Ejemplos de polímeros reticulados
El entrecruzamiento de polímeros mediante la irradiación con haz de electrones (e-beam) es bien conocido y el número de casos de éxito que lo implican toca nuestra vida cotidiana de muchas maneras, pero hablaremos de ello en un blog posterior. Un concepto similar importante que puede resultar menos familiar para algunos es el proceso de ramificación de la cadena.
¿Y por qué te interesa la ramificación de los polímeros? Para poder hacer lo imposible. Dado que la ramificación de la cadena mejora notablemente la procesabilidad de la fusión de los polímeros lineales, se pueden reducir los calibres o formar productos de formas que de otro modo no serían posibles.
Por ejemplo, E-BEAM realizó una prueba con un polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) para la producción de espuma. En este caso, los gránulos de resina se someten a un tratamiento de e-beam antes del proceso de extrusión. Como control, el polímero lineal sin vaporizar se utilizó en primer lugar y salió del extrusor como una masa fundida; después de purgarlo, se utilizó el LLDPE ramificado y salió como espuma.
Los polímeros en los que se ha probado la ramificación de la cadena (además del LLDPE) son el polipropileno, el PVdF (fluoruro de polivinilideno) y el PLA (ácido poliláctico). ¿Tiene más preguntas sobre la ramificación? Envíe una pregunta o llámenos.
Ejemplos de polímeros lineales
Los materiales compuestos de polímero de alto rendimiento han adquirido una importancia creciente en numerosas aplicaciones debido a sus ventajas en la reducción de peso y el ahorro de energía. Los polímeros termoestables son las matrices elegidas para este tipo de materiales compuestos debido a su gran rigidez, resistencia, resistencia a la fluencia y resistencia térmica en comparación con los polímeros termoplásticos. Estas propiedades deseables se derivan de las estructuras tridimensionales (3D) reticuladas de estos polímeros. Debido a sus propiedades beneficiosas, estos materiales son innegablemente atractivos para una amplia variedad de aplicaciones en el mercado de la automoción, la aviación, la energía eólica, la construcción o el petróleo y el gas.
La red tridimensional de enlaces, es decir, la reticulación, hace que los materiales termoestables sean más resistentes que los termoplásticos. Las propiedades mecánicas y físicas de los polímeros termoestables dependen de su química, composición y condiciones de curado. Algunos ejemplos de polímeros reticulados son: La fibra de vidrio de poliéster, los poliuretanos utilizados como revestimientos, los adhesivos, el caucho vulcanizado, las resinas epoxi y muchos más. Aquí presentamos un enfoque in-silico para reproducir virtualmente la reticulación. Sobre esta base, examinamos cómo el proceso de reticulación del polímero termoestable EPON-862 y el agente de curado DETDA afecta a las propiedades mecánicas.
Polímeros ramificados
En el apartado anterior se definió un polímero como una macromolécula formada por muchos segmentos conectados entre sí. Es muy común que estos segmentos contengan lo que se llama una columna vertebral de carbono. Es decir, los átomos de carbono forman la “columna vertebral” de la cadena polimérica y otros elementos/moléculas cuelgan de los átomos de carbono. Los monómeros que se muestran a continuación ilustran este concepto.
El proceso de conexión de los segmentos para formar un polímero se llama polimerización. Dependiendo de la estructura del monómero y del método de polimerización empleado, las cadenas de polímeros pueden mostrar diferentes arquitecturas. Si los segmentos se conectan a través de los átomos de carbono, se obtiene una cadena polimérica lineal. El polietileno de alta densidad que se muestra en la figura siguiente es un buen ejemplo de cadena polimérica lineal.
A veces, una cadena polimérica puede tener segmentos que se ramifican a partir de la columna vertebral principal de carbono. Esta estructura se denomina cadena polimérica ramificada. La siguiente figura muestra el caso del polietileno de baja densidad. Observe los segmentos de etileno que cuelgan de la cadena de polietileno.
Polímeros lineales
ImprimirExisten cuatro estructuras básicas de polímeros que se muestran en la siguiente figura. En la práctica, algunos polímeros pueden contener una mezcla de las distintas estructuras básicas. Las cuatro estructuras básicas de los polímeros son: lineal, ramificada, reticulada y en red.
Los polímeros lineales parecen “espaguetis” con cadenas largas. Las cadenas largas suelen mantenerse unidas por los enlaces más débiles de Van der Waals o de hidrógeno. Dado que estos tipos de enlaces son relativamente fáciles de romper con el calor, los polímeros lineales suelen ser termoplásticos. El calor rompe los enlaces entre las cadenas largas, lo que permite que las cadenas fluyan entre sí y que el material pueda volver a moldearse. Al enfriarse, los enlaces entre las cadenas largas vuelven a formarse, es decir, el polímero se endurece.
Los polímeros ramificados se asemejan a los polímeros lineales con la adición de cadenas más cortas que cuelgan de la columna vertebral del espagueti. Como estas cadenas más cortas pueden interferir en el empaquetamiento eficaz de los polímeros, los polímeros ramificados tienden a ser menos densos que los polímeros lineales similares. Dado que las cadenas cortas no hacen de puente entre una columna vertebral más larga y otra, el calor suele romper los enlaces entre las cadenas del polímero ramificado y permite que el polímero sea termoplástico, aunque hay algunos polímeros ramificados muy complejos que se resisten a esta “fusión” y, por tanto, se rompen (endureciéndose en el proceso) antes de ablandarse, es decir, son termoestables.