Cómo unir resinas incompatibles
Cada vez es más importante reciclar, sin embargo, muchas mezclas de polímeros son inmiscibles, por lo que es vital compatibilizarlas.
Por Sara L. Reynoso
Consultor Técnico Senior DowDupont Packaging & Speciality Plastics
La compatibilización es un proceso de modificación de las propiedades interfaciales en la mezcla de polímeros inmiscibles, que da como resultado la reducción del coeficiente de tensión interfacial, la formación y la estabilización de la morfología deseada.
Por lo tanto, es un proceso esencial que convierte una mezcla de polímeros en una aleación que tiene el conjunto deseado de características para un buen desempeño.
La compatibilización debe lograr: (i) optimización de la tensión interfacial; (ii) estabilizar la morfología frente a tensiones elevadas durante la formación; y (iii) mejorar la adhesión entre las fases en estado sólido.
Los polímeros funcionalizados son polímeros de químicas diferentes con funcionalidades polares y no polares unidas a la cadena principal del polímero. Una de las formas más comunes y generalizadas de funcionalizar un polímero es por ataque químico con anhídrido maléico. (Ver figura 1).
¿CÓMO FUNCIONAN?
En principio, una molécula puede actuar como un compatibilizador si tiene un segmento que esté «confortable» en una fase, y otro segmento que esté «confortable», en la otra. La «comodidad» puede ser el resultado de similitud, miscibilidad o unión covalente. La clave para el uso de compatibilizadores y, por lo tanto, para el desarrollo exitoso de mezclas comercialmente útiles es maximizar este «factor de confort» tanto en la matriz como en las fases dispersas.
Los polímeros funcionalizados tienen, por un lado, la parte reactiva del anhídrido maléico que reacciona con la parte reactiva del polímero polar (ej. OH, NH2) y por el otro, tiene la naturaleza del polímero funcionalizado, esto es, el Polietileno (PE), Polipropileno(PP), etc., que se utiliza con otro polímero no polar de química similar para que sólo por compatibilidad química se unan entre sí. (Ver figura 2)
Las principales funciones de este tipo de compatibilizantes /modificadores, incluyen:
Modificación de Impacto
El impacto se ve mejorado, no porque el polímero funcionalizado ofrezca esta resistencia, sino por el hecho de que al estar bien acoplados los dos polímeros que forman la mezcla, son capaces de ofrecer mejores propiedades mecánicas al producto final.
Compatibilización
Por supuesto, permiten el rendimiento sinérgico de dos o más polímeros que tienen química diferente, como un Polietileno con un Poliéster, o un Polipropileno (PP) con una Poliamida.
Cuando es necesario compatibilizar un polímero no polar, tal como Poliolefina o Poliestireno, con un polímero polar, tal como Nylon o Poliéster, son los mejores candidatos
Acoplamiento
Aumenta la resistencia a la tensión, la elongación, la rigidez y la resistencia al impacto de los polímeros con carga de vidrio o minerales. Un polímero funcionalizado con anhídrido maléico como agente de acoplamiento aumenta la afinidad entre las cargas minerales y la matriz polimérica, por lo que mejora el rendimiento del producto no solo en impacto, sino las propiedades mecánicas en general, así como térmicas y, en algunos casos, dieléctricas.
MÉTODOS DE COMPATIBILIZACIÓN
Existen varios, pero los principales son:
COMPATIBILIZACIÓN POR ADICIÓN O COMPATIBILIZACIÓN NO REACTIVA
Este es, por mucho, el método más popular de compatibilización, ya que consiste en sólo mezclar los gránulos de agente compatibilizante con los gránulos, hojuelas o partes molidas de la mezcla de polímeros. La gran ventaja de este tipo de compatibilización es la facilidad de operación y bajo costo pues sólo representa un mezclado físico previo al proceso de transformación. Sin embargo, los materiales no están completamente homogeneizados y la eficiencia de compatibilización suele ser menor que con la compatibilización reactiva.
FORMACIÓN DE COMPUESTO (COMPOUNDING)
El mezclado por fusión es el método más extendido de preparación de mezclas de polímeros en la práctica. Los componentes se mezclan en estado fundido en extrusoras o mezcladoras discontinuas.
Las ventajas del método son los componentes bien definidos y la universalidad de los dispositivos de mezcla: los mismos extrusores o mezcladores por lotes se pueden usar para una amplia gama de polímeros. Las desventajas son el alto consumo de energía y los posibles cambios químicos desfavorables de los componentes de la mezcla.
COMPATIBILIZACIÓN REACTIVA
La compatibilización reactiva es el proceso que permite generar copolímeros funcionalizados que actúan como compatibilizadores in situ durante la mezcla en estado fundido. Estos copolímeros están formados por reacciones en las interfaces entre polímeros adecuadamente funcionalizados, y unen las fases inmiscibles mediante enlaces covalentes o iónicos. En este proceso, los copolímeros se forman directamente en las interfaces, donde actúan como copolímeros preformados, es decir, reducen el tamaño de la fase dispersa y mejoran la adhesión.
Hay varios tipos de compatibilización reactiva. Si los polímeros mixtos contienen grupos reactivos, la reacción es directa. Los polímeros sin grupos reactivos tienen que ser funcionalizados, o se añade un polímero miscible que contiene grupos reactivos apropiados al componente respectivo. Los polímeros funcionalizados con anhídrido maléico, pueden ser el PP, PE, elastómero poliolefínico (POE), EPDM, etc.
El negocio de Empaque y Plásticos Especializados (Packaging & Specialty Plastics), de DowDuPont, ofrece una línea de polímeros funcionalizados bajo las marcas DuPont™ FUSABOND® y DOW® AMPLIFYTM para ayudar a unir polímeros diferentes utilizados en compuestos modificados, con carga, reciclados y mezclas varias.
