El acrilonitrilo butadieno estireno ( ABS ) ( fórmula química (C 8 H 8 ) x ·(C 4 H 6 ) y ·(C 3 H 3 N) z ) es un polímero termoplástico común. Su temperatura de transición vítrea es de aproximadamente 105 °C (221 °F). [4] El ABS es amorfo y por lo tanto no tiene un punto de fusión real.
El ABS es un terpolímero obtenido polimerizando estireno y acrilonitrilo en presencia de polibutadieno . Las proporciones pueden variar del 15% al 35% de acrilonitrilo, del 5% al 30% de butadieno y del 40% al 60% de estireno. El resultado es una larga cadena de polibutadieno entrecruzada con cadenas más cortas de poli(estireno-coacrilonitrilo). Los grupos nitrilo de las cadenas vecinas, al ser polares, se atraen entre sí y unen las cadenas, lo que hace que el ABS sea más fuerte que el poliestireno puro . El acrilonitrilo también aporta resistencia química, resistencia a la fatiga, dureza y rigidez, al tiempo que aumenta la temperatura de deflexión del calor . El estireno confiere al plástico una superficie brillante e impermeable, además de dureza, rigidez y una mayor facilidad de procesamiento. El polibutadieno, una sustancia gomosa , proporciona tenacidad y ductilidad a bajas temperaturas, a costa de resistencia al calor y rigidez. [3] Para la mayoría de las aplicaciones, el ABS se puede utilizar entre -20 y 80 °C (-4 y 176 °F), ya que sus propiedades mecánicas varían con la temperatura. [5] Las propiedades se crean mediante el endurecimiento del caucho , donde finas partículas de elastómero se distribuyen por toda la matriz rígida.
El ABS proporciona propiedades mecánicas favorables, como resistencia al impacto, tenacidad y rigidez, en comparación con otros polímeros comunes. [3] Se pueden realizar una variedad de modificaciones para mejorar la resistencia al impacto, la tenacidad y la resistencia al calor. La resistencia al impacto se puede amplificar aumentando las proporciones de polibutadieno en relación con el estireno y también con el acrilonitrilo, aunque esto provoca cambios en otras propiedades. La resistencia al impacto no disminuye rápidamente a temperaturas más bajas. La estabilidad bajo carga es excelente con cargas limitadas. Así, cambiando las proporciones de sus componentes, el ABS se puede preparar en diferentes grados. Dos categorías principales podrían ser ABS para extrusión y ABS para moldeo por inyección, y luego resistencia al impacto alta y media. Generalmente, el ABS tendría características útiles dentro de un rango de temperatura de -20 a 80 °C (-4 a 176 °F). [5]
Las propiedades finales estarán influenciadas hasta cierto punto por las condiciones bajo las cuales se procesa el material hasta obtener el producto final. Por ejemplo, el moldeo a alta temperatura mejora el brillo y la resistencia al calor del producto, mientras que la mayor resistencia al impacto y la solidez se obtienen moldeando a baja temperatura. Se pueden mezclar fibras (generalmente fibras de vidrio) y aditivos en los gránulos de resina para fortalecer el producto final y elevar la temperatura máxima de funcionamiento hasta 80 °C (176 °F). También se pueden añadir pigmentos, ya que el color original de la materia prima es de marfil translúcido a blanco. Las características de envejecimiento de los polímeros están influenciadas en gran medida por el contenido de polibutadieno y es normal incluir antioxidantes en la composición. Otros factores incluyen la exposición a la radiación ultravioleta , contra la cual también hay aditivos disponibles para proteger.
Los polímeros ABS son resistentes a ácidos acuosos, álcalis, ácidos clorhídrico y fosfórico concentrados y aceites animales, vegetales y minerales, pero se hinchan con ácido acético glacial , tetracloruro de carbono e hidrocarburos aromáticos y son atacados por ácidos sulfúrico y nítrico concentrados. Son solubles en ésteres , cetonas (como la acetona), cloroformo y dicloruro de etileno . [6] También ofrecen poca resistencia a los disolventes clorados, alcoholes y aldehídos. [3]
Aunque los plásticos ABS se utilizan principalmente con fines mecánicos, también tienen propiedades eléctricas que son bastante constantes en una amplia gama de frecuencias. Estas propiedades se ven poco afectadas por la temperatura y la humedad atmosférica dentro del rango operativo aceptable de temperaturas. [7]
El ABS es inflamable cuando se expone a altas temperaturas, como las de un fuego de leña. Se derretirá y luego hervirá, momento en el que los vapores estallarán en llamas intensas y calientes. Dado que el ABS puro no contiene halógenos , su combustión normalmente no produce contaminantes orgánicos persistentes , y los productos más tóxicos de su combustión o pirólisis son el monóxido de carbono y el cianuro de hidrógeno . [8] El ABS también se daña con la luz solar; Esto provocó uno de los retiros de automóviles más extendidos y costosos en la historia de Estados Unidos debido a la degradación de los botones de liberación de los cinturones de seguridad. [9] [10]
El ABS se puede reciclar, aunque no todas las instalaciones de reciclaje lo aceptan. [11] [12] [ verificación fallida ]
El ABS es uno de los muchos tipos de termoplástico con aplicaciones biomédicas, y los componentes moldeados por inyección son fáciles de fabricar para un solo uso. Puede esterilizarse mediante radiación gamma u óxido de etileno (EtO). [13]
El amarillamiento del plástico ABS ocurre cuando se expone a la luz ultravioleta o al calor excesivo, lo que provoca la fotooxidación de los polímeros que rompe las cadenas de polímeros y hace que el plástico se vuelva amarillo y quebradizo. [14]
La mayoría del ABS es opaco porque sus componentes tienen diferentes índices de refracción. El acrilonitrilo y el estireno endurecen el ABS. Las partículas de butadieno son elásticas y hacen que el ABS sea resistente a los impactos. La adición de metacrilato de metilo (MMA) ayuda a acercar los índices de refracción, haciéndolo transparente, aunque el producto tiene menos resistencia al impacto. [15]
El ABS se deriva del acrilonitrilo , el butadieno y el estireno . El acrilonitrilo es un monómero sintético producido a partir de propileno y amoníaco ; el butadieno es un hidrocarburo del petróleo que se obtiene de la fracción C4 del craqueo con vapor de agua ; El monómero de estireno se obtiene mediante la deshidrogenación del etilbenceno , un hidrocarburo obtenido en la reacción de etileno y benceno .
Según la asociación europea de comercio de plástico PlasticsEurope, la producción industrial de 1 kg (2,2 lb) de resina ABS en Europa utiliza un promedio de 95,34 MJ (26,48 kW⋅h ) y se deriva del gas natural y el petróleo . [16] [17]
El ABS se fabrica en una variedad de grados, pero para el mecanizado de precisión de piezas estructurales de ABS, se recomienda utilizar ABS de calidad mecánica. El ABS de calidad mecánica se mecaniza fácilmente mediante técnicas estándar, como torneado, taladrado, fresado y aserrado. Las piezas de ABS se pueden soldar calentando las superficies de las juntas hasta que comiencen a derretirse; Se puede aplicar refuerzo a dicha junta derritiendo una varilla delgada de ABS. Las piezas de ABS también se pueden fijar químicamente entre sí y con otros plásticos suficientemente similares mediante disolventes. [18]
El ABS fue patentado en 1948 y introducido en los mercados comerciales por Borg-Warner Corporation en 1954. [19]
El peso ligero del ABS y su capacidad para ser moldeado por inyección y extruido lo hacen útil en la fabricación de productos como sistemas de tuberías de drenaje, residuos y ventilación (DWV). Los instrumentos musicales como las flautas dulces , los oboes y los clarinetes de plástico , y algunas piezas para mecanismos de piano, suelen estar hechos de ABS, al igual que las teclas de los teclados de computadora. [20]
Otros usos incluyen cabezas de palos de golf (debido a su buena absorción de impactos), componentes de molduras de automóviles, barras protectoras de automóviles, binoculares y monoculares , inhaladores, nebulizadores , [21] suturas no absorbibles, prótesis de tendones, sistemas de administración de medicamentos, tubos traqueales, [ 13] carcasas para conjuntos eléctricos y electrónicos (como cajas de ordenadores ), cascos protectores, canoas de aguas bravas, bordes de protección para muebles y paneles de carpintería, maletas y estuches protectores, portalápices y pequeños electrodomésticos de cocina. Los juguetes, incluidos LEGO (los ladrillos Lego se fabrican principalmente con ABS desde 1963 [22] ) y los ladrillos Kre-O , son una aplicación común. [23] [24]
El plástico ABS molido hasta un diámetro promedio de menos de 1 micrómetro se utiliza como colorante en algunas tintas para tatuajes . [25]
Cuando se extruye en un filamento , el plástico ABS es un material común utilizado en impresoras 3D , [26] ya que es barato, fuerte, tiene alta estabilidad y puede posprocesarse de varias maneras (lijado, pintura, pegado, relleno y alisado químico). ). Cuando se utiliza en una impresora 3D, se sabe que el ABS se deforma debido a la contracción que se produce durante el enfriamiento durante el proceso de impresión. La contracción se puede reducir imprimiendo dentro de un recinto sobre una superficie de impresión calentada, usando un adhesivo como una barra de pegamento o laca para el cabello para garantizar que la primera capa de la impresión esté bien adherida a la superficie de impresión, o imprimiendo con un borde/balsa en la base de la impresión para ayudar a aumentar la adhesión a la superficie de impresión. [27] El ABS solo se utiliza en impresoras 3D FFF/FDM , ya que las impresoras 3D de resina no pueden derretir el plástico.
Formas particulares de filamentos de ABS son ABS-ESD (descarga electrostática) y ABS-FR (resistentes al fuego), que se utilizan en particular para la producción de componentes electrostáticamente sensibles y piezas prefabricadas refractarias.
El ABS es estable a la descomposición en condiciones normales de uso y procesamiento de polímeros. La exposición a carcinógenos debido al uso y procesamiento normal está muy por debajo de los límites de exposición en el lugar de trabajo. [28] Sin embargo, si la temperatura alcanza los 400 °C (750 °F), el ABS puede descomponerse en sus componentes: butadieno (cancerígeno para los humanos), acrilonitrilo (posiblemente cancerígeno para los humanos) y estireno (que se prevé razonablemente que sea un carcinógeno humano). ). [28]
Las partículas ultrafinas (UFP) se pueden producir a temperaturas más bajas (como en la impresión 3D). [29] Se han planteado preocupaciones con respecto a las concentraciones de UFP en el aire generadas durante la impresión 3D con ABS, ya que las UFP se han relacionado con efectos adversos para la salud, algunos de los cuales pueden resultar de la obstrucción del tejido en los riñones, los pulmones y los intestinos causada por una acumulación de UFP. . [30] [31]
