprox. 60 ° C) originada por su baja temperatura de transición vítrea y su carácter esencialmente amorfo. Por lo tanto, las principales motivaciones para mezclar PVC con otros polímeros en aplicaciones rígidas han sido mejorar su resistencia al impacto (Izod con muescas), DTUL y ​​procesabilidad. En aplicaciones fl exibles, sin plastificantes (libres de materiales de tipo de bajo peso molecular), el PVC se mezcla con modificadores poliméricos de bajo módulo (como plastificantes poliméricos). Las mezclas de PVC modificadas por impacto y fl exibilizadas juntas constituyen una fracción importante del PVC utilizado comercialmente.

La diferencia entre los parámetros de solubilidad del PVC (δPVC = 21.7 J1 / 2 ⋅ cm3 / 2) y polietileno (δPE = 16.4 J1 / 2 ⋅ cm3 / 2) es un indicador de la incompatibilidad de estos polímeros, que también es confirmado por la morfología y las malas propiedades mecánicas de las mezclas de PVC realizadas con diferentes tipos de PE. Aunque las mezclas de PVC / PE son heterogéneas y con bajas propiedades mecánicas, son interesantes porque:

1. Se caracterizan por una procesabilidad superior

2. Tienen buena estabilidad térmica

3. Generan una pequeña cantidad de ácido cloro cuando se queman

4. Tienen mejores propiedades dieléctricas que el PVC

Un gran interés para las mezclas de PVC/PE es la producción de electrets, caracterizada por una polarización estable a largo plazo (a veces incluso varios años). Dichos electretes se utilizan en la fabricación de filtros de aire para dispositivos de aire acondicionado y aspiradoras. A la introducción de plastificantes líquidos (ftalato de dioctilo; DOP) le sigue la modificación morfológica de las mezclas de PVC/PE, que continúan teniendo una estructura heterogénea, hecho sostenido por la desviación negativa de la aditividad en los diagramas que representan la variación de la viscosidad de fusión versus la proporción de PVC en las mezclas. Para mejorar las propiedades de la mezcla de PVC/PE, se estudiaron la posibilidad de que los componentes se reticularan de forma estática (30 minutos de prensado a 100°C), para aumentar la resistencia del área de separación de fases. Como co-reticulante se utilizó un sistema a base de cianurato de tri-alilo y peróxido de α, α´-bis (t-butil peróxido) isopropil benceno. Los resultados mostraron que el uso de peróxido al 0.25% en peso y cianurato de tri-alilo al 4% en peso dio a la mezcla de PVC/PE (partes 2:1), un aumento significativo de la resistencia a la tracción y elongación, proporciones de peróxido más altas que tienen poco efecto sobre las características especificadas anteriormente. La mejora de las propiedades, así como la extensión del área de disponibilidad de las mezclas de PVC/PE también se logró mediante el uso de compatibilizadores similares al PE injertado / clorado (CPE) o copolímeros. Se descubrió que una mezcla de PVC, polietileno de alta densidad (HDPE) y CPE era adecuada para fabricar juntas de seguridad para ventanas de automóviles. Las mezclas que comprenden PVC, PE y un polímero derivado de al menos 80% en peso de éster de metacrilato acrílico o de alquilo, arilo, alcarilo o metilo y no más del 20% en peso de monómeros acrílicos o estirénicos, se usaron para extrusión o moldeo por inyección de tuberías o accesorios para tuberías, herramientas de jardín, máquinas eléctricas, automotrices y comerciales o partes de electrodomésticos, juguetes, artículos deportivos, calzado, estuches de baterías, conductos, perfiles de construcción para aplicaciones médicas, asientos de automóviles o muebles, revestimientos de paredes y botellas. Otra forma de mejorar las propiedades de la mezcla de PVC/poliolefina (PO) es la modificación química de los componentes mediante sustitución o injerto. El mejor ejemplo es la cloración de PE. Existe una gran cantidad de literatura sobre los cambios en las propiedades y la compatibilidad de las mezclas de PVC/CPE. La compatibilidad de la mezcla PVC/CPE depende principalmente de: el contenido de cloro, su distribución en la estructura del PE, el método de cloración, el grado de cristalinidad residual del CPE y la proporción de CPE en la mezcla. Los CPE que contienen menos del 25% en peso de cloro son incompatibles con el PVC y generalmente no se usan en mezclas de PVC. Aquellos con 24-40% en peso de cloro son los mejores modificadores de impacto porque tienen una miscibilidad práctica. Los CPE con 45% en peso de cloro son miscibles con PVC con un comportamiento de temperatura de solución crítica más baja (LCST). El contenido habitual de cloro en el CPE de las mezclas de PVC / CPE varía entre el 25 y el 40% en peso y se sabe que un contenido del 36% en peso proporciona la mejor resistencia al impacto. El PE clorado con un alto contenido de cloro (45-48% en peso), producido por cloración en solución, con una distribución estadística de los átomos de cloro y un grado reducido de cristalinidad residual, es más compatible con el PVC que el mismo polímero producido por suspensión o capa fluidizada. Dependiendo de la proporción de mezcla, la tenacidad de la mezcla varía de PVC a CPE, la resistencia al calor y las características de distorsión por calor son casi independientes del contenido de CPE y las características de intemperismo al aire libre son similares a las del PVC. Las propiedades eléctricas, químicas y de resistencia al fuego de esas mezclas son equivalentes a las del PVC. El DOP como plastificante en mezclas de PVC/CPE confiere a estos polímeros un mayor grado de compatibilidad. Las mezclas de PVC, CPE y brea de alquitrán de hulla se utilizaron como láminas para techos resistentes a la intemperie. La inserción de copolímero de metacrilato de metilo-butilacrilato en mezclas de PVC/CPE proporciona una excelente resistencia a la tracción y al impacto. También se obtuvieron resultados notables con respecto a la resistencia al impacto de las mezclas de PVC/CPE con la adición de diamina (0,1-10% en peso). La resistencia al impacto de las mezclas de PVC/CPE también aumentó considerablemente mediante la adición de modificadores con propiedades elastoméricas [copolímero de etileno con VA, varios oligómeros de butadieno y butadieno-acrilonitrilo, resinas acrílicas, terpolímero de etileno-propileno-dieno y polibutadieno (PB) terminado en hidroxi, caucho natural epoxidado. Los aditivos elastoméricos produjeron una mejor adhesión entre los componentes de la superficie interfacial límite. La introducción de caucho natural epoxidado en las mezclas de PVC/CPE asegura la mejora de las características antivibracionales. También se ha demostrado que tiene buenas propiedades físicas y mecánicas y buenas características de procesabilidad. Mezclas de PVC/CPE cargadas con diferentes materiales de relleno (harina de madera, caolín, carbonato de calcio). Las mezclas de PVC/CPE que contengan o no otras adiciones (elastómeros, materiales de relleno, plastificantes, etc.), son adecuadas para la fabricación de láminas, artículos moldeados, películas, bloques y revestimientos. Los principales procedimientos de procesamiento adecuados para convertir esta mezcla en diferentes productos son extrusión, inyección, calandrado, termoformado y prensado. El procesamiento debe realizarse a temperaturas bien especificadas. La temperatura de extrusión recomendada es de 150–175°C, pero al extrudir perfiles de ventana, la resistencia al impacto requerida se logra solo a 190–195°C. Para el calandrado y termoformado, se han utilizado temperaturas de 165–190°C y 150–175°C (temperatura del molde 60–70°C), respectivamente. El moldeo por compresión de bloques y láminas debe realizarse a 175°C y 120– 130°C, respectivamente. Para el moldeo por inyección se recomienda una temperatura de fusión de 170–180°C y una temperatura del molde de 20–50°C . Las aplicaciones de las mezclas de PVC/CPE incluyen perfiles para ventanas, canalones, barreras de calles, tuberías de gas, listones de banco, láminas para fachadas, revestimiento de balcones, plantas químicas, refrigeradores, señales de tráfico, láminas para identificación y tarjetas perforadas, revestimientos de paredes ignífugos, estuches , cochecitos e interiores de automóviles. Los componentes moldeados por inyección incluyen campanas extractoras, cárcavas en sistemas de alcantarillado, piezas de canalones, tapas para postes reflectores de carreteras y listones de banco. Las mezclas de PVC/CPE se utilizan principalmente para aplicaciones al aire libre, pero están limitadas por las condiciones climáticas predominantes. El rendimiento ha sido satisfactorio durante más de 30 años en países donde la temperatura media anual durante el mes más caluroso no supera los 24°C. En estas condiciones, las mezclas muestran una buena resistencia al impacto en todo el rango de temperatura que se encuentra en las aplicaciones, además de ser resistentes al envejecimiento, los rayos UV y la intemperie durante el período de uso previsto. La temperatura máxima es de 60 a 65°C.