Degradación química
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Degradación química
Aunque los polímeros tienen una resistencia muy deseable al ataque químico, pueden ser susceptibles a una degradación lenta incluso cuando se exponen a lo que parecen ser condiciones bastante benignas. La degradación conduce al deterioro de las propiedades mecánicas y es causada por una ruptura en la estructura del polímero debido a uno o más factores. Los factores más comunes que provocan la degradación son los efectos térmicos, la oxidación, la fotodegradación, el ataque químico, la hidrólisis y la radiación. Los defectos causados por una forma de degradación actuarán frecuentemente como sitios para ataques posteriores. Las trazas de oxígeno introducidas durante el procesamiento pueden conducir a la formación de grupos carbonilo en poliolefinas que actúan como sitios para la absorción de UV y conducen a la fotodegradación. La degradación puede deberse a la oxidación por agentes aparentemente benignos como el oxígeno atmosférico y, por lo tanto, los antioxidantes se incorporan con frecuencia en los productos poliméricos tanto para proteger el polímero durante el moldeo donde las altas temperaturas empleadas lo hacen muy susceptible a la oxidación como para proporcionar protección a largo plazo contra el ataque del oxígeno. La degradación molecular casi siempre ocurre en un defecto en la estructura del polímero y frecuentemente se debe a la fotooxidación. Las energías de disociación de los enlaces poliméricos están en el intervalo de 60 a 100 kcal/mol y el componente UV de la luz solar tiene una energía equivalente a aproximadamente 90 kcal morl y, por lo tanto, puede degradar la mayoría de los enlaces poliméricos. La degradación del polímero comienza con la escisión de enlaces débiles y el radical formado por la escisión reacciona fácilmente con el oxígeno para producir un polímero oxidado y otro radical. El proceso continúa hasta que se termina mediante la reacción de un par de radicales. Las trazas de impurezas metálicas en el polímero del catalizador de polimerización original o la degradación de los pigmentos pueden actuar como iniciadores de las reacciones de fotooxidación y la cantidad de oxidación que ocurre durante el procesamiento también tiene una gran influencia. Los enlaces terciarios suelen ser más débiles que los primarios o secundarios y, por lo tanto, actúan como sitios de degradación inicial. Además de la degradación del color (coloración amarillenta), el efecto principal de la unión del oxígeno es la fragilización que provoca una reducción de la resistencia y el alargamiento hasta la rotura. La hidrólisis también puede conducir a la escisión de la cadena y la reducción resultante en el peso molecular cambiará las propiedades mecánicas. El policarbonato es particularmente susceptible a este proceso. La absorción de agua provoca un efecto plastificante (ver Plastificantes) en algunos polímeros (por ejemplo, nailon) con una reducción resultante del módulo y la resistencia. La diferencia observada entre poliésteres y poliéteres estresados en un ambiente de alta humedad donde el poliéter sufre muy poca reducción de resistencia mientras que un poliéster puede sufrir una reducción de resistencia de un factor de 5 o más durante un año de exposición es un buen ejemplo de cómo se debe considerar la hidrólisis. en la elección del polímero. La reducción real de la resistencia del componente dependerá de su tamaño, ya que la etapa de control será la velocidad de difusión del agua en el polímero.
Es la degradación que ocurre por agentes químicos como oxígeno, ozono, ácidos y agua. Las más importantes son la degradación oxidativa y por hidrólisis. La acción del ozono es más enérgica que la del oxígeno al ser un oxidante más potente. En ausencia de luz el ozono reacciona en pequeña extensión con los elastómeros y polímeros que poseen insaturaciones. La ozonólisis origina rigidez y aprietamiento principalmente en los que están bajo tensión.
Aunque el nivel de ozono en la atmósfera es bajo, los cauchos son atacados en su superficie produciendo la excisión de la cadena. La protección contra este ataque se suele realizar por mezcla con ceras parafínicas que emigran a la superficie formando una capa protectora. Esta degradación se produce por oxidantes siendo los más usuales el oxígeno y ozono de la atmósfera. La oxidación de los polímeros puede originar cambios no deseados en sus propiedades mecánicas y eléctricas. La resistencia de un polímero a la oxidación depende en primer lugar de su estructura química. Uno de los grupos químicos más susceptibles a oxidación son las insaturaciones o dobles enlaces, que están presentes en la mayoría de los elastómeros. Las cadenas saturadas son más resistentes a la oxidación; así polietileno, poliestireno, poliisobutileno, poli carbonato, prácticamente no son oxidados a temperatura ambiente por el oxígeno atmosférico.
Hidrólisis Es la causada por la acción conjunta del agua y ácidos o bases fuertes. Los polímeros con grupos acetal, ester, amida, uretano y carbonato son susceptibles de hidrólis.
También puede producirse un fenómeno de formación de un agrietamiento o craquelado si el material ha sido sometido a una situación de tensión interna provocado por el empleo de adhesivos conocida como stress cracking que afecta a plásticos como el PMMA o el poliestireno. También la absorción de gases puede provocar el agrietamiento de los plásticos, así como las variaciones de la humedad, degradación que sufren de manera característica los plásticos.
Hidrólisis
También la presencia de determinados grupos funcionales en la estructura química puede tener importantes consecuencias frente a su conservación. Los polímeros que contienen éster y enlaces amida pueden ser susceptibles de hidrólisis, y aquéllos con sustituyentes OH pueden sufrir deshidratación a temperaturas elevadas. Las estructuras que contienen el grupo carbonilo (-CO-) son también particularmente importantes como cromóforos, zonas reactivas a la acción de la luz. Algunos polímeros son susceptibles de sufrir este tipo específico de ataque químico bajo determinadas condiciones. En la hidrólisis, se produce la reacción inversa a la etapa de síntesis en la producción de polímeros de condensación. La degradación hidrolítica es posible en los polímeros sintéticos que contienen enlaces tipo éster, amida, uretano y carbonato, así como en polisacáridos naturales y proteínas. Debido al carácter hidrófobo de la mayoría de polímeros, la hidrólisis en condiciones de alta humedad puede producirse lentamente. Las condiciones de humedad y pH inferior a 7 favorecerán este tipo de reacción de degradación. El grado de cristalinidad presenta una relación directa con la hidrólisis ácida o alcalina de materiales plásticos, por ejemplo del poli(metil metacrilato). Así, se ha observado que el poli (metil metacrilato) con configuración sindiotáctica se hidroliza relativamente despacio, mientras que si presenta configuración isotáctica, el polímero sufre hidrólisis muy rápidamente