En ciencia de materiales , un polímero termoestable , a menudo llamado termoestable , es un polímero que se obtiene endureciendo (" curando ") irreversiblemente un prepolímero ( resina ) sólido blando o líquido viscoso . [1] El curado se induce mediante calor o radiación adecuada y puede promoverse mediante alta presión o mezcla con un catalizador . El calor no necesariamente se aplica externamente y, a menudo, se genera mediante 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 polímeros para producir una red de polímeros infusible e insoluble .
El material de partida para fabricar termoestables suele ser maleable o líquido antes del curado y, a menudo, está diseñado para moldearse hasta darle la forma final. También se puede utilizar como adhesivo . Una vez endurecido, un termoestable no se puede fundir para remodelarlo, a diferencia de los polímeros termoplásticos que comúnmente se producen y distribuyen en forma de gránulos, y se les da forma de producto final mediante fusión, prensado o moldeo por inyección .
El curado de una resina termoestable la transforma en un plástico o elastómero ( caucho ) mediante 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, los poliésteres y los ésteres vinílicos con sitios insaturados en los extremos o en el esqueleto generalmente se unen mediante copolimerización con diluyentes de monómeros insaturados , con el curado iniciado por radicales libres generados por radiación ionizante o por la descomposición fotolítica o térmica de un iniciador radical: el la intensidad de la reticulación está influenciada por el grado de insaturación de la cadena principal 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 reticulantes 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 una reticulación secundaria de la funcionalidad hidroxilo de la cadena principal, que condensarse para formar enlaces 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 relaciones 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 funcionalidad de resinas de isocianato, prepolímeros y las combinaciones exactas de dioles, trioles y polioles seleccionados, estando fuertemente influenciada la velocidad de reacción por 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 , amínicas y furánicas , todas curadas mediante policondensación que implica la liberación de agua y calor, con el inicio del curado y el control exotérmico de la polimerización influenciados por la temperatura de curado, la selección o carga del catalizador y el método o presión de procesamiento: el grado de prepolimerización y el nivel de El contenido de hidroximetilo residual 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 termoestables basadas en monómeros y prepolímeros de resinas termoestables se pueden formular, aplicar y procesar de diversas maneras para crear propiedades curadas distintivas que no se pueden lograr con polímeros termoplásticos o materiales inorgánicos. [7] [8]
Los plásticos termoestables 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 los enlaces covalentes fuertes entre cadenas de polímeros no pueden ser roto 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 plásticos termoestables duros pueden sufrir deformaciones plásticas o permanentes bajo carga. Elastómeros, que son blandos y elásticos o gomosos y pueden deformarse y volver a su forma original al liberarse la carga.
Los plásticos termoestables o elastómeros convencionales no se pueden fundir ni remodelar después de curarse. Esto suele impedir su reciclaje con el mismo fin, excepto como material de relleno. [10] Nuevos desarrollos relacionados con resinas epoxi termoestables que, con un calentamiento controlado y contenido, forman redes reticuladas que permiten remodelaciones repetidas, como el vidrio de sílice, mediante reacciones reversibles de intercambio de enlaces covalentes al recalentarlos por encima de la temperatura de transición vítrea. [11] También hay poliuretanos termoestables que han demostrado tener propiedades transitorias y que, por lo tanto, pueden reprocesarse o reciclarse. [12]
Cuando se combinan con fibras, las resinas termoestables forman compuestos poliméricos reforzados con fibras , que se utilizan en la fabricación de piezas de repuesto o OEM compuestas estructurales terminadas en fábrica, [13] y como reparación de compuestos terminados, curados y aplicados en el sitio [14] [15 ] y materiales de protección. Cuando se utilizan como aglutinante para agregados y otros rellenos sólidos, forman compuestos poliméricos reforzados con partículas, que se utilizan para revestimientos protectores o fabricación de componentes aplicados en fábrica, y para construcción o mantenimiento aplicados y curados en el sitio .
Los usos y métodos de aplicación/proceso para termoestables incluyen revestimiento protector , pisos sin costuras , lechadas de construcción de ingeniería civil para juntas e inyección, morteros , arenas de fundición, adhesivos , selladores , piezas fundidas , encapsulados , aislamiento eléctrico , encapsulación , espumas sólidas , laminación húmeda. , pultrusión , gelcoats , bobinado de filamentos , preimpregnados y moldeado.
Los métodos específicos de moldeo de termoestables son: