Elastómeros termoplásticos

Elastómeros termoplásticos

Los elastómeros termoplásticos, también conocidos como cauchos termoplásticos, son una clase de copolímeros o mezcla física de polímeros (generalmente un plástico y un caucho) que dan lugar a materiales con las características termoplásticas y elastoméricas. Mientras que la mayoría de los elastómeros son termoestables, los termoplásticos son, en cambio, relativamente fáciles de utilizar en la fabricación, por ejemplo, en moldeo por inyección. Los elastómeros termoplásticos combinan las ventajas típicas de los cauchos y de los materiales plásticos. La diferencia principal entre los elastómeros termoestables y los elastómeros termoplásticos es el grado de entrecruzamiento en sus estructuras. De hecho, el entrecruzamiento es un factor estructural crítico que contribuye a que el material adquiera altas propiedades elásticas. El entrecruzamiento en polímeros termoestables está formado por enlaces covalentes creados durante el proceso de la vulcanización. Sin embargo, el entrecruzamiento en elastómeros termoplásticos se forman a partir de dipolos débiles o de enlaces por puente de hidrógeno y ocurre solamente en una de las fases del material.

Tipos

Comercialmente se pueden considerar seis tipos de elastómeros termoplásticos: copolímeros de bloque estirénicos, mezclas de poliolefinas, aleaciones elastoméricas, poliuretanos termoplásticos, copoliéster termoplástico y poliamidas termoplásticas. Algunos ejemplos de copolímeros de bloque son Styroflex (BASF), Kraton (productos químicos de Shell), Pellethane, Pebax, Arnitel (DSM), Hytrel (Du Pont),etc. Mientras que hay tres productos comerciales principales de aleaciones elastoméricas: Santoprene (Monsanto), Geolast (Monsanto) y Alcryn (Du Pont).

Un material puede ser clasificado como elastómero termoplástico si cumple las siguientes características:

1) Capacidad de ser estirado con alargamientos moderados y que, al retirar la tensión, el material vuelva a su estado original.

2) Procesable en forma de colada a altas temperaturas.

3) Ausencia de escurrimiento (creep) significativo.

Antecedentes

No fue hasta los años 50 cuando los polímeros termoplásticos de poliuretano aparecieron y los TPE´s se convirtieron, comercialmente, en una realidad. Durante los años 60, fueron desarrollados los copolímeros de bloque de estireno, y en los años 70 una amplia gama de TPE´s aparecieron en escena. El uso mundial de TPEs (680.000 toneladas/año en 1990) está creciendo aproximadamente al 9% por año. Los materiales del estireno-butadieno poseen una microestructura bifásica debido a la incompatibilidad entre el poliestireno y los bloques del polibutadieno, formando el primero esferas o agujas, dependiendo de la composición exacta.

Para contenidos bajos en poliestireno, el material es elastomérico con las características predominantemente del polibutadieno. Estos ofrecen generalmente una gama mucho más amplia de características que los cauchos entrecruzados convencionales porque la composición puede ser variada para adaptarse a las necesidades del cliente. Los copolímeros en bloque son interesantes porque pueden formar nanoestructuras periódicas, como en el caso del estireno-butadieno-estireno. Este polímero se conoce como Kraton y se utiliza para las suelas y pegamentos para zapatos.

Puesto que la mayoría de los polímeros son incompatibles entre sí, la formación de un polímero de bloque dará lugar generalmente a la separación de fases, algo que se tiene en cuenta de forma generalizada desde la introducción de los polímeros de bloque de SBS, especialmente donde una de los bloques es altamente cristalino. Una excepción de la regla de la incompatibilidad es el material conocido como Noryl, donde el óxido de poliestireno y de polifenileno forman una mezcla continua entre ellos. Otros TPE' s tienen dominios cristalinos donde un tipo de bloque co-cristaliza con el otro bloque en cadenas adyacentes, por ejemplo en los cauchos del copoliéster, alcanzando el mismo efecto que en los polímeros de bloque de SBS. Dependiendo de la longitud del bloque, los dominios son generalmente más estables que en los cristalinos debido a que tiene el punto de fusión más alto. Este punto determina las temperaturas de proceso necesarias para obtener el material, así como las temperaturas de servicio últimas del producto. Tales materiales incluyen Hytrel, copolímero de poliéster-poliéter y Pebax, un nilón o copolímero de poliamida-poliéter.

Ventajas

Los TPE´s tienen el potencial de ser reciclables puesto que pueden ser moldeados, extruidos y ser reutilizados como plásticos, pero tienen características elásticas típicas de los cauchos que no son reciclables debido a sus características termoendurecibles. A los TPE´s no es necesario agregarle agentes reforzantes, estabilizadores o aplicarles métodos de curado. Por lo tanto, no hay variaciones en la carga de los lotes y componentes medidores, llevando a la uniformidad mejorada en materias primas y artículos fabricados. Los TPEs se pueden colorear fácilmente por la mayoría de los tipos de tintes. Además de eso, consume menos energía y es posible un control más cercano y más económico de la calidad del producto.

Desventajas

Las desventajas de los TPE´s con respecto al caucho convencional o a los termoestables son coste relativamente alto de materias primas, baja resistencia química y térmica, estabilidad térmica baja y rigidez alta a la compresión. Ademas no se pueden añadir cargas baratas (negro de humo) para bajar los costos, por lo que no se pueden usar para llantas.

Fabricación

Los dos métodos de fabricación más importantes en los TPE´s son extrusión y moldeo por inyección. El moldeado por compresión no suele utilizarse. La fabricación mediante moldeo por inyección es extremadamente rápida y altamente económica. El equipo y los métodos usados normalmente para la extrusión o moldeo por inyección de un termoplástico convencional son generalmente válidos para los TPE´s. Los TPE´s se pueden también procesar por moldeo por soplado, termoformado y por soldadura en caliente.

Aplicaciones

Los TPE's se utilizan cuando los elastómeros convencionales no pueden proporcionar las características físicas que requiere el producto. Así, los TPE' s de copoliéster se utilizan en las guías de las motonieves donde la resistencia al ablandamiento y a la abrasión son factores determinantes. Son también ampliamente utilizados para los catéteres donde los copolímeros de bloque de nylon ofrecen unas características ideales de suavidad para los pacientes. Los copolímeros de bloque de estireno se utilizan en las suelas de los zapatos por su facilidad de procesado, y extensamente como pegamentos. Los TPE´s también son de uso general en cojinetes de suspensión en automóviles debido a su mayor resistencia a la deformación respecto a los cojinetes de goma regulares. Los TPE´s también se están encontrando cada vez más en aplicaciones como revestimientos aislantes en cable eléctricos, sobre todo en Portable Cord. En Cables Coleman, inc. utilizan un producto conocido comercialmente como Seoprene. Carol Cable y AIWC ofrecen los cables aislados con TPE´s similares.