En la ciencia de los materiales , un polímero termoendurecible , a menudo llamado termoendurecible , es un polímero que se obtiene endureciendo irreversiblemente (" curando ") 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 se aplica necesariamente de forma externa, y a menudo se genera por 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 polímero para producir una red de polímero insoluble e infusible.
El material de partida para fabricar termoendurecibles suele ser maleable o líquido antes del curado y, a menudo, está diseñado para moldearse en la forma final. También se puede utilizar como adhesivo . Una vez endurecido, un termoendurecible no se puede fundir para remodelarlo, a diferencia de los polímeros termoplásticos que se producen y distribuyen comúnmente en forma de gránulos y se moldean hasta obtener la forma final del producto mediante fusión, prensado o moldeo por inyección .
El curado de una resina termoendurecible la transforma en un plástico o un elastómero ( caucho ) mediante la reticulación o extensión de la cadena a través de la formación de enlaces covalentes entre cadenas individuales del polímero . La densidad de reticulación varía según la mezcla de monómeros o prepolímeros y el mecanismo de reticulación:
Las resinas acrílicas, poliésteres y ésteres de vinilo con sitios insaturados en los extremos o en la cadena principal generalmente se unen por copolimerización con diluyentes monoméricos insaturados , y el curado se inicia por radicales libres generados a partir de la radiación ionizante o por la descomposición fotolítica o térmica de un iniciador de radicales; la intensidad de la reticulación está influenciada por el grado de insaturación de la cadena principal en el prepolímero; [2]
Las resinas funcionales epóxicas se pueden homopolimerizar con catalizadores aniónicos o catiónicos y calor, o copolimerizar a través de reacciones de adición nucleofílica con agentes de reticulación 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 se ve influenciada por la forma física y la funcionalidad de las resinas epóxicas y los agentes de curado [3] : el poscurado a temperatura elevada induce la reticulación secundaria de la funcionalidad hidroxilo de la cadena principal, que se condensa para formar enlaces de éter;
Los poliuretanos se forman cuando las resinas de isocianato y los prepolímeros se combinan con polioles de bajo o alto peso molecular, siendo esencial mantener relaciones estequiométricas estrictas para controlar la polimerización por adición nucleofílica: el grado de reticulación y el tipo físico resultante (elastómero o plástico) se ajustan a partir del peso molecular y la funcionalidad de las resinas de isocianato, los prepolímeros y las combinaciones exactas de dioles, trioles y polioles seleccionados, y la velocidad de reacción se ve fuertemente influenciada por catalizadores e inhibidores; las poliureas se forman prácticamente instantáneamente cuando las resinas de isocianato se combinan con resinas de poliéster o poliéter con funcionalidad de amina de cadena larga y extensores de diamina de cadena corta; la reacción de adición nucleofílica de amina-isocianato no requiere catalizadores. Las poliureas también se forman cuando las resinas de isocianato entran en contacto con la humedad; [4]
Las resinas fenólicas , amínicas y furánicas se curan mediante policondensación que implica la liberación de agua y calor, y el inicio del curado y el control de la exotermia de polimerización están influenciados por la temperatura de curado, la selección o carga del catalizador y el método de procesamiento o la presión: el grado de prepolimerización y el nivel de contenido de hidroximetilo residual en las resinas determinan la densidad de reticulación. [5]
Las polibenzoxazinas se curan mediante una polimerización exotérmica por apertura de anillo sin liberar ninguna sustancia química, lo que se traduce en una contracción casi nula tras la polimerización. [6]
Las mezclas de polímeros termoendurecibles basadas en monómeros y prepolímeros de resina termoendurecible 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 termoendurecibles 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 fuertes enlaces covalentes entre las cadenas de polímeros no se pueden romper fácilmente. Cuanto mayor sea la densidad de reticulación y el contenido aromático de un polímero termoendurecible, mayor será la resistencia a la degradación térmica 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 termoestables de plástico duro pueden sufrir deformaciones permanentes o plásticas bajo carga. Los elastómeros, que son blandos y elásticos o gomosos, pueden deformarse y volver a su forma original al liberar la carga.
Los plásticos o elastómeros termoendurecibles convencionales no se pueden fundir ni remodelar una vez curados, lo que suele impedir su reciclado con el mismo fin, salvo como material de relleno. [10] Los nuevos desarrollos que utilizan resinas epoxi termoendurecibles, que al calentarlas de forma controlada y contenida forman redes reticuladas, permiten remodelarlas repetidamente, como el vidrio de sílice, mediante reacciones reversibles de intercambio de enlaces covalentes al calentarlas por encima de la temperatura de transición vítrea. [11] También hay poliuretanos termoendurecibles que han demostrado tener propiedades transitorias y que, por lo tanto, se pueden reprocesar o reciclar. [12]
Cuando se combinan con fibras, las resinas termoendurecibles forman compuestos de polímeros reforzados con fibras , que se utilizan en la fabricación de piezas de repuesto o OEM de compuestos estructurales terminados en fábrica, [13] y como materiales de reparación y protección de compuestos aplicados en el sitio, curados y terminados [14] [15] . Cuando se utilizan como aglutinante para agregados y otros rellenos sólidos, forman compuestos de polímeros reforzados con partículas, que se utilizan para revestimientos protectores aplicados en fábrica o fabricación de componentes, y para fines de construcción o mantenimiento aplicados en el sitio y curados .
Los usos y métodos de aplicación/proceso para termoendurecibles incluyen revestimiento protector , pisos sin juntas , lechadas de construcción de ingeniería civil para juntas e inyecciones, morteros , arenas de fundición, adhesivos , selladores , fundiciones , encapsulado , aislamiento eléctrico , encapsulación , espumas sólidas , laminado en húmedo , pultrusión , gelcoats , bobinado de filamentos , preimpregnados y moldeo.
Los métodos específicos de moldeo de termoendurecibles son: