Las resinas de poliéster son resinas sintéticas formadas por la reacción de ácidos orgánicos dibásicos y alcoholes polihídricos . El anhídrido maleico es una materia prima de uso común con funcionalidad diácido en resinas de poliéster insaturado . [1] Las resinas de poliéster insaturado se utilizan en compuestos para moldeo de láminas , compuestos para moldeo a granel y tóner de impresoras láser . Los paneles de pared fabricados con resinas de poliéster reforzadas con fibra de vidrio , el llamado plástico reforzado con fibra de vidrio (FRP), se usan típicamente en restaurantes, cocinas, baños y otras áreas que requieren paredes lavables de bajo mantenimiento. También se utilizan ampliamente en aplicaciones de tuberías curadas in situ . Los Departamentos de Transporte de EE. UU. también los especifican para su uso como superposiciones en carreteras y puentes. En esta aplicación se les conoce como refuerzos de poliéster para hormigón (PCO). Por lo general, se basan en ácido isoftálico y se cortan con estireno en niveles altos, generalmente hasta un 50%. [2] Los poliésteres también se utilizan en adhesivos para pernos de anclaje, aunque también se utilizan materiales a base de epoxi . [3] Muchas empresas han introducido y siguen introduciendo sistemas sin estireno, principalmente debido a problemas de olores, pero también a la preocupación de que el estireno sea un carcinógeno potencial. Las aplicaciones de agua potable también se prefieren sin estireno. La mayoría de las resinas de poliéster son líquidos viscosos y de color pálido que consisten en una solución de poliéster en un diluyente reactivo que suele ser estireno, [4] pero también puede incluir vinil tolueno y varios acrilatos . [5] [6]
Los poliésteres insaturados son polímeros de condensación formados por la reacción de polioles (también conocidos como alcoholes polihídricos ), compuestos orgánicos con múltiples grupos funcionales alcohol o hidroxi, con ácidos dibásicos insaturados y en algunos casos saturados. Los polioles típicos usados son glicoles que incluyen etilenglicol , propilenglicol y dietilenglicol ; Los ácidos típicos utilizados son el ácido ftálico , el ácido isoftálico , el ácido tereftálico y el anhídrido maleico . El agua, un subproducto de la condensación de las reacciones de esterificación , se elimina continuamente mediante destilación, lo que lleva a que la reacción se complete mediante el principio de Le Chatelier . Los poliésteres insaturados generalmente se venden a los fabricantes de piezas como una solución de resina en diluyente reactivo; el estireno es el diluyente más común y el estándar de la industria. El diluyente permite controlar la viscosidad de la resina y también participa en la reacción de curado. La resina inicialmente líquida se convierte en sólida mediante la reticulación de cadenas. Esto se hace creando radicales libres en enlaces insaturados, que se propagan en una reacción en cadena a otros enlaces insaturados en moléculas adyacentes, uniéndolas en el proceso. La insaturación generalmente se presenta en forma de especies de maleato y fumarato a lo largo de la cadena polimérica. El maleato/fumarato generalmente no se autopolimeriza mediante reacciones radicalarias, pero reacciona fácilmente con el estireno. Se sabe que el anhídrido maleico y el estireno forman copolímeros alternos y, de hecho, son el caso clásico de este fenómeno. Esta es una de las razones por las que ha sido tan difícil desplazar al estireno en el mercado como diluyente reactivo estándar de la industria para resinas de poliéster insaturado, a pesar de los crecientes esfuerzos para desplazar el material, como la Proposición 65 de California . Los radicales libres iniciales se inducen añadiendo un compuesto que se descompone fácilmente en radicales libres. Este compuesto se conoce como catalizador [7] en la industria, pero iniciador es un término más apropiado. Las sales de metales de transición generalmente se agregan como catalizador para la reacción de reticulación del crecimiento de cadenas, y en la industria este tipo de aditivo se conoce como promotor; Generalmente se entiende que el promotor reduce la energía de disociación del enlace del iniciador de radicales. Las sales de cobalto son el tipo de promotor más comúnmente utilizado. Los iniciadores de radicales comunes utilizados son peróxidos orgánicos como el peróxido de benzoilo operóxido de metiletilcetona . [8]
Las resinas de poliéster son termoendurecibles y, como ocurre con otras resinas, curan de forma exotérmica. Por lo tanto, el uso excesivo de iniciador, especialmente con un catalizador presente, puede provocar carbonización o incluso ignición durante el proceso de curado. Un exceso de catalizador también puede provocar que el producto se fracture o forme un material gomoso.
Los poliésteres insaturados (UPR) se utilizan en muchos mercados diferentes industrialmente relevantes, pero en general se utilizan como material de matriz para varios tipos de compuestos . Los compuestos reforzados con fibra de vidrio constituyen el segmento más grande en el que se utilizan UPR y pueden procesarse mediante SMC , BMC , pultrusión , tubería curada in situ (conocida como rebasado en Europa), bobinado de filamentos , moldeo al vacío , moldeo por aspersión , Moldeo por transferencia de resina (RTM) . Las palas de las turbinas eólicas también los utilizan [9], así como muchos otros procesos. Los UPR también se utilizan en aplicaciones no reforzadas, siendo ejemplos comunes las capas de gel , botones de camisa, pernos para minas , núcleos de bolas de bolos , hormigón polimérico y piedra artificial/mármol cultivado . [10]
En química orgánica, se forma un éster como producto de condensación de un ácido carboxílico y un alcohol , y se forma agua como subproducto condensado. También se puede producir un éster con un haluro de acilo y un alcohol, en cuyo caso el subproducto condensado es un haluro de hidrógeno .
Los poliésteres son una categoría de polímeros en los que la funcionalidad éster se repite dentro de la cadena principal. Los poliésteres son un ejemplo clásico de polímero de crecimiento escalonado , en el que un ácido o haluro de acilo difuncional (o de orden superior) se hace reaccionar con un alcohol difuncional (o de orden superior). Los poliésteres se producen comercialmente como resinas saturadas e insaturadas. El poliéster más común y de mayor volumen producido es el tereftalato de polietileno (PET) , que es un ejemplo de poliéster saturado y se utiliza en aplicaciones tales como fibras para ropa y alfombras, contenedores de alimentos y líquidos (como botellas de agua/refrescos), así como películas. [11]
En la química del poliéster insaturado (UPR), los sitios de insaturación están presentes a lo largo de la cadena, generalmente por incorporación de anhídrido maleico, pero también se utilizan ácido maleico y ácido fumárico. El ácido maleico y el ácido fumárico son isómeros donde el maleico es el isómero cis y el fumárico es el isómero trans. Las formas éster de estas dos moléculas son maleato y fumarato, respectivamente. Cuando se cura una UPR, se sabe que la forma fumarato reacciona más rápidamente con el radical estireno, por lo que a menudo se emplean catalizadores de isomerización , como N,N-dimetilacetoacetamida (DMAA), en el proceso de síntesis que convierte los maleatos en fumaratos; la isomerización también puede fomentarse aumentando el tiempo de reacción y la temperatura. Dentro de la industria de la UPR, la clasificación de las resinas generalmente se basa en el ácido saturado primario. Por ejemplo, una resina que contiene principalmente ácido tereftálico se conoce como resina Tere, una resina que contiene principalmente anhídrido ftálico se conoce como resina Ortho y una resina que contiene principalmente ácido isoftálico se conoce como resina Iso. El diciclopentadieno (DCPD) también es una materia prima común de la UPR y se puede incorporar de dos maneras diferentes. En un proceso, el DCPD se craquea in situ para formar ciclopentadieno que luego puede hacerse reaccionar con grupos maleato/fumarato a lo largo de la cadena polimérica mediante una reacción de Diels-alder . Este tipo de resina se conoce como resina Nadic y se conoce como Ortho de hombre pobre, debido a que comparte muchas propiedades similares de una resina Ortho junto con el costo extremadamente bajo de la materia prima DCPD. En otro proceso, el anhídrido maleico primero se abre con agua u otro alcohol para formar ácido maleico y luego se hace reaccionar con DCPD, donde un alcohol del ácido maleico reacciona a través de uno de los dobles enlaces del DCPD. Este producto luego se usa para tapar los extremos de la resina UPR, lo que produce un producto con insaturación en los grupos terminales. Este tipo de resina se conoce como resina DCPD.
Las ortoresinas comprenden el tipo más común de UPR y muchas se conocen como resinas de uso general. Los compuestos de FRP que utilizan resinas orto se encuentran en aplicaciones tales como cascos de embarcaciones, artículos de baño y núcleos de bolas de bolos.
Las resinas iso generalmente se encuentran en el extremo superior de los productos UPR, tanto por el costo relativamente más alto del ácido isoftálico como por las propiedades superiores que poseen. Las resinas iso son el tipo principal de resina utilizada en aplicaciones de gelcoat, que es similar a una pintura, pero se rocía en un molde antes de moldear el FRP dejando una capa en la pieza. Las resinas de gelcoat deben tener un color más bajo (casi transparente) para no impartir color adicional a la pieza o para que se puedan teñir adecuadamente. Los gelcoats también deben tener una fuerte resistencia a la intemperie por rayos UV y a las ampollas de agua.
Las resinas Tere se utilizan a menudo cuando se desean un módulo y una resistencia elevados, pero no son necesarias las propiedades de color bajas de una resina Iso. El ácido tereftálico generalmente tiene un costo más bajo que el ácido isoftálico, pero ambos brindan características de resistencia similares a un producto UPR. Existe un subconjunto especial de resinas Tere, conocidas como resinas PET UPR, que se producen craqueando catalíticamente la resina PET en el reactor para producir una mezcla de ácido tereftálico y etilenglicol. Luego se añaden ácidos y glicoles adicionales junto con anhídrido maleico y se produce un nuevo polímero. El producto final es funcionalmente el mismo que una resina Tere, pero a menudo puede tener un costo de fabricación más bajo, ya que el PET de desecho se puede obtener a bajo costo. Si se utiliza PET modificado con glicol (PET-G), se pueden impartir propiedades excepcionales a la resina debido a algunos de los materiales exóticos utilizados en la producción de PET-G. Las resinas Tere y PET-UPR se utilizan en muchas aplicaciones, incluidas las tuberías curadas in situ. [12]
Se ha demostrado que los líquenes deterioran las resinas de poliéster, como se puede comprobar en yacimientos arqueológicos de la ciudad romana de Baelo Claudia España. [13]
La resina de poliéster ofrece las siguientes ventajas:
La resina de poliéster tiene las siguientes desventajas:
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