Compatibilización

Termodinámicamente , dos polímeros son completamente miscibles cuando la energía libre de Gibbs de la mezcla es negativa y la tensión interfacial entre los componentes es prácticamente cero, lo que da lugar a un producto homogéneo de una sola fase. En la práctica, la mayoría de los polímeros son en gran medida inmiscibles, lo que significa que su entropía es muy baja y sus interacciones son fuertes. Como resultado, la mezcla suele presentar características débiles y un rendimiento mecánico deficiente. ^{[ 1 ]}

En química de polímeros , la compatibilización consiste en la adición de una sustancia a una mezcla inmiscible de polímeros para aumentar su estabilidad . La compatibilización del sistema genera una morfología de fase de mezcla más estable y mejor integrada, al crear interacciones entre los dos polímeros previamente inmiscibles. Esto no solo mejora las propiedades mecánicas de la mezcla, sino que a menudo produce propiedades que generalmente no se pueden obtener en ninguno de los componentes puros por separado. ^{[ 2 ]}

Los copolímeros de bloque o de injerto se utilizan comúnmente como agentes compatibilizantes. El copolímero utilizado está compuesto por los dos componentes de la mezcla inmiscible. Las porciones respectivas del copolímero pueden interactuar con las dos fases de la mezcla para hacer que la morfología de fase sea más estable. ^{[ 2 ]} El aumento de la estabilidad se debe a la reducción del tamaño de las partículas separadas en fase en la mezcla. ^{[ 3 ]} La reducción de tamaño proviene de la menor tensión interfacial, debido a la acumulación de copolímeros de bloque en las múltiples interfaces entre los dos copolímeros. Esto ayuda a que las mezclas inmiscibles se rompan en partículas más pequeñas en la fase fundida. A su vez, estas partículas separadas en fase no tendrán tanta tendencia a consolidarse y crecer porque la tensión interfacial es ahora mucho menor. Esto estabiliza la mezcla de polímeros para obtener un producto utilizable. ^{[ 3 ]} Un ejemplo de esto son los copolímeros de etileno/propileno. Pueden actuar como buenos agentes compatibilizantes para mezclas de polipropileno y polietileno de baja densidad . En esta aplicación específica, se prefieren secuencias de etileno más largas en el copolímero. Esto se debe a que la cocristalización también influye en este caso, y las secuencias de etileno más largas conservarán cierta cristalinidad residual. ^{[ 4 ]}

La compatibilización reactiva es un procedimiento en el que las mezclas de polímeros inmiscibles se compatibilizan mediante la creación de copolímeros en solución o en estado fundido. Los copolímeros se forman cuando los grupos funcionales adecuados en cada componente de la mezcla inmiscible interactúan en el proceso de compatibilización. Estas interacciones incluyen enlaces de hidrógeno, iónicos o covalentes. Los grupos funcionales que causan estas interacciones pueden ser los grupos terminales que ya están presentes en los polímeros de la mezcla (por ejemplo, ácidos carboxílicos o alcoholes en poliésteres, o grupos amina en nylons). Otro enfoque es añadir grupos funcionales a las cadenas componentes mediante injerto. Los numerosos grupos funcionales posibles permiten obtener muchos tipos de mezclas de polímeros comerciales, incluidos los sistemas de mezcla de poliamida/polialqueno. ^{[ 5 ]} La compatibilización reactiva tiene varias ventajas sobre el uso del copolímero de bloque o de injerto tradicional como agente compatibilizante. A diferencia de este último enfoque, la compatibilización reactiva no depende de la difusión de copolímeros preformados. Los copolímeros se forman en las interfaces de las dos mezclas inmiscibles y no necesitan ser dispersos. En el método tradicional, el sistema debe estar bien mezclado al añadir los copolímeros. La compatibilización reactiva también es mucho más eficiente que la tradicional. Esto se debe a que, en la compatibilización reactiva, los grupos funcionales ya están presentes o se injertan fácilmente en los componentes de la mezcla. En la compatibilización tradicional, los copolímeros deben sintetizarse individualmente para cada componente que se vaya a mezclar. ^{[ 5 ]}

Un desafío importante en el reciclaje es la presencia de fracciones de plástico mezcladas en los flujos. Un estudio indicó que casi todos los residuos plásticos comprenden diversos tipos de plástico , independientemente de si se clasifican con total precisión, y que la contaminación por polímeros existe en distintos niveles, dependiendo de la heterogeneidad de los productos de embalaje dentro del flujo de residuos correspondiente. ^{[ 6 ]} La compatibilización facilita la formación de una mezcla de polímeros sin separar los residuos plásticos , lo que resulta beneficioso para aumentar las tasas de reciclaje. ^{[ 7 ]}