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:

Acrilonitrilo:

Butadieno:

Estireno:

Dentro de sus propiedades físicas se encuentran:

Alguna de la resistencia a químicos se enlista a continuación

Aplicaciones

Debido a que las propiedades del ABS son suficientemente buenas para diversas aplicaciones, entre las que se encuentran:

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.

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Fuentes e información complementaria:
http://www.textoscientificos.com/polimeros/copolimeros
http://www.styreneforum.org/glossary_index_es.html#top
http://www.geplastics.com/resins/es/materials/cycolac.html
http://www.monografias.com/trabajos14/polimeros/polimeros.shtml#
Enciclopedia del plástico, 2000, Tomo 1, pág: 104
http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/39/html/sec_16.html
http://www.bpf.co.uk/bpfindustry/plastics_materials_Acrylonitrile_Butadiene_Styrene_ABS.cfm
http://www.polymerprocessing.com/polymers/ABS.html
http://www.rtpcompany.com/info/guide/descriptions/0600.htm
http://composite.about.com/library/glossary/a/bldef-a114.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Acrylonitrile_butadiene_styrene
http://www.bookrags.com/sciences/sciencehistory/acrylic-plastic-woi.html

El estireno como disolvente diluyente para resinas de poliéster no saturado (UP) y viniléster (VE)

El estireno es un líquido incoloro, fuertemente refringente, insoluble en agua, de olor característico que se puede mezclar con la mayoría de los disolventes orgánicos. El producto polimeriza al calentar los disolventes, sin embargo, ya empieza a temperatura normal. Para mejorar la capacidad de almacenamiento, el estireno debe ser estabilizado. Los monómeros reactivos ligan sus puntos de insaturación presentes en las moléculas de poliéster formando puentes entre ellas. Esta copolimerización transforma al poliéster o viniléster líquido en sólido, liberando gran cantidad de calor formando un retículo tridimensional insoluble.

Aplicación del estireno

Además de su campo de aplicación principal para los polimerizados de estireno, se emplea como disolvente diluyente para resinas de poliéster no saturado (UP) y viniléster (VE), en la que se incorpora al secarse la película o las piezas coladas. Además, sirve como componente de reacción en la estirenificación de aceites secantes y resinas alquídicas.

¿Y el estireno residual?

No todas las moléculas de estireno reaccionan con la resina. Estas moléculas de estireno libre conocidas como estireno residual actúan como plastificante afectando su dureza y propiedades mecánicas. Para evitar la contaminación del producto almacenado, el estireno residual del laminado que está en contacto con alimentos o agua potable no debe sobrepasar el 0.1% del peso de la resina. Así, el estireno residual puede ser usado como indicador del grado de cura de la resina.

Cuanto menor es la cantidad del estireno residual, más avanzado es el grado de cura. El estireno residual de laminados mantenidos a temperatura ambiente o moderadamente elevada, decrece lentamente con el tiempo. Un ejemplo típico para resina curada con MEK y cobalto a partir de la polimerización es el siguiente:

A temperatura ambiente el grado de cura se produce lentamente, estabilizándose después de una semana de efectuada la laminación. A temperaturas superiores al punto de transición vítrea, la reducción del estireno residual se produce rápidamente.

La post-cura

La post-cura consiste en someter el laminado a altas temperaturas durante un determinado intervalo de tiempo para aumentar el grado de cura de la resina. La temperatura depende de cada tipo de resina y es ligeramente superior a su máxima temperatura de Transición Vítrea (TGmáx). La post-cura debe realizarse cuando el ambiente es muy agresivo o para impedir que el estireno residual contamine el material almacenado en el equipo. La post-cura debe ser hecha con aire seco. Las siguientes son temperaturas y tiempos típicos para un post-curado ideal:

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