Polímeros transparentes - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

En el campo de la óptica, la transparencia es la propiedad física que permite que la luz visible pase a través de un material, mientras que la translucidez permite que la luz visible se difunda a través de él. La propiedad opuesta es la opacidad, que evita por completo la transición. Los materiales transparentes son transparentes, mientras que los translúcidos no permiten ver a través de ellos con claridad. Cuando una radiación de luz se encuentra con un material, puede interactuar con él de diferentes formas, es decir, a través de varios fenómenos: los más comunes son absorción, reflexión, transmisión, refracción, difusión. Estas interacciones dependen de la naturaleza de la luz, es decir, de la longitud de onda, frecuencia, energía, etc., y de la naturaleza del material, principalmente de su microestructura. Al considerar un solo polímero termoplástico, la transparencia se ve afectada por el grado de cristalinidad. Se sabe que un cristal sólido se caracteriza por una estructura en la que las unidades constituyentes (átomos o moléculas) están ordenadas en el espacio según patrones repetitivos y, por lo tanto, se caracteriza por un orden de largo alcance. Sin embargo, ningún polímero es completamente cristalino: generalmente polímeros son materiales semicristalinos, es decir, caracterizados por la presencia de zonas cristalinas y zonas amorfas, por lo tanto microestructura bifásica heterogénea. Cuanto más regulares son las cadenas, más probable es que el grado de cristalinidad sea alto, porque las macromoléculas pueden alinearse ordenadamente en el espacio, provocando una mayor presencia de dominios cristalinos. Un polímero completamente amorfo, en cambio, se caracteriza por tener cadenas dispuestas de forma totalmente desordenada, por lo que tiene un orden de corto alcance. Los polímeros puramente amorfos son transparentes: se caracterizan por una microestructura homogénea monofásica que permite la transmisión de radiación de luz visible. En un polímero semicristalino, en cambio, caracterizado por una microestructura bifásica heterogénea, los fenómenos de reflexión, refracción y difusión en cada una de las superficies de las diferentes fases presentes dentro del material desvían los rayos en diferentes direcciones, provocando translucidez u opacidad. . Por lo tanto, un polímero puramente amorfo es siempre transparente porque es homogéneo, mientras que un polímero semicristalino tenderá a ser opaco debido a la presencia simultánea de zonas amorfas y zonas cristalinas con diferentes índices de refracción, pero aún podría ser transparente si las dimensiones del fase dispersa eran menores que la longitud de la forma de onda de la luz incidente. Si se considera una mezcla polimérica, por otro lado, la transparencia está influenciada no solo por la naturaleza cristalina o amorfa de los diversos componentes de la mezcla por las razones que se acaban de ilustrar, sino también por la compatibilidad química de los componentes que forman la mezcla. Alta compatibilidad química significa mezclar a nivel molecular los diferentes polímeros, lo que conduce a una microestructura homogénea y por lo tanto monofásica de la mezcla en términos de composición química, por lo tanto con ausencia de separación de fases entre diferentes componentes. Si estos exhiben una microestructura amorfa, entonces la mezcla resultante exhibirá un alto grado de transparencia. Baja compatibilidad química significa la imposibilidad de mezclar a nivel molecular los diferentes polímeros, lo que conduce a una microestructura heterogénea y por tanto multifásica de la mezcla en cuanto a composición química, con presencia de separación de fases entre diferentes componentes. Las dimensiones de la fase dispersa y la diferencia entre los índices de refracción de los diferentes componentes influyen en la transparencia en este caso, en el caso de que los propios componentes tengan una microestructura puramente amorfa. Si, por el contrario, están presentes polímeros semicristalinos, además de los factores 43 anteriores, en estos también deben tenerse en cuenta las dimensiones de la fase cristalina y la diferencia entre su índice de refracción y el de la matriz amorfa. Por tanto, un estudio detenido de la morfología, evitando separaciones de fase o al menos reduciendo el tamaño de la fase dispersa, y la reducción de la diferencia entre los índices de refracción de los distintos componentes, que por tanto deben elegirse con criterio, conduce a un aumento de transparencia. Sin embargo, se obtuvieron mezclas poliméricas transparentes aunque los ingredientes tenían índices de refracción muy diferentes, pero los componentes mismos eran tales que causaban una morfología posterior a la mezcla caracterizada por dimensiones de fase dispersa inferiores al rango de longitud de onda de la luz visible (parte del espectro electromagnético visible para el ojo humano, aproximadamente entre 400 y 700 nanómetros de longitud de onda). Dimensiones del orden de la longitud de onda de la radiación visible, provocan una apariencia translúcida del material, ya que se facilita el fenómeno de difusión.