Aditivos de los polímeros para su mejora (página 2)

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La comprensión de que debemos conservar y regular nuestros recursos químicos nos ha hecho concientes de que debemos buscar sustitutos de las fuentes que no se autogeneran, tales como el petróleo, gas y metales; ésta es la razón subyacente del interés de la industria química de los productos por el uso y la modificación de los polímeros naturales renovables. La importancia de los hidratos de carbono como materias primas reside en su valor nutritivo real o parcial.

Aditivos plastificantes

Los plastificantes hacen que disminuya la elasticidad al ser añadidos en pequeñas cantidades.

Un plastificante es un material que se incorpora al plástico para facilitar su procesado y mejorar su flexibilidad o "distensibilidad". La adición de éste puede ser que disminuya la viscosidad en estado fundido, el módulo de elasticidad y la temperatura de transición vítrea (Tg) de un plástico.

Retardadores de llama

Mientras algunos polímeros como el PVC no se inflaman con facilidad, la mayoría de los polímeros orgánicos, como otros materiales carbonáceos, arden a temperaturas elevadas como las que se presentan en incendios de edificios. Las poliolefinas, el SBR, el EPDM y por supuesto la madera, mantienen la combustión cuando se presentan bajo acción de una llama. Además de arder, los termoplásticos como las fibras de poliéster se funden. Otros plásticos como el PVC, los poliuretanos, las proteínas producen humos y gases tóxicos como CO, HCl y HCN al quemarse.

Dado que algunos polímeros se usan como materiales para tiendas de campaña, ropa tejidos del hogar, es fundamental que tengan una buena resistencia de llama. La combustión es una reacción en cadena que puede iniciarse y propagarse mediante radicales libres como el Radical libre de hidroxilo.

Mecanismo de retardado de llama

Dado que los radicales de halógenos y de fósforo se acoplan como radicales libres producidos en el proceso de combustión y terminan la reacción, muchos de los retardadores de llama son compuestos de halógenos o de fósforo. Estos compuestos pueden encontrarse como (a) aditivos, (b) retardadores externos, como el óxido de aluminio y los bromuros orgánicos, o (c) retardadores internos, como anhídrido tetrabromoftálico que puede ser parte del polímero.

Para el procero de combustión es necesario que haya oxígeno, combustible y alta temperatura. Por tanto, los polifluorocarbonos, fosfacenos y algunos materiales compuestos tienen propiedades de retardo de llama por que son malos combustibles. Rellenos como el trihidrato de alúmina (ATH) desprenden agua al calentarse y, por tanto, reducen la temperatura de combustión. Compuestos como el carbonato de sodio, que desprenden dióxido de carbono, aíslan los reactivos del oxígeno.

La carbonilla que se forma en algunos procesos de combustión, también aíslan a los reactivos del oxígeno y retrasa de difusión de reactivos volátiles combustibles hacia el exterior. Los polímeros aromáticos tienden a formar carbonilla, algunos compuestos de boro y fósforo catalizan la formación de carbonilla.

Los retadores de llama sinérgicos, como las mezclas de trióxido de antimonio de un compuesto orgánico de bromo, son mucho más eficaces que los retardadores de llamas aislados. Por lo tanto, mientras un poliéster con un 11.5% de anhídrido tetrabromoftálico se quema sin formar carbonilla a temperaturas altas, cuando se añade un 5% de óxido de antimonio se observa la formación de carbonilla pero sin arder.

Puesto que la combustión depende de muchas variables, los ensayos de retardo de llama no pueden pronosticar la resistencia a las llamas a condiciones anormales. Así todos los polímeros con propiedades de retardo de llama deberán ir acompañados de un aviso de firme que los ensayos de retraso de llama no predicen los comportamiento del material en el fuego real. Los retardadores de llama, como muchos otros compuestos orgánicos, pueden ser tóxicos o producir gases tóxicos al quemarse. Consecuentemente, deberá tenerse mucho cuidado cuando se utilice tejidos u otros polímeros tratados con retardadores de llama.

Colorantes

El color es un fenómeno subjetivo cuyo valor estético se aprecia desde hace muchos siglos. Dado que depende de la fuente luminosa, del objeto y del observador, el color no puede medirse directamente. Los colorantes que proporcionan color a los polímeros pueden ser tintes solubles o pigmentos finamente divididos.

Algunos artículos de materiales poliméricos, como los neumáticos de caucho, son negros debido a la presencia de grandes proporciones de negro carbón como relleno. Otros muchos productos, entre los que se incluyen algunas pinturas, son blancos debido a la presencia de dióxido de titanio, que es el pigmento inorgánico de uso mas extendido.

Los pigmentos se clasifican en orgánicos e inorgánicos. Los primeros son más brillantes, ligeros y de mayor tamaño de partícula que los colorantes inorgánicos mas ampliamente usados y más opacos. Los óxidos de hierro u ocres, que se pueden encontrar en colores amarillos, rojos, negros, marrones y bronce, son los pigmentos mas usados después del dióxido de titanio.

Otros pigmentos, como el cromato de plomo amarillo, el naranja de molibdato, el amarillo de cadmio y el cromato de zinc verde, son tóxicos.

El negro de carbón es el pigmento orgánico mas utilizado, aunque los azules y verdes deftalocianina se hallan disponibles en muchos tonos y se usan también muy ampliamente. Otros pigmentos orgánicos que citarse son: los colorantes azoícos, como los rojos de pirazolona, los amarillos de diarilida, el naranja dedianisidina y el naranja de tolilo; los colorantes derivados de la quinacridona, como el violeta, el magenta y el rojo de quinacridona; los perilenos rojos; colorantes ácidos y básicos, como el rojo de rodamina y el azul victoria; las antaquinonas, como el amarillo de flavantrono; las dioxacinas, como el violeta de carbazol; y las insindolinas, que se encuentran en rojo y amarillo.

Agentes de curado

El uso de agentes de curado empezó a raíz del descubrimiento casual y sorprendente de la vulcanización del caucho de havea con azufre en 1838 por Charles Goodyear. La conversión de una resina novolaca fenoluíca en estado A o B con hexametilenitetramina a principios del siglo es otro ejemplo relativamente temprano del uso de agentes de curado (de reticulación). Loa aceleradores orgánicos o catalizadores de la vulcanización con azufre del caucho fueron descubiertos en 1912 por Oeslanger. Aunque estos aceleradores no son completamente inocuos, su toxicidad es inferior a la de la anilina, que se usaban antes del descubrimiento de dichos aceleradores. Como acelerador típico puede citarse la tiocarbanil y el 2 mercaptobensotiazol (captax).

El captax se usa en proporciones de hasta 1% con el caucho de hevea y da cuenta de la mayor parte de las 30000 toneladas de aceleradores que se usan en E.U.A. anualmente. Otros aceleradores típicos son: la sulfonamida de 2-mercaptobensotiazol (santocure), utilizada para al vulcanizacion de SBR, los dicarbamatos y los disulfuros de tiurano. Estos últimos, llamados ultraaceleradores, catalizan el curado del caucho a temperaturas moderadas y pueden usarse en ausencia de azufre.

Los indicadores como el peróxido de benzoilo se utilizan no sólo para la iniciación de la polimerización de reacción en cadena sino también para el cuidado de Poliésteres copolímeros de etileno-propileno y para el injertado de estireno en cadenas de polímeros elastoméricos. Los petróxidos como el 2,5-dimetil-2,5-di(t-butilperoxi) hexino-3 se utilizan para el reticulado del HDPE. Dado que estos compuestos tienen enlaces covalentes débiles, deberán tomarse medidas de precaución en su almacenamiento para evitar explosiones. También pueden obtenerse radicales libres para el reticulado mediante el bombardeo de electrones, radiación ultravioleta. Esta última es más eficaz en presencia de aditivos como el éter metílico de la benzoina.

Los polímeros insaturados como las resinas alquídicas pueden curarse o "secarse" en presencia de oxígeno, de una sal de un metal pesado y de un acido orgánico que se denomina secador. Los metales que se usan normalmente son el cobalto, el plomo, y el magnesio. Los ácidos mas comunes son el linoleíco, abiótico, naftalénico, octanoico y ácidos grasos de sebo.

Resultados

El estudio de los aditivos de los polímeros es un tema sumamente importante ya que nos hace saber un poco más de la carrera ingeniería en materiales y aprendimos sobre un campo de polímeros enfocados en los aditivos. Mencionamos pocos aditivos de los polímeros, pero nos parece sumamente importante los aditivos biodegradables ya que hoy en día se fabrican muchísimas cosas que contaminan al medio ambiente y por lo tanto nos estamos acabando el lugar hermoso donde vivimos creo que debemos pensar en este gran problema. También se habló de aditivos que retrasan su degradación debido al uso que se le quiera dar al polímero.

Aditivos que incluimos:

Plastificantes.

Retardadores de llama.

Mecanismo de retardadores de llama.

Colorantes.

Agentes de curado.

Pues todos estos aditivos les dan ciertas propiedades a los polímeros deacuerdo a la utilización que se le quiera dar. Existen mucho más aditivos estos solo son algunos.

Conclusión

Las propiedades que dan los aditivos a los polímeros nos ayudan, de acuerdo al objetivo de la utilización que se le quiera dar.

El conocer un poco más de los aditivos que se le agrega a los plásticos y pueden ser varios de estos, mezclas que se forman durante el procesado de fabricación o de experimentación han sido de mucha utilidad para las industrias, la tecnologías que, aunque mucha gente no lo sepa y crea que no está familiarizado con estos aditivos los usamos cotidianamente en nuestros hogares y nos hacen la vida mas fácil y cómoda para nuestro desarrollo y hasta para nuestro aprendizaje.

Glosario

Acelerador: catalizador por la vulcanización del caucho.

Agente de ayuda al procesado: lubricante.

Agente de curado: aditivo que causa la reticulación.

Agente de espumado: producto que genera gases.

Agente de liberación de molde: lubricante que evita que un polímero se pegue al molde.

Agente de transferencia de energía: molécula que absorbe radiación de alta energía y la reemite como radiación de baja energía, es decir de mayor longitud de onda.

Antiestático: aditivo que reduce las cargas estáticas de los polímeros.

Antioxidante: aditivo que retrasa la degradación de los polímeros.

Antiplastificación: efecto de endurecida y rigidización que se observa cuando se añade pequeñas cantidades de un plastificante a un polímero como el PVC.

Biocida: aditivo que retrasa el ataque por microorganismos.

Captax: 2-Mercaptobenzotiazol.

Carbonilla: residuo carbonáceo que se produce al arder.

CN: nitrato de celulosa.

Colorante: tinte o pigmento.

Cristalización de cadenas laterales: efecto rigidizador que se observa cuando hay grupos vuluminosos y largos regularmente espaciados a lo largo de la cadena del polímero.

Dehidrohalogenación: pérdida de HX.

DOP: Di-2-Etilhexilftalato.

Efecto sinérgico: efecto aumentado de una mezcla de aditivos.

Estabilizador de ultravioleta: adi9tivo que retrasa la degradación causada por la radiación ultravioleta.

Estabilizadores térmicos: aditivos que retrasa la descomposición de los polímeros sometidos a temperaturas altas.

H: constante de planck.

HDPE: polietileno de alta densidad.

Hyatt,J.W.: inventor del celuloide.

Manchado rosa: decoloración del PVC que resulta del ataque de microorganismos.

Ocre: pigmento de óxido de hierro.

PCB: bifenilos policlorados.

Plastificante: líquido o sólido compatible y no volátil que aumenta la flexibilidad de los polímeros duros.

Plastisol: suspensión de un polímero finamente dividido en un liquido plastificante. El plastificante penetra y plastifica el polímero al calentarlo.

Polímeros celulares: espumas.

Poliésteres oligoméricos: poliésteres de bajo peso molecular.

PP: polipropileno.

Quelato: complejo cíclico que se asemeja a la forma de las pinzas de unas tenazas.

Retardador de llama: aditivo que incrementa la resistencia a las llamas de un polímero.

Secado: reticulado de una cadena de polímero insaturada.

Secador: catalizador que fomenta la reacción de los polímeros con el oxígeno.

Tg: temperatura de transición vítrea.

TCP: fósfato de tricrecilo.

UV: ultravioleta.

Vulcanización: reticulación del caucho con azufre y calor.