Microesferas expandibles
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Microesferas expandibles
Las
microesferas térmicamente expandibles se utilizan con frecuencia en una amplia
gama de aplicaciones termoplásticas. La razón para usar microesferas
expandibles como agente espumante varía. El ahorro de materia prima, la
reducción de peso y el ahorro de dinero son, por supuesto, las principales
razones, pero también las mejoras de las propiedades de aislamiento, la
estética de la superficie, la estabilidad dimensional y las mejoras de
procesamiento son muchas veces igualmente importantes. Se puede reducir la densidad en diferentes materiales de TPE, tanto de los ensayos de extrusión como de
moldeo por inyección, así como las propiedades de los productos espumados. Las microesferas
expandibles, que comprenden una cubierta de polímero termoplástico que
encapsula un propulsor, se utilizan como agente espumante o relleno de peso
ligero, en una gran variedad de vehículos y aplicaciones. La técnica para
producir microesferas expandibles fue desarrollada inicialmente por Dow Chemical
Company y hoy hay alrededor de 5 productores en todo el mundo. Ejemplos de
aplicaciones en las que se utilizan microesferas expandibles como agente
espumante son papel y cartón, tinta de impresión, p. Ej. papel de empapelar,
cuero artificial, caucho y termoplásticos. Las aplicaciones en las que se
utilizan como relleno liviano son, por ejemplo, explosivos, termoendurecibles,
masillas y pintura. Las microesferas se entregan sin expandir o expandidas,
secas o húmedas según la necesidad del proceso en el que se vayan a utilizar.
Se mejorarán propiedades como aislamiento térmico y acústico, antideslizante,
absorción de golpes y vibraciones, mientras que las propiedades mecánicas como
la resistencia al desgarro y el alargamiento a la rotura se reducirán al hacer
espuma con microesferas expandibles.Expansión de las microesferas termoplásticas
La expansión de
las microesferas termoplásticas se rige completamente por la física, no hay
reacciones químicas involucradas. El copolímero de la cubierta se ablanda con
el calentamiento y simultáneamente aumenta la presión del hidrocarburo
encapsulado, lo que da como resultado un aumento de volumen de 40 a 70 veces. Los factores que determinan la
capacidad de expansión de las microesferas son la volatilidad del hidrocarburo
encapsulado, la permeabilidad al gas y la viscoelasticidad de la cubierta. Los
factores que son cruciales para el usuario son, por ejemplo, temperatura de
expansión, resistencia química, tamaño de partícula, densidad (cuando se usa
como relleno liviano) y resistencia a la presión. Para cumplir con los
requisitos en cada aplicación, se encuentran disponibles esferas con diferentes
propiedades. Esto se logra utilizando diferentes copolímeros en la cáscara,
eligiendo varios hidrocarburos como propulsores y suministrando esferas con
diferentes tamaños de partículas. Para lograr este aumento de volumen, sin
fugas del hidrocarburo, la cubierta de las microesferas debe tener muy buenas
propiedades de barrera. La temperatura de expansión está influenciada
principalmente por la composición polimérica de la cubierta y el hidrocarburo
utilizado. Al alterarlos, puede producir microesferas con temperaturas de
expansión que son adecuadas para procesos con temperaturas que van desde
aproximadamente 90-100°C hasta aproximadamente 260°C. Hidrocarburos con
alta presión de saturación, p. Ej. El isobutano y los polímeros con baja Tg,
como el poli (cloruro de vinilideno), se eligen para grados de baja
temperatura, mientras que los hidrocarburos con cadenas de carbono más largas,
como el isooctano, y los polímeros con alta Tg, poliacrilonitrilo, se eligen
para temperaturas de procesamiento más altas. Las esferas no expandidas pueden
estar expuestas a altas fuerzas de cizallamiento, presión externa y solventes
sin dañarse, mientras que las esferas expandidas tienen mayor riesgo de daño y
colapso debido a la capa más delgada. El grosor de la cubierta de las
microesferas sin expandir es de aproximadamente 2 µm, mientras que el grosor de
una esfera expandida es de solo alrededor de 0,1 µm. Análisis termomecánico
Dado que la temperatura de expansión y la capacidad de expansión son
propiedades cruciales de las microesferas, estas se analizan a fondo en cada
material.Aplicaciones microesferas termoplásticas
Las dos
aplicaciones más importantes de moldeo por inyección en las que se utilizan con
éxito las microesferas expandibles son suelas de zapatos y tapones sintéticos
para vino. En el moldeo por inyección de detalles de paredes delgadas, <3
mm, la expansión es generalmente muy pobre, pero el uso de microesferas puede
proporcionar otros beneficios, como una contracción reducida. Los productos
extruidos como cables, mangueras, perfiles flexibles y rígidos para la
automoción y la construcción son negocios en crecimiento. Las técnicas de
producción como la extrusión de matrices planas, el soplado de películas, el
termoformado y el calandrado son todas posibles para la formación de espuma con
microesferas expandibles. Existen algunas limitaciones con respecto a las
máquinas de extrusión adecuadas; Es difícil conseguir una buena formación de
espuma si la máquina está equipada con una zona de vacío o una bomba de fusión.
Con las zonas de vacío, las microesferas pueden expandirse dentro de la máquina
tan pronto como desciende la presión. Debido a la delgada capa de las esferas
expandidas, serán destruidas durante la parte final de la máquina, o simplemente
escaparán por el respiradero. Las bombas de fusión también pueden afectar la
capacidad de expansión de las esferas y, por lo tanto, recomendamos máquinas
sin ellas. Existe un gran interés en utilizar materiales de TPE, espumados con
microesferas expandibles, como sustituto del PU espumado y del caucho
vulcanizado espumado. En la actualidad, existen microesferas expandibles
disponibles para la formación de espuma de termoplásticos hasta temperaturas de
procesamiento de alrededor de 260°C, lo que significa que la mayoría de los
materiales de TPE de hoy se pueden espumar con microesferas expandibles. La
reducción de densidad alcanzada en la pieza final dependerá de muchos factores,
p. Ej. técnica de procesado empleada, dimensión de la pieza, polímero a
espumar. Las microesferas se combinan a menudo con agentes espumantes químicos
para obtener una expansión óptima en combinación con una estructura de espuma
uniforme.
Material termoplástico
Los requisitos de la matriz termoplástica son
menores cuando se utilizan microesferas expandibles que cuando se forma espuma
con otras técnicas. Esto se debe a que el propulsor está encapsulado dentro de
una cubierta polimérica con buenas propiedades de barrera. Para otras técnicas
de formación de espuma físicas y químicas, la reducción de la densidad depende
más de las propiedades de barrera y de la resistencia a la fusión de la matriz.
Cuando se utilizan microesferas, una propiedad muy importante del polímero
fundido es el MFR (MFI). Los materiales que fluyen fácilmente, con un MFR alto,
son generalmente más susceptibles a la formación de espuma que los materiales
con mayor viscosidad. En la actualidad, es
posible espumar la mayoría de los materiales de TPE con microesferas
expandibles, pero la reducción de densidad dependerá de la técnica de
procesamiento, la dimensión de la pieza y las propiedades del polímero a
espumar. En general, la viscosidad y la resistencia de la masa fundida son las
dos propiedades más importantes de la masa fundida de polímero para la
capacidad de formación de espuma y la reducción de la densidad. La tendencia de
un polímero a cristalizar y encoger también afectará al resultado final y puede
dar lugar a espesores desiguales. Es muy importante definir qué propiedades son
cruciales en el producto final y analizar cómo se verán afectadas cuando se
forme espuma. También es importante tener en cuenta que los cambios en las
propiedades dependerán del tipo de matriz. Por tanto, las propiedades resultantes
son difíciles de predecir pero
deben analizarse.