Un termoplástico , o plástico termoablandador , es cualquier material polimérico plástico que se vuelve flexible o moldeable a una determinada temperatura elevada y se solidifica al enfriarse. [1] [2]
La mayoría de los termoplásticos tienen un peso molecular elevado . Las cadenas de polímeros se asocian mediante fuerzas intermoleculares , que se debilitan rápidamente con el aumento de temperatura, produciendo un líquido viscoso. En este estado, los termoplásticos se pueden remodelar y normalmente se utilizan para producir piezas mediante diversas técnicas de procesamiento de polímeros, como moldeo por inyección , moldeo por compresión , calandrado y extrusión . [3] [4] Los termoplásticos se diferencian de los polímeros termoestables (o "termoestables"), que forman enlaces químicos irreversibles durante el proceso de curado. Los termoestables no se derriten cuando se calientan, pero normalmente se descomponen y no se vuelven a formar al enfriarse.
Por encima de su temperatura de transición vítrea y por debajo de su punto de fusión , las propiedades físicas de un termoplástico cambian drásticamente sin un cambio de fase asociado . Algunos termoplásticos no cristalizan completamente por debajo de la temperatura de transición vítrea, conservando algunas o todas sus características amorfas. Los plásticos amorfos y semi-amorfos se utilizan cuando se necesita una alta claridad óptica , ya que los cristalitos más grandes que su longitud de onda dispersan fuertemente la luz. Los plásticos amorfos y semi-amorfos son menos resistentes al ataque químico y al agrietamiento por tensión ambiental porque carecen de una estructura cristalina.
La fragilidad se puede disminuir con la adición de plastificantes , lo que aumenta la movilidad de los segmentos de la cadena amorfa para reducir efectivamente la temperatura de transición vítrea. La modificación del polímero mediante copolimerización o mediante la adición de cadenas laterales no reactivas a los monómeros antes de la polimerización también puede reducirlo. Antes de que se emplearan estas técnicas, las piezas de plástico de los automóviles a menudo se agrietaban cuando se exponían a temperaturas frías. Se trata de moléculas de cadena larga, lineales o ligeramente ramificadas, capaces de ablandarse repetidamente al calentarse y endurecerse al enfriarse.
La industria acrílica actual se puede dividir en dos mercados distintos de miles de millones de dólares: por un lado, el mercado de los ácidos poliacrílicos (PAA) y sus derivados éster (PAc), y por otro, el mercado del poli(metacrilato de metilo) (PMMA). [5] El PMMA también se conoce con nombres comerciales como Lucite, Perspex y Plexiglas. Sirve como un sustituto resistente del vidrio para artículos como acuarios, botones, visores de cascos de motocicleta, ventanillas de aviones, mirillas de sumergibles y lentes de luces exteriores de automóviles. Se utiliza ampliamente para hacer letreros, incluidas letras y logotipos. En medicina, se utiliza en cemento óseo y para reemplazar lentes oculares. La pintura acrílica está formada por partículas de PMMA suspendidas en agua.
Durante muchas décadas, el PMMA ha sido el éster metacrílico predominante en todo el mundo. Los principales actores del mercado de PMMA son Mitsubishi Rayon (Japón), Arkema SA (Francia), LG MMA (Corea del Sur), Chi Mei Corp. (Taiwán), Sumimoto Chemical Company Ltd (Japón), Evonik Industries (Alemania), BASF ( Alemania), Dow Chemical Company (EE.UU.), AkzoNobel (Países Bajos), Quinn Plastics (Reino Unido) y Cytec Industries (EE.UU.). En cuanto al mercado de PAA y PAc, los fabricantes clave son Nippon Shokubai Company Ltd. (Japón), Arkema SA (Francia) y Dow Chemical Company (EE.UU.).
El acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) es un terpolímero sintetizado a partir de estireno y acrilonitrilo en presencia de polibutadieno . El ABS es un material liviano que exhibe una alta resistencia al impacto y dureza mecánica. Presenta pocos riesgos para la salud humana en condiciones de manipulación normal. Se utiliza en muchos productos de consumo, como juguetes, electrodomésticos y teléfonos.
El nailon pertenece a una clase de polímeros llamados poliamidas . Ha servido como sustituto principalmente del cáñamo, el algodón y la seda, en productos como paracaídas, cuerdas, velas, chalecos antibalas y prendas de vestir. Las fibras de nailon son útiles para fabricar telas, cuerdas, alfombras y cuerdas musicales, mientras que, a granel, el nailon se utiliza para piezas mecánicas, incluidos tornillos para máquinas, engranajes y carcasas de herramientas eléctricas. Además, se utiliza en la fabricación de materiales compuestos resistentes al calor.
El ácido poliláctico (polilactida) es un poliéster alifático termoplástico compostable derivado de recursos renovables , como el almidón de maíz (en Estados Unidos), la pulpa de remolacha azucarera (en Europa), las raíces de tapioca , las virutas o el almidón (principalmente en Asia), o la caña de azúcar . Es el material más común utilizado para la impresión 3D con técnicas de modelado por deposición fundida (FDM).
La fibra de polibencimidazol (PBI, abreviatura de poli-[2,2'-(m-fenilen)-5,5'-bisbencimidazol]) es una fibra sintética con un punto de fusión muy alto. Tiene una estabilidad térmica y química excepcional y no se inflama fácilmente. Fue descubierto por primera vez por el químico estadounidense de polímeros Carl Shipp Marvel en la búsqueda de nuevos materiales con estabilidad superior, retención de rigidez y tenacidad a temperaturas elevadas. Debido a su alta estabilidad, el polibencimidazol se utiliza para fabricar prendas de protección de alto rendimiento, como equipos de bomberos, trajes espaciales de astronautas, guantes protectores para altas temperaturas, prendas de soldador y telas para paredes de aviones. En los últimos años, el polibencimidazol ha encontrado su aplicación como membrana en pilas de combustible.
Los termoplásticos de policarbonato (PC) se conocen con marcas comerciales como Lexan, Makrolon, Makroclear y arcoPlus. Se pueden trabajar, moldear y termoformar fácilmente para muchas aplicaciones, como componentes electrónicos, materiales de construcción, dispositivos de almacenamiento de datos, piezas de automóviles y aviones, enchufes de control en prótesis y acristalamientos de seguridad. Los policarbonatos no tienen un código único de identificación de resina. Los artículos fabricados con policarbonato pueden contener el monómero precursor bisfenol A (BPA). Susceptible a la luz ultravioleta, la exposición produce un color amarillento (la degradación es especialmente visible en los faros que perdieron o no tenían una capa protectora adecuada).
La poliéter sulfona (PES) o polisulfona es una clase de termoplásticos especialmente diseñados [6] con alta estabilidad térmica, oxidativa e hidrolítica, y buena resistencia a ácidos minerales acuosos, álcalis, soluciones salinas, aceites y grasas.
El polioximetileno (POM), también conocido como acetal, poliacetal y poliformaldehído, es un termoplástico de ingeniería utilizado en piezas de precisión que requieren alta rigidez, baja fricción y excelente estabilidad dimensional. Como ocurre con muchos otros polímeros sintéticos, lo producen diferentes empresas químicas con fórmulas ligeramente diferentes y se vende con distintos nombres como Delrin, Celcon, Ramtal, Duracon, Kepital y Hostaform.
La poliéter éter cetona (PEEK) es un polímero termoplástico orgánico incoloro de la familia de las poliariletercetonas (PAEK), utilizado en aplicaciones de ingeniería. Fue introducido originalmente por Victrex PLC, luego ICI (Imperial Chemical Industries) a principios de los años 1980. Tiene propiedades atractivas como buena resistencia a la abrasión, baja inflamabilidad y emisión de humo y gases tóxicos.
La polieterimida (PEI), producida mediante una nueva reacción de desplazamiento de nitro que involucra bisfenol A, 4, 4'-metilendianilina y anhídrido 3-nitroftálico, tiene una temperatura de distorsión térmica, una resistencia a la tracción y un módulo elevados. Generalmente se utilizan en piezas eléctricas y electrónicas de alto rendimiento, aparatos de microondas y piezas de automóviles debajo del capó.
El polietileno (polietileno, polietileno, PE) es una familia de materiales similares categorizados según su densidad y estructura molecular. También se conoce como poli y se obtiene mediante la polimerización por adición de etileno. Puede ser de baja densidad o de alta densidad dependiendo del proceso utilizado en su fabricación. Es resistente a la humedad y a la mayoría de los productos químicos. Es flexible a temperatura ambiente (y baja temperatura) y se puede sellar térmicamente. Al ser un plástico económico, se fabrica en grandes cantidades para satisfacer la demanda. Por ejemplo:
El óxido de polifenileno (PPO), que se obtiene a partir de la polimerización por acoplamiento oxidativo de crecimiento escalonado y radicales libres del 2,6-xilenol, tiene muchas propiedades atractivas, como alta distorsión por calor y resistencia al impacto, estabilidad química frente a ácidos minerales y orgánicos, y baja absorción de agua. El PPO es difícil de procesar y, por lo tanto, la resina comercial (Noryl) se fabrica mezclando PPO con poliestireno de alto impacto (HIPS), que sirve para reducir la temperatura de procesamiento.
El sulfuro de polifenileno (PPS), obtenido por polimerización por condensación de p-diclorobenceno y sulfuro de sodio, tiene una excelente resistencia química, buenas propiedades eléctricas, excelente retardo de llama, bajo coeficiente de fricción y alta transparencia a la radiación de microondas. El PPS se utiliza principalmente en aplicaciones de recubrimiento. Esto se hace pulverizando una suspensión acuosa de partículas de PPS y calentando a temperaturas superiores a 370 °C. Se pueden utilizar grados particulares de PPS en moldeo por inyección y compresión a temperaturas (300 a 370 °C) en las que las partículas de PPS se ablandan y sufren una aparente reticulación. Las principales aplicaciones del PPS moldeado por inyección y compresión incluyen utensilios de cocina, cojinetes y piezas de bombas para servicio en diversos entornos corrosivos.
El polipropileno (PP) es útil para productos tan diversos como recipientes de plástico reutilizables para alimentos, recipientes de plástico aptos para microondas y lavavajillas , forros para pañales , forros y carcasas de toallas sanitarias , cuerdas, alfombras, molduras de plástico, sistemas de tuberías, baterías de automóviles , aislamiento para aparatos eléctricos. Cables y filtros para gases y líquidos. En medicina, se utiliza en el tratamiento de hernias y para fabricar equipos médicos resistentes al calor. Las láminas de polipropileno se utilizan para carpetas y embalajes de papelería y contenedores de almacenamiento transparentes. El polipropileno se define por el plástico reciclable número 5. Aunque relativamente inerte, es vulnerable a la radiación ultravioleta y puede degradarse considerablemente bajo la luz solar directa. El polipropileno no es tan resistente a los impactos como los polietilenos (HDPE, LDPE). También es algo permeable a gases y líquidos altamente volátiles.
El poliestireno se fabrica en diversas formas que tienen diferentes aplicaciones y pueden tener una densidad media a muy baja. El poliestireno extruido (PS o xPS, a veces de color rosa o azul) se utiliza en la fabricación de cubiertos desechables, tableros de espuma aislantes rígidos con clasificación de contacto con el suelo, estuches para CD y DVD, modelos de plástico de automóviles y barcos, y carcasas de detectores de humo. La espuma de poliestireno expandido (EPS o "espuma de poliestireno", blanca) se utiliza para fabricar materiales aislantes y de embalaje, como los "cacahuetes" y la espuma moldeada que se utilizan para amortiguar productos frágiles. Los copolímeros de poliestireno se utilizan en la fabricación de juguetes y carcasas de productos.
El cloruro de polivinilo (PVC) es un material resistente y liviano, duradero, bastante rígido y versátil, y resistente a ácidos y bases. Gran parte se utiliza en la industria de la construcción, como en revestimientos vinílicos, tuberías de desagüe, canalones y láminas para tejados. También se convierte en formas flexibles con la adición de plastificantes, lo que lo hace útil para artículos como mangueras, tubos, aislamiento eléctrico, abrigos, chaquetas y tapizados. El PVC flexible también se utiliza en productos inflables, como camas de agua y juguetes para la piscina. El PVC también es un material común en las figuras de acción de vinilo , especialmente en países como Japón , donde el material se utiliza ampliamente en las llamadas figuras Sofubi (juguetes de vinilo blando [7] ). Como el PVC se dobla fácilmente y tiende a doblarse durante el tránsito, un método para mitigar esta deformación es calentar el plástico hasta que se vuelva móvil y luego reformar el material para darle la forma deseada.
El PVC se produce con muchas modificaciones específicas para afectar sus propiedades químicas y físicas. En el cloruro de polivinilo plastificado (pPVC), se añaden plastificantes a la materia prima antes del moldeo para hacerla más flexible o maleable. Al principio no se entendían bien los aspectos sanitarios y medioambientales y, tras realizar estudios, se produjeron reemplazos y prohibiciones de productos. La forma original a menudo se conoce como cloruro de polivinilo no plastificado (uPVC), que es el tipo más comúnmente utilizado para instalaciones como plomería de transporte de agua, desechos y alcantarillado.
La modificación química a menudo produce cambios más drásticos en las propiedades. El cloruro de polivinilo clorado (CPVC) se produce exponiendo el PVC a la reacción continua de cloración de radicales libres que originalmente formula el polímero de PVC. La reacción de cloración continúa agregando átomos de cloro a la cadena principal de hidrocarburos poliméricos hasta que la mayoría de las aplicaciones comerciales alcanzan un porcentaje de entre 56 y 74 % de cloro total. [8] Este aumento en el contenido de cloro elemental contribuye a la mayor expresión del CPVC de características basadas en cloro, como durabilidad química, resistencia a ácidos, bases y sales; susceptibilidad a compuestos a base de amoníaco, aromáticos, ésteres, cetonas; [9] estabilidad química; Resistencia a la transferencia de energía térmica. El CPVC se usa comúnmente en sistemas de suministro de agua, productos químicos, frío y calor para aplicaciones residenciales, comerciales e industriales.
El fluoruro de polivinilideno, PVDF , pertenece a la clase de termoplásticos de fluoropolímeros y es conocido por su alta inercia y resistencia química. El PVDF se obtiene mediante la polimerización del monómero de fluoruro de vinilideno. El termoplástico PVDF se fabrica en láminas y tuberías para usos de ingeniería, así como en polvos y recubrimientos que pueden disolverse en solventes y aplicarse sobre la superficie del producto. El PVDF se utiliza ampliamente en la industria química como tubería para productos químicos agresivos y líquidos de alta pureza. El material PVDF se utiliza en construcción, transporte, procesos químicos, electricidad, baterías, aguas residuales y tratamiento. [10]
El politetrafluoroetileno (PTFE) es un fluoropolímero sintético de tetrafluoroetileno que se reconoce comúnmente bajo la marca Teflon . El PTFE es hidrofóbico : los líquidos acuosos no mojan el material, ya que los fluorocarbonos demuestran fuerzas de dispersión London mitigadas debido a la alta electronegatividad del flúor. Esto también respalda su uso en revestimientos de utensilios de cocina. El polímero tiene uno de los coeficientes de fricción más bajos de cualquier sólido y, por lo tanto, se usa comúnmente para cojinetes y soporte de piezas mecánicas móviles.
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