Acrilonitrilo butadieno estireno

Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) (fórmula química (C₈H₈)_x·(C₄H₆)_y· (C₃H₃N)_z) es un polímero termoplástico común. Su temperatura de transición vítrea es de aproximadamente 105 °C (221 °F). El ABS es amorfo y, por lo tanto, no tiene un verdadero punto de fusión.

El ABS es un terpolímero fabricado mediante la polimerización de estireno y acrilonitrilo en presencia de polibutadieno. Las proporciones pueden variar del 15% al 35% de acrilonitrilo, del 5% al 30% de butadieno y del 40% al 60% de estireno. El resultado es una larga cadena de polibutadieno entrecruzada con cadenas más cortas de poli(estireno-co-acrilonitrilo). Los grupos de nitrilo de las cadenas vecinas, al ser polares, se atraen entre sí y unen las cadenas, lo que hace que el ABS sea más resistente que el poliestireno puro. El acrilonitrilo también aporta resistencia química, resistencia a la fatiga, dureza y rigidez, al tiempo que aumenta la temperatura de deflexión térmica. El estireno le da al plástico una superficie brillante e impermeable, así como dureza, rigidez y facilidad de procesamiento mejorada. El polibutadieno, una sustancia gomosa, proporciona tenacidad y ductilidad a bajas temperaturas, a costa de la resistencia al calor y la rigidez. Para la mayoría de las aplicaciones, el ABS puede usarse entre −20 y 80 °C (−4 y 176 °F), ya que sus propiedades mecánicas varían con la temperatura. Las propiedades se crean mediante el endurecimiento del caucho, donde las partículas finas de elastómero se distribuyen por toda la matriz rígida.

Propiedades

El ABS proporciona propiedades mecánicas favorables, como resistencia al impacto, tenacidad y rigidez, en comparación con otros polímeros comunes. Se pueden realizar diversas modificaciones para mejorar la resistencia al impacto, la tenacidad y la resistencia al calor. La resistencia al impacto se puede amplificar aumentando las proporciones de polibutadieno en relación con el estireno y también con el acrilonitrilo, aunque esto provoca cambios en otras propiedades. La resistencia al impacto no cae rápidamente a temperaturas más bajas. La estabilidad bajo carga es excelente con cargas limitadas. Así, cambiando las proporciones de sus componentes, el ABS se puede preparar en diferentes grados. Dos categorías principales podrían ser ABS para extrusión y ABS para moldeo por inyección, luego resistencia de impacto alta y media. En general, el ABS tendría características útiles dentro de un rango de temperatura de -20 a 80 °C (-4 a 176 °F).

Los ladrillos de Lego están hechos de ABS

Los paneles del cuerpo de Citroën Méhari están hechos de ABS

Las propiedades finales se verán influenciadas hasta cierto punto por las condiciones bajo las cuales se procesa el material hasta el producto final. Por ejemplo, el moldeo a alta temperatura mejora el brillo y la resistencia al calor del producto, mientras que la mayor resistencia al impacto y resistencia se obtienen moldeando a baja temperatura. Las fibras (generalmente fibras de vidrio) y los aditivos se pueden mezclar en los gránulos de resina para fortalecer el producto final y elevar la temperatura máxima de funcionamiento hasta 80 °C (176 °F). También se pueden agregar pigmentos, ya que el color original de la materia prima es de marfil translúcido a blanco. Las características de envejecimiento de los polímeros están muy influenciadas por el contenido de polibutadieno, y es normal incluir antioxidantes en la composición. Otros factores incluyen la exposición a la radiación ultravioleta, contra la cual también hay aditivos disponibles para proteger.

Los polímeros ABS son resistentes a los ácidos acuosos, los álcalis, los ácidos clorhídrico y fosfórico concentrados y los aceites animales, vegetales y minerales, pero se hinchan con el ácido acético glacial, el tetracloruro de carbono y los hidrocarburos aromáticos y son atacados por los ácidos sulfúrico y nítrico concentrados. Son solubles en ésteres, cetonas (como la acetona), cloroformo y dicloruro de etileno. También ofrecen poca resistencia a los solventes clorados, alcoholes y aldehídos.

Aunque los plásticos ABS se utilizan principalmente con fines mecánicos, también tienen propiedades eléctricas que son bastante constantes en una amplia gama de frecuencias. Estas propiedades se ven poco afectadas por la temperatura y la humedad atmosférica en el rango de temperaturas de funcionamiento aceptable.

El ABS es inflamable cuando se expone a altas temperaturas, como las de un fuego de leña. Se derretirá y luego hervirá, momento en el que los vapores estallarán en llamas intensas y calientes. Dado que el ABS puro no contiene halógenos, su combustión normalmente no produce ningún contaminante orgánico persistente, y los productos más tóxicos de su combustión o pirólisis son el monóxido de carbono y el cianuro de hidrógeno. El ABS también se daña con la luz solar. Esto provocó uno de los retiros de automóviles más extensos y costosos en la historia de los EE. UU. debido a la degradación de los botones de liberación del cinturón de seguridad.

El ABS se puede reciclar, aunque no lo aceptan todas las instalaciones de reciclaje.

Propiedades mecánicas

El ABS es uno de los muchos tipos de termoplásticos con aplicaciones biomédicas, con componentes moldeados por inyección fáciles de fabricar para un solo uso. Puede ser esterilizado por radiación gamma u óxido de etileno (EtO).

El plástico ABS se vuelve amarillo cuando se expone a la luz ultravioleta o al calor excesivo, lo que provoca la fotooxidación de los polímeros que rompe las cadenas de polímeros y hace que el plástico se amarillee y se vuelva quebradizo.

ABS transparente

La mayoría de los ABS son opacos porque sus componentes tienen diferentes índices de refracción. El acrilonitrilo y el estireno hacen que el ABS sea rígido. Las partículas de butadieno son elásticas y hacen que el ABS sea resistente a los impactos. La adición de metacrilato de metilo (MMA) ayuda a acercar los índices de refracción, haciéndolo transparente, aunque el producto tiene menos resistencia al impacto.

Producción

El ABS se deriva de acrilonitrilo, butadieno y estireno. El acrilonitrilo es un monómero sintético producido a partir de propileno y amoníaco; el butadieno es un hidrocarburo de petróleo obtenido de la fracción C4 del craqueo al vapor; El monómero de estireno se produce por deshidrogenación del etilbenceno, un hidrocarburo obtenido en la reacción de etileno y benceno.

Según la asociación europea de comercio de plásticos PlasticsEurope, la producción industrial de 1 kg (2,2 lb) de resina ABS en Europa utiliza un promedio de 95,34 MJ (26,48 kW⋅h) y se deriva del gas natural y el petróleo.

Mecanizado

El ABS se fabrica en una variedad de grados, pero para el mecanizado de precisión de piezas estructurales de ABS, se recomienda usar ABS de grado de máquina. El ABS de grado de máquina se mecaniza fácilmente a través de técnicas de mecanizado estándar que incluyen; torneado, taladrado, fresado y aserrado. El ABS puede adherirse químicamente a sí mismo y a otros plásticos similares.

Aplicaciones

Una campana ABS fabricada con una impresora 3D

El ABS se patentó en 1948 y Borg-Warner Corporation lo introdujo en los mercados comerciales en 1954.

El peso ligero del ABS y su capacidad para moldearse por inyección y extruirse lo hacen útil en la fabricación de productos como sistemas de tuberías de drenaje, drenaje y ventilación (DWV). Los instrumentos musicales como las flautas dulces, los oboes y clarinetes de plástico, los movimientos de piano y las teclas de los teclados suelen estar hechos de ABS.

Otros usos incluyen cabezas de palos de golf (debido a su buena absorción de impactos), componentes de molduras de automóviles, barras protectoras de automóviles, binoculares, inhaladores, monoculares, nebulizadores, suturas no absorbibles, prótesis de tendón, sistemas de administración de fármacos, tubos traqueales, recintos para ensambles eléctricos y electrónicos (como estuches para computadoras), cascos protectores, canoas para aguas bravas, bordes protectores para muebles y paneles de carpintería, maletas y estuches protectores, estuches para bolígrafos y pequeños electrodomésticos de cocina. Los juguetes, incluidos LEGO (los ladrillos Lego se fabrican con ABS desde 1958) y los ladrillos Kre-O, son una aplicación común.

El plástico ABS molido hasta un diámetro promedio de menos de 1 micrómetro se usa como colorante en algunas tintas para tatuajes.

Impresión 3D

Cuando se extruye en un filamento, el plástico ABS es un material común que se usa en las impresoras 3D, ya que es económico, fuerte, tiene una gran estabilidad y puede procesarse posteriormente de varias maneras (lijado, pintado, pegado, relleno y alisado químico).). Cuando se utiliza en una impresora 3D, se sabe que el ABS se deforma debido a la contracción que se produce durante el enfriamiento durante el proceso de impresión. El encogimiento se puede reducir imprimiendo dentro de un recinto sobre una superficie de impresión calentada, usando un adhesivo como una barra de pegamento o laca para el cabello para asegurar que la primera capa de la impresión esté bien adherida a la superficie de impresión, o imprimiendo con un borde/balsa en la base de la impresión para ayudar a aumentar la adhesión a la superficie de impresión. El ABS solo se usa en impresoras 3D FFF/FDM, ya que las impresoras 3D de resina no pueden derretir plástico.

Formas particulares de filamentos ABS son ABS-ESD (descarga electrostática) y ABS-FR (resistente al fuego), que se utilizan en particular para la producción de componentes sensibles a la electricidad estática y piezas prefabricadas refractarias.

Peligro para los humanos

El ABS es estable a la descomposición en condiciones normales de uso y procesamiento de polímeros con exposición a carcinógenos muy por debajo de los límites de exposición en el lugar de trabajo. Sin embargo, a temperaturas más altas de 400 °C (750 °F) o más, el ABS puede descomponerse en sus componentes: butadieno (cancerígeno para los humanos), acrilonitrilo (posiblemente carcinógeno para los humanos) y estireno (razonablemente anticipado como carcinógeno para los humanos).

Las partículas ultrafinas (UFP) se pueden producir a temperaturas más bajas (como en la impresión 3D). Se han planteado preocupaciones con respecto a las concentraciones de UFP en el aire generadas durante la impresión 3D con ABS, ya que las UFP se han relacionado con efectos adversos para la salud, algunos de los cuales pueden resultar de la obstrucción del tejido en los riñones, los pulmones y los intestinos causada por una acumulación de UFP.