Aditivos y rellenos para polímeros

Aditivos y rellenos: Son los materiales que se incluyen en la formulación de los polímeros para modificar y mejorar sus propiedades físicas, mecánicas y de proceso.
La mayor parte de los polímeros contienen aditivos, que les proporcionan características especiales.

Tipos de aditivos y rellenos y sus efectos.

1.- Rellenos:
• Pueden ser inorgánicos, orgánicos, minerales, naturales o sintéticos.
• Se agregan para varios fines. Uno de los ejemplos más conocidos es la adición de negro de humo al caucho, para conseguir la resistencia mecánica y al desgaste de las cubiertas de automóvil.
• Es más común su uso en las resinas termofraguables (melaminas o fenólicas), aunque también se emplean en algunos termoplásticos.
• Dilatadores o extensores: Son rellenos que se agregan en cantidades grandes, y permiten que se produzcan grandes volúmenes de material polimérico con muy poca resina, reduciendo así el costo. Debido a que las propiedades de un plástico dilatado suelen disminuir, su uso se limita a las aplicaciones menos críticas. Ejemplos: carbonato cálcico, sílice y arcilla son extensores de uso frecuente.

2.- Plastificantes:
• Pequeñas moléculas o cadenas de bajo peso molecular.
• Reducen la temperatura de transición vítrea, aumentando la flexibilidad y elasticidad de los plásticos, así como su flujo en condiciones de fusión (lubricación interna).Cuanto mayor es su proporción, mayor es la flexibilidad que se consigue. Sin los plastificantes sería imposible fabricar láminas, tubos, películas y otras formas flexibles.
• No están unidos químicamente al plástico, sino que actúan como lubricante interno, reduciendo las fuerzas de Van der Waals entre las cadenas de polímero y separándolas para impedir que se entrelacen.
• Son de especial importancia para el PVC, ya que tiene una Temperatura de transición vítrea muy por encima de la temperatura ambiente.
• Los más usados: ftalatos, epóxidos y fosfatos.

3.- Estabilizadores:
-Impiden o retardan el deterioro del polímero debido a efectos del entorno o de la radiación UV.
a) Estabilizadores térmicos: Impiden la degradación de las resinas durante su tratamiento, cuando la masa fundida se somete a altas temperaturas, o alargan la duración de los productos finales que los contienen. PVC gran consumidor (estabilizadores líquidos de Ba y Zn), ya que es muy propenso a degradarse durante el tratamiento (eliminación de átomos de hidrógeno y cloro en forma de ácido clorhídrico, haciendo frágil al polímero).
b) Antioxidantes: Protegen contra el deterioro por oxidación provocada por calor, luz y mecanismos inducidos químicamente. El deterioro se manifiesta como fragilización, inestabilidad de flujo de la masa fundida, pérdida de propiedades de tensión y cambio de color.
-Mecanismos preventivos principales para el control del deterioro: (1) absorción o filtración de la luz UV, (2) desactivación de los iones metálicos y (3) descomposición de los hidroperóxidos en productos que no son radicales.
c) Absorbedores de luz (UV): Estabilizan el color y prolongan la duración del producto.
-Prácticamente todos los plásticos se degradan de diversas formas al exponerse a la luz solar; las más comunes son el cambio de color y la pérdida de propiedades físicas.
-Los polímeros particularmente susceptibles a este tipo de degradación son las poliolefinas, el poliestireno, el PVC, el ABS, los poliésteres y los poliuretanos.
-El más eficaz es el color negro, ya sea en forma de negro de humo, de pintura negra o de un tinte negro. Sin embargo no siempre se puede emplear, por lo que se recurre a diversos productos químicos (benzofenonas, benzotriazoles y fotoestabilizadores de aminas impedidas).

4.- Agentes antiestáticos:
Los agentes antiestáticos, también llamados “desestatizadores”, se utilizan para reducir la acumulación de cargas electrostáticas en la superficie de los plásticos debido a su inherente mala conductividad eléctrica.
Atraen la humedad para aumentar la conductividad superficial y así se reduce la posibilidad de que se produzca una chispa o descarga.
Ejemplo: Los trajes espaciales de los astronautas contienen agentes antiestáticos para evitar las descargas eléctricas que pueden dañar los componentes electrónicos de los transbordadores espaciales.
Los polímeros más susceptibles de acumulación de carga son nailons, acrílicos.
Los agentes antiestáticos más comunes son compuestos cuaternarios de amonio, ésteres fosfóricos y ésteres de polietilenglicol.

5.- Agentes de acoplamiento:
Los agentes de acoplamiento mejoran la adhesión del plástico a los materiales de relleno inorgánicos, como las fibras de vidrio. Para ello se utilizan silanos y titanatos.

6.- Retardantes de flama:
Los retardantes de flama reducen la inflamabilidad de los plásticos. Aíslan el plástico, crean una reacción endotérmica enfriadora, recubren el plástico para eliminar el oxígeno o influyen negativamente sobre la combustión.
Pueden ser inorgánicos (Alúmina trihidratada, óxido de antimonio o borato de zinc) u orgánicos (ésteres fosfóricos y compuestos halogenados). El más utilizado es la ATH (alúmina trihidratada) y es muy eficaz en termofijos y en ciertos termoplásticos.

7.- Agentes insuflantes:
Los agentes insuflantes se utilizan solos o en combinación con otras sustancias para crear una estructura celular (espuma) en una masa plástica. Hay gran variedad de productos y técnicas pero el formulador está limitado a agentes químicos que descomponen o reaccionan por influencia del calor para formar un gas.
Pueden ser sales simples (bicarbonato de sodio o amonio) o agentes liberadores de nitrógeno (azodicarbonamida) Son los más usados

8.- Lubricantes:
Los lubricantes facilitan la elaboración de las resinas y mejoran la apariencia del producto final. Deben ser compatibles con las resinas a las que se agregan, no afectar adversamente a las propiedades del producto y combinarse fácilmente.
Hay 5 tipos de lubricantes: estearatos metálicos (estearato de aluminio), amidas y ésteres de ácidos grasos, ácidos grasos, ceras hidrocarbonadas y polietilenos de bajo peso molecular.

9.- Reforzantes:
Los reforzantes mejoran la resistencia y la rigidez de los polímeros al introducir filamentos de vidrio, polímeros o carbono.

10.- Colorantes:
Los colorantes deben impartir colores sólidos a la luz, la temperatura, la humedad, los productos químicos…pero sin reducir otras propiedades deseables como el flujo durante el tratamiento, resistencia al microagrietamiento, y la resistencia al impacto. Pueden ser:
Pigmentos: Son los más usados. Son partículas finamente molidas (como el óxido de titanio) que quedan uniformemente dispersasen el polímero. Pueden ser orgánicos e inorgánicos.
Tintes: Se utilizan menos que los pigmentos ya que imparten colores con menor solidez y con tendencia a sangrar y migrar en el sistema plástico.
Negros de humo: Se utilizan como colorantes para proteger los plásticos de la degradación térmica y por UV y como fibra de refuerzo.
Existen colorantes especiales como los metálicos, los fluorescentes, los fosforescentes y las coloraciones nacaradas.

Ejemplos de rellenos comunes y sus usos.