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Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS): Descripción, propiedades y aplicaciones
Descripción
El acrilonitrilo butadieno estireno o ABS es un termoplástico duro, resistente al calor y a los impactos. Es un copolímero obtenido de la polimerización del estireno y acrilonitrilo en la presencia del polibutadieno, resultado de la combinación de los tres monómeros, originando un plástico que se presenta en una gran variedad de grados dependiendo de las proporciones utilizadas de cada uno.
Básicamente, el estireno contribuye a la facilidad de las características del proceso, el acrilonitrilo imparte la resistencia química e incrementa la dureza superficial, y el butadieno contribuye a la fuerza de impacto y dureza total. Las porciones pueden variar del 15-35% de acrilonitrilo, 5-30% de butadieno y 40-60% de estireno.
El resultado es una larga cadena de polibutadieno entrecruzada con cadenas más cortas de poli(estireno-co-acrilonitrilo). Los grupos nitrilo de las cadenas vecinas, siendo polares, atacan cada uno de las bandas de las cadenas juntas haciendo el ABS más fuerte que el poliestireno puro.
El ABS se originó por la necesidad de mejorar algunas propiedades del poliestireno de alto impacto. Su fórmula química es
Para obtenerlo, originalmente se mezclaban emulsiones de dos polímeros, SAN y polibutadieno. La mezcla era coagulada para obtener el ABS.
Como ya se había comentado, se prefiere polimerizar estireno y acrilonitrilo en presencia de polibutadieno. De esa manera, una parte del estireno y del acrilonitrilo se copolimerizan formando SAN y otra porción se injerta sobre las moléculas de polibutadieno.
Propiedades generales
La incorporación del acrilonitrilo, estireno y butadieno, da ciertas características al material, que son listadas a continuación:
Temperatura de uso máximo ( Max Cont Use Temp) : 80-95 °C
Densidad: 1.0-1.05 g/cm 3
Alguna de la resistencia a químicos se enlista a continuación
Ácido diluido: muy bueno
Álcali diluido: muy bueno
Aceites y grasas: muy bueno
Hidrocarburos alifáticos: moderado
Hidrocarburos aromáticos: pobre
Hidrocarburos halogenados: pobre
Alcoholes: pobre (variable)
Aplicaciones
Debido a que las propiedades del ABS son suficientemente buenas para diversas aplicaciones, entre las que se encuentran:
Carcasas de electrodomésticos y de teléfonos
Maletas
Cascos deportivos
Cubiertas internas de las puertas de refrigeradores
Carcasas de computadoras
Fabricación de tubería sanitaria como sustituto del PVC
Por su característica de ser cromable se utiliza ampliamente en la industria automotriz
Se pueden usar en aleaciones con otros plásticos, por ejemplo, el ABS con el PVC nos da un plástico de alta resistencia a la flama que le permite encontrar amplio uso en la construcción de televisores.
Historia
En 1843 Ferdinand Redtenbacher (1809-1895) estudio el óxido de acrinoleína con un óxido de plata acuoso y ácido acrílico isolatado. Posteriormente, Friedrich Beilstein (1838-1883) produjo ácido acrílico mediante la destilación de ácidos hidroacrílicos en 1862. La investigación continuó con los esfuerzos de Edward Frankland (1825-1899), Duppon, Schneider, Richard Erlenmeyer (1825-1909), Engelhorn, Carpary y Tollens y quien compensó los esfuerzos fue el químico francés Charles Maureu (1803-1929) quien descubrió el acrilonitrilo en 1893. Él demostró que era un nitrilo del ácido acrílico.
Durante la Primera Guerra Mundial, el acrilonitrilo fue propuesto a trabajar en la manufactura del caucho sintético. Con la restauración del comercio después de la Guerra, el abastecimiento del caucho natural se incremento y lo hizo un sintético menos ventajoso, algunas compañías comenzaron a investigar otras aplicaciones del acrilonitrilo. La fibra sintética industrial fue una de las primeras opciones investigadas. Los desarrollos en las fibras de acrilonitrilo fueron obstaculizados hasta que los solventes apropiados fueron descubiertos, lo que permitió a las fibras ser formadas por hilado en seco o mojado.
En 1942, DuPont introdujo las fibras de poliacrilonitrilo bajo el nombre de Orlon, iniciando su producción a principios de 1950. El primer uso del copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), fue en la fabricación de equipaje ocurrido en 1948, patentándolo en el mismo año. En 1996, el ABS fue usado por primera vez en el exterior de las superficies de los helicópteros.
La dureza del copolímero de acrilonitrilo estireno lo hizo conveniente para muchos usos, sus limitaciones condujeron a la introducción de un caucho (butadieno) como un tercer monómero y a partir de aquí nació la gama de materiales popularmente designados como plásticos ABS. Estos llegaron estar disponibles a partir de 1950 y la variabilidad de estos copolímeros y la facilidad del proceso ha permitido al ABS llegar a ser el polímero más popular de la ingeniería.
El polioximetileno (POM), también conocido como poliacetal, resina acetálica o poliformaldehído, es un termoplástico semicristalino de alta rigidez, tenacidad, y estabilidad dimensionales. Tiene excelentes características técnicas y es fácil de transformar, por lo que es apreciado por la industria como polímero técnico. Un factor favorable es la capacidad del polioximetileno para el reciclado químico, mediante separación de monómeros, sin pérdida de propiedades físico-químicas y que representa un atributo adicional para las aplicaciones en que se debe tener en cuenta la economía del reciclado.
Proceso de obtención del polioximetileno
Fue obtenido por primera vez por el químico Staudinger, pero debido a su inestabilidad térmica se desechó su fabricación industrial. El hecho de que sus propiedades mecánicas eran incluso superiores a las de las poliamidas, hizo que se trabajara intensamente para solventar este problema de baja resistencia térmica. Así en 1958 aparecieron el homopolímero y copolímero acetático o de acetal.
Los homopolímeros de acetal se forman durante la polimerización del formaldehído. Debido al denso arrecimado de cadenas moleculares alternativas, construídas con grupos oxígeno y metileno, son altamente cristalinos y se encuentran entre los termoplásticos no reforzados más rígidos y resistentes.
Los copolímeros de acetal son resistentes a los álcalis y aún más resistentes al agua caliente. Se produce una ligera reducción en el grado de cristalización respecto al homopolímero, lo que afecta la resistencia mecánica y la dureza.
Los homopolímeros y copolímeros son atacados por ácidos fuertes (ph<4) y agentes oxidantes. Ambos no son solubles en disolventes orgánicos comunes, combustibles o aceites minerales, apenas se hinchan en ellos.
El polioximetileno es un material con una considerable resistencia y capacidad de carga dinámica que se extiende durante un amplio campo de temperaturas. Con una temperatura de transición vítrea de –60°C, conserva su resistencia al impacto hasta –40°C.
Debido a su dureza superficial y bajo coeficiente de fricción (0.3-0.2 estático y 0.25-0.15 dinámico con el acero), los polioximetilenos tienen una extraordinaria resistencia al desgaste y no son propensos a fisuración por tensión. El límite de temperatura bajo carga en aire o agua caliente es de 80-85°C para los homopolímeros y por encima de los 100°C para los copolímeros. Tienen baja permeabilidad a gases y vapores. Los UV y la radiación de alta energía dañan al POM. No son tóxicos y algunos grados son considerados válidos para el contacto con productos alimentarios. Sus buenas propiedades dieléctricas y aislantes son poco afectadas por la temperatura.
Aplicaciones de los polioximetilenos
Los moldeados por inyección de POM han sustituido ampliamente a las piezas metálicas de precisión. Sus aplicaciones en el campo de componentes de baja tolerancia y dimensionalmente estables se encuentran en relojería, tableros, mecanismos de control y conteo, electrónica e ingeniería de precisión.
El elástico copolímero de POM es muy adecuado para cierres snap y clips para fijación de tubos y revestimientos interiores y exteriores de automóvil.
Entre las aplicaciones clásicas en los sectores de mecánica general, automoción, aparatos electrodomésticos y sanitario se incluyen ruedas dentadas y otros componentes de transmisión, niveles de combustible y componentes de carburador, componentes de bomba encontacto con agua caliente o fuel, grifos mezcladores, cabezales de ducha, válvulas y otros accesorios diversos.
Otras aplicaciones comprenden ganchos, tornillos, piezas de cerradura, contenedores para aerosoles, mecanismos de máquinas de fruta y equipos deportivos y de oficina.
Las aleaciones con elastómeros, cuya resistencia al impacto se multiplica por diez y su elevada resistencia a la abrasión, se utilizan para ruedas de cadena sujetas al impacto, carcasas con cierres elásticos, bisagras de película, fijaciones en vehículos y en esquís y cremalleras de trabajo pesado.
Al polipropileno se le conoce con las siglas PP. Es un plástico muy duro y resistente, es opaco y con gran resistencia al calor pues se ablanda a una temperatura más elevada de los 150 ºC). Es muy resistente a los golpes aunque tiene poca densidad y se puede doblar muy fácilmente, resistiendo múltiples doblados por lo que es empleado como material de bisagras. También resiste muy bien los productos corrosivos .
Estructuralmente es un polímero vinílico, similar al polietileno, sólo que uno de los carbonos de la unidad monomérica tiene unido un grupo metilo El polipropileno, pertenece al grupo de los termoplásticos, es una cadena larga de polímero, hecha del monómero de propileno. Después de la exposición del propileno al calor y a la presión con un catalizador activo metalico, el monómero de propileno se combina para formar una cadena larga de polímero, llamada “propileno”, del griego “poly” que significa muchos y “mero” que significa unidades.
La clasificación más importante del polipropileno, se basa en su estructura química:
Atáctico
Isotáctico
Sindiotáctico
El polímero atáctico, es caracterizado por sus características pegajosas, amorfas y bajo peso molecular. Proveen el mismo efecto de un plastificante, reduciendo la cristalinidad del polipropileno. Una cantidad pequeña del polímero atáctico el final del polímero puede ser usado para proporcionar ciertas propiedades mecánicas, como rendimiento a bajas temperaturas, elongación, propiedades de procesabilidad y ópticas. Su formula es:
Desde el punto de vista comercial, el polipropileno isotáctico es el más importante en comparación con el atáctico y el sindiotáctico; el propileno isotáctico es la estructura más stereo-regular del polipropileno. Por esto, es logrado un alto grado de cristalinidad. Como resultado, muchas propiedades mecánicas y de procesabilidad del polipropileno son altamente determinadas por el nivel de isotacticidad y su cristalinidad. Aunque el incremento de la cristalinidad del polipropileno hace al material menos duro que le polietileno. La formula del polipropileno isotáctico es la siguiente:
El polipropileno sindiotáctico ha llegado a ser recientemente una realidad comercial, los radicales metilo, están alternados a lo largo de la cadena de manera ordenada estereoquímicamente, como lo muestra la siguiente figura:
La fórmula del monómero y del polímero es la siguiente;
El polipropileno se obtiene mediante la polimerización del propileno en presencia de catalizadores alquilmetálicos:
El polipropileno se puede obtener a partir del monómero propileno, por polimerización Ziegler-Natta y por polimerización catalizada por metalocenos.
Los diferentes procesos que se le pueden aplicar al polipropileno, son fundamentalmente inyección, extrusión, moldeo por soplado y calandrado. Es apto para el termo conformado y conformado en frió.
A continuación se enlistas las principales propiedades del polipropileno
Propiedades físicas
La densidad del polipropileno, esta comprendida entre 0.90 y 0.93 gr/cm3.Por ser tan baja permite la fabricación de productos ligeros.
Es un material más rígido que la mayoría de los termoplásticos. Una carga de 25.5 kg/cm2, aplicada durante 24 horas no produce deformación apreciable a temperatura ambiente y resiste hasta los 70 grados C.
Posee una gran capacidad de recuperación elástica.
Tiene una excelente compatibilidad con el medio.
Es un material fácil de reciclar
Posee alta resistencia al impacto.
Propiedades mecánicas
Puede utilizarse en calidad de material para elementos deslizantes no lubricados.
Tiene buena resistencia superficial.
Tiene buena resistencia química a la humedad y al calor sin deformarse.
Tiene buena dureza superficial y estabilidad dimensional.
Propiedades eléctricas
La resistencia transversal es superior a 1016 O cm.
Por presentar buena polaridad, su factor de perdidas es bajo.
Tiene muy buena rigidez dieléctrica.
Propiedades químicas
Tiene naturaleza apolar, y por esto posee gran resistencia a agentes químicos.
Presenta poca absorción de agua, por lo tanto no presenta mucha humedad.
Tiene gran resistencia a soluciones de detergentes comerciales..
El polipropileno como los polietilenos tiene una buena resistencia química pero una resistencia débil a los rayos UV (salvo estabilización o protección previa).
Punto de Ebullición de 320 °F (160°C)
Punto de Fusión (más de 160°C)
Dentro de los principales aplicaciones y usos que tiene el polipropileno, se encuentran:
fabricación de sacos
bolsas
envolturas debido al lustre satinado y buena tenacidad.
A nivel automotriz, por su peso reducido, precio, facilidad de conformación
utensilios domésticos
juguetes
cassetes
block de dibujo o escritura
piezas de dispositivos
empaquetados
utensilios de laboratorio
botellas de diferentes tipos.
envolturas de aparatos eléctricos
embalajes
estuches de cintas
fibras
monofilamentos
tubos
casco de barcos
asientos y piezas para el automóvil, por ejemplo, cofres de baterías y parachoques
Historia
El polipropileno es sin duda, uno de los polímeros con mayor opción de futuro. Este hecho se ve justificado con el hábito creciente de sus mercados, aún en los tiempos más agudos de crisis. Dentro de la mayoría de los sectores en los que se encuentran nuevas aplicaciones, dan lugar a un material estructural, considerado uno de los más atractivos por las ventajosas condiciones de competitividad económica, que caracterizan al polipropileno como miembro del grupo de los termoplásticos de gran consumo frente a los ingenieriles, y más frente aquellos de altas prestaciones.
En 1954 el italiano G. Natta, siguiendo los trabajos elaborados por K. Ziegler en Alemania, logró obtener polipropileno de estructura muy regular denominado isotáctico. Su comercialización en Europa y Norteamérica se inicio rápidamente en 1957, en aplicaciones para enseres domésticos.
Los trabajos de Natta y Ziegler que permitieron conseguir polímeros de etileno a partir de las olefinas, abrieron el camino para la obtención de otros polímeros. Este plástico, también con una estructura semicristalina, superaba en propiedades mecánicas al polietileno, su densidad era la más baja de todos los plásticos, y su precio también era muy bajo, pero tenía una gran sensibilidad al frío, y a la luz ultravioleta , lo que le hacía envejecer rápidamente. Por este motivo su uso se vio reducido a unas pocas aplicaciones.
Pero el descubrimiento de nuevos estabilizantes a la luz, y la mayor resistencia al frío conseguida con la polimerización propileno−etileno, y la facilidad del PP a admitir cargas reforzantes, fibra de vidrio, talco, amianto, etc. y el bajo precio de dieron gran auge a la utilización de este material.
La amplia gama de propiedades del polipropileno, lo hace adecuado para una gran variabilidad de aplicaciones en diferentes sectores, y marca la parada ante los materiales del futuro, además de suponer una alternativa, mucho más económica. Debido a esto, el empleo de este material esta creciendo, gracias en gran parte, al desarrollo de nuevos y mejores productos.
Se utiliza para muchas piezas de automóviles, como por ejemplo los parachoques, en carcasas de electrodomésticos y cajas de baterías, y otras máquinas, para rafias y monofilamentos, fabricación de moquetas, cuerdas, sacos tejidos, cintas para embalaje. Debido a que soporta temperaturas cercanas a los 100 ºC, es utilizado para tuberías de fluidos calientes. También se puede encontrar también en envases de medicamentos, de productos químicos, y sobre todo de alimentos que deban esterilizarse o envasarse en caliente, además se utiliza en forma de film ya que tiene una gran transparencia y buenas propiedades mecánicas: mirillas para sobres, cintas autoadhesivas, etc.
Los materiales plásticos hoy en día, representan un inmenso grupo que se distingue casi en su totalidad, por el hecho de ser desarrollados por el hombre, y son consideradas sustancias macromoleculares y en su mayoría orgánicas, además de ser utilizados cada día más, en diferentes y nuevos campos de aplicación
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