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ADITIVOS PARA PLASTICOS

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ADITIVOS PARA PLASTICOS. Centro de Investigación en Química Aplicada Santiago Sánchez ssanchez@ciqa.mx. A. A . Monómeros . Petróleo . ADITIVOS . Polímeros . Aditivos . Aditivos para plásticos. 1.- INTRODUCCION

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ADITIVOS PARA PLASTICOS

Centro de Investigación en Química Aplicada

Santiago Sánchez

ssanchez@ciqa.mx

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A

A

Monómeros

Petróleo

ADITIVOS

Polímeros

aditivos para pl sticos
Aditivos para plásticos

1.- INTRODUCCION

Usualmente los polímeros necesitan la ayuda de uno o más aditivos o modificadores para cumplir con su función, ya que casi nunca se utilizan en forma individual y sin la presencia de estos aditivos, algunas aplicaciones de los materiales plásticos no existirían.

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En un principio, la función de los aditivos y modificadores fue vencer algunas limitaciones en los materiales plásticos. Por ejemplo, para convertir el PVC rígido en flexible, para proteger de los efectos de la degradación producida por el calor y la luz así como para mejorar la resistencia al fuego. Más tarde, los esfuerzos se enfocaron hacia el procesamiento de plásticos, dando como resultado los lubricantes y ayudas de proceso.

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Más recientemente, los modificadores y aditivos son capaces de cambiar la forma y función de los plásticos y mejorar sus propiedades físicas. Por ejemplo, los agentes espumantes nos permite fabricar productos celulares, los agentes de acoplamiento mejoran los enlaces interfaciales entre resina y carga para aumentar las propiedades físicas y los modificadores de impacto aumentan la resistencia de los plásticos.

aditivos en pl sticos
Aditivos en plásticos
  • Antiacidos
  • Antioxidantes
  • Colorantes
  • Lubricantes
  • Agentes nucleantes
  • Antiestaticos
  • Estabilizadores UV
  • Otros
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Desde la polimerización es importante el uso de aditivos

  • Cuando se sintetiza un polipropileno se utilizan catalizadores que frecuentemente dejan residuos ácidos en la resina.
  • Por esa razón desde ese momento se le agregan aditivos como:
  • ANTIACIDOS
  • Los mas utilizados son estearato de calcio o de Zn.
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Los polímeros son muy sensible a la degradación termo- oxidativa, debido a su estructura química.

  • Por esa razón es importante utilizar aditivos conocidos como:
  • ANTIOXIDANTES
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Muchos productos son formulados con colorantes

  • Los colorantes se dividen en
  • Pigmentos
  • Tintes
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PigmentosLos Pigmentos son materiales orgánicos o inorgánicos, que son prácticamente insolubles en el polímero donde están dispersos. Esto significa que los pigmentos están siempre presentes en la matriz polimérica en forma de partículas.

Tintes

Los tintes son colorantes solubles en el polímero se encuentran dispersos en la matriz polimérica. Esto significa que no hay partículas visibles en la pieza coloreada, lo cual imparte transparencia.

pigmentos
Pigmentos

Los pigmentos inorgánicos a base de plomo y cadmio se han usado en gran cantidad en la industria del plástico, debido a su bajo costo y sus buenas propiedades.

No obstante su uso se ha limitado debido a problemas ambientales.

Esta limitación ayudó al desarrollo de los pigmentosorgánicos

pigmentos15
Pigmentos
  • Existen diferentes familias de pigmentos orgánicos:
  • Poli cíclicos (antraquinona, dioxazina)
  • Compuestos azo (sales mono azo y diazo)
  • Complejos metálicos (ftalocianina)
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Si el colorante se disuelve parcialmente puede ocurrir migración, afectando las características del producto.
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Interacción con otros aditivos

Algunos pigmentos pueden cambiar su apariencia al interactuar con otros componentes como son agentes antiestáticos o compuestos metálicos como estearato de zinc.

concentrados y compuestos
Concentrados y compuestos
  • El concentrado (masterbatch) es una mezcla de resina con una alta concentración de aditivos
concentrados
Concentrados

El concentrado tiene las siguientes ventajas:

  • Mejor mezclado de aditivos y resina
  • Dispersivo y distributivo
compuestos
Compuestos
  • Compuesto: Mezcla de resina y aditivos con la concentración del producto final.
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DISPERSION

Es la determinación de la cantidad y tamaño de partículas por unidad de área del sistema mezclado, generalmente esta determinación se efectúa mediante microscopía

Entre mejor disperso está un sistema, existe una mayor uniformidad de distribución de las partículas.

La escala de examinación se refiere al tamaño de las muestras tomadas en un análisis, esta escala debe ser tomada de acuerdo a la naturaleza del material mezclado.

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Mezclado

Dispersivo

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ETAPAS EN EL PROCESO DE MEZCLADO

Mezclado Dispersivo

En esta etapa hay una reducción en el tamaño de las partículas a la vez que se distribuyen

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Maddock

Cavidades

Egan

El mezclado dispersivo tiene por objetivo disminuir el tamaño de las partículas o aglomerados que se están mezclando. En este caso sí se requiere de mayores esfuerzos, lo cual producirá un aumento en la temperatura del plástico, y puede causar degradación.

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ETAPAS EN EL PROCESO DE MEZCLADO

Mezclado Distributivo

En esta etapa no hay cambio en el tamaño de las partículas, solamente se incrementa su distribución en el polímero

Mezclado

Distributivo

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Piña

Pins

El mezclado ocurre en la zona de plastificación y en la zona de bombeo. Muchos husillos incluyen una zona específica para mejorar el mezclado.

El mezclado distributivo tiene por objetivo distribuir todas las partículas que se están mezclando. En este caso, no se requiere de altos esfuerzos para lograr un buen mezclado.

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La dispersión es esencial para obtener buenas propiedades

  • Los defectos causados por no tener una buena dispersión pueden ser:
  • Variabilidad del color
  • Perdida de propiedades mecánicas.
  • Defecto de la pieza inyectada.
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EQUIPOS DE MEZCLADO

  • MEZCLADORES TIPO LOTE (BATCH)
    • Mezclador interno Banbury
    • Mezclador intensivo
    • Molino de rodillos
  • MEZCLADORES TIPO CONTINUO
    • Mezclador estático
    • Extrusor monohusillo con cabezal de mezclado
    • Extrusor monohusillo reciprocante
    • Extrusor doble tornillo
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MEZCLADOR BANBURY

Consta de dos rotores que giran en direcciones opuestas y

a distinta velocidad, generándose cambios en el patrón de

Flujo.

Se alcanzan grandes esfuerzos de corte en este equipo,

por lo que provee un mezclado dispersivo y distributivo

Los materiales se alimentan a presión mediante una tolva

neumática, o de peso constante, siendo muy importante el

factor de llenado.

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MOLINO DE RODILLOS ABIERTO

Es un sistema abierto de rodillos que giran a diferentes velocidades

calentados mediante resistencias eléctricas ó vapor y variándose la

abertura y produciéndose ahí los esfuerzos de corte.

Este equipo de mezclado se utiliza en la elaboración de compuestos en la industria hulera, ya que produce un mezclado adecuado para los aditivos y cargas en los hules

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MEZCLADOR INTENSIVO

El mezclador intensivo está diseñado para mezclar polímeros en polvo con cargas y aditivos (aditivos líquidos inclusive), consiste de un sistema de aspas de diseño especial que se encuentran dentro de un recipiente montadas en un eje central

que generan calentamiento por fricción y con sistema de enchaquetado par calentar ó enfriar

Vienen equipados con controladores para regular la velocidad de 400-600 rpm a 900-1400 rpm. El material es mezclado creándose un efecto de remolino. Se obtiene una distribución y dispersión de los componentes de la mezcla.

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Todos los polímeros sufren reacciones de degradación en presencia de oxígeno a altas temperaturas durante:

  • Polimerización
  • Transformación y reciclado
  • En almacen
  • Su uso
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Para proteger a los polímeros contra la Termo-oxidación, se emplean aditivos llamados ANTIOXIDANTES

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Polímeros estables: PS, PMMA

  • Polímeros sensibles: poliolefinas (PP), hules
  • Polímeros muy sensibles: PVC, poliacetales
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La TERMODEGRADACIÓN se manifiesta mediante cambios en:

  • Color
  • Superficie
  • Transparencia
  • Prop. mecánicas (Flexión, tensión y elongación)
  • Fluidez
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Los cambios físicos se deben a cambios químicos:

  • Aumento en peso molecular
  • Disminución en peso molecular
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Ruptura de cadenas

Hay una disminución en peso molecular debido a una ruptura de cadenas.

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ESTRUCTURAS DE POLIOLEFINAS

POLIETILENO

POLIPROPILENO

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Cuando un polímero se degrada, ocurren cambios en FLUIDEZ.

  • La ruptura de las moléculas provoca un aumento de INDICE DE FLUIDEZ
  • (Ej. el PP)
  • El entrecruzamiento de cadenas provoca una disminución en indice de fluidez(Ej. LDPE)
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Responsables de la termo- oxidación.

  • Calor
  • Esfuerzos mecánicos
  • Oxígeno

Para proteger a los polímeros de la termo-oxidación se emplean aditivos ANTIOXIDANTES

  • ANTIOXIDANTES
  • PRIMARIOS (Capturan radicales libres)
  • SECUNDARIOS (Destruyen peróxidos)
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ANTIOXIDANTES PRIMARIOS

  • BHT
  • Fenólicos
  • Aminas
  • Lactonas
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ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

  • FOSFITOS
  • TIOETERES

Los antioxidantes secundarios deben emplearse combinados con un Primario.

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TABLA 3

Efecto de diferentes fenoles y fosfitos sobre el Indice de fluidez de Polipropileno homopolimero durante extrusiones múltiples a 280 oC. Estabilización base 0.05 % de Estearato de Calcio.

vitamina e
Vitamina E

Ventajas:

  • Mantiene la fluidez y el color durante el procesado
  • Buena resistencia ala extracción
  • Niveles bajo de aditivos
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y promueven la termo-oxidación de los polímeros reduciendo drásticamente la efectividad de los antioxidantes.El caso más grave es el de los cables telefónicos, donde los iones de cobre que libera el conductor al pasar la corriente, causan fallas por degradación del recubrimiento de polietileno.

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En otras aplicaciones los artículos moldeados que se usan a temperaturas altas como por ejemplo cafeteras de polipropileno, se ha observado que en general los rellenos minerales como el talco, la mica, los caolines, el asbesto y el carbonato de calcio reducen drásticamente la estabilidad del producto hacia la termo-oxidación. Esto se atribuye a la presencia de impurezas metálicas en esos rellenos de origen natural.

Chemtura: www.chemtura.com

Ciba: www.cibasc.com

estabilizadores de plomo

2.3.2.- ESTABILIZADORES TERMICOS Y SU ACCION.

Estabilizadores de plomo

Los estabilizadores de plomo se usan principalmente en PVC plastificado en recubrimiento de cables. Asimismo, en menor escala, se emplean para otros productos flexibles opacos y para PVC expandido. Otra aplicación importante de los estabilizadores de plomo es la fabricación de tubería rígida para drenaje.

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2.3.4.- ESTABILIZADORES DE BARIO-CADMIO Y CALCIO- ZINC.

Los estabilizadores de bario/cadmio y Ca/Zn actúan corrigiendo los defectos en las moléculas de PVC al sustituir cloros activos por grupos más estables:

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2.3.5.- ESTABILIZADORES DE ESTAÑO

Se pueden clasificar en dos categorías (dependiendo de la naturaleza del grupo Y):

·Mercapturos y sulfuros de estaño.

·Carboxilatos y maleatos de estaño.

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2.3.5.- COSTABILIZADORES.

Existen otros aditivos conocidos como coestabilizadores. Tal es el caso de los fosfitos orgánicos, los cuales son capaces de sustituir cloros activos, pueden inactivar peróxidos y neutralizan el HCl. También pueden inactivar iones metalicos por lo que se usan en combinación con los estabilizadores de Ba / Cd y Ca / Zn. Otro coestabilizador conocido son los aceites epoxidados de soya, los cuales inactivan los cloruros de Cadmio o de zinc y pueden neutralizar el HCl.

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ESTABILIZADORES UV - Absorvedores

Benzofenona

Benzotriazol

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POLIURETANO

Fig 3.6 PU sometido a 500 horas de exposición

agentes antifog
Agentes antifog
  • Glycerol esters
  • Polyglycerol esters
  • Sorbitan esters
  • Ethoxylated sorbitan esters
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·Antioxidantes

·Desactivadores metálicos

·Estabilizadores UV

·Estabilizadores térmicos

·Lubricantes

·Plastificantes

·Ayudas de proceso

·Agentes de nucleación

·Modificadores de impacto

·Rellenos y reforzantes

·Agentes de acoplamiento

·Retardantes de flama

·Agentes antibloqueantes

·Deslizantes

·Agentes Espumantes

·Biocidas

·Colorantes