Copolímeros de bloques estirénicos
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Compuestos de estireno TPE-S (SBC)
Los copolímeros de bloques estirénicos, los polímeros base en TPE-S, son polímeros excepcionalmente versátiles y son en sí mismos un material de elastómero termoplástico pero no se consideran productos finales. Los copolímeros de bloques de estireno se basan en estructuras moleculares simples, como un copolímero de bloques SES, donde S es un segmento de poliestireno y E es un segmento de elastómero y se diferencian por el peso molecular, el porcentaje de contenido de estireno (PSC) y el tipo y la longitud del bloque intermedio elastomérico . Los copolímeros de bloques estirénicos más comunes son aquellos para los cuales el segmento de elastómero es olefínico. La morfología de los copolímeros de bloques estirénicos puede describirse mejor mediante la teoría del dominio. Si el elastómero es el constituyente principal, los copolímeros de bloque tendrán una morfología similar , donde los segmentos extremos de poliestireno forman regiones esferoidales separadas, es decir, dominios dispersos en una fase continua. A temperatura ambiente, estos dominios de poliestireno son duros y actúan como reticulaciones físicas, uniendo los segmentos medios elastoméricos en una red 3D. En cierto modo, esto es similar a los dominios de red formados durante la vulcanización de cauchos convencionales utilizando enlaces cruzados de azufre. La diferencia es que estos dominios pierden su fuerza cuando el material se calienta. Esto permite que el polímero fluya. Cuando el material se enfría, los dominios se endurecen y las redes recuperan su integridad original. Los compuestos funcionales de TPE-S se crean combinando copolímeros de bloques estirénicos con una serie de aditivos seleccionados (como PP, PE, aceite mineral, lubricantes o antioxidantes) durante la mezcla de compuestos. Esto generalmente se conoce como un compuesto TPE-S. Las formulaciones específicas combinadas con los aditivos de elección pueden ofrecer una amplia gama de propiedades y es esta versatilidad la que permite que los compuestos de TPE-S se utilicen en numerosos componentes de dispositivos médicos extruidos y moldeados por inyección. Originalmente comercializado como una alternativa rentable al caucho en numerosas aplicaciones, en años más recientes, el desarrollo de la química del copolímero de bloques de estireno, ha llevado a mejoras en compatibilidad y claridad con el polipropileno, y la capacidad de formular compuestos blandos sin el uso de aceites minerales o agentes plastificantes. Esto ha permitido a los compuestos TPE-S dirigirse a aplicaciones de dispositivos médicos donde tradicionalmente los compuestos de PVC han sido el material de elección.
Definición estándar de TPE y características principales De acuerdo con la norma ISO 1382
Un elastómero termoplástico es un polímero o una mezcla de polímeros que no requiere un proceso de vulcanización o reticulación, como los elastómeros vulcanizados, pero que exhibe propiedades elastoméricas similares a los cauchos vulcanizados a la temperatura de servicio. Estas propiedades desaparecen a la temperatura del proceso para permitir el procesamiento del material, pero reaparecen tan pronto como el material vuelve a la temperatura de servicio. Por tanto, los elastómeros termoplásticos, introducidos en el mercado a finales de los sesenta, una vez moldeados, si se llevan a la temperatura de transición vítrea pueden ser remodelados. Los elastómeros termoendurecibles, en cambio, se producen uniendo las cadenas poliméricas entre sí mediante el uso de reactivos químicos, temperatura y presión, y esta modificación en su estructura implica la aparición de propiedades termoendurecibles, es decir, es imposible remodelarlas. una vez que ocurrió la vulcanización. Como se mencionó, los TPE tienen todas las características elásticas del caucho típicas de los elastómeros reticulados, con la ventaja de ser procesados termoplásticos. Para concluir, las ventajas del TPE son las siguientes: posibilidad de procesado como termoplásticos y por tanto reciclabilidad, soldabilidad, transparencia para algunas formulaciones, marcada aptitud para la coloración. Las principales tecnologías de transformación utilizadas son:
- Moldeo por inyección, incluso en dos componentes, donde se combinan materiales rígidos y flexibles
- Extrusión y coextrusión. Según su formulación se pueden dividir en dos grupos
- Mezcla de polímeros: compuesta por una matriz de polímero termoplástico “rígido”, a la que se incorporan partículas de elastómero reticulado o no reticulado como una “fase flexible”. Un ejemplo a este respecto lo dan los elastómeros poliolefínicos termoplásticos TPO o TPV, que consisten en PP con aproximadamente 65% de caucho de etileno propileno- [dieno] (EPD [D] M)
- Copolímeros o polímeros rizados: su molécula polimérica contiene secuencias elastoméricas rígidas A termoplásticas y B flexibles. Los dos componentes A y B son incompatibles y están separados localmente, de modo que las secuencias rígidas A actúan como puntos físicos de entrecruzamiento de la matriz continua de las secuencias flexibles B. Un ejemplo de esto es el copolímero de bloques de estireno SBS, en el que los bloques de poliestireno (S) y butadieno (B) se alternan: SSSSSS-BBBBB-SSSSSSSS. La temperatura de uso de las secuencias flexibles (B) es más alta que su temperatura de transición vítrea (temperatura de congelación por debajo de la cual se vuelven rígidas), mientras que la de las secuencias rígidas (A) es más baja que la temperatura de transición vítrea (para polímeros amorfos) o en su temperatura de fusión (para polímeros semicristalinos). Por encima de la temperatura de transformación de las secuencias A, estas se ablandan y los TPE pueden procesarse termoplásticos. Por tanto, en todo TPE existe una fase “rígida” y una fase “blanda” que aporta elasticidad al material.
SBC se producen en varias variaciones de esta estructura básica
Los SBC se producen en varias variaciones de esta estructura básica. Un copolímero de dos bloques se puede visualizar como la mitad de una molécula de tres bloques. Estos polímeros se pueden mezclar con polímeros de tres bloques para aumentar la pegajosidad a expensas de cierta cohesión. Los copolímeros de bloque radial y en estrella tienen varios brazos que se ramifican desde un punto de unión central, cada uno terminado con un bloque terminal de estireno. Los copolímeros de bloque son útiles porque los bloques terminales y los bloques intermedios son polímeros completamente incompatibles. Si se intentara mezclar, por ejemplo, poliestireno con poliisopreno, el resultado sería un compuesto inútil que se separaría como el aceite y el agua. En un copolímero de bloques, sin embargo, estas fases incompatibles están unidas químicamente y no pueden separarse. Lo mejor que pueden hacer es organizarse en dominiosa nivel microscópico. En este diminuto mundo segregado, los bloques terminales de estireno se agrupan con otros bloques terminales tan bien como pueden, mientras que los bloques intermedios de goma se enredan como bandas de goma conectadas a bolas de boliche. Dado que cada molécula de un polímero de tres bloques tiene estireno en cada extremo, los dominios estirénicos "pegan juntas" varias moléculas simultáneamente. Esta asociación de bloques terminales hace que la masa completa de moléculas actúe como una molécula entrecruzada con flexibilidad y propiedades adhesivas aportadas por los bloques intermedios y un esqueleto de refuerzo proporcionado por el estireno. Esto explica el comportamiento de un copolímero de bloques a temperatura ambiente. Sin embargo, la situación cambia a altas temperaturas. Aproximadamente a 100°C, los bloques terminales de estireno se derriten y se vuelven líquidos. Cuando esto sucede, la estructura reticulada del material se rompe. A medida que aumenta la temperatura, los bloques finales licuados actúan como plastificantes para el sistema y la viscosidad desciende rápidamente. Esto explica el valor de SBC como componentes para adhesivos termofusibles. A bajas temperaturas, los bloques de estireno refuerzan los bloques medios de peso molecular relativamente bajo. A altas temperaturas, el estireno actúa suavizando y licuando el sistema permitiendo su aplicación como un líquido de baja viscosidad. Además, a medida que el compuesto se enfría, los dominios de estireno se reforman y la resistencia se regenera cada vez que los ciclos de calor.