Poliéster insaturado
Poliéster insaturado
Las resinas de poliéster insaturado son termoestables o termofijos. En el caso del poliéster insaturado, los fabricantes comercializan un producto intermedio reactivo y líquido a diferencia de los fabricantes de termoplásticos, que suministran polímeros ya terminados.
Los poliéster insaturado intermedio líquido necesitan una vulcanizacion con endurecedores o catalizadores, que forma una red tridimensional. Poliéster insaturado (UP) es el nombre genérico de varios productos termoestables preparados, principalmente, mediante la policondensación de un anhídrido o un diácido (el monómero) con un diol (el reactivo). Los productos de condensación se disuelven en un monómero reactivo, normalmente, estireno. Las propiedades de las resinas vulcanizadas de poliéster insaturado se pueden modificar ampliamente para
satisfacer necesidades específicas seleccionando ácidos y dioles dicarboxílicos concretos (tanto saturados como
insaturados) y disolviéndolos en distintos monómeros reactivos. Si se utiliza la combinación adecuada de
materiales iniciales, se pueden variar muchas de las propiedades de la resina, como por ejemplo:
- Flexibilidad
- Resistencia térmica
- Propiedades eléctricas
- Resistencia a los impactos
- Resistencia a la hidrólisis
- Propiedades de autoextinción
Monómeros
Se pueden utilizar muchisimos monomeros para producir el poliésteres insaturados. Los tipos de dioles más frecuentes son el etilenglicol, el dietilenglicol, el propilenglicol, el butanediol, el hexanediol, el dipropilenglicol y el neopentiglicol. El diciclopendadieno es otro monómero importante que se utiliza para producir poliésteres insaturados. Un grupo especial de resinas no saturadas son los ésteres vinílicos, que se basan en bisfenol A y ácido metacrílico. Los ácidos dicarboxílicos insaturados más utilizados son el anhídrido maleico y el ácido fumárico, y los ácidos
carboxílicos saturados más utilizados son el anhídrido ftálico, el ácido ortoftálico, el ácido isoftálico y el ácido
tereftálico. Los monómeros reactivos mas para disolver los poliésteres insaturados es el estireno, aunque para aplicaciones especiales también se pueden usar monómeros como el metacrilato de metilo, el acetato de butil terciario o el ftalato de dialilo.
Endurecedores, aceleradores y inhibidores
Para endurecer o vulcanizar las resinas es necesario utilizar peróxidos lo cual inician la
copolimerización del monómero y el poliéster o éster vinílico, que se puede producir a temperatura ambiente
(endurecimiento frío), a temperaturas elevadas (endurecimiento en calor) o con luz. Dependiendo del mecanismo de endurecimiento, la formulación de la resina se extenderá con aceleradores, como sales de
cobalto y aminas para la descomposición del peróxido a temperatura ambiente, o contendrá un iniciador
de luz. Los poliésteres disueltos en monómeros se deben proteger de la polimerización prematura. Por este motivo, las resinas contienen inhibidores, como hidroquinonas o benzoquinonas.
Aditivos y cargas
Los aditivos y las cargas se pueden incorporar a las resinas antes de endurecerlas para conseguir que sean
más fáciles de procesar y obtener unas propiedades específicas en el producto final. Si se selecciona la combinación adecuada de resinas, fibras de refuerzo, cargas y aditivos, se puede formular un material compuesto
ideal para prácticamente todas las aplicaciones.
Los aditivos y cargas más importantes son:
Policondensación
La polimerización se realiza por policondensación en un reactor discontinuo con sistema de calentamiento, refrigeración y presión (vacío) predeterminados. Los glicoles y diácidos o anhídridos se introducen en un reactor discontinuo a temperatura ambiente y bajo una atmósfera inerte. Cuando se calientan, se produce una reacción de esterificación durante la cual se forma agua, que se destila y se recoge como agua de reacción. Para que se produzca la reacción, es necesario un calentamiento inicial que, habitualmente, suele variar entre 70 y 90 ºC por hora, seguido por una fase en la cual empieza la destilación del agua y posteriores calentamientos de unos 15 a 25ºC por hora. El calentamiento continúa hasta que se alcanza una temperatura discontinua predeterminada superior a los 200ºC. En el caso de los poliésteres isoftálicos, la esterificación se lleva a cabo en dos fases. En la primera fase, el ácido isoftálico, de reacción lenta, se calienta y se policondensa en presencia de glicoles en exceso. A continuación, empieza la segunda fase, en la cual los demás ácidos/anhídridos (anhídrido maleico y anhídrido ftálico) se dosifican en el reactor. A pesar de que la producción de agua
de reacción resulta inherente al proceso, la tecnología puede ejercer influencia en la composición (concentración de material orgánico).
Después de que el producto de reacción cumpla con las especificaciones necesarias (viscosidad y funcionalidad), se refrigera y se mezcla con un monómero reactivo, habitualmente, estireno. Esta fase se suele realizar en depósitos de dilución, que disponen de sistemas de agitación. La resina base se termina en depósitos de acabado, directamente o después de un almacenamiento intermedio, y con la formulación final y
los requisitos de especificación.
Resinas de UP base DCPD
Las resinas de UP base DCPD se pueden producir con distintos métodos y utilizando recetas y condiciones
de proceso diferentes. Hay dos métodos principales para la fabricación de este tipo de resinas. El primero
y más importante es el recubrimiento (end-capping) del esqueleto del polímero con DCPD. Este proceso
químico se basa en la hidrólisis del anhídrido maleico en ácido maleico y la adición de DCPD al ácido maleico. Esta reacción de recubrimiento (end-capping) produce resinas con un peso molecular más reducido y
menor viscosidad.
Resina de éster vinílico
Las resinas de éster vinílico se basan en el producto de reacción de una resina epoxi y un ácido carboxílico
etilénicamente insaturado que produce una insaturación terminal. Se utilizan varias resinas epoxi, como el diglicidiléter de bisfenol A o homólogos más elevados y novolac de fenol-formaldehído epoxilado. Los ácidos que se utilizan con mayor frecuencia son el ácido acrílico y el ácido metacrílico.
Grupos epoxi
La saturación de los grupos epoxi tiene lugar en un reactor discontinuo de mezcla y se produce con la adición de ácido metacrílico en la resina epoxi. Esta resina se añade al reactor y la temperatura se incrementa hasta 115ºC. A continuación, el catalizador y el inhibidor se introducen en la mezcla de reacción.