Mezclas de polipropileno
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Principales mezclas comerciales de poliolefinas
Los miembros individuales de la familia de las poliolefinas ofrecen un espectro bastante amplio de estructuras, propiedades y aplicaciones. Este espectro se puede ampliar aún más mezclando poliolefinas individuales con otros polímeros. Además, se pueden mejorar muchos otros polímeros añadiéndoles poliolefinas. Se trata de un área de gran importancia comercial, y en la que tanto la investigación teórica como el desarrollo práctico están muy activos en la actualidad.
Una importancia comercial
Las principales mezclas comerciales de poliolefinas entre sí incluyen la adición de polietileno de bajo peso molecular al polietileno de peso molecular ultra alto para mejorar la procesabilidad, la adición de polietileno de baja densidad al polietileno lineal de baja densidad para mejorar la procesabilidad, la adición de caucho de etilenopropilendieno (EPDM) al polipropileno para mejorar la resistencia al impacto a baja temperatura, y la adición de PP a EPDM para producir elastómeros termoplásticos. Las principales mezclas comerciales de poliolefinas y copolímeros de olefinas con otros polímeros incluyen nailon en polietileno de alta densidad para impermeabilidad, EPDM maleado en nailon y otros termoplásticos de ingeniería para resistencia al impacto, polietileno clorado y acetato de etilenvinilo en cloruro de polivinilo como modificadores de impacto o plastificantes, y el uso creciente de CPE y poliolefinas maleadas como compatibilizadores en otras mezclas de polímeros. Una encuesta intensiva recopiló una lista detallada que incluía 60 polimezclas de poliolefinas comerciales. Esta es una demostración de su importancia práctica grande y en rápido crecimiento.
Miscibilidad y compatibilidad
A lo largo de cuatro décadas, los científicos e ingenieros utilizaron los términos miscibilidad y compatibilidad de forma vaga y / o intercambiable; muchos todavía lo hacen, y la mayor parte de la literatura está escrita de esa manera. En los últimos años, los científicos han comenzado a reconocer una distinción muy importante entre estos términos. Para mayor claridad y comprensión, la miscibilidad termodinámica describe mezclas de polímeros que son completamente miscibles y homogéneas hasta el nivel molecular, y no muestran ninguna separación de fases en absoluto. Por el contrario, la compatibilidad práctica describe mezclas de polímeros que tienen propiedades prácticas útiles en la práctica comercial. Debe enfatizarse que la mayoría de las polimezclas útiles comercialmente tienen compatibilidad práctica aunque no tengan miscibilidad termodinámica; de hecho, normalmente forman morfologías multifase que producen una ventaja sinérgica en el equilibrio de propiedades, no disponible en ningún polímero individual.
Mezclas de polipropileno isotáctico
El polipropileno isotáctico es un termoplástico de poliolefina rígido y de alto punto de fusión que se usa ampliamente en piezas de automóviles, electrónica, envases médicos y de alimentos, viviendas, artículos para el hogar y prendas tejidas y no tejidas. Una limitación de estos usos es la escasa tenacidad al impacto del iPP, especialmente a temperaturas inferiores a la ambiental. Esta necesaria mejora de las propiedades mecánicas del iPP se ha intentado mediante la combinación de polímeros gomosos y ha tenido éxito con mezclas de copolímeros aleatorios de etileno-propileno (EPR), copolímeros tribloque de estireno-etileno-butileno-estireno (SEBS), cauchos de butilo (IIR) ) y terpolímeros de etileno-propileno-dieno (EPDM). En particular, las mezclas binarias de iPP y EPR se han investigado ampliamente. La miscibilidad y / o compatibilidad en mezclas de poliolefinas dominan sus características materiales y propiedades básicas. Sin embargo, la falta de polaridad favorable y atractiva a menudo conduce al estado de fase separada en la mayoría de las poliolefinas. Sin embargo, debido a interacciones débiles, estas mezclas solo están débilmente separadas en fase y los cambios de morfología se pueden lograr fácilmente mediante mezcla mecánica intensiva o cizallamiento. iPP es inmiscible con PE y EPR. Una de las áreas de investigación es un intento de controlar la miscibilidad y / o compatibilidad de iPP con poliolefinas gomosas. Aparecen pistas prometedoras de la tecnología de catalizadores de poliolefinas que permiten la introducción controlada de comonómeros, así como la estereorregularidad de la secuencia de propileno o α-olefina en los copolímeros. Además, se están preparando varios tipos de copolímeros aleatorios que cubren casi todo el rango de composición utilizando sistemas catalíticos basados en metaloceno. Su morfología y, por tanto, sus propiedades difieren de las del Ziegler-Natta iPP comercialmente disponible. Se espera que los nuevos tipos de polímeros iPP conduzcan a una mejora en la tenacidad mecánica.
PP Blends
PP es quebradizo, especialmente a Tg 0°C. La resina se fractura por el mecanismo de agrietamiento. El descubrimiento de PP siguió inmediatamente a la búsqueda de métodos de mejora del comportamiento de impacto de baja T. El PP se fabrica a menudo utilizando dos reactores en serie: el primer reactor produce PP isotáctico, mientras que el segundo reactor produce un copolímero aleatorio de PP y PE. El copolímero es amorfo y se mezcla con el homopolímero de PP para mejorar la resistencia al impacto. Las mezclas de PP con elastómeros se discutirán en las siguientes partes.
Mezclas de PP/Elastómeros
Estas mezclas constituyen un grupo grande y comercialmente importante. Por lo general, se ha utilizado entre un 5 y un 20% en peso de elastómero. La aleación mejora la procesabilidad (por ejemplo, en el moldeo por soplado) y la resistencia al impacto a baja temperatura. Se han usado varios elastómeros, por ejemplo, EPR, BP, PIB, BR, PB sin curar y SBR; CBR dinámicamente co-vulcanizado; y BR, CSM y EPDM. Las mezclas con CSR amorfa mostraron buenas propiedades mecánicas. Las mezclas parcialmente vulcanizadas de CSR con PP y/o ULDPE tenían buena procesabilidad, resistencia a la soldadura en caliente, adhesión por interacción y resistencia al agrietamiento. La adición de CPE mejoró la procesabilidad y las propiedades del PP. Muchos elastómeros de EPR y EPDM muestran un comportamiento de copolímero de bloque. Cuando se mezclan con PP, forman dispersiones en forma de emulsión. Para facilitar la composición, también se puede agregar una pequeña cantidad de PE. Además, si la fase elastomérica está ligeramente reticulada, la morfología es más estable. Las mezclas de PP/EPR pueden procesarse con todos los métodos utilizados para PP. Se caracterizan por una buena procesabilidad, estabilidad dimensional, baja contracción, alta rigidez, resistencia al desgarro y temperatura de ablandamiento, buenas propiedades mecánicas (a T = 40°C a 150°C), resistencia al ozono, fatiga y resistencia a la abrasión. Estos materiales se han utilizado en más de 200 aplicaciones, en la industria automotriz, electrodomésticos, ferretería y plomería, medicina, industria del calzado, equipamiento deportivo, juguetes, etc. Las mezclas de PP/EVAc son inmiscibles; por tanto, en sistemas de dos componentes, sólo se puede usar una pequeña cantidad de EVAc, por ejemplo, para mejorar la capacidad de teñido, la flexibilidad, la disipación electrostática o las propiedades de barrera. También se utilizó el EVAc hidrolizado (EVAl). En la mayoría de los casos, las mezclas de PP/EVAc son parte de un sistema multicomponente más complejo que comprende un compatibilizador reactivo.
Mezclas de PP/PC
El PP y el PC son inmiscibles; por lo tanto, con la excepción del uso exploratorio como "papel plástico", solo se han explorado los dos extremos del rango de concentración, es decir, la adición de 5% en peso de PP a PC (para mejorar la procesabilidad de PC) (Dobkowski 1980) o la adición de 10% en peso de PC (para mejorar la procesabilidad del PP, mejorar la cristalinidad y la temperatura de cristalización, la apariencia, el módulo y la resistencia al impacto). Para concentraciones de 10% en peso, es necesaria la compatibilización. Esto se logra usando copolímero de etileno-acrílico, celulósicos, PA, PVAc o TPU; un elastómero acrílico, elastómero acrílico con PP-MA y caucho de butilo o caucho de isobuteno-isopreno.
Mezclas de PP/PEST
El PP es antagonísticamente inmiscible con PEST, y cuando la concentración de la fase dispersa excede el 5-10% en peso, es necesaria la compatibilización . Inicialmente, las mezclas incompatibles se formularon dentro de la región de baja concentración de la fase dispersa. A fines de la década de 1980, la compatibilización reactiva comenzó a dominar la tecnología.
Mezclas de PP/PPE
Se desconocen las mezclas de dos componentes de PP con PPE. Para obtener un rendimiento razonable de una mezcla de PP/PPE, primero se debe endurecer el PPE con una resina estirénica y luego compatibilizar la mezcla. Por lo tanto el PP es solo un ingrediente en las mezclas de PPE multicomponente.
Mezclas de PP/POM
Las mezclas de PP/POM son antagonísticamente inmiscibles, no están disponibles en el mercado. Las primeras mezclas contenían una pequeña cantidad de una resina en otra, es decir, PP o LDPE, con 1 a 10% en peso de POM, mostraron una procesabilidad mejorada, una buena apariencia y un rendimiento mejorado. Sin embargo, las mezclas que contienen una mayor concentración de ingredientes deben compatibilizarse, es decir, mediante la adición de PP injertado con ácido mucónico o mediante TPU y EBA-GMA.
PP / Mezclas de polímeros especiales
La mayoría de las resinas especiales requieren altas temperaturas de procesamiento, mientras que el PP generalmente tiene Tproc <250°C. Por tanto, solo se conocen unas pocas mezclas de este tipo. Por ejemplo, la adición de PP mejoró el rendimiento de PAES, PEI, mezclas de PC / PEST, etc. Las poliamidas aromáticas lineales (PARA) son cristalinas líquidas, semicristalinas o amorfas. Principalmente, las últimas resinas se utilizan en mezclas con PP, es decir, PARA con PP-MA, PARA con PE-MA o PP e hidrazina. Las mezclas de copoliftalamida (PPA) con PP se compatibilizaron utilizando PP-MA, o PP injertado con ácido acrílico. Interés industrial por dos razones:
(i) para mejorar la procesabilidad
(ii) mejorar el rendimiento mecánico
El segundo efecto depende de la morfología de la mezcla, es decir, de la orientación de los dominios LCP. Esto último depende de las relaciones de concentración, viscosidad y elasticidad, coeficiente de tensión interfacial, tipo e intensidad de flujo, deformación total, relación de reducción, etc. Tres etapas de orientación son (1) deformación de la gota, (2) fibrilación de los dominios y (3) estiramiento de las cadenas LCP. Solo este último proporciona una relación costo-rendimiento razonable.