Mezclas de PVC/NBR
Aleación > ► Mezclas de PVC
Mezclas de copolímeros de PVC/butadieno-acrilonitrilo
Este tipo de mezcla representa históricamente la observación inicial de que es posible la miscibilidad de las mezclas de polímeros. Las investigaciones sobre esta mezcla particular superan en número a cualquier otra mezcla polimérica miscible. También es el resultado del interés científico y comercial en esta mezcla durante las últimas cinco décadas El gran número de estudios existentes referentes a mezclas de caucho de PVC / butadieno-acrilonitrilo (NBR) tienen en cuenta dos aspectos:
1. grado de compatibilidad de los componentes
2. uso práctico de esta mezcla
La compatibilidad de las mezclas de PVC/NBR se estudió mediante numerosos métodos [mecánica dinámica, comportamiento viscoelástico dinámico, mediciones viscosimétricas, análisis térmico dinámico (DTA), DSC, dispersión de luz, permeabilidad a los gases, densidad, mediciones de tensión-deformación, propiedades mecánicas, ópticas y miscibilidad de los electrones de transmisión. Las pruebas mecánicas dinámicas han sido un método común de investigación de la compatibilidad de mezclas de PVC/NBR. NSe encontro que para las mezclas de PVC/NBR se produce un único máximo de amortiguación a una temperatura entre las temperaturas correspondientes de los componentes puros. Razonaron que los polímeros eran solubles entre sí. Seconcluyó que el amplio pico de amortiguación encontrado para una mezcla de PVC/NBR indicaba que los polímeros eran solubles entre sí, pero la atracción intermolecular es tan débil que tiene lugar una asociación considerable de segmentos similares en la mezcla soluble. Nielsen también señaló que en el PVC plastificado, los cristalitos actúan como reticulaciones evitando que el material de caucho fluya bajo carga, incluso si no está reticulado por una reacción química, como en el caucho vulcanizado. Se midieron el comportamiento viscoelástico dinámico de mezclas de PVC/NBR preparadas en solución y recuperadas por evaporación del solvente. Concluyeron que aunque los dos polímeros se mezclan molecularmente, se muestra cierta microheterogeneidad debido a los diferentes entornos segmentados. Matsuo y colaboradores examinaron una mezcla de PVC con NBR que contenía entre un 8% y un 40% de ACN. Se interpretó que los resultados de la medición de la viscosidad dinámica indicaban que un elastómero de ACN al 20% daba mezclas casi homogéneas. Las imágenes de microscopía electrónica se interpretaron para indicar que existía microheterogeneidad incluso en las mezclas con elastómero de ACN al 40%. Utilizando DTA, Oganesov y colaboradores investigaron la homogeneidad de la mezcla de PVC con NBR que contiene un 40% de ACN. Llegaron a la conclusión de que las mezclas pueden ser de una o dos fases dependiendo de la proporción del polímero. Se examinaron la compatibilidad del PVC con NBR que contiene 40% de ACN mediante mediciones viscosimétricas de una solución de mezcla en ciclohexanona. Descubrieron que los polímeros son compatibles. Vasile y colaboradores llegaron a la misma conclusión, utilizando el mismo método viscosimétrico para mezclas de PVC/NBR con un 38% de elastómero ACN y una plasticidad de Mooney de 45. La compatibilidad de polímeros, enumera la combinación de PVC con NBR como compatible. Usando DTA y DMA, se nota la presencia de dos Tg en NBR comercial no reticulado con menos del 35% de contenido de ACN. La conclusión es que para las mezclas de PVC/NBR que contienen un 70% de NBR, el PVC actúa como disolvente selectivo solo para la parte de NBR que tiene el mayor contenido de ACN. Los elastómeros de nitrilo que contienen entre un 25% y un 45% de ACN son compatibles con el PVC en todos los niveles de PVC. Cuando se mezcla un elastómero de ACN al 29% con dos Tg con PVC, solo se vio afectada la Tg más alta. Solo un elastómero de nitrilo que contiene un 34% de ACN exhibió una sola Tg en sus mezclas de PVC. Se examinaron dos propiedades de mezclas de PVC / NBR mezcladas en fábrica con 22-34% de ACN usando dispersión de luz, permeabilidad a los gases, densidad y DMA. El aumento de la cantidad de ACN en los elastómeros resultó en una mejor compatibilidad con el PVC.
Se encontró que el elastómero de nitrilo que contenía 44% de ACN era incompatible con el PVC usado en las condiciones de su preparación de mezcla. Se encontró que el elastómero de nitrilo que contiene 31% de ACN es compatible con el PVC con algunas indicaciones de heterogeneidad en forma de microdominios que son ricos en PVC o NBR. Los elastómeros de nitrilo que contenían entre un 10% y un 50% de ACN se mezclaron en el molino con PVC en un rango de 0% a 100% de PVC. Los elastómeros de nitrilo que contenían 28% o menos de ACN tenían mala compatibilidad con el PVC dando mezclas que estaban turbias y tenían una elasticidad débil y pobre. El comportamiento morfológico de las mezclas de PVC/NBR es complejo. Parece ser una ventana de compatibilidad cuyos límites están relacionados con el contenido de ACN en NBR. Las ubicaciones de los límites de esta ventana no están claramente definidas. El centro de la ventana parece estar en la región del 30% al 40% de contenido de ACN en los elastómeros de nitrilo. Se ha demostrado que todos los NBR comerciales no reticulados con menos del 35% de ACN tienen dos Tg. Estos se correlacionan con fracciones de diferente contenido de ACN. En las mezclas con estos copolímeros, el PVC tiende a solubilizar las fracciones con mayor contenido de ACN. Incluso en la región cercana al centro de la ventana, la microheterogeneidad en esta región puede deberse a la naturaleza multifásica de NBR, a los cristalitos y partículas "primarias" residuales de PVC. El análisis general de las propiedades de las mezclas de PVC/NBR enfatizó que el caucho actúa como plastificante para el PVC y el PVC refuerza el caucho. Originalmente, el NBR se utilizó como plastificante para PVC y el PVC se utilizó para mejorar la resistencia al ozono y la intemperie del elastómero de nitrilo. Hoy en día, las mezclas de PVC/NBR forman una clase de materiales poliméricos por derecho propio y deben considerarse como tales. Cuando se usa como materiales termoplásticos, la proporción de PVC de la mezcla es frecuentemente del 50% en peso o más y las propiedades son más cercanas a las de un PVC plastificado. El elastómero de nitrilo se comporta como un tipo especial de plastificante, porque es:
1. No extraíble
2. No migratorio
3. No volátil
El reemplazo de plastificantes de PVC de tipo normal por caucho de nitrilo mejora:
1. Resistencia al aceite y a los disolventes
2. Resistencia a la abrasión
3. Envejecimiento por calor
4. Temperatura frágil
5. Resistencia al impacto
6. Alargamiento a la rotura
7. Retención de patrones de molde o relieve
Las mezclas destinadas a su uso como polímeros de tipo gomoso contienen regularmente una fracción importante de elastómero de nitrilo y se combinan y reticulan para dar productos finales gomosos. Las ventajas más significativas que se obtienen mediante la adición de PVC al elastómero de nitrilo son:
1. Refuerza el caucho
2. Imparte resistencia a la intemperie y al ozono
3. Reduce los costos de compuestos
En comparación con un elastómero de nitrilo, un compuesto de NBR / PVC tiene mayor dureza y mejoró:
1. Resistencia y módulo de goma
2. Resistencia a la intemperie y al ozono
3. Resistencia a disolventes y combustibles
4. Propiedades de abrasión y desgarro
5. Resistencia a las llamas
6. resistividad volumétrica
7. Costes compuestos
Las propiedades empeoradas son:
1. Flexibilidad a baja temperatura
2. Fraguado por compresión (particularmente a temperaturas elevadas)
3. Resiliencia a temperatura ambiente
El grado en que se logran las propiedades de seguimiento para las mezclas de PVC / NBR está influenciado por un gran número de factores:
1. Relación PVC / NBR
2. Peso molecular del PVC
3. Contenido de ACN en NBR
4. Viscosidad del elastómero de nitrilo
5. Grado de prerreticulación de NBR
6. Técnica de mezcla
Presencia en el sistema de otras adiciones, etc.
Se afirmó que los elastómeros de nitrilo plastifican el PVC mediante un mecanismo de solvatación de la misma forma que los plastificantes monoméricos. Señaló que cuando se agrega PVC en polvo a NBR y el lote se muele en caliente, la mezcla se vuelve transparente y se comporta como un compuesto plastificado normal. El uso de elastómero de nitrilo como plastificante dio como resultado una mezcla con excelente resistencia al hinchamiento ya la pérdida de plastificante debido a la extracción y volatilidad. El aumento de los niveles de ACN mejorará la resistencia al aceite, pero también aumentará la temperatura de fragilidad. El rango óptimo de adición de PVC plastificado a elastómeros de nitrilo es 20-40% en peso de NBR con 29% -39% de contenido de ACN. Se encontró que la resistencia al impacto del PVC mejoraba notablemente con bajos niveles de NBR que contiene 18% de ACN. Se requirieron niveles más altos de copolímero de acrilonitrilo al 26% en peso para una mejora comparable y la adición de copolímero de acrilonitrilo al 40% en peso no tuvo un efecto apreciable. Se encontró que la resistencia al impacto disminuía algo con una adición de hasta 5 phr y luego aumentaba con el contenido de caucho. Se estableció que la resistencia al impacto era apreciablemente mayor si el NBR era altamente ramificado y parcialmente reticulado en lugar de lineal. Un modificador adecuado fue NBR 9:1 polimerizado hasta una conversión del 99% y látex mezclado con PVC. El tamaño de partícula óptimo era de 0,1 a 0,3 µm y se pensaba que las partículas más grandes actuaban con muescas. La mayoría de las propiedades de procesamiento y vulcanización de compuestos basados en mezclas de NBR/PVC se ven afectadas, a menudo de manera espectacular, por una o más de las propiedades fundamentales de los componentes de las mezclas. En la preparación de mezclas de PVC y NBR hay dos condiciones muy importantes, que siempre deben cumplirse para obtener las propiedades óptimas. Estos son:
(1) buena dispersión de un polímero en el otro
(2) fluidez satisfactoria del caucho en el PVC
Hoy en día, las mezclas de PVC/NBR se preparan mediante combinación mecánica en estado fundido o mezclando látex de NBR con PVC en emulsión o suspensión (seguido de coagulación, fundido y secado). Además, las mezclas pueden prepararse o mezclarse directamente en la misma extrusora o máquina de moldeo que se utiliza para formar el producto. Sin embargo, aumentar el grado de fundente produce mezclas más duras y rígidas con viscosidades de fusión más altas, que son más difíciles de procesar. Las mezclas mecánicas de los polímeros sólidos también deben someterse a un fundente a temperaturas más altas (150–160°C) para provocar la completa homogeneidad de los dos polímeros y obtener las propiedades óptimas de la mezcla. Una temperatura demasiado baja dará como resultado un material subflujo con propiedades menos que óptimas. Una temperatura demasiado alta puede provocar la descomposición del PVC y una posible gelificación del caucho. Esto da como resultado una inconsistencia del producto y materiales descoloridos de alta viscosidad con malas propiedades de procesamiento. Se puede apreciar que la formación de mezclas de PVC y RMN a partir de polímeros sólidos puede ser un proceso difícil y seguro que requiere un control muy cuidadoso para obtener productos consistentemente buenos. La disponibilidad de una mezcla prefundada, es decir, una mezcla preparada mediante una etapa de mezcla de látex, basada en polímeros especialmente desarrollados, ofrece muchas ventajas:
1. Excelentes propiedades de procesamiento y viscosidad relativamente baja
2. Dado que las mezclas se someten a un fundente durante la fabricación, no se requiere un mezclado adicional a alta temperatura
3. Debido a las ventajas descritas en (1) y (2) se puede utilizar equipo de procesamiento de caucho convencional para manipular estas mezclas
4. Productos finales homogéneos y consistentes
5. Un solo artículo en stock en lugar de dos, es decir, PVC y NBR
6. Conveniencia del polímero de, es decir, hoja delgada - fácil de manipular y pesar o astillas - para trabajos de solución; sistemas de pesaje automático.
Cuando se dispuso de elastómeros de nitrilo en polvo, se combinaron con compuestos de PVC en polvo para hacer posible el procesamiento de mezclas de PVC/NBR en forma de polvo. Las ventajas del procesamiento de polvos se discuten en varias publicaciones que muestran formulaciones de compuestos típicos útiles para aplicaciones termoplásticas. Se informa que el uso de elastómero de nitrilo en polvo y prerreticulado es eficaz para reducir la memoria elástica (nervio) de las mezclas de PVC/NBR. En los últimos años, las investigaciones referentes a las mezclas de PVC/NBR se centraron principalmente en la mejora de sus propiedades. Con ese fin en vista, realizaron y caracterizaron más tipos de estructuras de polímeros interpenetrantes, dando composiciones de PVC/NBR con resistencia al impacto, deformación por compresión, deformación permanente, resiliencia y retención de forma a alta temperatura sustancialmente mejoradas. La composición correcta de las mezclas de PVC/NBR es importante, particularmente desde el punto de vista de la resistencia a la intemperie y al ozono. Debe evitarse el uso de rellenos altamente reforzantes en productos que se utilizarán en condiciones de tensión. Debido a que el PVC refuerza el NBR, una mezcla tiene una alta resistencia de goma. Esto significa que mezclar la mezcla con rellenos como merlán y arcilla puede producir compuestos baratos de color claro. Para compuestos negros baratos, se puede usar una mezcla similar con la adición de una pequeña cantidad de negro de carbón.
El uso de elastómero de nitrilo en polvo y prerreticulado es eficaz para reducir la memoria elástica (nervio) de las mezclas de PVC/NBR. En los últimos años, las investigaciones referentes a las mezclas de PVC/NBR se centraron principalmente en la mejora de sus propiedades. Con ese fin en vista, realizaron y caracterizaron más tipos de estructuras de polímeros interpenetrantes, dando composiciones de PVC/NBR con resistencia al impacto, deformación por compresión, deformación permanente, resiliencia y retención de forma a alta temperatura sustancialmente mejoradas. La composición correcta de las mezclas de PVC/NBR es importante, particularmente desde el punto de vista de la resistencia a la intemperie y al ozono. Debe evitarse el uso de rellenos altamente reforzantes en productos que se utilizarán en condiciones de tensión. Debido a que el PVC refuerza el NBR, una mezcla tiene una alta resistencia de goma. Esto significa que mezclar la mezcla con rellenos como merlán y arcilla puede producir compuestos baratos de color claro. Para compuestos negros baratos, se puede usar una mezcla similar con la adición de una pequeña cantidad de negro de carbón. Se permite el uso de una pequeña cantidad de un relleno altamente reforzante junto con el relleno más barato o una cantidad moderada de rellenos menos reforzantes. De esta manera, muchas especificaciones pueden coincidir sin la pérdida de propiedades de intemperismo. En áreas donde el producto final no se utilizará en condiciones de tensión, los rellenos altamente reforzantes producirán compuestos con mayor resistencia a la tracción, módulo, desgarro y abrasión. Los plastificantes para mezclas de PVC / NBR son los que se utilizan normalmente en elastómeros de nitrilo o PVC para modificar la viscosidad, las propiedades de tracción o para mejorar la resiliencia y las propiedades a baja temperatura. Para las composiciones a base de NBR/PVC, dos clases de aditivos juegan un papel importante: los agentes de vulcanización y los que pertenecen al grupo de protección, que están destinados a proporcionar un aumento de la resiliencia del producto final. Para lograr la destrucción térmica pura, la protección termooxidativa y ozonante, se deben tener en cuenta tanto la protección de la parte de elastómero como la de la parte de PVC. Entre los antidegradantes se sugieren derivados de difenilamina, oligómeros de dihidroquinolina en combinación con mercaptobencimidazol o derivados de bis (4-hidroxifenil) propionato. La protección de algunas mezclas se logró utilizando alquil-aril y diaril derivados del N, N´-disustituido p-fenilendiamina, dando buenos rendimientos hasta 150°C. Las mezclas de PVC/NBR están diseñadas principalmente para extrusión y calandrado, pero también son factibles el moldeo por inyección, soplado, compresión y transferencia. Las mezclas se utilizan en la fabricación de mangueras, rollos, aislamiento de cables y alambres, calzado, láminas para aislamiento expandido, perfiles extruidos espumados para sellos de puertas y ventanas, accesorios automotrices, diafragmas, cintas transportadoras, ropa protectora, suelas de zapatos, revestimientos, cubiertas de rollos. , revestimientos de cables y alambres.
Caucho de nitrilo es el nombre genérico dado a los copolímeros polimerizados en emulsión de acrilonitrilo y butadieno. Su propiedad más importante es la resistencia excepcional al ataque de la mayoría de los aceites y disolventes no polares. Los polímeros NBR también ofrecen una mejor impermeabilidad a los gases, resistencia a la abrasión y estabilidad térmica que la mayoría de los elastómeros de uso general. Estos atributos provienen del carácter altamente polar del acrilonitrilo, cuyo contenido determina el equilibrio de propiedades único y particular del polímero. El caucho de nitrilo se puede mezclar con otros elastómeros y termoplásticos. La mezcla termoplástica predominante con NBR es con PVC. Estos dos polímeros forman una mezcla miscible cuando se funde, lo que imparte resistencia al ozono al NBR y flexibilidad al PVC. Estas son propiedades que no están presentes solo en el PVC. Por lo tanto, el PVC se beneficiará con la adición del polímero de nitrilo. La modificación del PVC también se puede describir como polímero de nitrilo que se agrega al PVC en pequeñas cantidades para impartir flexibilidad a los compuestos de PVC para diversas aplicaciones. Para estas aplicaciones, el polímero de nitrilo se vende típicamente en forma de migajas o en forma de polvo para una fácil incorporación a la receta de PVC. El NBR actúa como un plastificante de alto peso molecular para reemplazar el plastificante monomérico normal utilizado en los compuestos de PVC. Esto beneficia la resistencia al aceite, la resistencia al combustible, la resistencia al desgarro, la abrasión y la resistencia a la flexión. Dado que el NBR no es extraíble frente al plastificante monomérico fugitivo, permanecerá después del envejecimiento por calor y la inmersión en aceite y combustible, produciendo mejores propiedades de envejecimiento y un mejor rendimiento a baja temperatura después del envejecimiento. El nivel más bajo de plastificante monomérico también reduce el agrietamiento de los termoplásticos adyacentes debido a la migración del plastificante monomérico al termoplástico, que hincha el plástico causando agrietamiento. Este artículo describe dos estudios básicos del efecto de la modificación del PVC por NBR en una amplia gama de composiciones.