Elastómeros Termoplàsticos - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

Se ha desarrollado una amplia gama de elastómeros sintéticos especiales para remediar algunas deficiencias de rendimiento del caucho natural (NR) y los cauchos de uso general (GPR) de gran volumen, como el caucho de estireno-butadieno (SBR) y el caucho de butadieno (BR) . Algunas de estas deficiencias son:

Una innovación más reciente es el reemplazo de gomas de uso general con elastómeros sintéticos especiales para que coincidan exactamente con el rendimiento del elastómero para el uso final. Esto se debe principalmente a la facilidad de manejo de la estructura de elastómeros especiales en aplicaciones de bajo volumen, ya que los cambios correspondientes para neumáticos de uso general y neumáticos naturales de pequeña escala (NR) no son económicamente interesantes. Los elastómeros especiales de TPE son apreciados por propiedades particulares o combinaciones de propiedades generalmente no disponibles en elastómeros de gran volumen. Este premio a la mejora de la propiedad ofrece al diseñador de polímeros considerable libertad para elegir la arquitectura de los monómeros y las cadenas de polímeros y en el proceso que se utilizará para la síntesis. Por lo tanto, los elastómeros especiales consisten típicamente en más de un monómero en un intento de proporcionar una combinación de propiedades no disponibles de un solo monómero. Un ejemplo notable de esta tendencia es el desarrollo de elastómeros EPM, que contienen etileno y propileno como monómeros principales. En estos copolímeros, la ausencia de propileno conduciría a polietileno cristalino, mientras que la ausencia de etileno conduciría a polipropileno inestable térmicamente. Hay seis herramientas distintas e importantes que se utilizan para hacer coincidir la estructura del elastómero sintético especial con su uso previsto:

Dos de las propiedades más importantes de los elastómeros son la capacidad de resistir los agentes atmosféricos debido al oxígeno, el ozono y la luz (como lo demuestra la temperatura de uso continuo) y la capacidad de resistir los fluidos orgánicos. Los elastómeros con un esqueleto saturado son más resistentes a la intemperie que aquellos con esqueletos insaturados. Por lo tanto, el EPM es significativamente mejor que BR o NR. La erosión final es para elastómeros en los que la columna vertebral CC se reemplaza con la columna vertebral Si-O-Si de los elastómeros del grupo Q. Los elastómeros con fuerte polaridad son más resistentes a los fluidos y aceites orgánicos polares que aquellos que Están completamente compuestos de hidrocarburos. Por lo tanto, el nitrilo (NBR), el caucho acrílico (ACM) y el caucho fluorado (FKM) son más resistentes a los solventes que SBR, EPDM o caucho de butilo (IIR). Los polímeros clorados, como el policloropreno (CR), que tienen una polaridad intermedia, son intermedios entre estos extremos.

La microestructura y la orientación de las unidades de monómero en el elastómero sintético pueden modificarse mediante la elección de las condiciones de reacción y los catalizadores. El caucho natural (NR) existe como un solo isómero derivado naturalmente. Es imposible manipular las propiedades de NR cambiando la estereoquímica. El caucho de cis-1,4-isopreno (IR) es el análogo sintético de NR, mientras que su forma isomérica trans-1,4 IR es un polímero semicristalino resistente. Los polímeros IR que contienen cantidades intermedias de estos isómeros exhiben propiedades intermedias. Un ejemplo similar es la diferencia entre polipropileno isotáctico y atáctico. Estos isómeros difieren en la orientación estereoquímica del grupo metilo en el monómero de propileno. El primero es un material termoplástico, mientras que el segundo puede usarse como elastómero. En general, la capacidad de un polímero para exhibir propiedades elastoméricas depende de la flexibilidad de rotación alrededor de su columna vertebral. Los isómeros estereoquímicos rígidos a menudo cristalizan en cristales ordenados, lo que impide que estos polímeros muestren propiedades elastoméricas.

Numerosos elastómeros sintéticos contienen dos o más monómeros. EPM, que contiene etileno y propileno, y SBR, que contiene estireno y butadieno, son algunos ejemplos. La mezcla de monómeros se usa para disminuir (Tg) (para SBR) o cristalinidad (para EPM). Además, la presencia de los dos monómeros permite adaptar las propiedades del elastómero sintético que no se puede intentar con homopolímeros como NR. Normalmente, los dos monómeros se mezclan aleatoriamente en el copolímero. El copolímero resultante, que contiene una mezcla de los dos monómeros, tiene una microestructura composicional determinada por la relación de reactividad. La microestructura composicional es el número de unidades de monómero en series de uno, dos, tres y más.

La relación de reactividad está determinada en gran medida por la estructura del catalizador de polimerización y los monómeros, así como por las condiciones físicas de la polimerización, como la temperatura y las concentraciones. Los cambios en la relación de reactividad raramente conducen a longitudes de carrera de cualquier monómero mayor de 7-10 unidades de longitud para un copolímero equimolar. Estas secciones de la misma composición monomérica pueden ser pequeñas porciones de la cadena de diferentes monómeros en longitud como en elastómeros de poliuretano termoplástico (TPU-E) o secciones largas de cientos de unidades de monómero como en SBS. Estos copolímeros muestran propiedades elastoméricas inesperadas tales como alargamiento extremo (> 1000%) y excelente resistencia a la tracción, incluso si no están vulcanizados. Un ejemplo de esto es la diferencia en las propiedades mecánicas de SBS, un copolímero de bloque y SBR, el copolímero aleatorio correspondiente, que está compuesto por las mismas unidades monoméricas en esencialmente la misma relación. El uso de copolímeros en elastómeros especiales a menudo conduce a características estructurales adicionales tales como diferencias de composición intermoleculares que inducen diferencias en la distribución del comonómero dentro del copolímero. Estas diferencias de composición conducen típicamente a mejoras en las propiedades mecánicas de los copolímeros vulcanizados además de las accesibles para la composición promedio en ausencia de diferencias de composición. La copolimerización de dos o más monómeros puede conducir a diferentes isómeros geométricos del mismo polímero. Los prácticos polímeros especiales son variaciones de tres casos límite: