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Izquierda : cadenas de polímeros lineales individuales
Derecha : cadenas de polímeros que se han reticulado para dar un polímero termoestable 3D rígido

Un polímero, resina o plástico termoendurecible , a menudo llamado termoendurecible , es un polímero que se endurece irreversiblemente al curar a partir de un prepolímero o resina, sólido blando o líquido viscoso . [1] El curado se induce mediante calor o radiación adecuada y puede promoverse mediante alta presión o mezclando con un catalizador . El calor no debe aplicarse necesariamente de forma externa. A menudo se genera por la reacción de la resina con un agente de curado ( catalizador , endurecedor ). El curado da como resultado reacciones químicas que crean una extensa reticulación entre las cadenas de polímero para producir unaRed polimérica infusible e insoluble .

El material de partida para la fabricación de termoendurecibles suele ser maleable o líquido antes del curado y, a menudo, está diseñado para moldearse en la forma final. También se puede utilizar como adhesivo . Una vez endurecido, un termoestable no se puede fundir para remodelar, a diferencia de los polímeros termoplásticos que se producen y distribuyen comúnmente en forma de gránulos, y se moldean en la forma del producto final mediante fusión, prensado o moldeo por inyección.

Proceso químico [ editar ]

El curado de una resina termoendurecible la transforma en un plástico o elastómero ( caucho ) por reticulación o extensión de cadena mediante la formación de enlaces covalentes entre cadenas individuales del polímero. La densidad de reticulación varía según la mezcla de monómero o prepolímero y el mecanismo de reticulación:

Las resinas acrílicas, poliésteres y ésteres vinílicos con sitios insaturados en los extremos o en la cadena principal se unen generalmente por copolimerización con diluyentes monoméricos insaturados , con el curado iniciado por radicales libres generados por radiación ionizante o por la descomposición fotolítica o térmica de un iniciador de radicales la intensidad de la reticulación está influenciada por el grado de insaturación del esqueleto en el prepolímero; [2]

Las resinas epoxi funcionales pueden homopolimerizarse con catalizadores aniónicos o catiónicos y calor, o copolimerizarse mediante reacciones de adición nucleofílica con agentes de reticulación multifuncionales que también se conocen como agentes de curado o endurecedores. A medida que avanza la reacción, se forman moléculas cada vez más grandes y se desarrollan estructuras reticuladas altamente ramificadas, la velocidad de curado está influenciada por la forma física y la funcionalidad de las resinas epoxi y los agentes de curado [3] - el poscurado a temperatura elevada induce la reticulación secundaria de la funcionalidad hidroxilo de la columna vertebral que condensar para formar enlaces de éter;

Los poliuretanos se forman cuando las resinas de isocianato y los prepolímeros se combinan con polioles de bajo o alto peso molecular, siendo esenciales proporciones estequiométricas estrictas para controlar la polimerización por adición nucleofílica; el grado de reticulación y el tipo físico resultante (elastómero o plástico) se ajusta a partir del peso molecular y la funcionalidad de las resinas de isocianato, los prepolímeros y las combinaciones exactas de dioles, trioles y polioles seleccionados, estando fuertemente influenciada la velocidad de reacción por los catalizadores e inhibidores; las poliureas se forman prácticamente instantáneamente cuando las resinas de isocianato se combinan con resinas de poliéter o poliéster con función amina de cadena larga y extensores de diamina de cadena corta; la reacción de adición nucleófila de amina-isocianato no requiere catalizadores.Las poliureas también se forman cuando las resinas de isocianato entran en contacto con la humedad;[4]

Resinas fenólicas, amino y furano todas curadas por policondensación que implica la liberación de agua y calor, con inicio del curado y control exotérmico de polimerización influenciado por la temperatura de curado, selección del catalizador o método de carga y procesamiento o presión - el grado de prepolimerización y nivel de residuo El contenido de hidroximetilo en las resinas determina la densidad de reticulación. [5]

Las polibenzoxazinas se curan mediante una polimerización exotérmica con apertura de anillo sin liberar ningún producto químico, lo que se traduce en una contracción casi nula tras la polimerización. [6]

Las mezclas de polímeros termoendurecibles basadas en monómeros y prepolímeros de resina termoendurecible se pueden formular, aplicar y procesar de diversas formas para crear propiedades de curado distintivas que no se pueden lograr con polímeros termoplásticos o materiales inorgánicos. [7] [8] Los usos y métodos de aplicación / proceso para termoendurecibles incluyen revestimiento protector , pisos sin costura , lechadas de construcción de ingeniería civil para juntas e inyección, morteros , arenas de fundición, adhesivos , selladores , piezas fundidas , encapsulado , aislamiento eléctrico ,encapsulación , impresión 3D , espumas sólidas , laminado en húmedo , pultrusión , gelcoats , bobinado de filamentos , prepregs y moldeado. Los métodos específicos de moldeado de termoendurecibles son:

  • Moldeo por inyección reactivo (utilizado para objetos como cajas de botellas de leche)
  • Moldeo por extrusión (utilizado para hacer tuberías, hilos de tela y aislamiento para cables eléctricos)
  • Moldeo por compresión (utilizado para dar forma a plásticos termoendurecibles SMC y BMC )
  • Spin casting (utilizado para producir señuelos y jigs de pesca , miniaturas de juegos , figuritas , emblemas, así como piezas de producción y de repuesto)

Propiedades [ editar ]

Los plásticos termoendurecibles son generalmente más fuertes que los materiales termoplásticos debido a la red tridimensional de enlaces (reticulación), y también son más adecuados para aplicaciones de alta temperatura hasta la temperatura de descomposición, ya que mantienen su forma, ya que no se pueden establecer enlaces covalentes fuertes entre cadenas de polímero. se rompe fácilmente. Cuanto mayor sea la densidad de reticulación y el contenido aromático de un polímero termoestable, mayor será la resistencia a la degradación por calor y al ataque químico. La resistencia mecánica y la dureza también mejoran con la densidad de reticulación, aunque a expensas de la fragilidad. [9] Normalmente se descomponen antes de fundirse.

Los termoendurecibles plásticos duros pueden sufrir deformaciones plásticas o permanentes bajo carga. Elastómeros, que son suaves y elásticos o gomosos y pueden deformarse y volver a su forma original al soltarse la carga.

Los plásticos o elastómeros termoendurecibles convencionales no se pueden fundir ni remodelar una vez curados. Esto generalmente evita el reciclaje con el mismo propósito, excepto como material de relleno. [10] Nuevos desarrollos que involucran resinas epoxi termoendurecibles que en calentamiento controlado y contenido forman redes reticuladas que permiten remodelar repetidamente, como el vidrio de sílice, mediante reacciones de intercambio de enlaces covalentes reversibles al recalentar por encima de la temperatura de transición vítrea. [11] También hay poliuretanos termoendurecibles que han demostrado tener propiedades transitorias y que, por lo tanto, pueden reprocesarse o reciclarse. [12]

Materiales reforzados con fibra [ editar ]

Cuando se combinan con fibras, las resinas termoendurecibles forman compuestos poliméricos reforzados con fibras, que se utilizan en la fabricación de piezas de repuesto o OEM de compuestos estructurales acabados en fábrica, [13] y como reparaciones de compuestos acabados, curados y aplicados en el lugar [14] [15 ] y materiales de protección. Cuando se utilizan como aglutinantes para agregados y otros rellenos sólidos, forman compuestos poliméricos reforzados con partículas, que se utilizan para la fabricación de recubrimientos protectores aplicados en fábrica o de componentes, y para la construcción curada y aplicada en el lugar, o con fines de mantenimiento .

Ejemplos [ editar ]

  • Sistemas de fibra de vidrio de resina de poliéster : compuestos de moldeo de láminas y compuestos de moldeo a granel; devanado de filamentos; laminación laminada en húmedo; compuestos de reparación y revestimientos protectores.
  • Poliuretanos : espumas aislantes, colchones, revestimientos, adhesivos, autopartes, rodillos de impresión, suelas de zapatos, pisos, fibras sintéticas, etc. Los polímeros de poliuretano se forman combinando dos monómeros / oligómeros bi- o superiores funcionales.
  • Híbridos de poliurea / poliuretano utilizados para revestimientos impermeabilizantes resistentes a la abrasión.
  • Caucho vulcanizado .
  • Baquelita , resina de fenol - formaldehído que se utiliza en aislantes eléctricos y artículos de plástico.
  • Duroplast , material ligero pero resistente, similar a la baquelita que se utiliza para fabricar piezas de automóviles.
  • Espuma de urea-formaldehído utilizada en madera contrachapada , tableros de partículas y tableros de fibra de densidad media.
  • Resina de melamina utilizada en encimeras. [dieciséis]
  • Ftalato de dialilo (DAP) utilizado en conectores eléctricos de alta temperatura y especificaciones militares y otros componentes. Generalmente lleno de vidrio.
  • Resina epoxi [17] utilizada como componente de la matriz en muchos plásticos reforzados con fibra , como el plástico reforzado con vidrio y el plástico reforzado con grafito ; fundición; encapsulación electrónica; [18] construcción; recubrimientos protectores; adhesivos; sellado y unión.
  • Resinas epoxi novolaca utilizadas para placas de circuitos impresos, encapsulamiento eléctrico, adhesivos y recubrimientos para metales.
  • Benzoxazinas , utilizadas solas o hibridadas con resinas epoxi y fenólicas, para preimpregnados estructurales, moldeo líquido y adhesivos de película para la construcción, unión y reparación de compuestos.
  • Las poliimidas y bismaleimidas utilizados en placas de circuitos impresos y en partes del cuerpo de los aviones modernos, estructuras de materiales compuestos aeroespaciales, como material de revestimiento y para el vidrio reforzadas tuberías.
  • Ésteres de cianato o policianuratos para aplicaciones electrónicas con necesidad de propiedades dieléctricas y requisitos de alta temperatura del vidrio en componentes compuestos estructurales aeroespaciales.
  • Moldes o corredores de molde (la parte de plástico negro en circuitos integrados o semiconductores).
  • Resinas de furano utilizadas en la fabricación de construcción de biocompuestos sostenibles, [19] cementos, adhesivos, revestimientos y resinas de fundición.
  • Resinas de silicona utilizadas para compuestos de matriz polimérica termoendurecible y como precursores de compuestos de matriz cerámica.
  • Thiolyte , un material laminado fenólico termoestable aislante eléctrico.
  • Resinas de éster de vinilo utilizadas para laminado en húmedo, moldeo y materiales de reparación y protección industrial de fraguado rápido.

Ver también [ editar ]

  • Revestimiento epoxi unido por fusión
  • Matriz de polímero termoestable
  • Vulcanización

Referencias [ editar ]

  1. ^ IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida online: (2006–) " polímero termoendurecible ". doi : 10.1351 / goldbook.TT07168
  2. ^ Tecnología de poliéster insaturado, ed. PF Bruins, Gordon and Breach, Nueva York, 1976
  3. ^ Química y tecnología de resinas epoxi, ed. B. Ellis, Springer Países Bajos, 1993, ISBN  978-94-010-5302-0
  4. ^ Manual de poliuretano, ed. G Oertel, Hanser, Munich, Alemania, 2da edición, 1994, ISBN 1569901570 , ISBN 978-1569901571  
  5. ^ Fundamentos y aplicaciones de polímeros reactivos: una guía concisa de polímeros industriales (Biblioteca de diseño de plásticos), William Andrew Inc., 2da edición, 2013, ISBN 978-1455731497 
  6. ^ "Polibenzoxazinas" . Base de datos de propiedades de polímeros .
  7. ^ Enciclopedia concisa de ciencia e ingeniería de polímeros, ed. JI Kroschwitz, Wiley, Nueva York, 1990, ISBN 0-471-5 1253-2 
  8. ^ Aplicaciones de polímeros industriales: química y tecnología esenciales, Royal Society of Chemistry, Reino Unido, primera edición, 2016, ISBN 978-1782628149 
  9. ^ SH Goodman, H. Dodiuk-Kenig, ed. (2013). Manual de plásticos termoendurecibles (3ª ed.). Estados Unidos: William Andrew. ISBN 978-1-4557-3107-7.
  10. ^ The Open University (Reino Unido), 2000. T838 Diseño y fabricación con polímeros: introducción a los polímeros , página 9. Milton Keynes: The Open University
  11. ↑ D. Montarnal, M. Capelot, F. Tournilhac, L. Leibler, Science, 2011, 334, 965-968], doi : 10.1126 / science.1212648
  12. ^ Fortman, David J .; Jacob P. Brutman; Christopher J. Cramer ; Marc A. Hillmyer; William R. Dichtel (2015). "Vitrímeros de polihidroxiuretano sin catalizador activados mecánicamente". Revista de la Sociedad Química Estadounidense. doi : 10.1021 / jacs.5b08084
  13. ^ Compuestos de matriz de polímero: uso, diseño y análisis de materiales, SAE International, 2012, ISBN 978-0-7680-7813-8 
  14. ^ PCC-2 Reparación de tuberías y equipos a presión, Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos, 2015, ISBN 978-0-7918-6959-8 
  15. ^ Reparaciones compuestas ISO 24817 para tuberías: calificación y diseño, instalación, prueba e inspección, 2015, ICS: 75.180.20
  16. ^ Roberto C. Dante, Diego A. Santamaría y Jesús Martín Gil (2009). "Reticulación y estabilidad térmica de termoestables a base de novolaca y melamina". Revista de ciencia aplicada de polímeros . 114 (6): 4059–4065. doi : 10.1002 / app.31114 .
  17. ^ Guzmán, Enrique; Cugnoni, Joël; Gmür, Thomas (2014). "Modelos multifactoriales de un compuesto epoxi / fibra de carbono sometido a envejecimiento ambiental acelerado". Estructuras compuestas . 111 (4): 179-192. doi : 10.1016 / j.compstruct.2013.12.028 .
  18. ^ Kulkarni, Romit; Wappler, Peter; Soltani, Mahdi; Haybat, Mehmet; Guenther, Thomas; Groezinger, Tobías; Zimmermann, André (1 de febrero de 2019). "Una evaluación del moldeo por inyección termoendurecible para la encapsulación conformada de paredes delgadas de paquetes electrónicos a nivel de placa" . Revista de Fabricación y Procesamiento de Materiales . 3 (1): 18. doi : 10,3390 / jmmp3010018 .
  19. ^ T Malaba, J Wang, Revista de compuestos, vol. 2015, ID de artículo 707151, 8 páginas, 2015. doi : 10.1155 / 2015/707151