Polímero termoestable

En ciencia de los materiales , un polímero termoestable , a menudo llamado termoestable , es un polímero que se obtiene mediante el endurecimiento irreversible (" curado ") de un prepolímero sólido blando o líquido viscoso ( resina ). ^{[ 1 ]} El curado se induce mediante calor o radiación adecuada y puede promoverse mediante alta presión o mezcla con un catalizador . El calor no necesariamente se aplica externamente, 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 reticulación extensa entre las cadenas poliméricas para producir una red polimérica infusible e insoluble .

El material de partida para la fabricación de termoplásticos suele ser maleable o líquido antes del curado, y a menudo se diseña para ser moldeado en su forma final. También puede utilizarse como adhesivo . Una vez endurecido, un termoplástico no puede fundirse para ser remodelado, a diferencia de los polímeros termoplásticos , que se producen y distribuyen habitualmente en forma de gránulos y se les da la forma final del producto mediante fusión, prensado o moldeo por inyección .

El curado de una resina termoendurecible la transforma en un plástico o elastómero ( caucho ) mediante la reticulación o extensión de cadena a través de la formación de enlaces covalentes entre las cadenas individuales del polímero . La densidad de reticulación varía según la mezcla de monómeros o prepolímeros y el mecanismo de reticulación.

Las resinas acrílicas, los poliésteres y los ésteres vinílicos con sitios insaturados en los extremos o en la cadena principal generalmente se unen mediante copolimerización con diluyentes de monómeros insaturados , con curado iniciado por radicales libres generados por radiación ionizante o por la descomposición fotolítica o térmica de un iniciador de radicales; la intensidad del entrecruzamiento está influenciada por el grado de insaturación de la cadena principal en el prepolímero; ^{[ 2 ]}

Las resinas epoxi funcionales pueden ser homopolimerizadas con catalizadores aniónicos o catiónicos y calor, o copolimerizadas a través de reacciones de adición nucleofílica con agentes reticulantes 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 está influenciada por la forma física y la funcionalidad de las resinas epoxi y los agentes de curado ^{[ 3 ]} – el postcurado a temperatura elevada induce la reticulación secundaria de la funcionalidad hidroxilo de la cadena principal que se condensa para formar enlaces éter;

Los poliuretanos se forman cuando las resinas de isocianato y los prepolímeros se combinan con polioles de bajo o alto peso molecular, siendo esenciales las proporciones 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 está fuertemente influenciada por los catalizadores e inhibidores; las poliureas se forman prácticamente de forma instantánea cuando las resinas de isocianato se combinan con resinas de poliéter o poliéster funcionales de amina de cadena larga y extensores de diamina de cadena corta; la reacción de adición nucleofílica 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 , amino y furánicas se curan mediante policondensación, proceso que implica la liberación de agua y calor. El inicio del curado y el control exotérmico de la polimerización están influenciados por la temperatura de curado, la selección o carga del catalizador y el método o presión de procesamiento. El grado de prepolimerización y el nivel de contenido residual de hidroximetilo en las resinas determinan la densidad de entrecruzamiento. ^{[ 5 ]}

Las polibenzoxazinas se curan mediante una polimerización exotérmica de apertura de anillo sin liberar ningún producto químico, lo que se traduce en una contracción casi nula durante la polimerización. ^{[ 6 ]}

Las mezclas de polímeros termoendurecibles basadas en monómeros de resina termoendurecible y prepolímeros pueden formularse, aplicarse y procesarse de diversas maneras para crear propiedades curadas distintivas que no se pueden lograr con polímeros termoplásticos o materiales inorgánicos. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

Los plásticos termoestables son generalmente más resistentes 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 debido a que los fuertes enlaces covalentes entre las cadenas poliméricas no se rompen fácilmente. Cuanto mayor sea la densidad de reticulación y el contenido aromático de un polímero termoestable, 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 termoplásticos rígidos y plásticos pueden sufrir deformación permanente o plástica bajo carga. Los elastómeros, que son blandos y elásticos o gomosos, pueden deformarse y recuperar su forma original al liberarse la carga.

Los plásticos termoestables o elastómeros convencionales no se pueden fundir ni remodelar después de su curado. Esto suele impedir su reciclaje para el mismo fin, excepto como material de relleno. ^{[ 10 ]} Los nuevos desarrollos que involucran resinas epoxi termoestables que, mediante calentamiento controlado y contenido, forman redes reticuladas, permiten remodelarlas repetidamente, como el vidrio de sílice mediante reacciones reversibles de intercambio de enlaces covalentes al recalentar por encima de la temperatura de transición vítrea. ^{[ 11 ]} También existen poliuretanos termoestables que han demostrado tener propiedades transitorias y que, por lo tanto, pueden reprocesarse o reciclarse. ^{[ 12 ]}

Cuando se combinan con fibras, las resinas termoendurecibles forman compuestos poliméricos reforzados con fibras , que se utilizan en la fabricación de piezas estructurales compuestas terminadas en fábrica para fabricantes de equipos originales (OEM) o piezas de repuesto, ^{[ 13 ]} y como materiales de reparación y protección compuestos aplicados, curados y acabados en obra ^{[ 14 ] [ 15 ]} . Cuando se utilizan como aglutinante para agregados y otros rellenos sólidos, forman compuestos poliméricos reforzados con partículas, que se utilizan para recubrimientos protectores aplicados en fábrica o para la fabricación de componentes, y para fines de construcción o mantenimiento aplicados y curados en obra .

• Resina epoxi ^{[ 16 ]} utilizada como componente de matriz en muchos plásticos reforzados con fibra , como el plástico reforzado con vidrio y el plástico reforzado con grafito ; fundición; encapsulación de componentes electrónicos; ^{[ 17 ]} construcción; recubrimientos protectores; adhesivos; sellado y unión.
• Las poliimidas y bismaleimidas se utilizan en placas de circuitos impresos y en componentes de la estructura de aeronaves modernas, estructuras compuestas aeroespaciales, como material de recubrimiento y para tuberías reforzadas con fibra de vidrio.
• Ésteres de cianato o policianuratos para aplicaciones electrónicas que requieren propiedades dieléctricas y cumplen con los requisitos de alta temperatura de transición vítrea en componentes compuestos estructurales aeroespaciales.
• Sistemas de fibra de vidrio con resina de poliéster : compuestos de moldeo en láminas y compuestos de moldeo a granel; bobinado de filamentos; laminación por vía húmeda; compuestos de reparación y recubrimientos protectores.
• Poliuretanos : espumas aislantes, colchones, revestimientos, adhesivos, piezas de automóviles, rodillos de impresión, suelas de zapatos, suelos, fibras sintéticas, etc. Los polímeros de poliuretano se forman combinando dos monómeros u oligómeros bifuncionales o de mayor funcionalidad.
• Híbridos de poliurea / poliuretano utilizados para recubrimientos impermeabilizantes resistentes a la abrasión.
• caucho vulcanizado .
• La baquelita es una resina de fenol - formaldehído que se utiliza en aislantes eléctricos y artículos de plástico.
• Duroplast , un material ligero pero resistente, similar a la baquelita, que se utilizaba antiguamente en la fabricación del automóvil Trabant y que actualmente se emplea para objetos domésticos.
• Espuma de urea-formaldehído utilizada en madera contrachapada , tableros de partículas y tableros de fibra de densidad media.
• Resina de melamina utilizada en superficies de encimeras ^{[ 18 ]} y algunos platos, cubiertos y fregaderos de plástico. ^{[ 19 ]}
• El ftalato de dialilo (DAP) se utiliza en conectores eléctricos y otros componentes que cumplen con las especificaciones militares y para altas temperaturas. Generalmente contiene fibra de vidrio.
• Resinas epoxi novolacas utilizadas para placas de circuitos impresos, encapsulado eléctrico, adhesivos y recubrimientos para metales.
• Las benzoxazinas , utilizadas solas o hibridadas con resinas epoxi y fenólicas, se emplean en preimpregnados estructurales, moldeo líquido y adhesivos en película para la construcción, unión y reparación de materiales compuestos.
• Molde o canales de moldeo (la pieza de plástico negro en los circuitos integrados o semiconductores).
• Resinas de furano utilizadas en la fabricación de construcciones biocompuestas sostenibles, ^{[ 20 ]} cementos, adhesivos, recubrimientos y resinas de fundición/moldeo.
• Resinas de silicona utilizadas para compuestos de matriz polimérica termoestable y como precursores de compuestos de matriz cerámica.
• Tiolito , un material laminado fenólico termoestable con propiedades aislantes eléctricas.
• Resinas de éster vinílico utilizadas para laminación por vía húmeda, moldeo y materiales de protección y reparación industrial de fraguado rápido.

Las aplicaciones, los procesos y los métodos de uso de los termoplásticos incluyen recubrimientos protectores , pisos sin juntas , morteros de construcción para juntas e inyección en ingeniería civil , morteros , arenas de fundición, adhesivos , selladores , piezas fundidas , encapsulado , aislamiento eléctrico , encapsulado , espumas sólidas , laminado por vía húmeda , pultrusión , gelcoats , bobinado de filamentos , preimpregnados y moldeo.

Los métodos específicos de moldeo de termoplásticos son:

• Moldeo por inyección reactiva (utilizado para objetos como cajas de botellas de leche)
• Moldeo por extrusión (utilizado para la fabricación de tuberías, hilos de tela y aislamiento para cables eléctricos)
• Moldeo por compresión (utilizado para dar forma a plásticos termoendurecibles SMC y BMC )
• Fundición por centrifugación (utilizada para la producción de señuelos y jigs de pesca , miniaturas para juegos , figuritas , emblemas, así como piezas de producción y repuesto).

• Recubrimiento epoxi de unión por fusión
• matriz de polímero termoestable
• Vulcanización