Aditivos para el reciclaje

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Aditivos para el reciclaje

La industria de polímeros no puede sobrevivir sin aditivos. Los aditivos en los plásticos proporcionan los medios por los cuales se superan los problemas de procesamiento, las limitaciones del desempeño de las propiedades y la estabilidad ambiental restringida. Con el fin de conseguir un efecto técnico se utilizan aditivos para incorporar a los plásticos. Por lo tanto, se espera que los aditivos sean la parte clave de la partícula terminada. Algunos ejemplos de aditivos son agentes antiestáticos, antioxidantes, emulsionantes, agentes antivaho, modificadores de impacto, rellenos, plastificantes, lubricantes, estabilizadores de solventes, absorbentes de UV, agentes de liberación y espesantes. Puede ser inorgánico (p. ej., óxidos, sales, rellenos), orgánico (p. ej., alquilfenoles, hidroxibenzofenonas) o organometálico (p. ej., complejos de Ni, aceleradores de Zn, metalocarboxilatos) o más direcciones, como rigidez y resistencia, durabilidad general, resistencia térmica, resistencia al impacto, resistencia a la flexión y al desgaste, aislamiento acústico, etc. En el sentido más amplio, estos son ingredientes esenciales de un material polimérico fabricado. Un aditivo puede ser un ingrediente principal que forma parte integral de las características básicas del producto final o un ingrediente secundario que funciona para mejorar el rendimiento y/o la durabilidad. Los otros materiales reciclables son fibras, cauchos, plásticos mixtos, mezclas y compuestos, etc. El reciclaje de caucho está creciendo en importancia en todo el mundo debido al aumento de los costos de las materias primas, la disminución de los recursos y la creciente conciencia sobre los problemas ambientales y la sostenibilidad. La industria del caucho se enfrenta al gran desafío de encontrar una manera satisfactoria de hacer frente a las cantidades cada vez mayores de artículos de caucho que llegan al final de su vida útil y son rechazados de las fábricas como chatarra. La principal fuente de residuos de caucho son los productos de caucho desechados, como neumáticos, mangueras de caucho, cinturones, zapatos, rebabas, etc. El caucho recuperado es el producto que resulta cuando se trata el desperdicio de caucho vulcanizado para producir un material plástico que puede procesarse, combinarse y vulcanizarse fácilmente con o sin la adición de cauchos naturales o sintéticos. La regeneración puede ocurrir rompiendo los enlaces cruzados existentes en el polímero vulcanizado, o promoviendo la escisión de la cadena principal del polímero, o una combinación de ambos procesos. La recuperación del caucho de desecho es, por lo tanto, el enfoque más deseable para resolver el problema de la eliminación. La recuperación se realiza a partir de gránulos de caucho vulcanizado rompiendo la estructura vulcanizada usando calor, productos químicos y técnicas mecánicas. El caucho recuperado tiene la plasticidad del nuevo compuesto de caucho no vulcanizado, pero el peso molecular se reduce, por lo que los compuestos recuperados tienen propiedades físicas más pobres en comparación con el caucho nuevo. Las fibras naturales se obtienen de plantas y animales, mientras que las fibras sintéticas se obtienen mediante el procesamiento químico de productos petroquímicos. Recientemente, las fibras naturales han llamado la atención de científicos y tecnólogos debido a las ventajas que estas fibras brindan sobre los materiales de refuerzo convencionales; el desarrollo de compuestos de fibra natural ha sido un tema de interés durante los últimos años. Estas fibras naturales son de bajo costo, baja densidad y altas propiedades específicas. Además, están fácilmente disponibles y sus propiedades específicas son comparables a las de otras fibras utilizadas. Los plásticos reforzados con fibra (FRP) son inherentemente difíciles de separar en los materiales base, es decir, fibra y matriz, y la matriz de FRP en plástico, polímeros y monómeros utilizables por separado. Todas estas son preocupaciones para el diseño ambientalmente informado hoy en día, pero los plásticos a menudo ofrecen ahorros en energía y costos en comparación con otros materiales. Además, con la llegada de matrices nuevas y más respetuosas con el medio ambiente, como los bioplásticos y los plásticos degradables por UV, el FRP también ganará en sensibilidad medioambiental.

Los aditivos son componentes esenciales del procesamiento de polímeros, que brindan mantenimiento y/o modificación de las propiedades, el rendimiento y el uso a largo plazo del polímero. La extensión de las propiedades de los polímeros mediante el uso de aditivos ha jugado un papel importante en el crecimiento de los plásticos. Al comienzo de la era de los plásticos, el papel de los aditivos era principalmente conservar las propiedades de los polímeros y hacerlos resistentes al tratamiento térmico durante el proceso de transformación. Pero la próxima generación de aditivos, como antioxidantes, estabilizadores de calor y luz, etc., ayudan a prolongar la vida útil y modificar las propiedades mecánicas y físicas. Los desarrollos recientes en el campo de los aditivos de alto rendimiento abordan requisitos más estrictos o nuevos, un procesamiento más severo y las condiciones de uso y las preocupaciones ambientales, pero aún se enfocan principalmente en mantener las propiedades de los polímeros. La fuerza impulsora para el desarrollo de nuevos aditivos es la creciente concienciación sobre el medio ambiente, lo que da como resultado soluciones de aditivos respetuosas con el medioambiente. Esta área cubre la introducción de nuevos miembros de la familia de aditivos, como estabilizadores oligoméricos/poliméricos, estabilizadores injertables, retardantes de llama libres de halógenos, así como aditivos para el reciclaje mecánico de polímeros. En resumen, los aditivos plásticos son y serán componentes esenciales en las formulaciones de polímeros y brindarán soluciones innovadoras para los desafíos en los métodos de reciclaje de polímeros en la era actual de preocupación ambiental.

Equipos para el procesamiento de aditivos

Hay algunas piezas vitales de equipos y maquinaria que son esenciales para el procesamiento de aditivos. Los más efectivos para la incorporación y manejo de aditivos en redes de polímeros son los dosificadores y mezcladores volumétricos o gravimétricos. Los dispositivos volumétricos miden el volumen que pasa a través de un disco dosificador, mientras que los dispositivos gravimétricos miden y controlan el peso de los aditivos dosificados en un intervalo de tiempo determinado. Los equipos de tipo gravimétrico son mejores cuando se dosifican dos o más aditivos en la garganta de la máquina o en un sistema de mezcla. El sistema de mezcla puede ser una unidad de dosificación o mezcla, que funciona dividiendo el componente principal en consideración en diferentes flujos de material de modo que los flujos puedan combinarse con los aditivos en la entrada de alimentación, lo que ayuda a producir una mezcla homogénea. Otra clase importante de equipo son los "sensores de nivel", que pueden medir la cantidad insuficiente de aditivos para evitar tiempos de inactividad innecesarios.

Diferentes tipos de aditivos

Los aditivos de polímeros son materiales que se agregan a los polímeros en la etapa de procesamiento para mejorar o cambiar las propiedades visuales, de proceso, de resistencia ambiental o de degradación, mejorando así su rendimiento general y potencial de aplicación. creó la necesidad de aditivos para modificar sus propiedades intrínsecas de modo que los polímeros tengan características mejoradas para permitir una variedad más amplia de usos. Hoy en día, tanto los polímeros naturales como los sintéticos dependen de los aditivos durante el procesamiento. Para crear nuevas mezclas, se mezclan aditivos y resinas poliméricas para producir materiales mejorados. Se producen mezclas estándar que se pueden modificar agregando varios aditivos, que pueden desarrollar una variedad de materiales elegidos con diferentes potenciales de aplicación para satisfacer las necesidades de procesamiento individuales. El término aditivo se refiere a todas las sustancias, inorgánicas y orgánicas, que pueden alterar una o más propiedades de los polímeros. Los aditivos son componentes esenciales de los materiales plásticos, ya que proporcionan mantenimiento y modificación de las propiedades, el rendimiento y el uso a largo plazo del polímero. El objetivo principal de añadir estos compuestos en la etapa de reciclaje es evitar fenómenos de degradación no deseados durante el proceso de reciclaje y mejorar las propiedades de los materiales secundarios generados en la etapa de reciclaje. Los aditivos en el reciclaje de plásticos juegan el mismo papel que en su proceso de fabricación. Los aditivos se pueden clasificar en función de sus objetivos principales, que son:

Agregar volumen mientras se controlan las propiedades y los costos de producción
Modificar las propiedades químicas o físicas intrínsecas del material polimérico
Reforzar las propiedades mecánicas del polímero, aumentando así su impacto fuerza

Los materiales aditivos se diferencian de los rellenos y refuerzos en los siguientes aspectos:

Los rellenos se agregan principalmente para reducir costos y pueden servir o no para otros objetivos
Los refuerzos se agregan para aumentar las propiedades estructurales y mecánicas de los polímeros (p. ej., fibras y hojuelas). El papel de los aditivos en el proceso de reciclado se puede resumir de la siguiente manera: • Evitan la degradación termomecánica de los materiales que se produce durante las operaciones de reciclado
Mejoran las propiedades de los materiales secundarios
Hacen compatibles polímeros heterogéneos

Las clases más importantes de aditivos de polímeros y su función se pueden enumerar de la siguiente manera:

Los antioxidantes y estabilizadores retrasan los procesos de degradación de los polímeros
Los rellenos minerales pueden reducir el costo y mejorar las propiedades del polímero
Los modificadores de impacto aumentan, en particular, la resistencia al impacto
Los compatibilizadores mejoran la compatibilidad entre materiales poliméricos incompatibles

Además de estos, existen varios otros aditivos como lubricantes, colorantes, etc.

Agentes estabilizadores

La función de los agentes estabilizadores durante el procesamiento o reciclado de polímeros es evitar la degradación térmica y la inducida por radiación que afectan la calidad del producto polimérico con el tiempo. La eficacia de los estabilizadores parece decaer con la vida. La reestabilización del material es uno de los pasos clave en el reciclaje de polímeros mediante la combinación de plásticos reciclados con un reactivo nuevo. Además de prolongar la vida útil del producto polimérico, los agentes estabilizadores también ayudan a proteger los plásticos vírgenes y los materiales reciclados de la degradación inevitable que se produce durante las condiciones severas y de duración relativamente breve asociadas con las operaciones de procesamiento de polímeros. Por ejemplo, los estabilizadores térmicos se emplean para mantener la estabilidad del polímero hasta la temperatura de procesamiento, y se incorporan absorbentes ultravioleta (UV) y trampas de radicales para soportar la fotodegradación del polímero. La naturaleza del agente estabilizante dependerá de la naturaleza del sistema polimérico en el que se tiene que incorporar. Por ejemplo, los fosfitos fenólicos poliméricos representan una nueva familia de estabilizadores de polipropileno (PP) que actúan a través de su grupo fenólico como captadores de radicales libres y a través de su grupo fosfito como descomponedores de hidroperóxido.

Estabilización térmica

Una combinación de calor y oxígeno provocará la oxidación del polímero, lo que provocará su degradación. El mecanismo es la formación de radicales libres, que son especies químicas altamente reactivas. Esta reacción se puede observar visualmente, ya que los productos tienden a mostrar una decoloración a amarillo o marrón. Se pueden usar aditivos llamados antioxidantes para detener este mecanismo. Los productos químicos más comúnmente empleados para este propósito son los fenoles impedidos, que actúan como descomponedores de radicales peróxido. También se emplean otros aditivos además de los fenoles impedidos para estos fines. Los aditivos llamados fosfitos combinados con fenoles impedidos tienen un efecto sinérgico. Esta combinación es especialmente eficaz para las poliolefinas. El ejemplo bien conocido del uso de aditivos para evitar la degradación térmica es la estabilización térmica del policloruro de vinilo (PVC). Los radicales libres producidos en este caso son el cloro, lo que da lugar a la formación de ácido clorhídrico. Los estabilizadores deben poder detener estas reacciones, que pueden conducir a la corrosión ácida del equipo de procesamiento.

Fotoestabilización

La luz, especialmente en el rango UV, puede inducir la fotooxidación, lo que resulta en la degradación y escisión de las cadenas poliméricas. Para evitar este efecto, se emplean tres clases de aditivos. Por lo general, se denominan absorbentes de UV, extintores (carroñeros) y trampas de radicales. Absorbedores de UV Estos se encuentran entre los estabilizadores de luz más antiguos y funcionan absorbiendo la dañina radiación UV y convirtiéndola en energía térmica. Al absorber estos rayos, protegen las cadenas poliméricas vulnerables. Ejemplos de aditivos de esta clase son las benzofenonas y los benzotriazoles. Por ejemplo, la hidroxibenzofenona y el hidroxifenilbenzotriazol son estabilizadores UV efectivos que se pueden usar convenientemente para aplicaciones que requieren neutralidad o transparencia. El hidroxifenilbenzotriazol no es muy útil cuando se emplea en partes delgadas, por debajo de aproximadamente 100 µm. Otros absorbentes de UV incluyen oxanilidas para poliamidas, benzofenonas para PVC y benzotriazoles e hidroxifeniltriazinas para policarbonatos. Extintores Los extintores contienen grupos cromóforos (especies que absorben la luz) que pueden absorber energía y convertirla en formas menos dañinas. Los compuestos de níquel son los inhibidores más disponibles comercialmente y se utilizan en aplicaciones tales como la producción de películas agrícolas. Trampas de radicales Uno de los principales efectos de la luz sobre un material polimérico es la formación de radicales en el sistema polimérico. Los radicales son especies reactivas altamente inestables y pueden causar una rápida degradación del material polimérico. Para evitar un mayor daño al plástico, estos se pueden "eliminar" utilizando trampas de radicales. Las trampas de radicales más importantes se conocen como estabilizadores de luz de amina impedida (HALS). Cabe señalar, sin embargo, que una vez que se ha consumido el aditivo, comenzará el proceso de degradación. Por esta razón, es importante que se empleen los niveles correctos de aditivos. Curiosamente, el mecanismo de la trampa de radicales también se puede aplicar a la tecnología ignífuga en plásticos. Por lo tanto, en lugar de que los químicos atrapen las dañinas radiaciones UV, los aditivos también ayudan a limitar el proceso de combustión. Se emplean diferentes productos químicos para este propósito, pero los mecanismos de acción son muy similares. La categoría de aditivos que actúan como trampas de radicales generalmente contienen el sistema de anillo 2,2,6,6-tetrametilpiperidina en su estructura, como se ve en los productos HALS disponibles comercialmente.

Si bien existen amplias diferencias estructurales en estos productos, todos actúan atrapando los radicales libres durante la fotooxidación del sistema, evitando así una mayor degradación del sistema polimérico. Los polímeros que tienen poca estabilidad térmica, como el PP y el PVC, deben estabilizarse frente a la degradación termomecánica. Se informaron que la estabilización es necesaria durante el reprocesamiento para prevenir, o al menos retardar, la degradación de estos polímeros y el posterior deterioro de sus propiedades mecánicas y reológicas. Hay un aumento dramático en el MFI de la muestra no estabilizada debida a una degradación drástica de polimero debido al estrés termomecánico durante el procesamiento. El valor de MFI es aproximadamente el doble que el de la muestra virgen, después del primer reciclaje. La degradación se reduce considerablemente al agregar el estabilizador antes de cada paso de moldeo por inyección. En este caso, el MFI aumenta ligeramente, lo que indica un pequeño cambio en el peso molecular. Se puede ver que los dos estabilizadores probablemente actúan de manera similar. El estabilizador también ayuda a prevenir el deterioro dramático de algunas propiedades mecánicas. Sin ningún tipo de estabilización, la muestra de polímero muestra una fractura frágil después de cinco pasos de extrusión, mientras que el alargamiento a la rotura es muy similar al del polímero virgen si se agrega el estabilizador antes de cada extrusión. La estabilidad térmica del polímero se puede evaluar mejor utilizando el índice de tiempo de estabilidad térmica dinámica (DTST), que es el momento en el que el par en una prueba de mezcla a temperatura constante comienza a aumentar. Por lo tanto, para mejorar la procesabilidad, es esencial aumentar el valor de DTST mediante la adición de agentes estabilizadores adecuados que se hayan consumido durante el procesamiento y la vida útil de los productos de PVC. El estabilizador es particularmente efectivo a altas temperaturas y velocidades de rotación. De hecho, en estas condiciones de procesamiento, el DTST aumenta casi 3 veces al agregar 1 phr del compuesto principal. Por el contrario, la mejora es limitada cuando el procesamiento se realiza en condiciones más suaves.

Prueba de los efectos de los estabilizadores

Para medir la estabilización de un plástico mediante un aditivo estabilizador, ya sea virgen o reciclado, se requiere información sobre los efectos del procesamiento, el calor y la luz.

Estabilidad del procesamiento

Una técnica común para investigar la estabilidad del procesamiento es mediante ciclos repetidos de una muestra, como por extrusión o moldeo por inyección. Las pruebas mecánicas que se basan en parámetros como la resistencia a la tracción y al impacto, así como las pruebas reológicas como MFI, se pueden usar para monitorear los cambios que ocurren en las propiedades del plástico.

Estabilidad al calor

Cuando se analiza la estabilidad al calor, se pueden emplear varios métodos de monitoreo diferentes. 1. La temperatura a la que se descompone el plástico, que se puede medir mediante técnicas como la calorimetría diferencial de barrido (DSC). DSC mide la salida de calor del polímero a medida que se calienta o se enfría. Se puede utilizar en una amplia gama de temperaturas, desde −180 ∘C hasta más de 600 ∘C. Esta técnica también permite medir los cambios que se producen en el plástico, lo que da información sobre las propiedades del polímero, como el punto de fusión y la temperatura a la que se produce la degradación térmica. 2. La temperatura máxima a la que el material polimérico se puede procesar de manera efectiva sin afectar su color u otros problemas de la formulación polimérica. Estos problemas incluyen la descomposición del polímero u otros aditivos empleados (por ejemplo, colorantes). 3. En muchas aplicaciones de la vida diaria, los plásticos se emplean cuando pueden estar sujetos a un uso prolongado a altas temperaturas. Para este tipo de aplicaciones, se necesitan datos sobre cómo se comportará el material en servicio. Esto generalmente se prueba envejeciendo una muestra en un horno durante un intervalo de tiempo apropiado para reflejar el comportamiento que se espera cuando el plástico se usa en un componente.

Estabilidad a la luz

Existen dos técnicas comúnmente empleadas para evaluar la estabilidad a la luz de un polímero. Una es utilizar equipo de envejecimiento artificial como se describe en ISO 4892. En este método, los polímeros se exponen a ciclos detallados y programados, que son similares a los que estarían expuestos los componentes en aplicaciones reales. El segundo método consiste simplemente en dejar las muestras expuestas a las condiciones ambientales naturales. Por ejemplo, la superficie de la muestra se puede evaluar en términos de caleo, brillo y textura de la superficie en función del tiempo de exposición a la intemperie.

Compatibilizantes

Como se mencionó anteriormente, los compatibilizadores se utilizan en el reciclaje de mezclas heterogéneas de plástico que son incompatibles debido a su composición química con propiedades aceptables mediante el procesamiento de sus mezclas. Desafortunadamente, en la actualidad sólo pueden compatibilizarse unos pocos pares de componentes poliméricos, mientras que los desechos plásticos suelen estar compuestos por varios polímeros. Se han logrado resultados interesantes mediante el uso de copolímeros modificados. Por ejemplo, la literatura muestra el uso de polietileno clorado (CPE) como compatibilizador para el par HDPE/PVC. El copolímero de bloque de estireno, etileno y propileno (SEP) y el caucho de etileno y propileno (EPR) se han utilizado para HDPE/PS y mezclas de HDPE/PP, respectivamente. Por lo tanto, se puede ver que la capacidad de tales compatibilizadores se debe a la adhesión interfacial mejorada entre polímeros de dos componentes, porque los compatibilizadores normalmente poseen unidades de los polímeros originales. Hay abundante literatura disponible que investiga el efecto de los compatibilizadores para mezclas binarias, pero solo unos pocos estudios han informado el efecto de los compatibilizadores en las propiedades de las mezclas ternarias que consisten en cualquiera de los polímeros originales y el tercer polímero cuya compatibilidad no es afectados por el compatibilizador. Se han informado estudios que indican que la adición de un compatibilizador a una mezcla binaria mejora propiedades mecánicas como la resistencia al impacto, debido a que los aditivos se ubican en la interfaz entre las fases y mejoran la transferencia de tensión y la reducción del tamaño de las partículas: efecto de emulsión. Se informaron el efecto de un compatibilizador para mezclas binarias sobre las propiedades de mezclas ternarias compuestas de polímeros vírgenes de HDPE, PP (o PS, poliestireno) y PVC con una fracción de plástico residual simulada. CPE, SEP, EPR y sus mezclas fueron probados como compatibilizadores en su estudio. Mediante la adición de CPE o EPR, se esperaba que mejoraría la adhesión interfacial, dando como resultado un aumento en la resistencia a la tracción. Esto se puede atribuir al efecto de compatibilización del CPE o EPR en la interfaz. Todas las viscosidades complejas de las mezclas ternarias con cualquiera de los compatibilizadores fueron más bajas que las de la mezcla ternaria sin compatibilizador. El resultado puede explicarse por el hecho de que la resistencia a la tracción así como la resistencia al impacto de las mezclas ternarias que contienen EPR son más altas que las de las mezclas ternarias que contienen CPE. Otro ejemplo es el tereftalato de polietileno (PET) y el PP, que son termoplásticos que tienen diferentes propiedades químicas y son fuertemente incompatibles. Las propiedades mecánicas de las mezclas son muy malas, pero un compatibilizador adecuado puede cambiar drásticamente este panorama. El caucho termoplástico SEBS-MAH, un copolímero tribloque que consta de bloques terminales de PS y un bloque medio de polibutadieno parcialmente hidrogenado injertado con anhídrido maleico, puede considerarse un buen candidato como compatibilizador para este sistema.

Modificadores de impacto

Se informa que algunos de los aditivos utilizados en las formulaciones plásticas, como retardantes de llama, rellenos, modificadores de temperatura de distorsión térmica (HDT) y pigmentos, pueden tener un efecto perjudicial en la resistencia al impacto del material polimérico. Por lo tanto, los modificadores de impacto son aditivos que se utilizan para "corregir" los efectos perjudiciales de estos aditivos al aumentar el rendimiento de impacto del material. Algunos de los aditivos comúnmente utilizados en concentraciones suficientes para disminuir la resistencia al impacto a niveles inadmisiblemente bajos incluyen retardadores de llama, rellenos, pigmentos y modificadores HDT. Es posible encontrar sustitutos para este tipo de aditivos, que tienen una mayor eficiencia o una disminución de los efectos sobre el rendimiento de impacto, lo que da como resultado la obtención de un equilibrio aceptable de propiedades en el material polimérico en consideración. Pero en muchos casos, esto no es posible. Una medida correctiva en algunos de estos casos es usar un modificador de impacto para aumentar la resistencia al impacto del material al nivel deseado. Los efectos de un modificador HDT y un modificador de impacto sobre la resistencia al impacto de una formulación de botella de PVC a 23°C. Hay varias razones por las que los aditivos, particularmente en niveles de uso elevados, tienen efectos perjudiciales en el rendimiento de impacto. La razón principal es que una fracción de volumen significativa del material polimérico, que puede disipar la tensión a través de mecanismos llamados cedencia por cizallamiento o agrietamiento, se sustituye por el aditivo, que generalmente no puede deformarse y disipar la tensión con facilidad. Por lo tanto, la capacidad total del material para disipar el estrés disminuye. Una segunda razón es que ciertos aditivos, como los aditivos poliméricos que son miscibles en la matriz del polímero, pueden obstaculizar los movimientos de cadena locales de las moléculas de polímero que les permiten producir cizallamiento, lo que reduce drásticamente la resistencia al impacto del material. La concentración de tensiones que se produce en la matriz polimérica alrededor de una partícula modificadora de impacto tras la aplicación de una tensión de tracción al material. La tensión de tracción se amplifica en la región que rodea el ecuador de la partícula modificadora. A medida que aumenta la distancia desde la partícula modificadora, la tensión amplificada decae con relativa rapidez hasta el nivel de la tensión aplicada en el sistema. Además, la tensión cambia rápidamente al moverse desde el ecuador hacia los polos de la partícula modificadora y se reduce en gran medida a partir de la tensión aplicada cerca de los polos. Esto da como resultado la formación de concentraciones localizadas de tensión, y esta región, cuando se dispersa por toda la matriz polimérica, da como resultado múltiples sitios en el sistema polimérico en los que el rendimiento por cizallamiento y/o el agrietamiento del polímero pueden iniciarse simultáneamente tras el impacto. Esto da como resultado una estructura con un gran número de pequeñas grietas y/o bandas de corte en lugar de una estructura con una pequeña cantidad de grietas grandes o bandas de corte, que es más propensa a fallar. Un modificador de impacto puede compensar con frecuencia la disminución en el rendimiento por cizallamiento o el agrietamiento causado por otros aditivos al facilitar el rendimiento por cizallamiento y/o el agrietamiento de la matriz polimérica. Hay una variedad de diferentes modificadores de impacto de núcleo/carcasa disponibles en el mercado hoy en día. Por ejemplo, para los compuestos de PVC, hay tres tipos principales de modificadores de impacto de núcleo/carcasa disponibles: modificadores de impacto totalmente acrílicos, modificadores de metacrilato/butadieno/estireno (MBS) y modificadores de acrilonitrilo/butadieno/estireno (ABS). Cada uno de estos tipos de modificadores presenta una combinación diferente de características. Es importante reconocer que un modificador de impacto puede modificar otras propiedades del material, como sus propiedades ópticas, resistencia a la intemperie, procesabilidad, propiedades de tracción, inflamabilidad, distorsión térmica y costo, además del rendimiento de impacto del compuesto. Por lo tanto, es esencial seleccionar un modificador de impacto que proporcione un equilibrio adecuado de estas propiedades según la naturaleza de la aplicación.

Cargas y modificadores

El propósito de agregar estos compuestos en la etapa de procesamiento es mejorar el comportamiento mecánico de los materiales poliméricos. Los rellenos mejoran algunas propiedades mecánicas, el módulo y la resistencia a la tracción, pero empeoran la procesabilidad y el alargamiento a la rotura. Por el contrario, los modificadores mejoran el alargamiento a la rotura y la resistencia al impacto. En cuanto a los rellenos, en muchos casos también se obtiene un efecto beneficioso sobre el coste del material. Hay estudios disponibles que indican que la adición de fibras de vidrio en mezclas incompatibles de PET/HDPE provocará una mejora notable en el módulo, la resistencia a la tracción y la resistencia al impacto del material sin mucha variación en el alargamiento a la rotura. Las propiedades de las mezclas de PET/HDPE reforzadas con un 20 % de fibras de vidrio mejoran el módulo en aproximadamente un 50 %, la resistencia al impacto en aproximadamente un 70 % y la resistencia a la tracción en aproximadamente un 110 %, mientras que la el alargamiento a la rotura permanece casi sin cambios. El aumento del contenido de fibra de vidrio mejora las propiedades mecánicas de las mezclas, pero no el alargamiento a la rotura. Los estudios han revelado que al agregar fibras de vidrio, se obtienen mejoras significativas de algunas propiedades mecánicas, mientras que la procesabilidad de la formulación se deteriora como resultado del aumento de la viscosidad. El alargamiento a la rotura y la resistencia al impacto son propiedades mecánicas más sensibles a la degradación y la incompatibilidad; además, el alargamiento a la rotura no puede mejorarse añadiendo cargas inertes. Se puede lograr mediante el uso de pequeñas cantidades de modificadores como elastómeros en las formulaciones, que pueden mejorar drásticamente tanto el alargamiento a la rotura como la resistencia al impacto. El efecto de algunos elastómeros sobre las propiedades mecánicas ha sido bien evidenciado en una mezcla de polímeros incompatibles hecha de PET (∼45%), PE. (polietileno) (∼35%) y PVC (∼20%) de una colección de envases de plástico. El módulo de elasticidad disminuye, lo cual es de esperar considerando los bajos valores del módulo de los elastómeros. La razón opuesta puede explicar la mejora de las otras propiedades mecánicas. Estos modificadores mejoran el alargamiento a la rotura y la resistencia al impacto debido a las propiedades inherentes de los compuestos gomosos. Además, el caucho EPDM es muy efectivo y, de hecho, el alargamiento a la rotura es más de 3 veces y la resistencia al impacto más de 4 veces mayor que los valores de la mezcla no modificada.

Agentes antiestáticos

La elección del agente antiestático es crucial y está determinada por una amplia variedad de factores, como el tipo de polímero, las condiciones de procesamiento y la aplicación final. Funcionan permitiendo que los materiales poliméricos dispersen la electricidad estática. Los agentes antiestáticos se utilizan cuando la acumulación de carga en las superficies puede causar problemas. Dado que los agentes antiestáticos son higroscópicos, se forma una capa conductora sobre el material polimérico mediante una fina película de agua adsorbida de la atmósfera. Los agentes antiestáticos se usan comúnmente en combinación con productos antiadherentes y antideslizantes para maximizar la rentabilidad y el alto rendimiento en la industria cinematográfica.

Agentes colorantes

Los agentes colorantes son importantes porque pueden influir en gran medida en el atractivo del consumidor y pueden eliminar la necesidad de un tratamiento de color externo (pintura).

Lubricantes

Los lubricantes se utilizan para facilitar el procesamiento de polímeros y también puede servir en la aplicación de polímeros. Los lubricantes se pueden clasificar ampliamente en dos tipos: • Los lubricantes internos sirven para reducir la viscosidad de fusión del polímero y, por lo tanto, reducen la energía requerida para procesar el polímero. • Los lubricantes externos sirven para reducir la fricción entre el polímero y el equipo de procesamiento. La selección de un tipo de lubricante adecuado para un sistema polimérico depende de muchos factores, como la polaridad, la temperatura de fusión, la compatibilidad, la interacción con los demás aditivos, etc. Ejemplos de los aditivos lubricantes usados comúnmente son alcoholes, ceras, ácidos grasos, amidas tales como bis (estearoil) etilendiamina, etc.

Plastificantes

Los plastificantes son aditivos que aumentan la plasticidad o flexibilidad de un material plástico. Se ablandan y hacen que los polímeros inherentemente rígidos sean flexibles, pero no se evaporan durante la etapa de procesamiento. Generalmente se usan en polímeros que contienen fracciones polares. Además de brindar flexibilidad a las aplicaciones de polímeros, los plastificantes reducen la temperatura de procesamiento y la temperatura de transición vítrea y sirven como lubricantes internos, lo que aumenta el movimiento y la durabilidad del sistema polimérico. La característica principal de los plastificantes de bajo peso molecular es que se pueden bombear, rociar y verter en un amplio rango de temperaturas. Pero los plastificantes de peso molecular medio a alto deben calentarse bajo ciertas condiciones. Dado que los plastificantes son demasiado rígidos para ser procesados sin ayuda, comúnmente se usan en combinación con PVC. Los plastificantes pueden ser útiles para la producción, pero no deben usarse para materiales en aplicaciones de envasado de alimentos debido a su toxicidad. La mayoría de los plastificantes son líquidos orgánicos monoméricos no volátiles o sólidos de bajo punto de fusión, como ftalato de dioctilo o ácido esteárico; Los plastificantes poliméricos (por ejemplo, poliéster ftálico y adípico) suelen ser líquidos muy viscosos. Se utilizan principalmente en PVC (80% de cuota de mercado), principalmente como ésteres de ftalato de alcoholes C8, C9 y C10. Se han estudiado la aplicación de compuestos de éster a base de aceite de palma como plastificantes secundarios en PVC. El módulo de elasticidad y elongación de los plásticos se puede utilizar para analizar los efectos de la adición de plastificantes secundarios en plásticos a base de PVC.

Aditivos antibacterianos o antimicrobianos

La mayoría de los polímeros son resistentes al ataque microbiano en su forma virgen. Por otro lado, aditivos como plastificantes, lubricantes e incluso algunos termoestabilizadores pueden inducir y potenciar el crecimiento de microorganismos. Los aditivos antibacterianos se utilizan para prevenir el crecimiento de microorganismos de modo que los materiales poliméricos estén protegidos de la degradación biológica. Estas clases de aditivos operan al interferir con el metabolismo de los microorganismos al bloquear sus sistemas enzimáticos. Para ser efectivo, el aditivo debe poder migrar a la superficie del material para que pueda interactuar con los microorganismos que causan la degradación del material polimérico. Los ejemplos de aditivos antimicrobianos utilizados inicialmente incluyen compuestos de arsénico, azufre y cobre. Otros aditivos antibacterianos o antimicrobianos tales como piritiona de zinc, clorhexidina y cloruro de 1-hexadecilpiridinio también se usan en formulaciones de polímeros apropiadas.

Agentes de acoplamiento

El objetivo principal de los agentes de acoplamiento es aumentar la interacción entre el polímero y los materiales de relleno. Crean enlaces químicos entre las moléculas para mejorar la unión. Cuando los agentes de acoplamiento se unen a un polímero, pueden mejorar la adhesión entre los dos materiales. Dado que los agentes de acoplamiento promueven la unión entre las fases, pueden usarse para unir materiales que normalmente son incompatibles. Esto puede ser muy útil cuando se trata de crear nuevas mezclas de polímeros y para reciclar material polimérico antiguo. Las poliolefinas maleadas son posiblemente el grupo más grande de agentes de acoplamiento, y consisten principalmente en PE o PP con grupos funcionales de anhídrido maleico injertados en los esqueletos del polímero. Los reactivos de peróxido se utilizan a menudo para el injerto, que tiene lugar en los carbonos terciarios de la cadena polimérica o en los grupos olefínicos terminales. Los ejemplos de otros agentes de acoplamiento empleados en compuestos de madera y plástico incluyen organosilanos, derivados de ácidos grasos, parafinas cloradas de cadena larga y copolímeros de poliolefina con anhídridos de ácido incorporados en los esqueletos del polímero. Recientemente se ha revisado el efecto de un nuevo agente de acoplamiento, un dímero de alquilceteno, sobre las propiedades mecánicas de los compuestos de madera y plástico.

Agentes de nucleación

Un agente de nucleación es un aditivo que forma núcleos en un entorno de polímero fundido, lo que mejora o estimula el crecimiento de cristales en el sistema de polímero. Un agente de nucleación también se puede considerar como un agente clarificante o un agente mejorador de la claridad en el sistema polimérico. Los problemas de los agentes nucleantes han sido revisados en la literatura. Los agentes nucleantes se pueden clasificar como agentes nucleantes inorgánicos, compuestos de sorbitol, fosfatos y agentes nucleantes acoplados.

Agentes de nucleación inorgánicos

Son materiales inorgánicos utilizados en el procesamiento de polímeros para la acción de nucleación. Por ejemplo, las sustancias inorgánicas como la alúmina, el hidróxido de aluminio, el polvo de aluminio, el dióxido de titanio y el fluoruro de calcio se utilizan como agentes de nucleación en éteres de policianoarilo. De manera similar, para los poliésteres se utilizan con frecuencia caolín, talco, mica, sílice, carbonato de calcio, una sal metálica de un ácido alifático, etc. Ejemplos de agentes nucleantes comúnmente utilizados son talco, dióxido de titanio, óxido de magnesio, ácido 4-terc-butilbenzoico, ácido adípico, ácido difenilacético, succinato de sodio, benzoato de sodio e ionómeros. El ácido silícico pirogénico se ha experimentado como agente de nucleación para el sistema de polímero de polianilina. La sílice actúa de múltiples maneras como agente de refuerzo, agente antibloqueo y también como mejorador de la reología. Otros ejemplos de agentes nucleantes usados para sistemas de poliéster son talco, fluoruro de calcio, fenilfosfonato de sodio, alúmina y también poli (tetrafluoroetileno) finamente dividido.

Compuestos de sorbitol

El dibencilideno sorbitol tiene una estructura similar a la fibrilla y actúa como un agente de nucleación efectivo, lo que facilita la cristalización del sistema poliolefínico durante la etapa de procesamiento. El modo de acción de este compuesto es que cuando la concentración de dibencilideno sorbitol alcanza un valor crítico, las fibrillas se autoensamblan en una estructura de red tridimensional cuando hay una disminución de la temperatura en el sistema pero antes de la etapa en la que tiene lugar la cristalización. lugar. La red de fibrillas puede facilitar el posterior proceso complementario de nucleación y crecimiento de cristalización en el polímero. Una deformación orientada de la red de dibencilideno sorbitol actuará como plantilla para la cristalización anisotrópica del polipropileno (PP), lo que puede dar como resultado un alto nivel de orientación lamelar. Un ejemplo de este aditivo es el 2,4-bis-(3,4-dimetilbencilideno) sorbitol.

Fosfatos

Se ha observado que los fosfatos orgánicos tienen una eficiencia de nucleación muy alta incluso en concentraciones muy bajas. Esto puede causar un aumento sustancial en el módulo de flexión del material. Los agentes de nucleación de fósforo orgánico son mejores que los compuestos de sorbitol para mejorar las propiedades mecánicas del i-PP. Pero los compuestos de sorbitol pueden mejorar significativamente la transparencia del sistema. Sin embargo, los agentes nucleantes de fósforo orgánico y los agentes nucleantes de sorbitol tienen efectos similares sobre la temperatura máxima de cristalización.

Agentes de nucleación acoplados

Esta clase de agentes de nucleación incluye homopolímeros o copolímeros semicristalinos acoplados de etileno, propileno u otras α-olefinas. Estos polímeros generalmente se acoplan entre sí mediante uno o más agentes de acoplamiento, como carbenos, nitrenos o agentes de acoplamiento de azida. Los agentes de nucleación acoplados se pueden usar de la misma manera y bajo las mismas condiciones de procesamiento que los agentes de nucleación convencionales.

Agentes de refuerzo o rellenos

Estos aditivos están destinados a aumentar la resistencia de los polímeros actuando como refuerzo para la matriz polimérica. Pueden ser inorgánicos u orgánicos, según el entorno polimérico en el que se añadan. Mediante la adición de este material, los polímeros se convierten en compuestos. Cuando el refuerzo es un nanoobjeto, se denominan nanocompuestos. Se espera que los nanocompuestos puedan proporcionar propiedades físicas superiores debido a la alta relación superficie-volumen de los rellenos de refuerzo a escala nanométrica incrustados en la matriz, en comparación con los compuestos convencionales reforzados con fibras o partículas. En muchos casos, estos aditivos se modifican en la superficie para aumentar la interacción entre las fases dispersas. Los refuerzos y rellenos difieren ligeramente en su aspecto materialista. Se pueden distinguir por sus funcionalidades en los sistemas poliméricos a los que se añaden. Los rellenos son partículas o objetos diminutos que pueden contribuir solo ligeramente a la resistencia mecánica. Pero los refuerzos son materiales que pueden mejorar propiedades como la resistencia al impacto, la rigidez y la resistencia mecánica del material polimérico en el que están dispersos. Algunos materiales como el vidrio se utilizan tanto como refuerzo como de relleno. Los diferentes tipos de refuerzos se seleccionan en función del valor que agregan al material polimérico, como mayor conductividad, retardo de llama y resistencia mecánica. A continuación se analizan algunos materiales comunes que se utilizan para estos fines.