Un termoplástico , o plástico termoablandante , 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 alto . Las cadenas de polímeros se asocian mediante fuerzas intermoleculares , que se debilitan rápidamente con el aumento de la temperatura, produciendo un líquido viscoso. En este estado, los termoplásticos pueden remodelarse y, por lo general, 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 termoendurecibles (o "termoestables"), que forman enlaces químicos irreversibles durante el proceso de curado. Los termoestables no se funden cuando se calientan, sino que normalmente se descomponen y no se reforman 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, reteniendo algunas o todas sus características amorfas. Los plásticos amorfos y semiamorfos se utilizan cuando se necesita una alta claridad óptica , ya que la luz se dispersa fuertemente por los cristalitos más grandes que su longitud de onda. Los plásticos amorfos y semiamorfos son menos resistentes al ataque químico y al agrietamiento por tensión ambiental porque carecen de una estructura cristalina.
La fragilidad se puede reducir con la adición de plastificantes , lo que aumenta la movilidad de los segmentos de cadena amorfa para reducir eficazmente la temperatura de transición vítrea. La modificación del polímero a través de la copolimerización o mediante la adición de cadenas laterales no reactivas a los monómeros antes de la polimerización también puede reducirla. 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 actual de los acrílicos se puede dividir en dos mercados multimillonarios distintos: por un lado, el mercado de los ácidos poliacrílicos (PAA) y sus derivados de ésteres (PAc), por otro lado, el mercado del poli(metacrilato de metilo) (PMMA). [5] El PMMA también se conoce por nombres comerciales como Lucite, Perspex y Plexiglas. Sirve como un sustituto resistente del vidrio para artículos como acuarios, botones, viseras de cascos de motocicletas, ventanas de aviones, puertos de visualización 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 de ojos. La pintura acrílica se compone de partículas de PMMA suspendidas en agua.
Durante muchas décadas, el PMMA ha sido el éster metacrílico predominante producido en todo el mundo. Los principales actores en el mercado del 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 principales fabricantes 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 presenta una alta resistencia al impacto y tenacidad mecánica. Presenta pocos riesgos para la salud humana en condiciones normales de manipulación. 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 ropa. Las fibras de nailon son útiles para fabricar telas, cuerdas, alfombras y cuerdas musicales, mientras que, en forma masiva, 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 (sobre todo 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 enciende fácilmente. Fue descubierta por primera vez por el químico de polímeros estadounidense 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 de protección para altas temperaturas, prendas de soldadores y telas para paredes de aviones. En los últimos años, el polibencimidazol encontró su aplicación como membrana en celdas de combustible.
Los termoplásticos de policarbonato (PC) se conocen bajo marcas comerciales como Lexan, Makrolon, Makroclear y arcoPlus. Son fáciles de trabajar, moldear y termoformar para muchas aplicaciones, como componentes electrónicos, materiales de construcción, dispositivos de almacenamiento de datos, piezas de automóviles y aeronaves, conectores de control en prótesis y acristalamiento de seguridad. Los policarbonatos no tienen un código de identificación de resina único. Los artículos fabricados con policarbonato pueden contener el monómero precursor bisfenol A (BPA). Susceptible a la luz ultravioleta, la exposición da como resultado un amarilleamiento (la degradación es especialmente visible en los faros que perdieron o no tenían el revestimiento protector adecuado).
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 que se utiliza en piezas de precisión que requieren alta rigidez, baja fricción y excelente estabilidad dimensional. Al igual que muchos otros polímeros sintéticos, lo producen distintas empresas químicas con fórmulas ligeramente diferentes y se vende con distintos nombres, como Delrin, Celcon, Ramtal, Duracon, Kepital y Hostaform.
El poliéter éter cetona (PEEK) es un polímero termoplástico orgánico incoloro de la familia de las poliariletercetonas (PAEK) que se utiliza en aplicaciones de ingeniería. Fue introducido originalmente por Victrex PLC, y luego por ICI (Imperial Chemical Industries) a principios de los años 80. Tiene propiedades atractivas como buena resistencia a la abrasión, baja inflamabilidad y emisión de humo y gases tóxicos.
La polieterimida (PEI), producida mediante una novedosa 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 que se encuentran debajo del capó.
El polietileno (polietileno, polietileno, PE) es una familia de materiales similares que se clasifican según su densidad y estructura molecular. También se lo conoce como poli y se obtiene mediante la polimerización por adición de etileno. Puede ser de baja o alta densidad según el proceso utilizado en su fabricación. Es resistente a la humedad y a la mayoría de los productos químicos. Es flexible a temperatura ambiente (y a baja temperatura) y se puede sellar con calor. Como es 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 radical libre de 2,6-xilenol, tiene muchas propiedades atractivas, como una alta resistencia a la distorsión térmica y al impacto, estabilidad química a los ácidos minerales y orgánicos y una 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 resistencia al fuego, bajo coeficiente de fricción y alta transparencia a la radiación de microondas. El PPS se utiliza principalmente en aplicaciones de revestimiento. Esto se hace rociando una suspensión acuosa de partículas de PPS y calentándolas 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) a las que las partículas de PPS se ablandan y experimentan una reticulación aparente. 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 contenedores de alimentos de plástico reutilizables , contenedores de plástico aptos para microondas y lavavajillas , forros de pañales , forros y fundas de compresas , cuerdas, alfombras, molduras de plástico, sistemas de tuberías, baterías de automóviles , aislamiento para cables eléctricos 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 número de plástico reciclable 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 al impacto 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/azul) se utiliza en la fabricación de cubiertos desechables, placas de espuma aislantes rígidas con clasificación de contacto con el suelo, estuches para CD y DVD, modelos de plástico de automóviles y barcos y carcasas para detectores de humo. La espuma de poliestireno expandido (EPS o "styrofoam", de color blanco) se utiliza para fabricar materiales de aislamiento y 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, ligero, duradero, bastante rígido y versátil, y resistente a los ácidos y las bases. Gran parte de él se utiliza en la industria de la construcción, como para revestimientos de vinilo, tuberías de desagüe, canaletas y láminas para techos. 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 tapicería. El PVC flexible también se utiliza en productos inflables, como camas de agua y juguetes de piscina. El PVC también es un material común en las figuras de acción de vinilo , especialmente en países como Japón , donde el material se usa ampliamente en las llamadas figuras Sofubi (juguetes de vinilo blando [7] ). Como el PVC se dobla fácilmente y tiene tendencia a doblarse durante el transporte, un método para mitigar esta deformación es calentar el plástico hasta que se vuelva móvil y luego reformar el material en la forma deseada.
El PVC se produce con muchas modificaciones específicas que afectan a sus propiedades químicas y físicas. En el caso del cloruro de polivinilo plastificado (pPVC), se añaden plastificantes a la materia prima antes del moldeo para que sea más flexible o maleable. Al principio, no se entendían bien los aspectos ambientales y de salud de este material y, tras los estudios, se sustituyó y prohibió su uso. La forma original suele denominarse cloruro de polivinilo no plastificado (uPVC), que es el tipo más utilizado para instalaciones como tuberías 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 mediante la exposición del PVC a la reacción de cloración continua 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 del polímero hasta que la mayoría de las aplicaciones comerciales alcanzan un rango porcentual entre el 56 y el 74% de cloro total. [8] Este aumento en el contenido de cloro elemental contribuye a la mayor expresión del CPVC de las características basadas en cloro, como la durabilidad química, la resistencia a los 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, 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 química y resistencia. El PVDF se obtiene a través de 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 se pueden disolver en disolventes y aplicar sobre la superficie de un producto. El PVDF se utiliza ampliamente en la industria química como tuberías 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 conoce comúnmente bajo la marca Teflon . El PTFE es hidrófobo : los líquidos acuosos no mojan el material, ya que los fluorocarbonos demuestran fuerzas de dispersión de 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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