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

Los agentes peptizantes en el proceso del caucho

El caucho es un polímero que surge como una emulsión lechosa (conocida como el látex) en la savia de varias plantas, pero que también puede ser producido sintéticamente. Por sus excelentes propiedades de elasticidad y resistencia ante los ácidos y las sustancias alcalinas, es ampliamente usado en la fabricación de artículos impermeables y aislantes. Es repelente al agua, aislante de la temperatura y de la electricidad. Se disuelve con facilidad ante petrolatos, bencenos y algunos hidrocarburos.

El caucho natural es, a menudo, vulcanizado, un proceso mediante el cual el caucho se calienta y se le añade azufre para mejorar su resistencia y elasticidad.

Este material es flexible, pero con el tiempo se oxida lentamente y comienza a fragilizarse, por lo que debe ser sometido a otros procesos.

La masticación y la peptización son etapas del procesamiento, sobre el molino abierto o en el mezclador interno, en las cuales la viscosidad del caucho se reduce a niveles que facilitan el procesamiento posterior, o aún haciendo factible el procesamiento.

Para incrementar la eficiencia del caucho e incrementar la velocidad del rompimiento molecular evitando la formación de radicales libres, se añaden al inicio del mezclado agentes peptizantes.

Los agentes peptizantes dividen las cadenas poliméricas para abatir la viscosidad y efectuar un mezclado más rápido. Actúan como aceptores de radicales a bajas temperaturas y en ausencia de oxígeno.

Los primeros agente peptizantes utilizados fueron los mercapturos aromáticos. Los complejos de quelatos como fierro, cobalto y manganeso que son muy eficientes para reducir la viscosidad.

Los principales beneficios de los agentes peptizantes, son:

Los ahorros de tiempo y energía cuando se usan agentes peptizantes pueden llegar hasta el 50% en el proceso de mezclado. Debido a la alta efectividad de los agentes peptizantes, las dosis son muy bajas y sus costos individuales casi no afectan, comparado con los ahorros de costos de producción que deben obtenerse.

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Los agentes desmoldantes en el proceso del caucho

Muchos de los aditivos de procesamiento clásicos (homogenizantes, peptizantes, lubricantes y otros), que han sido usados en los primeros años de la formulación de caucho, aún son usados directamente o como materias primas para productos modernos.

Algunos de estos aditivos de procesamiento, son los agentes de separación que se definen como sustancias que reducen la adhesión entre dos superficies en contacto una con la otra.

Generalmente, en la producción de artículos moldeados los compuestos tienden a pegarse a la superficie del molde. Particularmente los vulcanizados son difíciles de desmoldar y en casos extremos se dañan en la extracción. Los productos de descomposición de los compuestos de caucho conducen a la formación, sobre la superficie del molde, de una capa similar a un barniz.

Por otra parte, el granallado con microesferas, método clásico de limpieza de moldes, es un proceso caro, requiere tiempo y al repetirse frecuentemente, destruye moldes de precisión.

Los compuestos que poseen, a altas temperaturas, relativamente baja viscosidad, tienden a pegarse a los moldes pulidos y dan origen a la inclusión o atrapado de aire en la superficie. Esto produce marcas en los vulcanizados. En los comienzos el efecto de venteo necesario fue obtenido a través de polvos. Los agentes de polvo eran talco y mica los que actualmente no pueden ser utilizados por razones ecológicas.

La utilización de agentes desmoldantes puede evitar estos problemas. Éstos proveen un desmolde fácil a los componentes vulcanizados y ayudan a reducir el inicio del ensuciamiento del molde. Las sustancias deben formar un film liso, coherente e inerte. Los mismos deben ser químicamente resistentes, estables térmicamente, poseer baja solubilidad en el compuesto y ser incompatibles con los elastómeros. Además de poseer una vida útil prolongada. Deben de tener un espesor micrométrico y bajo coeficiente de fricción.

Los agentes desmoldantes protegen la superficie del molde de contaminación y facilita un uso prolongado del molde o su vida útil antes que se necesite su limpieza, reduciendo tiempos perdidos y al mismo tiempo bajando costos.

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