miércoles, 31 de octubre de 2012

Reciclado de PVC

Introducción
El PVC es el producto de la polimerización del monómero de cloruro de vinilo a policloruro de vinilo. La resina que resulta de esta polimerización es la más versátil de la familia de los plásticos; pues además de ser termoplástica, a partir de ella se pueden obtener productos rígidos y flexibles. A partir de procesos de polimerización, se obtienen compuestos en forma de polvo o pellet, plastisoles, soluciones y emulsiones.
Además de su gran versatilidad, el PVC es la resina sintética más compleja y difícil de formular y procesar, pues requiere de un número importante de ingredientes y un balance adecuado de éstos para poder transformarlo al producto final deseado.
Obtención de PVC
En 1930 B.F. Goodrich Chemical descubre que el PVC absorbe plastificante y que al procesarse se transforma en un producto flexible. Este descubrimiento hizo posible el desarrollo comercial inicial. Posteriormente con el empleo de estabilizadores más adecuados se hizo posible el desarrollo del mercado del PVC rígido; estos dos importantes desarrollos permitieron que el PVC se convirtiera en el termoplástico más versátil e importante del mercado mundial.
Entre sus principales aplicaciones se encuentran:
- Envases para agua mineral, aceites, jugos, mayonesa, champú.
- Perfiles para marcos de ventanas, puertas.
- Caños para desagües domiciliarios y de redes para agua potable
- Mangueras
- Blíster para medicamentos, pilas, juguetes
- Envolturas para golosinas
- Películas flexibles para envasado (carnes, fiambres, verduras)
- Film cobertura
- Juguetes
- Cuerina y papel vinílico (decoración)
- Catéteres y bolsas para sangre y plasma
- Pisos
- Recubrimientos
- Aislación de cables y componentes eléctricos
- Placas para muebles.

Artículos fabricados en PVC
La distribución de los productos de PVC por sectores, en un país típico, podría ser algo parecido a lo siguiente:

Reciclado de PVC
Desde un punto de vista puramente ecológico los “terrenos para rellenos” son la vía menos deseable como destino final de todos los plásticos y otros materiales porque no es fuente de reutilización de los mismos y a la escasez en muchos países de terrenos apropiados para cumplir esta función. Sin embargo son inevitables para deshechar productos o residuos para los cuales no hay opciones técnicas o económicamente viables para su recuperación, reciclado y reutilización.
El PVC no afecta a la seguridad de los rellenos sanitarios porque permanece inerte y no se descompone. Aún en este medio no genera cloro, ni ácido clorhídrico, como tampoco el monómero cloruro de vinilo.
En algunos sitios se lo emplea como revestimiento de los terrenos para deshechos, en forma de película, para prevenir la penetración de líquidos en las aguas subterráneas.
El PVC es un material reciclable y ya ampliamente reciclado en todo el mundo. Podemos, por tanto, diferenciar de forma clara los residuos generados por la industria transformadora de los residuos generados en las ciudades.
En los primeros lo habitual es reutilizar el material sobrante (scrap), convirtiéndolo en flamante materia prima que será reutilizada en nuevas producciones.
En el segundo caso (zonas urbanas) debe existir una buena organización por parte de las autoridades locales que garanticen la recolección selectiva a partir de estos residuos generados por la población.
En relación con los productos de PVC, tenemos que la presencia de ellos en los residuos urbanos es muy baja justamente porque, en el Mercosur por ejemplo, aproximadamente el 65% del consumo de PVC se destina a productos cuya vida útil supera los 50 años, tales como tubos y conexiones, cables, perfiles, etc., ya que el PVC resiste bien el envejecimiento y la intemperie.

Tipos de reciclado
El PVC es fácilmente reciclable y una vez reciclado tiene una gran variedad de aplicaciones. Si estudiamos la historia del PVC, vemos que su reciclaje es tan antiguo como su fabricación, lo que muestra que esta es viable tecnológica y económicamente.
Gracias a la facilidad de transformación y a su termoplasticidad, el PVC puede ser reciclado de las siguientes formas:
- Reciclaje mecánico: es el sistema más utilizado. Tenemos que considerar dos tipos de PVC, o sea, el procedente del proceso industrial o scrap (realizado desde las materias primas del material) y el procedente de los residuos sólidos urbanos (RSU). En ambos casos los residuos son seleccionados, molidos, readitivados de ser necesario, y transformados en nuevos productos. Lo que diferencia los dos tipos son las etapas necesarias hasta la obtención del producto reciclado como, por ejemplo, la necesidad de limpieza de los residuos que provienen del pos-consumo antes de su transformación.
El PVC recuperado y reciclado es empleado en la fabricación de innumerables productos, como tubos diversos, perfiles, mangueras, laminados, artículos de inyección, como cuerpos huecos, cepillos, escobas, revestimientos de paredes, suelas de calzados, artículos para la industria automotriz, etc.
- Reciclaje químico: Los residuos son sometidos a procesos químicos, bajo temperatura y presión para descomponerlos en productos más elementales como aceites y gases. Actualmente este proceso es aplicado sólo en países desarrollados, tales como Alemania y Japón.
- Reciclaje energético: Consiste en la incineración controlada de los residuos, bajo condiciones técnicamente avanzadas, para la recuperación de la energía contenida en el material. Esta tecnología es aplicada en toda Europa, EE.UU. y Asia, pero poco utilizada en América del Sur.
- Reciclaje por disolventes: alternativamente a estas formas de reciclaje, existe también la tecnología de disolución química del PVC a través de solventes (Vinyloop). Esta tecnología fue desarrollada por Solvay. Este es un proceso que demanda alta inversión y gran control de la unidad productiva.
Foto de planta de reciclado de PVC Vinyloop (Kobelco)
Proceso de reciclaje de PVC Vinyloop
Hoy en día, este proceso ha dado un paso más, es el único método actual de reciclaje que permite regenerar el PVC contenido en estructuras compuestas hasta ahora imposibles de recuperar mediante métodos tradicionales. Permite aislar el compuesto de PVC de los otros materiales como fibras de poliéster, tejidos naturales, metales, caucho, poli olefinas y muchos otros.
Esquema del proceso Vinyloop
El proceso se basa en una disolución del compuesto a reciclar con disolvente, seguido de un filtrado para separar el PVC de otros materiales y la eliminación del disolvente mediante el evaporado por ebullición. Otros pasos adicionales permiten añadir, a los materiales a reciclar, compuestos blancos o de colores así como de propiedades ignífugas.
Una característica interesante del PVC de la que el proceso Vinyloop se beneficia es su completa y rápida solubilidad en determinados disolventes. Este disolvente se recicla y el proceso, que funciona en circuito cerrado, no produce efluentes. La resina regenerada del PVC (según anuncia el fabricante) es de una calidad comparable a la del producto de origen. Además, presenta propiedades granulométricas que mejoran la productividad de las máquinas de transformación. La originalidad del proceso reside en el control y la eficacia de las soluciones tecnológicas propuestas, particularmente la precipitación selectiva del PVC tecnológicas propuestas, particularmente la precipitación selectiva del PVC.
En la actualidad los materiales reciclados son residuos de cables, marcos y persianas, films agrícolas, además de las lonas recubiertas de PVC. En el futuro se espera poder reciclar papeles pintados, revestimientos de suelo, membranas aislantes, blísteres, etc.

El plástico recuperado se puede volver a recuperar para su extrusionado (muebles de jardín, varilla de PVC para macarrón, perfilería de ventanas), calandrado (films para contenedores de líquido y embalaje) o inyectado (carcasas para teléfonos móviles, juguetes, etc.)

Texyloop
La empresa Ferrari puso en marcha en 2004 un sistema de recogida y reciclado de lonas de PVC que, desde entonces, permite volver a utilizar las fibras del material una vez los productos acabados de donde proceden han llegado al final de su vida útil. Este proceso, llamado Texyloop, incluía tres pasos importantes: la recogida de las lonas, su clasificación y preparado y finalmente su tratado en la planta de reciclaje. El proceso de reciclaje, basado en el proceso Vinyloop convertía tejidos revestidos de PVC en fibras, manteniendo muchos de sus aditivos, en un compuesto que se puede usar para la producción de productos de alta calidad.
Etapas del proceso


La aplicación principal de las fibras producidas se destina a los tejidos “no tejidos” por su alta tenacidad. El contenido medio de compuesto de PVC en el residuo debe ser de al menos 70%.
A este procedimiento se le han añadido dos pasos importantes que lo diferencian del proceso inicial, en primer lugar un centrifugado que ayuda a refinar el PVC contenido en la mezcla y en segundo lugar la inclusión de un reactor que permite separar el hilo de cobre u otras sustancias no deseadas en la mezcla a recuperar.
Esquema del proceso Texyloop
Separación de plásticos residuales mediante solventes
El proceso de disolución es un proceso lento, que ocurre en dos etapas. Primero las moléculas del solvente se difunden lentamente en el polímero para producir un gel hinchado. Esto puede ser todo lo que ocurre si por ejemplo las fuerzas intermoleculares polímero-polímero son altas debido a enlaces cruzados, cristalinidad o fuertes puentes de hidrógeno. Pero si estas fuerzas pueden vencerse por la introducción de fuertes interacciones polímero-solvente puede ocurrir la segunda etapa de la disolución. Aquí el gel se desintegra gradualmente en una solución verdadera. Solo esta etapa puede acelerarse materialmente por agitación. Aun así el proceso de disolución puede ser bastante lento para materiales de alto peso molecular.
Las relaciones de solubilidad en sistemas de polímeros son más complejas que aquellas entre compuestos de bajo peso molecular por las diferencias en tamaño entre las moléculas de polímero y las del solvente, la viscosidad del sistema, y los efectos de la textura y peso molecular del polímero. A su vez la presencia o ausencia de solubilidad al variar las condiciones como naturaleza del solvente o temperatura pueden brindar mucha información sobre el polímero.

Solubilidad del polímero
Un producto químico puede ser un solvente para otro material si las moléculas de los dos materiales son compatibles, es decir pueden coexistir en escala molecular y sin haber tendencia a separarse. Esta afirmación no indica la velocidad a la cual la solución puede formarse ya que esta depende de consideraciones adicionales tales como el tamaño molecular, la capacidad del solvente y de la temperatura. Las moléculas de dos especies diferentes serán capaces de coexistir si la fuerza de atracción entre moléculas diferentes no es menor que la fuerza de atracción de dos moléculas similares de cada una de las especies.
El PVC es soluble en ciclohexanona y tetrahidrofurano.

Fraccionamiento por adición de precipitante. La precipitación fraccionada se lleva a cabo agregando el precipitante a una solución diluida del polímero hasta que se desarrolle una leve turbidez a la temperatura de fraccionamiento. Para asegurar el establecimiento de un equilibrio la mezcla debe calentarse hasta que quede homogénea y se deja enfriar lentamente hasta la temperatura requerida que debe entonces mantenerse cuidadosamente. La fase precipitada se deja decantar a una capa coherente y la fase sobrenadante se retira. Se hace otro agregado de precipitante y se repite el procedimiento. El polímero se aísla de la fase precipitada que puede aún estar relativamente diluida (tal vez 10% de polímero).
El refraccionamiento se usa frecuentemente para lograr una mejor separación. Un procedimiento eficiente es restringir los experimentos iniciales a soluciones muy diluidas o refinar cada fracción inicial por una sola reprecipitación a una mayor dilución, regresando el polímero no precipitado a la solución principal antes de retirar la siguiente fracción.
El solvente y el precipitante deben escogerse de manera que la precipitación ocurra en un rango relativamente amplio de composiciones de solvente pero sea completa antes de que se alcance una proporción muy grande de precipitante. Otras consideraciones importantes son la estabilidad y volatilidad de los líquidos y su capacidad de formar una fase móvil.



Fuentes:
http://www.solvayplastics.com
http://omicron-iniciativasempresariales.es
http://www.interempresas.net
http://www.aapvc.org.ar
http://www.aliplast.org
Separation of Waste Plastics, Journal of Chemical - RAYMOND B. SEYMOUR

martes, 23 de octubre de 2012

Polihidroxialcanoatos (PHA)

Introducción
Los polihidroxialcanoatos o PHA son poliésteres lineales producidos en la naturaleza por las bacterias por fermentación del azúcar o de los lípidos. Son producidos por las bacterias para almacenar carbono y energía. Más de 150 diferentes monómeros se pueden combinar dentro de esta familia para dar materiales con propiedades extremadamente diferentes. Estos plásticos son biodegradables y se utilizan en la producción de bioplásticos.
Pueden ser materiales termoplásticos o elastoméricos, con puntos de fusión de entre 40 y 180°C.
La mecánica y biocompatibilidad de los PHA también puede cambiarse mediante la mezcla, la modificación de la superficie o la combinación de PHA con otros polímeros, enzimas y materiales inorgánicos, haciendo posible una gama más amplia de aplicaciones.

Biosíntesis
Para producir PHA, un cultivo de un microorganismo tal como Alcaligenes eutrophus se coloca en un medio adecuado y se alimenta por nutrientes adecuados de manera que se multiplica rápidamente. Una vez que la población ha alcanzado un nivel sustancial, la composición de nutrientes se cambia para forzar el microorganismo a sintetizar PHA. El rendimiento de PHA obtenido a partir de las inclusiones intracelulares puede ser tan alto como 80% del peso seco del organismo.
La biosíntesis de PHA es generalmente causada por cierta deficiencia en las condiciones (por ejemplo, la falta de macro elementos como el fósforo, nitrógeno o la falta de oxígeno) y el exceso de fuentes de carbono.
Ejemplo de PHA (Polihidroxibutirato)
Los poliésteres se depositan en forma de gránulos altamente refractivos en las células. Dependiendo del microorganismo y las condiciones de cultivo, se generan homo o copoliésteres con diferentes ácidos hidroxialcánicos. Los gránulos de PHA se recupera entonces mediante la disrupción de las células.
Acumulación de gránulos de PHA en shaeroides Rhodobacter
La forma más simple y más comúnmente se producen de PHA es la producción fermentativa de poli-beta-hidroxibutirato (poli-3-hidroxibutirato, P3HB), que consta de 1000 a 30000 monómeros de ácidos grasos hidroxi.


En la siguiente tabla se muestran algunas de las bacterias productoras de PHA más importantes
Bacterias que acumulan PHA
Bacteria
% de peso seco
Ralstonia eutropha
96
Rhodobacter
80
Azospirillum
75
Azobacter
73
Methylocystis
70
Leptothrix
67
Pseudomonas
67
Baggiatoa
57
Rhizobium
57
Fuente: www.biopolymer.net

Trozos de PHB extraído de cultivos bacterianos.

Como se ha dicho, los PHA son polímeros lineales de hidroxiácidos, y se obtienen a partir de microorganismos que los acumulan como sustancias de reserva. Debido a que a veces estos microorganismos son difíciles de cultivar, resulta muy interesante la posibilidad de usar bacterias de laboratorio, mejor caracterizadas, a las que se les ha incorporado por ingeniería genética los genes necesarios para la síntesis de PHA.
De la misma manera, estos genes podrían introducirse en plantas y así abaratar los costos de producción. El PHA más conocido es el polihidroxibutirato (PHB), y el más usado en el envasado de alimentos. Además de la biodegradabilidad, los PHA presentan propiedades termoplásticas y una buena capacidad de barrera a la humedad, asemejándose en parte al polipropileno en sus propiedades mecánicas. Sin embargo, es más quebradizo, lo que limita, además de los altos costos de producción, su aplicación masiva en el embalaje de alimentos. 

Producción industrial
En la producción industrial de PHA, el poliéster se extrae y purifica a partir de las bacterias mediante la optimización de las condiciones de fermentación microbiana de azúcar o glucosa.
La compañía química británica Imperial Chemical Industries (ICI), ha desarrollado, en la década de 1980, un copoliéster producido a partir de 3-hidroxibutirato y 3-hidroxivalerianacido. Este se vende bajo el nombre de "Biopol". Fue distribuido en los EE.UU. por la compañía Monsanto y Metabolix.
Como materia prima para la fermentación, los carbohidratos tales como glucosa y sacarosa pueden ser utilizados, pero también aceite vegetal o glicerina de la producción de biodiesel.
Los PHA se procesan principalmente a través de moldeo por inyección, extrusión (incluyendo película soplada).

Algunos productores de PHA incluyen:
Minerv, Italia
Metabolix, EE.UU.
Tepha, EE.UU.
Greenbio, Tianjin, China
PHB Industrial SA, o Biocycle, Brasil
Tianan Biologic Material Co, Ltd Ningbo, China
Biomer
Bio-on, Italia

Propiedades
Los polímeros PHA son termoplásticos, pueden ser procesados en equipos de procesamiento convencional, y son, dependiendo de su composición, dúctiles y más o menos elásticos. Se diferencian en sus propiedades de acuerdo a su composición química (homo o copoliéster, contenido de hidroxi ácidos grasos).
Son estables a la luz UV, en contraste con otros bioplásticos a partir de polímeros tales como ácido poliláctico, con temperaturas de uso de hasta 180°C y muestran una baja permeabilidad del agua.
La cristalinidad puede estar en el rango de unos pocos a 70%.
La procesabilidad, resistencia al impacto y flexibilidad mejora con un mayor porcentaje de valerato en el material.
El PHB es similar en sus propiedades al polipropileno (PP), tiene buenas propiedades de barrera contra la humedad y aroma.
El ácido polihidroxibutírico sintetizado a partir de PHB puro es relativamente frágil y rígido. Los copolímeros de PHB, que pueden incluir otros ácidos grasos tales como ácido beta-hidroxivaleriato, pueden ser elásticos.
El homopolímero PHB es un polímero de alta cristalinidad rígido y bastante quebradizo cuyas propiedades mecánicas no difieren de las del poliestireno, aunque es más sólido y resistente a las temperaturas. Las áreas de predilección para la aplicación del homopolímero se encuentran en los campos de la medicina/biología.
Tabla de propiedades típicas del PHB
Propiedades Eléctricas
Constante Dieléctrica @1MHz
3,0
Resistividad de Volumen ( Ohm.cm )
1016
Propiedades Físicas
Densidad ( g.cm-3 )
1,25
Resistencia a los Ultra-violetas
Aceptable
Propiedades Mecánicas
Módulo de Tracción ( GPa )
3,5
Resistencia a la Tracción ( MPa )
40
Resistencia al Impacto Izod ( J.m-1 )
35-60
Propiedades Térmicas
Temperatura Máxima de Utilización (°C)
95
Resistencia Química
Ácidos - diluidos
Aceptable
Álcalis
Mala
Alcoholes
Aceptable
Grasas y Aceites
Buena
Fuente: www.goodfellow.com

Degradación de los PHA
Existen diversas rutas para la degradación de polímeros degradables:
Degradación térmica: por efecto de la temperatura
Degradación hidrolítica: debido al contacto con el agua
Fotodegradación: mediante la luz solar
Biodegradación: efectuada por los microorganismos.
Botella de biopolímero durante el compostaje
Cuanto más bajo sea el peso molecular de un polímero la degradación será más rápida y que, para los polímeros con mayor peso molecular, la combinación de grupos funcionales fotosensibles e hidrolizables hace más efectiva la degradación medioambiental.
PHB y los copolímeros relacionados se degradan fácilmente en el suelo, lodos y agua del mar. Por ejemplo, en el suelo a 30ºC, las películas de copolímero poli (3HB-co-4HB) y del homopolímero PHB se descomponen en dos y diez semanas, respectivamente.
Ciclo del PHA y del PLA
El PHA se degrada por dos vías principales, una intracelular y otra extracelular, mediante PHA hidrolasas y PHA depolimerasas. Sin embargo, el tiempo de degradación de una pieza de PHA va de unos meses hasta años dependiendo de la composición del plástico y de las condiciones del medio.
La degradación de PHB produce ácido D-3-idroxubutídico, metabolito normalmente presente en la sangre. La biodegradación de PHB es un aspecto importante de su utilidad como plástico para productos disponibles en artículos de consumo, así como para utilizaciones especializadas tales como en cubiertas vegetales agrícolas o implantes sanitarios.
Aplicaciones
Un copolímero PHA llamado PHBV (poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato)) es menos rígido y más resistente que el PHB, y puede ser utilizado como material de envasado.
Hay aplicaciones potenciales para los PHA producidos por microorganismos dentro de las industrias médica y farmacéutica, principalmente debido a su biodegradabilidad. Aplicaciones de fijación y ortopédicos incluyen sutura quirúrgica, elementos de sujeción de sutura, tornillos y placas de hueso, parches cardiovasculares, pasadores ortopédicos, dispositivos de reparación de los tendones, ligamentos y tendones, injertos oculares, sustitutos de la piel, sustitutos de injerto óseo, clavijas de hueso, apósitos para heridas, etc.

Envases PLA y PHB

Bolsa de supermercado

Lámpara Miss Sissi, diseñada en 1991 por Philippe Starck, es el primer objeto de diseño y producto de consumo hecho del nuevo material PHA (empresa italiana de iluminación FLOS)



Fuentes:
http://www.epobio.net
http://tissue.medicalengineer.co.uk
https://course.ku.ac.th
http://cisan.org.ar
http://quenergia.com
http://fundacion-enlaces.org


jueves, 11 de octubre de 2012

Elastano (spandex)

Introducción
El spandex o elastano (en inglés elastane) es una fibra sintética conocida por su excepcional elasticidad. Es fuerte, pero menos duradero que su principal competidor no sintético, el látex natural. Se trata de un copolímero uretano-urea que fue inventado en 1959 por los químicos C.L. Sandquist y Joseph Shivers en Benger Laboratory de DuPont en Waynesboro, Virginia. Cuando se introdujo por primera vez, significó una revolución en muchos ámbitos de la industria textil.
El nombre de "spandex" es un anagrama del vocablo inglés "expands" (expandir). Es el nombre preferido en América del Norte; en Europa continental se denomina por variantes de "elastane", por ejemplo: Elasthanne (Francia), elastan (Alemania), elastano (España y Portugual), elastam (Italia) y Elasthaan (Holanda), y es conocido en el Reino Unido e Irlanda principalmente como Lycra. Los nombres del spandex incluida Lycra (hecho por la filial Koch Invista, previamente una parte de DuPont), Elaspan (también Invista), Acepora (Taekwang), Creora (Hyosung), ROICA y Dorlastan (Asahi Kasei), Linel (Fillattice), y ESPA (Toyobo).
Ropa y prendas de vestir confeccionadas con spandex y otras fibras

Historia
El desarrollo del spandex se inició durante la Segunda Guerra Mundial. En este tiempo, los químicos asumieron el reto de desarrollar sustitutos sintéticos para el caucho. Dos factores principales motivaron la investigación. En primer lugar, el esfuerzo de la guerra requería la mayor parte de la goma disponible para la construcción de equipos. En segundo lugar, el precio del caucho era inestable y había fluctuado frecuentemente. El desarrollo de una alternativa a la goma podría resolver ambos problemas.
Al principio, su objetivo era desarrollar una hebra durable elástica a base de polímeros sintéticos. En 1940, los primeros elastómeros de poliuretano fueron producidos. Estos polímeros producidos eran elásticos, los cuales eran una alternativa adecuada a la goma. Aproximadamente al mismo tiempo, los científicos de Du Pont produjeron los primeros polímeros de nylon. Estos tempranos polímeros de nylon eran duros y rígidos, por lo que los esfuerzos habían comenzado por hacerlos más elástica. Cuando los científicos descubrieron que otros poliuretanos podría convertirse en hilos finos, se decidió que estos materiales podían ser útiles en la fabricación de medias de nylon estirables o utilizarlos en la fabricación de prendas de vestir de peso ligero.
Las primeras fibras spandex se produjeron a nivel experimental por uno de los pioneros de la química de polímeros, Farbenfabriken Bayer, obteniendo una patente alemana para su síntesis en 1952. El desarrollo final de las fibras se trabajó de forma independiente por los científicos de Du Pont y de Rubber Company EE.UU. Du Pont usó el nombre de Lycra y comenzó la fabricación a gran escala en 1962. Es actualmente el líder mundial en la producción de fibras spandex.

Síntesis y estructura química
Una gran variedad de materias primas se utilizan para producir fibras spandex. Esto incluye prepolímeros que producen la columna vertebral de la fibra, estabilizantes que protegen la integridad del polímero, y colorantes.
Dos tipos de prepolímeros se hacen reaccionar para producir el polímero de la fibra spandex. Uno de ellos es un macroglicol flexible, mientras que el otro es un diisocianato rígido. El macro-glicol puede ser un poliéster, poliéter, policarbonato, policaprolactona o alguna combinación de estos. Estos son polímeros de cadena larga, que tienen grupos hidroxilo (-OH) en ambos extremos. La característica importante de estas moléculas es que son largas y flexibles. Esta parte de la fibra de spandex es responsable de su característica de estiramiento. El otro prepolímero que se utilice para producir spandex es un diisocianato polimérico. Este es un polímero de cadena más corta, que tiene un grupo isocianato (-NCO) en ambos extremos. La característica principal de esta molécula es su rigidez. En la fibra, esta molécula proporciona fuerza.
La estructura química del spandex es aproximadamente la siguiente:
Estructura química del spandex

Tiene enlaces urea y uretano en su cadena. Lo que le confiere al spandex sus características especiales, es el hecho de que en su estructura tiene bloques rígidos y flexibles. La cadena polimérica corta de un poliglicol, de generalmente cerca de cuarenta unidades de longitud, es flexible y parecida al caucho. El resto de la unidad de repetición, es decir el estiramiento con los enlaces uretano, los enlaces urea y los grupos aromáticos, es extremadamente rígido. Esta sección es tan fuerte que las secciones rígidas de diversas cadenas se agrupan y se alinean para formar fibras. Los dominios fibrosos formados por los bloques rígidos están unidos entre sí por las secciones flexibles parecidas al caucho. El resultado es una fibra que actúa como elastómero. Esto permite que logremos una tela capaz se estirarse, ideal para la ropa de gimnasia y similares.
Cuando los dos tipos de prepolímeros se mezclan entre sí, interactúan para formar las fibras de spandex. En esta reacción, los grupos hidroxilo (-OH) en los macroglicoles reaccionan con los isocianatos. Cada molécula se añade al final de otra molécula, y se forma un polímero de cadena larga. Esto se conoce como una polimerización por crecimiento en etapas o de adición. Para iniciar esta reacción, debe ser utilizado un catalizador tal como diazobiciclo(2.2.2)octano. Otras aminas de bajo peso molecular se añaden para controlar el peso molecular de las fibras.

Aditivos
Las fibras de spandex son vulnerables al daño de una variedad de fuentes, incluyendo calor, la luz, contaminantes atmosféricos y cloro. Por esta razón, se añaden estabilizantes para proteger las fibras. Los antioxidantes son un tipo de estabilizador.
Varios antioxidantes se añaden a las fibras, incluyendo fenoles impedidos monoméricos y poliméricos. Para proteger contra la degradación por luz, se añaden protectores contra los rayos ultravioleta (UV) tales como hidroxibenzotriazoles. Los compuestos que inhiben la decoloración de la fibra causada por los contaminantes atmosféricos son otro tipo de estabilizador añadido. Estos son típicamente compuestos con funcionalidad de amina terciaria, que pueden interactuar con los óxidos de nitrógeno en la contaminación del aire. Como el spandex se utiliza a menudo para trajes de baño, deben ser agregados aditivos fungicidas. Todos los estabilizadores que se añaden a las fibras de spandex están diseñados para ser resistentes a la exposición a disolventes ya que esto podría tener un efecto perjudicial sobre la fibra.
Las fibras de spandex son de color blanco. Por lo tanto, los colorantes se añaden para mejorar su apariencia estética. Típicamente se utilizan dispersantes y colorantes ácidos. Si las fibras de spandex se entretejen con otras fibras, tales como nylon o poliéster, métodos especiales de hilatura son necesarios.

Producción de fibras
Las fibras de spandex son producidos en cuatro formas diferentes: extrusión en estado fundido, hilado por reacción, hilatura en seco e hilado en húmedo. Todos estos métodos incluyen la etapa inicial de la reacción de monómeros para producir un prepolímero. Una vez que el prepolímero se forma, se hace reaccionar adicionalmente de diversas maneras y prolongado para hacer las fibras. El método de hilado seco se usa para producir más del 90% de fibras de spandex del mundo.
Proceso de hilatura en seco
Hilatura en seco
Paso 1: El primer paso es producir el prepolímero. Esto se hace mediante la mezcla de una macro glicol con un monómero diisocianato. Los dos compuestos se mezclan en un recipiente de reacción para producir un prepolímero. Una proporción típica de glicol - diisocianato es de 1:2.

Paso 2: El prepolímero se hace reaccionar adicionalmente con una cantidad igual de diamina. Esta reacción se conoce como reacción de extensión de cadena. La solución resultante se diluye con un disolvente para producir la solución de hilado. El disolvente ayuda a hacer la solución más delgada y una manipulación más fácil, y entonces puede ser bombeado a la célula de producción de fibra.

Paso 3: La solución de hilado se bombea en una célula cilíndrica hilatura donde se cura y se convierten en fibras. En esta celda, la solución de polímero se fuerza a través de una placa de metal llamada hilera o spinneret. Esto hace que la solución se alinee en hebras de polímero líquido. Como los hilos pasan a través de la célula, se calientan en presencia de un gas nitrógeno y disolvente. Este proceso hace que el polímero líquido reaccionar químicamente y formar hebras sólidas.

Paso 4: Cuando las fibras salen de la célula, una cantidad de hebras sólidas se agrupan para producir el espesor deseado. Cada fibra de spandex se compone de muchas pequeñas fibras individuales que se adhieren el uno al otro debido a la pegajosidad natural de su superficie.

Paso 5: Las fibras resultantes se tratan después con un agente de acabado que puede ser estearato de magnesio o de otro polímero poli(dimetil-siloxano). Este tratamiento evita la fusión de las fibras entre sí y ayuda en la fabricación de textiles. Las fibras son entonces transferidas a través de una serie de rodillos sobre un carrete. La velocidad de bobinado de todo el proceso puede estar alrededor de 300 a 500 millas (482,7 hasta 804,5 km) por minuto en función del espesor de las fibras.

Paso 6: Cuando los carretes están llenos de fibra, se colocan en el embalaje final y es enviado a los fabricantes de textiles. Aquí, las fibras pueden ser tejidas con otras fibras tales como algodón o nylon para producir la tela que se utiliza en la fabricación de ropa. Esta tela también puede ser teñida para producir el color deseado.
Carrete de spandex
Principales usos
El spandex se utiliza para la confección de ropa y prendas de vestir donde la elasticidad es deseable, generalmente para comodidad y ajuste, tales como: ropa deportiva, cinturones, cintas de sujetador, traje de baño competitivo, pantalones cortos de ciclista, cinturones de baile usado por los bailarines masculinos y otros, guantes, calcetería, polainas, artículos ortopédicos, pantalones de esquí, jeans ajustados, pantalones, minifaldas, ropa interior, prendas de compresión tales como corsetería y trajes de captura de movimiento, prendas con formas tales como copas del sujetador entre tantos otros usos.
Para la ropa, el spandex generalmente se mezcla con algodón o poliéster, y representa un pequeño porcentaje de la tela final, por lo tanto, el tejido final conserva la mayor parte de la apariencia de las otras fibras. Es de poco uso en ropa de hombre, pero frecuente en el de las mujeres. Se estima que un 80% de la ropa que se vende en los Estados Unidos contenía spandex en 2010.

Short (95% Algodón y 5% elastano)

Remera surf (88% poliamida y 12% elastano)

Media de compresión (20% Elastano y 80% Poliamida)

Soporte para talón (Algodón 76%, Elastano 15%, Poliamida 9%)




Fuentes:
http://www.madehow.com
Encyclopedia of Textiles. Jerde, Judith.
High Technology Fibers. Lewin, M. and J. Preston
http://www.freepatentsonline.com
http://pslc.ws
http://indumentariaymoda.com
http://www.quirutex.com
http://www.ortopediamedicenter.com.ar
http://adventureuniverse.wordpress.com
http://www.rubberimpex.com
http://www.mundoabuelo.com


martes, 2 de octubre de 2012

Inyección de caucho de silicona líquida

Introducción
El moldeo por inyección de caucho de silicona líquida (LSR: Liquid silicone rubber) es un proceso para producir altos volúmenes de piezas flexibles.
El caucho de silicona líquida es una silicona elastoméricas termofija de curado a baja compresión con catalizador a base de platino, gran estabilidad y capacidad de resistir temperaturas extremas de calor y frío idealmente adecuado para la producción de piezas, donde la alta calidad es una necesidad. Debido a la naturaleza termoendurecible del material, el moldeo por inyección de silicona líquida requiere un tratamiento especial, tal como mezclado intensivo distributivo, manteniendo al mismo tiempo el material a una temperatura baja antes de que se introduzca en la cavidad calentada y vulcanice (curado).
Químicamente, el caucho de silicona es una familia de los elastómeros termoestables que tienen una columna vertebral alternada de átomos oxígeno y de silicio y grupos metilo o vinilo secundarios. Los cauchos de silicona constituyen aproximadamente el 30% de la familia de las siliconas, por lo que es el grupo más grande de esa familia. Los cauchos de silicona mantienen sus propiedades mecánicas en un amplio intervalo de temperaturas y la presencia de grupos metilos en los cauchos de silicona hace a estos materiales extremadamente hidrófobos.
Inyectora horizontal

Inyectora vertical


Equipo
Típicamente, una máquina de moldeo requiere un dispositivo de bombeo en combinación con una unidad de inyección y de un mezclador dinámico o estático. Un sistema integrado puede ayudar en la precisión y la eficiencia del proceso. 
Partes de una inyectora de LRS
Los componentes críticos de una máquina de moldeo por inyección líquida incluyen:
Tambores de suministro
También llamados émbolos, sirven como contenedores primarios para la mezcla de materiales. Tanto los tambores de suministro y un contenedor de pigmento se conectan al sistema de bombeo principal. 
Tambores de caucho de silicona líquida (componente A y B)
Unidades de dosificación
Unidades de bomba dosificadora de las dos materias primas líquidas, el catalizador y la base forman la silicona, asegurando que los dos materiales mantengan una relación constante mientras está siendo lanzado simultáneamente.
Dosificador

Mezcladores
Un mezclador estático o dinámico combina materiales después de que salga de las unidades de medición. Una vez combinados, la presión se utiliza para conducir la mezcla a un molde.
Mezcladores estáticos
Unidad de inyección
Un dispositivo de inyección es responsable de presurizar el líquido de silicona para ayudar a la inyección del material en la sección de bombeo de la máquina. La presión y la velocidad de inyección se pueden ajustar a discreción del operador.
Unidad de inyección
Boquilla
Para facilitar la deposición de la mezcla en el molde, se utiliza una boquilla. A menudo, la boquilla incluye un sistema automático de cierre de la válvula para ayudar a impedir las fugas y el llenado excesivo del molde. 
Placa de colada fría de 16 bocas

Molde
El molde a fin de que tenga lugar el curado de la silicona se encuentra calefaccionado. Los moldes pueden tener un sistema de colada fría, análogo a los sistemas de colada caliente de los termoplásticos.
Molde de cuatro cavidades (budineras)

Molde de una cavidad con correderas (máscara)
Prensa
Una prensa fija el molde durante el proceso de moldeo por inyección, y abre el molde luego del curado. 
Prensa
Proceso
Los cauchos de silicona líquida se suministran en barriles. Debido a su baja viscosidad, estos cauchos pueden ser bombeados a través de tuberías y tubos al equipo de vulcanización. Los dos componentes se bombean a través de un mezclador estático por una bomba dosificadora. Uno de los componentes contiene el catalizador, típicamente a base de platino. 
Reacción de curado de la silicona
Una pasta colorante, así como otros aditivos también puede ser añadida antes de que el material entre en la sección del mezclador estático. En el mezclador estático los componentes son bien mezclados y se transfieren a la sección de medición enfriada de la máquina de moldeo por inyección. El mezclador estático genera un material muy homogéneo que da por resultado productos que no sólo son muy consistentes a lo largo de la pieza, sino también de pieza a pieza. Esto está en contraste con los materiales sólidos de caucho de silicona que se compran pre-mezclado y parcialmente vulcanizado. En contraste, los cauchos duros de silicona son procesados ​​por moldeo por transferencia y el resultado es menos consistencia y control del material, lo que conduce a una alta variabilidad de la pieza. Además, los materiales sólidos de caucho de silicona se procesan a temperaturas más altas y requieren mayores tiempos de vulcanización.
Desde la sección de medición de la máquina de moldeo por inyección, el compuesto es empujado a través del bebedero y los sistemas de colada refrigerados hasta una cavidad calentada donde la vulcanización se lleva a cabo. La colada frío y la refrigeración general dan como resultado en ninguna pérdida de material en las líneas de alimentación. El enfriamiento permite la producción de piezas de LSR con material de desecho casi cero, eliminando las operaciones de recorte y dando un importante ahorro en el costo de materiales.
Los cauchos de silicona líquida se suministran en una variedad de recipientes, desde tubos a tambores de 55 galones (aproximadamente 208 litros).
Debido a su naturaleza viscosa, estos líquidos se bombean a presiones altas (500 - 5000 psi) dependiendo de la durometría del material. Las materias primas se suministran en dos recipientes separados (conocido en la industria como un kit) identificadas como compuestos "A" y “B”, con el lado "B" por lo general conteniendo el catalizador, pero puede variar en función de la marca de silicona utilizada. Los dos compuestos (A y B) deben ser mezclados en una proporción de 1 a 1, por lo general por medio de un mezclador estático. Una vez que los dos componentes se unen, el proceso de curado se inicia inmediatamente. Un enfriador suministrando agua fría a los accesorios de camisa se utiliza típicamente para retardan el proceso de curado antes de la introducción de materiales al molde. Un pigmento de color puede ser añadido a través de un inyector de color que se utiliza en conjunción con la bomba de material (sistema cerrado de medición circular) antes de que el material entre en la sección del mezclador estático.
En un sistema enfriado, el compuesto mezclado 1 a 1 se bombea a través del bebedero refrigerado y los sistemas de colada en una cavidad calentada donde la vulcanización se lleva a cabo. La colada fría y la refrigeración resultan en una pérdida mínima de material como la inyección se produce directamente en la cavidad del molde. El enfriamiento y una válvula de cierre en la boquilla permiten la producción de piezas de LSR con casi cero desperdicios de materiales, sin embargo esto no garantiza una pieza terminada sin ningún tipo de scrap. Los moldes son diferentes según sea el diseño, tecnología y el costo de los mismos. Una buena colada fría es cara en comparación con herramientas convencionales de canal caliente, y tiene el potencial de proporcionar un alto nivel de rendimiento.

Aplicaciones
Las aplicaciones típicas de caucho de silicona líquida son productos que requieren alta precisión, tales como sellos, conectores eléctricos, conectores de terminales múltiples, elementos de protección personal como protectores auditivos y máscaras faciales, productos infantiles donde se desean superficies lisas, como las tetinas de los biberones, aplicaciones médicas, así como artículos de cocina, tales como las cacerolas de cocción, espátulas, etc.  

O-ring
Mamilas para mamaderas

Mascara de seguridad
Protectores auditivos






Fuentes:
http://www.wacker.com
http://www.dpg.com
http://www.thomasnet.com