plásticos, polímeros, aditivos

1. ADITIVOS PARA PLASTICOS
Centro de Investigación en Química Aplicada
Santiago Sánchez
ssanchez@ciqa.mx

2. A
Polímeros
Petróleo Monómeros
A
ADITIVOS

3. Aditivos

4. Aditivos para plásticos
1.- INTRODUCCION
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.

5. 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 producida por el calor y la luz así como para 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.

6. 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 de impacto aumentan la resistencia de los plásticos.

7. Aditivos en plásticos
●Antiacidos
●Antioxidantes
●Colorantes
●Lubricantes
●Agentes nucleantes
●Antiestaticos
●Estabilizadores UV
●Otros

8. Cuando se sintetiza un polipropileno se
utilizan catalizadores que frecuentemente
dejan residuos ácidos en la resina.
Por esa razón desde ese momento se le
agregan aditivos como:
ANTIACIDOS
●Los mas utilizados son estearato de
calcio o de Zn.
Desde la polimerización es
importante el uso de aditivos

9. Efecto del antiácido sobre la

10. Los polímeros son muy sensible a la
degradación termo- oxidativa,
debido a su estructura química.
Por esa razón es importante utilizar
aditivos conocidos como:
ANTIOXIDANTES

11. Muchos productos son formulados
con colorantes
Los colorantes se dividen en
●Pigmentos
●Tintes

12. Pigmentos
Los Pigmentos son materiales orgánicos o inorgánicos, que
son prácticamente insolubles en el polímero donde están
dispersos. Esto significa que los pigmentos están siempre
presentes en la matriz polimérica en forma de partículas.
Tintes
Los tintes son colorantes solubles en el polímero se
encuentran dispersos en la matriz polimérica. Esto significa
que no hay partículas visibles en la pieza coloreada, lo cual
imparte transparencia.

13. Pigmentos

14. Los pigmentos inorgánicos a base de plomo y cadmio
se han usado en gran cantidad en la industria del
plástico, debido a su bajo costo y sus buenas
propiedades.
No obstante su uso se ha limitado debido a problemas
ambientales.
Esta limitación ayudó al desarrollo de los pigmentos
orgánicos
Pigmentos

15. Existen diferentes familias de pigmentos orgánicos:
●Poli cíclicos (antraquinona, dioxazina)
●Compuestos azo (sales mono azo y diazo)
●Complejos metálicos (ftalocianina)
Pigmentos

16. Tintes

17. Si el colorante se disuelve
parcialmente puede ocurrir
migración, afectando las
características del producto.

18. Algunos pigmentos pueden cambiar su
apariencia al interactuar con otros
componentes como son agentes
antiestáticos o compuestos metálicos como
estearato de zinc.
Interacción con otros aditivos

19. Concentrados y compuestos
●El concentrado (masterbatch) es una mezcla
de resina con una alta concentración de
aditivos

20. Concentrados
El concentrado tiene las siguientes
ventajas:
●Mejor mezclado de aditivos y resina
●Dispersivo y distributivo

21. Compuestos
●Compuesto: Mezcla de resina y aditivos
con la concentración del producto final.

22. Compactación de los aditivos

23. 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 disperso está un sistema, existe una
mayor uniformidad 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.

24. ETAPAS EN EL PROCESO DE
MEZCLADO
Mezclado Dispersivo
En esta etapa hay una reducción en el tamaño de
las partículas a la vez que se distribuyen
Mezclado
Dispersiv
o
.. .. .... ....
.
. .
.
. .
.. ..
.
...... . ...
. .
.... . ...
. .
...
.. ... ...
...
.. .. . .......
.. ... ... ... .

25. El mezclado dispersivo tiene por objetivo disminuir el tamaño de las
partículas o aglomerados que se están mezclando. En este caso sí se
requiere de mayores esfuerzos, lo cual producirá un aumento en la
temperatura del plástico, y puede causar degradación.
Ega
n
Cavidade
s
Maddoc
k

26. ETAPAS EN EL PROCESO DE
MEZCLADO
Mezclado Distributivo
En esta etapa no hay cambio en el tamaño de las
partículas, solamente se incrementa su distribución
en el polímero
Mezclado
Distributiv
o

27. 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.
Piñ
a
Pin
s

28. La dispersión es esencial para obtener buenas
propiedades
Los defectos causados por no tener una buena dispersión
pueden ser:
●Variabilidad del color
●Perdida de propiedades mecánicas.
●Defecto de la pieza inyectada.

29. DISPERSION DE UNA CARGA EN
UN POLIMERO

30. EQUIPOS DE MEZCLADO
MEZCLADORES TIPO LOTE (BATCH)
●Mezclador interno Banbury
●Mezclador intensivo
●Molino de rodillos
MEZCLADORES TIPO CONTINUO
●Mezclador estático
●Extrusor monohusillo con cabezal de
mezclado
●Extrusor monohusillo reciprocante
●Extrusor doble tornillo

31. MEZCLADOR BANBURY
Consta de dos rotores que giran en direcciones
opuestas y
a distinta velocidad, generándose cambios en el
patrón de
Flujo.
Se alcanzan grandes esfuerzos de corte en este
equipo,
por lo que provee un mezclado dispersivo y
distributivo

33. MEZCLADOR INTERNO

37. MOLINO DE RODILLOS ABIERTO
Es un sistema abierto de rodillos que giran a diferentes
velocidades
calentados mediante resistencias eléctricas ó vapor y
variándose la
abertura y produciéndose ahí los esfuerzos de corte.
Este equipo de mezclado se utiliza en la elaboración de
compuestos en la industria hulera, ya que produce un
mezclado adecuado para los aditivos y cargas en los hules

41. MEZCLADOR
INTENSIVO
El mezclador intensivo está diseñado para mezclar
polímeros en polvo con cargas y aditivos (aditivos
líquidos inclusive), consiste de un sistema de aspas de
diseño especial que se encuentran dentro de un
recipiente montadas en un eje central
que generan calentamiento por fricción y con sistema de
enchaquetado par calentar ó enfriar
Vienen equipados con controladores para regular la
velocidad de 400-600 rpm a 900-1400 rpm. El material
es mezclado creándose un efecto de remolino. Se

44. 2.- Degradación por acción
del calor

45. Todos los polímeros sufren reacciones de degradación en
presencia de oxígeno a altas temperaturas durante:
● Polimerización
● Transformación y reciclado
● En almacen
● Su uso

46. Para proteger a los polímeros contra la Termo-oxidación, se
emplean aditivos llamados ANTIOXIDANTES

47. ● Polímeros estables: PS, PMMA
● Polímeros sensibles: poliolefinas (PP), hules
● Polímeros muy sensibles: PVC, poliacetales

48. La TERMODEGRADACIÓN se manifiesta mediante cambios en:
● Color
● Superficie
● Transparencia
● Prop. mecánicas (Flexión, tensión y elongación)
● Fluidez

49. Los cambios físicos se deben a cambios químicos:
● Aumento en peso molecular
● Disminución en peso molecular

50. Ruptura de
cadenas
Hay una disminución en peso molecular
debido a una ruptura de cadenas.

51. El aumento en peso molecular se debe a
la formación de geles

52. Mecanismos de la degradacion termo-
oxidativa
Polímer
o
AO
AO AO

53. ESTRUCTURAS DE POLIOLEFINAS
POLIETILENO
POLIPROPILENO

54. 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

55. Responsables de la termo- oxidación.
● Calor
● Esfuerzos mecánicos
● Oxígeno
Para proteger a los polímeros de la termo-oxidación se emplean
aditivos ANTIOXIDANTES
ANTIOXIDANTES
● PRIMARIOS (Capturan radicales libres)
● SECUNDARIOS (Destruyen peróxidos)

56. ANTIOXIDANTES PRIMARIOS
● BHT
● Fenólicos
● Aminas
● Lactonas

57. Polímeros con antioxidantes
fenólicos pueden sufrir
decoloración

58. ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS
● FOSFITOS
● TIOETERES
Los antioxidantes secundarios deben emplearse combinados
con un Primario.

59. Antioxidantes

60. TABLA 3
Efecto de diferentes fenoles y fosfitos sobre el Indice de fluidez de Polipropileno homopolimero
durante extrusiones múltiples a 280 o
C. Estabilización base 0.05 % de Estearato de Calcio.

64. Vitamina E
Ventajas:
● Mantiene la fluidez y el color durante el procesado
● Buena resistencia ala extracción
● Niveles bajo de aditivos

65. Desactivadores de iones
metálicos

66. y promueven la termo-oxidación de los polímeros reduciendo
drásticamente la efectividad de los antioxidantes.
El caso más grave es el de los cables telefónicos, donde los iones de
cobre que libera el conductor al pasar la corriente, causan fallas por
degradación del recubrimiento de polietileno.

68. En otras aplicaciones los artículos moldeados que se usan a
temperaturas altas como por ejemplo cafeteras de polipropileno,
se ha observado que en general los rellenos minerales como el
talco, la mica, los caolines, el asbesto y el carbonato de calcio
reducen drásticamente la estabilidad del producto hacia la termo-
oxidación. Esto se atribuye a la presencia de impurezas metálicas
en esos rellenos de origen natural.
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69. Antianimales

70. Estabilizadores térmicos

71. Estabilizadores
termicos para PVC

72. Estabilizadores termicos
para PVC

73. 2.3.2.- ESTABILIZADORES TERMICOS Y SU ACCION.
Los estabilizadores de plomo se usan principalmente en PVC
plastificado en recubrimiento de cables. Asimismo, en menor escala,
se emplean para otros productos flexibles opacos y para PVC
expandido. Otra aplicación importante de los estabilizadores de plomo
es la fabricación de tubería rígida para drenaje.
Estabilizadores de plomo

74. 2.3.4.- ESTABILIZADORES DE BARIO-CADMIO Y CALCIO- ZINC.
Los estabilizadores de bario/cadmio y Ca/Zn actúan
corrigiendo los defectos en las moléculas de PVC al sustituir
cloros activos por grupos más estables:

75. 2.3.5.- ESTABILIZADORES DE ESTAÑO
Se pueden clasificar en dos categorías (dependiendo de la naturaleza del
grupo Y):
Mercapturos y sulfuros de estaño.
Carboxilatos y maleatos de estaño.

77. 2.3.5.- COSTABILIZADORES.
Existen otros aditivos conocidos como coestabilizadores. Tal es el caso de los
fosfitos orgánicos, los cuales son capaces de sustituir cloros activos, pueden
inactivar peróxidos y neutralizan el HCl. También pueden inactivar iones
metalicos por lo que se usan en combinación con los estabilizadores de Ba /
Cd y Ca / Zn. Otro coestabilizador conocido son los aceites epoxidados de
soya, los cuales inactivan los cloruros de Cadmio o de zinc y pueden
neutralizar el HCl.

78. Anticorrosion

79. ESTABILIZADORES
UV

80. ESTABILIZADORES
UV

81. ESTABILIZADORES
UV - Absorvedores
Benzofeno
na
Benzotriaz
ol

82. ENVEJECIMIENTO ACELERADO

84. Fig. 3.2 Exposición de ABS en Suiza

85. Fig 3.3. Envejecimiento acelerado de
HIPS

86. Fig. 3.4. Envejecimiento acelerado de PC

87. Fig. 3.5 Envejecimiento acelerado de
PC/ABS

88. Fig 3.6 PU sometido a 500
horas de exposición
POLIURETANO

89. Vida de anaquel

90. Agentes antifog
●Glycerol esters
●Polyglycerol esters
●Sorbitan esters
●Ethoxylated sorbitan
esters

91. Antioxidantes
Desactivadores metálicos
Estabilizadores UV
Estabilizadores térmicos
Lubricantes
Plastificantes
Ayudas de proceso
Agentes de nucleación
Modificadores de impacto
Rellenos y reforzantes
Agentes de acoplamiento
Retardantes de flama
Agentes antibloqueantes
Deslizantes
Agentes Espumantes
Biocidas