3 Plastisoles y Aditivos

 

Plastisoles

Plastisol El plastisol es producto de la mezcla de una un a re resi sina na (P (PVC VC), ), pl plas asti tifi fica cant ntes es y otro otros s ad adit itiv ivos os.. Se encuentra en estado líquido a temperatura ambiente con propiedades visco-elásticas, es de color blanco pero depende en gran medida de los aditivos incorporados. Este compuesto, bajo la acción del calor cambia su comportamiento mecánico notándose un aumento en la viscosidad a temperaturas mayores y deja su estado líquido inicial para pasar a un estado sólido al curarlo a temperatura (proceso de Gelación).

 

Plastisol Los plastisoles son suspensiones de resina de PVC en líquidos no acuosos que no la disuelven a temperatura ambiente. Si la fase liquida contiene solo pla pl aplastisol stifica stifi cante nte dispersión se denomina . ,Silael liquido dispersante tiene componentes volatiles se llama organosol. El agregado de agentes gelificantes convierte un plastisol en plastigel y si ese agregado se hace sobre un organosol, el resultado es un organogel.

Plastisol El plastisol se utiliza como recubrimiento superficial: puede colorearse, tener texturas, y es resistente a la abrasión, la corrosión y la electricidad. Mediante disti dis tint ntos os est estabi abiliz lizant antes es y aditiv aditivos os puede puede mejo mejora rarr su resistencia a la luz, al calor, o adquirir propiedades (retardantes de llama), para cubrir gran variedad de especificaciones. También se utiliza para la creación de equipo médico, mangueras, juguetes, pieles sintéticas, suelas de zapatos, compuesto selladores en tapas plásticas y metálicas, estampados y pinturas.

 

Componentes • •

Resinas: de Homopolímeros de dispersión, de suspensión y de Emulsión. Estabilizantes térmicos: carb carbonato onatos, s, silic silicatos atos de calcio, calcio, de mezclas mezclas de metales metales (Ba, Cd, Zn, Ca y Pb) y estearatos de sales sales metalicas (Ca, Zn, Al, Mg y Li).

• • • • • • • • • • • •

Coestabilizadores térmicos: Coestabilizadores térmicos : : Aceite epoxidado de soja y Fosfitos. F osfitos. Plastificantes: Monoméricos como ftalatos ftalatos,, adipatos orgánicos, fosfatos, citratos y Poliméricos. Cargas: óxido de titanio, óxido de plomo, plomo, carbonatos de calcio, calcio, caolines, perlas de vidrio y talcos.

Retardantas a la flama: Trioxido de Antimonio y bromados.  Agent  Ag entes es espu es puman mantes tes:: Físicos, Químicos (exotérmicos y endotérmicos)  Abso  Ab so rb rbedo edores res de luz l uz  Agot  Ag otado adores res  Antiti est  An estáti áti co s Desecadores Lubricantes Desmoldantes Biocidas

Modificadores reológicos Pigmentos • Dispersantes Promotores es de adherencia adherencia • Promotor •  Ar  Arom omati ati zant zantes es y deo deodo dori ri zant zantes es • •

 

Comportamiento frente a la temperatura

Gelificación Inicialmente, la resina se dispersa en el plastificante, con lo cual la viscosidad esta relacionada con la relación fase dispersa (sólido) / fase dispersante (plastificante).  Al calentar, o por almacenamiento almacenamiento a cierta de temperatura, hay difusión de plastificante en la partícula, dando lugar a un aumento de la viscosidad, llegando las partículas de PVC a ser tan grandes que se tocan unas con otras y el sistema se inmoviliza (punto gel).  A veces al usar gran cantidad cantidad de plastificante, la resina se hincha a un volumen máximo el sistema puede no gelificar y tener cierta viscosidad constante, que depende del exceso de plastificante.

Comportamiento frente a la temperatura

Fusión El plastisol apara convertirse utilizable debe calentarse un punto en queenelforma plastificante y la resina se fundan en una sola fase. Generalmente se requieren temperaturas entre 150190 grados para tener propiedades finales adecuadas. Existen plastisoles que plastifican a 120ºC y otros que requieren 205ºC. El tiempo de cocción depende del espesor de la película. Para espesores finos unos pocos segundos es suficiente y espesores de 2 a 5 mm el tiempo puede ser minutos.

 

Evolución Evolució n de la visco viscosidad sidad con la temperatura temperatura

Viscosidad

El polímero absorbe el plastificante hasta el punto de mayor viscosidad, que puede ser un punto de gel

Sistema a una temperatura T1

El polímero es termoplástico, la viscosidad baja en función de la temperatura hasta que alcance la temperatura de proceso El material es una pasta a temperatura ambiente

tiempo

 

Factores que influyen en este proceso: -Tipo de sustrato -Composición del sustrato -Propiedades físicas del sustrato -Viscosidad de la pasta -Composición de la pasta -Variables propias del proceso

Resistencia mecánica

T1

T2

T1>T2 Tiempo de curado

 

The effect of the curing time and temperature on final properties of flexible PVC with an epoxidized fatty acid ester as natural-based  plasticizer. O. Fenollar Fenollar L. Sanchez-Nacher D. Garcia-Sanoguera Garcia-Sanoguera J. López R. Balart. J Mater Sci (2009) 44:3702–3711 44:3702–3711

Procesos de transformación • • • • • •

Rotomoldeo Slip cas casting- inmersión Slush moulding Recu Re cubr brim imie ient nto o por por spr spray ay Colada Técn Té cnic icas as de im impr pres esió ión n (serigrafía, transferencia por hueco grabado) el comportamiento es como el de cualquier tinta

• Túnel de curado

 

Inmersión

Slush moulding

 

Túnel de curado Un proceso típico y simplificado de fabricación de lamina de plastisol necesita de: -Una sección de aplicación de la pasta, que consiste en un dispositivo de deposición (sistema de cuchillas o cilindros). -Un horno de gelificación de la pasta -Una unidad de enfriamiento. Estos dispositivos deben contar además con sistema de bobinado y debobinado, reservorio de la pasta.

Túnel de curado El proceso de en la deposición deltransformación plastisol sobre consiste un sustrato, normalmente un tejido, papel, sustrato desmoldable, papel siliconado, cinta con recubrimiento de PTFE. El plastisol sufre un proceso de plastificación y gelificación en un horno.

 

Túnel de curado

Horno para curado de plastisol en estampados de remeras, zapatillas y otras aplicaciones textiles. Dimensiones: Largo de Tunel: 0,60 mts. Largo Total 2,60 mts.  Alto: 0,40 mts.  Ancho: 0,80 mts  Apertura: 0,60 mts

Caracteristicas: Cinta de lona de algodón Pirómetro de hasta 600ºC Variador de velocidad Inversor de giro de cinta Moto reductor de 1Hp

http://www.metalben.com.ar/home/index.php?option=com_content&task=view&id=13&Itemid=26(23/08/11)

 

 ADITIVOS  A DITIVOS PARA PA RA PLA PL A STICOS

Los procesos de síntesis para la obtención de la mayoría de los polímeros comerciales, son controlados poliméricas con :para producir cadenas • determinad determinado o peso m molecu olecular lar y di distri stribución bución de peso molecular  • tipo y lon longitud gitud de ra ramifi mificacio caciones nes • comp compos osic ició ión n

 

Cuando estos polímeros son sometidos a esfuerzos de corte, calor, luz, aire, agua, radiación o cargas mecánicas, comienzan a desarrolarse reacciones químicas que dejan como resultado neto: • Cambi Cambio o en la compo composició sición n química química • Cambi Cambio o del peso molecula molecularr y de la distribución distribución de peso peso molecular  Estos cambios se manifiestan en la reducción de sus propiedades en servicio. Por ejemplo: • Pérdi Pérdida da de Resist Resistencia encia mecan mecanica ica • Rigid Rigidizaci ización ón o perdida perdida de la flexibilida flexibilidad d • De Deco colo lora raci ción ón • Rayad Rayado o y pérdid pérdida a de brill brillo o

El término degradación describe el proceso que da como resultado la pérdida de las propiedades iniciales del material. El proceso puede darse en: -En la Materia Prima -En el Proceso de Transformación -En el Producto Usualmente los polímeros necesitan la ayuda de uno o más aditivos o modificadores para cumplir con su función, ya que casi nunca se utilizan en forma individual y sin la presencia de estos aditivos, algunas aplicaciones de los materiales plásticos no existirían.

 

Para que utilizar aditivos en plasticos? Para a mejorar mejorar la proce procesabi sabilida lidad d - Par - Par Para a mejora mejorarr el aspe aspecto cto - Pa Para ra ahorr ahorrar ar diner dinero o - Par Para a hacer produc productos tos mas segur seguros os - Para hacer productos productos mas limpios limpios y saludables - Par Para a aument aumentar ar la vida util - Para mejorar aspectos en relacion relacion al ambiente

Para que utili utilizzar aditi aditivos vos en pl pla asti sticos cos? ? Para mejor mejora ar la l a pro procesabili cesabilidad dad  Antioxidantes, estabilizantes termicos, ayuda procesos, plastificantes

Pa Para ra mejorar mejor ar el el aspecto aspect o Pigmentos, fragancias Para ahor ahorrar rar din d ine ero Rellenos, agentes expansores

Para hacer hacer product prod uctos os mas seguros Retardantes de llama, modificadores de impacto

Para hacer hacer producto produ ctoss mas limpio lim pioss y sa s aludables  Agentes antiestaticos

Para aumentar Para aumentar la l a vida vid a util  Absorbedores UV, antioxidantes

Para mejor mejora ar aspectos aspecto s en relacion al ambi ambiente ente  Agentes expansores, compatibilizantes compatibilizantes

 

En los procesos de trasformacion vistos encontramos factores que pueden afectar al polímero fundido, cada uno produce un cierto grado de degradación como resultado de la combinación de:

•Esfuerzos de corte •Calor  •Presencia de oxígeno

La degradación termo-oxidativa da lugar a: •Disminu minución ción del PM por por escisión escisión de cadena cadena •Dis •Aumento del PM por recombinación de cadenas

La estabilización se logra cuando el peso molecular del polímero no se ve afectado por los procesos de transformación hasta lograr el producto final

 

Todos los polímeros sufren reacciones de degradación en presencia de oxígeno a altas temperaturas durante:  Polimerización  Transformación y reciclado  En almacén  Su uso

Cuando un polímero se degrada, ocurren cambios en FLUIDEZ. •La ruptura de las moléculas provoca un aumento de INDICE DE FLUIDEZ (Ej. el PP) •El entrecruzamiento de cadenas provoca una disminución en indice de fluidez(Ej. LDPE)

 

 ANTIOXIDANTES  A NTIOXIDANTES

Los antioxidantes previenen la oxidación, es decir la reacción del polímero con el oxigeno. La oxidación puede causar perdida en la resistencia impacto, elongación a rotura, fisuras en laalsuperficie y decoloración. Además ayudan a prevenir las reacciones de oxidación cuando el polímero es procesado a alta temperatura y los procesos de oxidación que se pueden activar con la radiación ultravioleta. •PRIMARIOS (Capturan radicales libres) •SECUNDARIOS (Destruyen peróxidos)

 ANTIOXIDANTES PRIMARIOS •

BHT

•

Fenólicos

•

Aminas

•

Lactonas

ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS • •

FOSFITOS TIOETERES

Los antioxidantes secundarios deben emplearse combinados con un Primario.

 

Mecanismos de la degradacion termo-oxidativa AO Polímero

AO

AO

ESTABILIZA ESTAB ILIZANTES NTES TERMICOS TERMICOS

Los estabilizantes térmicos previenen la descomposición del polímero durante el procesamiento. Las temperaturas de proceso están usualmente por encima de los 180 grados Celsius, lo cual implica que sin estabilizantes térmicos el material seria susceptible de degradación.

 

Los estabilizantes térmicos absorben calor debido a su alta capacidad calorífica, reduciendo la energía a ser absorbida por el polímero.

aditivos tivosen más efectivos son  Algunos los adi mineralesdeinorgánicos polvo como talco, alúmina y limestone Estabilizadores térmicos orgánicos son empleados para la estabilización del PVC, por ejemplo mezclas de sales metálicas, como estereatos de Ba, Cd y Zn, compuestos orgánicos de Sn (como mercaptanos) y estearatos de Pb

ESTAB EST ABILIZADOR ILIZADORES ES DE BARIO-CADMIO BARIO-CADMIO Y CALCIO- ZIN ZINC. C.

Los

estabilizadores

de

bario/cadmio

y

Ca/Zn

actúan

corrigiendo lospor defectos las moléculas de PVC al sustituir cloros activos grupos en más estables:

 

ESTABILIZADORES DE ESTAÑO Se pueden clasificar en dos categorías (dependiendo de la naturaleza del grupo Y):  

Mercaptuross y sulfu Mercapturo sulfuros ros de e estaño. staño. Carbox Ca rboxilatos ilatos y malea maleatos tos de estaño.

Las ventajas ventajas de estos compuestos son:



Los cloruros de estaño que se forman no atacan al polímero como lo hacen los de cadmio y zinc.



Su compatibilidad con el PVC y con casi todos los plastificantes y otros aditivos, lo cual permite obtener productos transparentes que además cuentan con la aprobación para usarse en con tacto con alim alimentos. entos.

 

Otra técnica empleada para proteger los polímeros termoplásticos de los efectos de la temperatura, es el empleo de aditivos ayuda proceso.

Estos compuestos actúan del como lubricantes durante el procesamiento material polimérico, bajando la viscosidad y el la generación de calor viscoso.  Algunos aditivos como los estereatos pueden ser empleados como estabilizantes térmicos y ayuda proceso

Por elemplo, ayuda proceso acrílicos se utilizan en el proceso de soplado de botellas de PVC Mejora de la resistencia del fundido se obtiene mejor distribucion de espesores.

 

La velocidad del proceso es alta, por lo que requiere de un aditivo de excelente capacidad desmoldante. • Fundido prese presenta nta mayor elastic elasticidad idad y la preforma puede ser facilme facilmente nte moldeada por presión de aire. • La liberac liberación ión del mol molde de es mejor mejorada. ada. Mejora en contacto con metal y efecto lubricante Estos copolimeros copolimeros contienen contienen estireno, estireno, una fase es compatible compatible con PVC y otra no La presencia de estireno aporta el efecto lubricante al ayuda proceso El “ despegue despegue”” del fundido fundido de la superfic superficie ie del metal en cabezales, cabezales, rodillo rodillos s de calandrado y moldes de inyección, mejora notablemente.

 Accion de los lubricantes ayuda proceso. proceso.

En el caso de que el lubricante sea externo disminuye la probabilidad de generación de calor viscoso en las zonas próximas a la pared

 

Muchos productos prod uctos son formula formu lados dos con colorantes Los colorante col orantess se dividen divi den e en n • Pigmentos • Tintas

Pigmentos Los Pigmentos Pigmentos son materiale materialess orgánicos or gánicos o inorgánicos, que son prácticamente p rácticamente insolubles insolu bles en el el políme pol ímero ro donde do nde están están dispersos. disp ersos. Esto Esto signifi sig nifica ca que los pigmentos pi gmentos están siempre presentes en en la matriz polimérica pol imérica en forma de partículas. Tintas L o s tintas son colorantes col orantes solubles solub les e en n el políme polímero ro se encuentran dispersos disp ersos en la matriz matriz poli polimérica. mérica. Esto signific sign ifica a que no hay partículas visibles visi bles en la pieza pieza colorea color eada, da, lo cual imparte transpare transp arencia. ncia.

 

Pigmentos

Los pigmentos inorgánicos a base de plomo y cadmio se han usado en gran cantidad en la industria indu stria del plástico, debido a su bajo costo y s us buenas propiedade pro piedadess . No obstante su uso se ha limitado debido a prob lemas a ambientales. mbientales. Esta limita limitación ción ayudó al desarrollo desarrollo de los pigmentos orgánicos

Existen diferentes diferentes familias de pigm pigmentos entos orgánico orgánicos: s: (antraquin ntraquinona, ona, dioxazina) • Poli cíclicos (a (sales mo mono no azo y diaz d iazo) o) • Compuestos azo (sales • Complejos metálicos (ftalocianina)

 

Tintas

Rellenos, cargas

Sustancias en general naturales que da resistencia mecánica yson baja los costos del material. Usualmente minerales (silicatos, carbonatos de calcio)  Agentes expansores

Estos aditivos generan burbujas de aire en el material. La formación de las burbujas se de por la desestabilización a temperatura. Ejemplos: azodicarbonamida, CO2

 

Más recientemente, los modificadores y aditivos son capaces de cambiar la forma y función de los plásticos y mejorar sus propiedades físicas. Por ejemplo, los agentes espumantes nos permite fabricar productos celulares, los agentes de acoplamiento mejoran los enlaces interfaciales entre resina y carga para aumentar las propiedades físicas y los modificadores modi ficadores de impacto aumentan la resistencia de los plásticos.

Retardantes de llama

Previenen la ignición o retarda la propagación de llama. Estos aditivos usados etc. en En materiales eléctricos, enson transporte, general están sujetos a la normativa. Modificadores de impacto

Se aplican en materiales frágiles. frágiles. Ayudan Ayudan a absorber los golpes dar resistencia al impacto sin generar fisuras. Usados en PVC, PS, PP.

 

En un principio, la función de los aditivos y modificadores fue vencer algunas limitaciones en los materiales plásticos. Por ejemplo, para convertir el PVC rígido en flexible, para proteger de los efectos de la degradación degra dación producida por el calor y la luz así así como para mejorar mejorar la resistencia al fuego. Más tarde, los esfuerzos se enfocaron hacia el procesamiento de plásticos, dando como resultado los lubricantes y ayudas de proceso.

 Agente antiestático

 Ayuda a disminuir la ca carga rga electrostática en los polímeros. Tengamos presente que los plásticos son malos conductores y pueden acumular cargas en la superficie que pueden afectar el procesamiento en líneas de envasado y puede afectar a la higiene y estética.

 

 Absorvedores UV

La luz UV es una de las principales causas de degradación en productos plásticos. Los  Absorvedores son utilizados util izados para inhibir inhi bir las reacciones no deseadas debidas a la exposición aquímicas la radiación UV.

ESTABILIZADORES UV  Ab so rv rved edo o res

B en zo f en o n a

B en zo t r i azo l

 

Compatibilizantes

Utilizados en el proceso de reciclado. La función es mejorar las características de las mezclas poliméricas.

 

Concentrados y compuestos • El concen concentra trado do (maste (masterba rbatch tch)) es es una una mezcl mezcla ad de e resina con una alta concentración de aditivos El concentrado tiene las siguientes ventajas: • Me Mejo jorr mez mezcl clad ado o de de adi aditi tivo vos s y re resi sina na • Di Disp sper ersi sivo vo y dis distr trib ibut utiv ivo o

DISPERSION Es la determinación de la cantidad y tamaño de partículas por unidad de área del sistema mezclado, generalmente esta determinación se efectúa mediante microscopía Entre mejor mejor dispers disperso o está un sistem sistema, a, existe una mayo mayorr uniformi uniformidad dad de distribución de las partículas. La escala de examinación se refiere al tamaño de las muestras tomadas en un análisis, esta escala debe ser tomada de acuerdo a la naturaleza del material mezclado.

 

ETAPAS EN EL PROCESO DE MEZCLADO Mezcla Me zclado do Dispersivo En esta etapa hay una reducción en el tamaño de las partículas a la vez que se distribuyen

................... .................... .. ................... ............... ........

Mezclado Dispersivo

Mezclado Me zclado Distr Distribut ibutivo ivo En esta etapa no hay cambio en el tamaño de las partículas, solamente se incrementa su distribución en el polímero

Mezclado Distributivo

El mezclado dispersivo tiene por objetivo disminuir el tamaño de las partículas partícu las o agl aglomerados omerados que se es están tán mez mezclando. clando. En este caso sí se requier req uiere e de mayor mayores es esfu esfuerzo erzos, s, lo cual pr produc oducirá irá un aum aumento ento en la temperatura del plástico, y puede causar degradación.

Egan

Maddock

Cavidades

 

El mezclado ocurre en la zona de plastificación y en la zona de bombeo. Muchos husillos incluyen una zona específica para mejorar el mezclado. El mezclado distributivo tiene por objetivo distribuir todas las partículas que se están mezclando. En este caso, no se requiere de altos esfuerzos para lograr un buen mezclado.

Pins

Piña

La dispersión dispersió n es esencial para obtener buenas prop iedade iedadess Los defectos causados por no tener una buena dispersión pueden ser: Variabilidad del color   Perdida de propiedades mecánicas.  Defecto de la pieza inyectada. 

 

 Agentes antifog •Glycerol esters •Polyglycerol esters •Sorbitan esters •Ethoxylated sorbitan esters



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 A n t i o x i d ant  An an t es Desactivadores metálicos Estabiliza Estabili zador dores es UV Estabilizadore Esta bilizadoress térmicos Lubricantes Plastificantes  Ayy u d as d e pr  A p r o c eso es o  Ag  A g ent en t es d e nu n u c l eaci eac i ó n Modificadores de impacto Relleno Re llenoss y reforzantes r eforzantes  Ag  A g ent en t es d e aco ac o p l ami am i ent en t o Retardantes Re tardantes de d e flama  Ag  A g ent en t es ant an t i b l o q u eant ean t es Deslizantes  Ag  A g ent en t es Esp Es p u m ant an t es Biocidas Colorantes