Aleación y mezclas - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

En general, se pueden tener tres tipos de mezclas: plástico / plástico, caucho / caucho y mezcla de plástico / caucho. Estas mezclas de plástico / caucho ofrecen varias posibilidades interesantes y una amplia variedad de aplicaciones, desde el reemplazo de caucho térmico hasta plásticos endurecidos y también desde adhesivos hasta compuestos de sobremoldeo de tacto suave. Basándose en las proporciones relativas de los componentes, pueden variar desde mezclas de goma elásticas muy suaves hasta mezclas muy dúctiles resistentes al impacto. Basándose en su polaridad relativa, pueden ser mezclas miscibles homogéneas o mezclas inmiscibles heterogéneas. Basándose en las proporciones y viscosidades relativas de los polímeros usados, la fase de caucho o la fase plástica pueden ser continuas o ambas fases pueden ser co continuas. Estas mezclas también pueden reticularse en condiciones estáticas o dinámicas para producir redes interpenetrantes o crear una morfología de fase continua/dispersa. Los aditivos apropiados podrían modificar aún más su desempeño. Por lo general, los aditivos son necesarios para optimizar su rendimiento en los entornos de uso específicos y para mejorar la adhesión, para resistir el deterioro de las propiedades debido al envejecimiento y para reducir el agrietamiento por tensión en diferentes entornos. Si se desea, se puede usar más de un caucho y más de un plástico para formar una mezcla con y/o sin compatibilizadores. Si consideramos todas las posibilidades anteriores, entonces es muy evidente que un solo par de caucho y el plástico podría producir muchas mezclas, cada una con diferentes propiedades de uso final. Esto es lo que hace que el campo de la mezcla de polímeros sea muy interesante. Una mezcla de polímeros se considera miscible si la energía libre de mezcla es cero o negativa. Si dos polímeros son miscibles, entonces sus propiedades de mezcla, como la temperatura de transición vítrea (Tg), serán el promedio de las dos proporciones de los componentes poliméricos individuales. Esto puede no ser deseable para muchas aplicaciones porque tal mezcla perderá su elasticidad a bajas temperaturas y la temperatura de uso superior será más baja que la del plástico usado. En realidad, las mejores composiciones de mezcla normalmente se derivan de los componentes que son parcialmente miscibles entre sí. En general, estas mezclas se denominan mezclas tecnológicamente compatibles. Estas son las mezclas que proporcionan composiciones útiles sin el uso de un compatibilizador. En las mezclas, preparadas a partir de dichos pares tecnológicamente compatibles, se conservan las propiedades de los componentes individuales, como el compatibilizantes. Como resultado, se obtiene lo mejor de ambos componentes, es decir, la mezcla tiene la menor g del componente de caucho y la temperatura de uso superior del segmento de plástico.

Las mezclas de polímero fundido pueden ser miscibles o inmiscibles. Las mezclas miscibles forman soluciones y no hay ninguna morfología de fase que sea motivo de preocupación. Las mezclas inmiscibles se caracterizan por dos o más fases que están separadas por interfaces. La mayoría de los sistemas de mezcla de polímeros son inmiscibles debido a las bajas entropías de mezcla asociadas con la mezcla de moléculas en cadena para producir una solución homogénea. La interfaz entre dos fases en un sistema líquido se caracteriza por una tensión interfacial (k), que busca controlar la forma de la interfaz y fusionarse con otra fase dispersa. La tensión interfacial generalmente es resistida por la viscosidad de la masa fundida, que ralentiza los cambios que la tensión interfacial busca lograr. En particular, la tensión interfacial en los sistemas de baja viscosidad de dos fases ha sido reconocida y estudiada desde el siglo XIX. Varios investigadores desarrollaron métodos y realizaron mediciones de la tensión interfacial en el siglo XIX y principios del XX. Sin embargo, las mediciones para combinaciones de polímeros fundidos se remontan solo a la década de 1960 y en la década de 1990 se disponía de valores generalmente aceptados. Cuando la tensión interfacial llega a cero, la mezcla se vuelve miscible. Las grandes tensiones interfaciales conducen a interfaces inestables, especialmente cuando la viscosidad es baja. Esto conduce a fenómenos de coalescencia, que son más conocidos en aderezos para ensaladas, pero también ocurren en mezclas de polímeros fundidos. Es posible modificar las interfaces entre líquidos con aditivos específicos. Esto fue descubierto por investigadores antiguos y medievales y aplicado en forma de jabones, y más tarde en tecnología alimentaria y en la aplicación de tintes. Los mecanismos de estos aditivos sólo se hicieron realidad alrededor de 1900. Dichos aditivos son generalmente moléculas con secciones hidrófobas e hidrófilas que se alinean a lo largo de las interfaces entre las dos fases líquidas. Reducen la tensión interfacial y estabilizan la morfología de fase a sitios de fase dispersa más pequeños. Este fenómeno fue realizado por los químicos de IG Farbenindustrie que lo aplicaron a fines de la década de 1920 en la polimerización en emulsión que usaban para producir caucho sintético. En la década de 1960, había interés en comprender las interfaces entre los polímeros individuales en las mezclas. Se llegó a la conclusión de que en algunos de los sistemas de mezcla exitosos, como las resinas HIPS y ABS, había cantidades sustanciales de productos de copolímero de injerto en la interfaz entre las fases del polímero. Esto condujo a extensas investigaciones de agentes interfaciales poliméricos, cada vez más conocidos como agentes compatibilizantes, en mezclas de polímeros. Estos produjeron una reducción en el tamaño de la fase dispersa, una mayor estabilidad de la fase y un aumento de las propiedades mecánicas. Estos eran invariablemente copolímeros de bloque e injerto. La mejora de la propiedad se debe a que ocupan la interfaz de mezcla y tienen cadenas largas en cada fase. Posteriormente, varios investigadores midieron las tensiones interfaciales en estas mezclas compatibilizadas y encontraron que se redujeron significativamente cuando se introdujeron agentes compatibilizantes apropiados. Tenga en cuenta la eficacia de los polímeros maleados, que reaccionan con los extremos de la cadena de PET para producir copolímeros de bloque. Generalmente, las morfologías de fase producidas en la mezcla implican tamaños de fases dispersas que varían con la tensión interfacial.