Mezclas de PVC/Elastómeros - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

Debido a su no polaridad, los cauchos de polibutadieno, poliisopreno, poliisobutileno y butílico son incompatibles con el PVC, por lo que se pueden encontrar pocos estudios que se refieran a mezclas de PVC / elastómeros no polares. Con el fin de mejorar la compatibilidad entre PVC y elastómeros no polares, se añaden agentes de compatibilización al sistema o se someten a modificaciones químicas. Entre la mezcla de PVC/elastómero no polar químicamente modificada, la mezcla de PVC / caucho natural epoxidado (ENR) fue la que más se estudió. Aunque en las mezclas de PVC / ENR se han utilizado elastómeros con varios grados de epoxidación, en la mayoría de los casos se utilizó caucho natural con un grado de epoxidación del 50% en moles (ENR-50). El caucho natural epoxidado con 50% en moles de epoxidación es polar y tiene propiedades similares a los elastómeros sintéticos. Estas cualidades generaron interés en evaluar la compatibilidad de ENR con otros polímeros, particularmente PVC. Se ha informado de que las mezclas de PVC rígido con ENR-50 forman un sistema miscible en el que ENR-50 reduce el par de Brabender y la viscosidad de fusión del PVC rígido. Se ha informado que tanto las mezclas fundidas  como las fundidas en solución exhiben una única Tg que se encuentra entre la del PVC y la ENR-50. La miscibilidad del PVC y el ENR en estado sólido se ha establecido mediante la confirmación de los enlaces de hidrógeno de los estudios de espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y el sinergismo en las propiedades mecánicas y dinámicas. Los estudios reológicos revelaron la naturaleza pseudoplástica de las mezclas de PVC/ENR. Los estudios de fracturas también revelaron que las mezclas ENR-50 son capaces de actuar como modificadores de impacto para el PVC. Trabajos anteriores sobre mezclas de PVC / ENR por Nasir y Ratnam indicaron la necesidad de utilizar condiciones de mezcla adecuadas para lograr propiedades óptimas. Ishiaku y sus colaboradores también han informado de observaciones similares. Descubrieron que al usar un pedido de plástico Brabender junto con un cabezal de mezcla / medición para una mezcla rica en PVC, se obtienen propiedades óptimas mezclando a alta temperatura, digamos 150°C, a baja velocidad del rotor, oa mayor velocidad del rotor y a menor temperatura. Por el contrario, para una mezcla rica en ENR, las condiciones óptimas están más bien restringidas a alta temperatura y baja velocidad del rotor únicamente. También indican que la elección de las condiciones óptimas de mezcla no se limita a ninguna temperatura, tiempo de mezcla o velocidad del rotor en particular. Más bien, se pueden obtener mezclas óptimas seleccionando cualquier conjunto de condiciones dentro de una ventana de procesamiento (130–150°C, 2–9 minutos, 20–50 rpm). La claridad de la película o las láminas hechas de la mezcla de PVC / ENR-50 respalda la idea de que la miscibilidad inferida del estado de fusión es igualmente cierta para el estado sólido. Esta afirmación está respaldada además por la observación del sinergismo en las propiedades de tracción. La resistencia a la tracción de la mezcla rica en PVC, es decir, 40-80% en peso de PVC, excede el valor esperado si las propiedades son meramente aditivas. También se observa una tendencia similar para el alargamiento a la rotura, que excede la línea de aditividad en todas las composiciones. Los efectos sinérgicos máximos en la resistencia a la tracción se produjeron alrededor del 70% en peso de la región de PVC, que también coincide con el aumento observado en la densidad. La desviación repentina de las tendencias observadas de tales propiedades alrededor del rango de composición de PVC del 70% en peso también podría ser un reflejo de un empaque mejorado. La dependencia de la composición de la dureza de las mezclas de PVC / ENR-50 ha demostrado que con un contenido bajo de PVC, es decir, hasta un 40% en peso, la dureza de las mezclas está entre 30 y 70 IRHD, que es el rango de dureza para el caucho vulcanizado blando. A estas concentraciones, las mezclas se comportan como un sistema de caucho relleno típico, en el que ENR es la fase de matriz continua. Por lo tanto, las propiedades dominan el caucho con PVC actuando como relleno. Las mezclas de PVC / ENR son propensas al envejecimiento termo-oxidativo. Esto se ha atribuido a la degradación inicial del PVC, que libera HCl que cataliza la reacción de apertura del anillo del grupo epóxido. La combinación de una cantidad óptima de antioxidante (2,2,4-trimetil-1,2-dihidroquinolina (TMQ)), y ha demostrado ser eficaz para curar el envejecimiento termooxidativo y la estabilidad a la irradiación de las mezclas. Para aumentar la flexibilidad del PVC / ENR, también se investigó la influencia de diferentes tipos de plastificantes (DOP, aceite de soja epoxidado (ESO) y éter-tioéter (ETE)) en muchas características de estas mezclas. Las mezclas fundidas de PVC plastificado y ENR-50 tienen una morfología de fase cercana a la de un sistema monofásico. Estas mezclas tienen una única Tg que se encuentra entre la Tg de los componentes de la mezcla, como se muestra en los termogramas de DMA y DSC. El PVC plastificado tiene el máximo ensanchamiento en la transición vidrio-caucho de todas las muestras. La drástica reducción del ancho de Tg del PVC plastificado con la incorporación de ENR puede deberse a la distribución uniforme del ftalato de dibutilo entre las moléculas de ENR, que se ha unido con las partículas de PVC. Esta reducción en el ancho de Tg del PVC plastificado a la mezcla PVC / ENR sugiere una morfología monofásica más definida en este último. Dado que la Tg de las mezclas de PVC / ENR plastificado es mucho menor que la de las mezclas de PVC / ENR rígido, las primeras tienen una mayor flexibilidad a baja temperatura. La resistencia a la tracción disminuye significativamente con un aumento de la concentración de plastificante en las mezclas de PVC / ENR. ETE inicialmente da mejor resistencia a concentraciones más bajas (por debajo de 15 phr) seguido de DOP, luego ESO. Sin embargo, esta tendencia se invierte a concentraciones más altas. La disminución de la resistencia a la tracción con el aumento del contenido de plastificante puede deberse al enmascaramiento de los centros de fuerzas que mantienen unidas las moléculas de PVC (el concepto de gel), o puede deberse al efecto de lubricación, que hace que sea más fácil separar las cadenas de acuerdo con la teoría de la lubricidad. En el caso del alargamiento a la rotura, las mezclas plastificadas con DOP muestran un mayor alargamiento a la rotura en todas las concentraciones, mientras que otros plastificantes no funcionan tan bien, particularmente ETE, que rinden valores muy por debajo de los niveles aceptables a concentraciones más altas. DOP y ESO, ha reducido significativamente la resistencia al desgarro. Esto podría deberse a una plastificación excesiva, lo que facilita la separación de las cadenas. La presencia de plastificantes modifica el comportamiento termo-oxidativo de la mezcla PVC / ENR. La forma en que se produce esta modificación, mostrada por los ensayos mecánicos (resistencia a la tracción, alargamiento a la rotura, resistencia al desgarro, módulo, dureza), antes y después de la degradación, depende de la naturaleza y proporción de plastificantes del sistema. De la discusión anterior se puede inferir que cada tipo de plastificante tiene sus propias potencialidades y limitaciones. Por ejemplo, la incorporación de DOP generalmente disminuye las propiedades mecánicas de las mezclas de PVC / ENR, aunque simultáneamente estabiliza la mezcla contra la degradación termooxidativa. La mejora en las propiedades de degradación del PVC / ENR con la incorporación de DOP implica que la presencia de DOP es eficaz para alterar el equilibrio de sales de metales pesados ​​y epoxidos. De acuerdo con la teoría de la plastificación del gel, el plastificante rompe las uniones sueltas en el PVC y forma los centros de fuerza, reduciendo consecuentemente el número de adherencias en el equilibrio dinámico de solvatación y desolvatación. Se sabe que esta acción confiere estabilidad a las formulaciones de PVC y, por lo tanto, se reduce la incidencia de liberación de HCl. Basado en el estrechamiento de la región de transición vítrea observado por Varughese y colaboradores en la mezcla de PVC / ENR plastificado con DOP, se puede inferir que DOP es íntimamente miscible con ENR, como es el caso con PVC. La vulcanización dinámica con azufre de la mezcla PVC / ENR asegura su transformación en elastómeros termoplásticos (TPE). La adición que el aumento de la cantidad de azufre da como resultado la resistencia a la tracción, el módulo, el alargamiento a la rotura, la resistencia al desgarro y la mejora de la dureza, simultáneamente con la reducción del índice de hinchamiento. También se ha observado una mejora significativa de la resistencia contra el envejecimiento termooxidativo mediante la incorporación de azufre en el PVC / ENR TPE plastificado. Esto se ha atribuido al aumento de la densidad de reticulación del TPE vulcanizado dinámicamente. Se estudiaron varias composiciones de mezclas de PVC / ENR/CPE utilizando varios tipos de CPE (22, 35 y 45% de contenido de cloro), ENR-25 y ENR-50. Los resultados obtenidos indican que algunas composiciones que utilizan CPE y ENR-50 con contenido de cloro medio amorfo tienen una buena miscibilidad, propiedades mecánicas y un comportamiento de amortiguación adecuado para absorbedores de vibraciones de alto rendimiento. Además, se podrían utilizar rellenos en forma de escamas (grafito, mica) para mejorar el comportamiento de amortiguación de las mezclas de PVC / ENR / CPE. La investigación llevada a cabo en PVC plastificado con DOP y mezclas de 1,2-polibutadieno (1,2-EPB) epoxidadas, 1,4-polibutadieno (1,4-EPB) epoxidadas rastreó principalmente el efecto costabilizador del caucho en combinación con jabones metálicos [Estearatos de Zn/Ca (2/1)]. Se ha informado que el 1,2-EPB presenta una buena compatibilidad y se dispersa finamente en el PVC compuesto en comparación con el 1,4-EPB y que el PB epoxidado forma mezclas sinérgicas con los jabones metálicos. El efecto sinérgico de 1,2-EPB es superior al efecto 1,4-EPB.