Elastomero termoplástico

Los elastómeros termoplásticos (TPE), a veces denominados cauchos termoplásticos (TPR), son una clase de copolímeros o una mezcla física de polímeros (generalmente un plástico y un caucho) que consisten en materiales con propiedades tanto termoplásticas como elastoméricas.

Si bien la mayoría de los elastómeros son termoestables, los termoplásticos no son relativamente fáciles de usar en la fabricación, por ejemplo, mediante moldeo por inyección. Los elastómeros termoplásticos muestran ventajas típicas tanto de materiales gomosos como de materiales plásticos. El beneficio de utilizar elastómeros termoplásticos es la capacidad de estirarse hasta alargamientos moderados y volver a su forma casi original, creando una vida más larga y un mejor rango físico que otros materiales.

La principal diferencia entre los elastómeros termoestables y los elastómeros termoplásticos es el tipo de enlace cruzado en sus estructuras. De hecho, la reticulación es un factor estructural crítico que imparte altas propiedades elásticas.

Existen seis clases genéricas de TPE comerciales (designaciones según ISO 18064) junto con una categoría no clasificada:

• Polómeros de bloques estrénicos, TPS (TPE-s)
• Poliolefinalestómeros termoplásticos, TPO (TPE-o)
• vulcanizatos termoplásticos, TPV (TPE-v o TPV)
• Poliuretanos termoplásticos, TPU (TPU)
• Copoléster termoplástico, TPC (TPE-E)
• Poliamidas termoplásticas, TPA (TPE-A)
• Elastómeros termoplásticos no clasificados, TPZ

• Los materiales TPE que provienen del grupo de copolímeros de bloque incluyen CAWITON†, MELIFLEX, THERMOLAST K†, THERMOLAST M†, Chemiton, Arnitel, Hytrel, Dryflex†, Mediprene, Kraton, Pibiflex, Sofprene†, Tuftec† and Laprene†.

† indica copolímeros de bloque estirénicos (TPE-s).

• Laripur, Desmopan, Estane, Texin y Elastollan son ejemplos de poliuretanos termoplásticos (TPU).

• Sarlink, Santoprene, Termoton, Solprene, THERMOLAST V, Vegaprene y Forprene son ejemplos de materiales TPV.

• Ejemplos de elastómeros de olefina termoplástica (TPO) compuesto son For-Tec E o Engage. Ninjaflex utilizado para impresión 3D.

Para calificar como elastómero termoplástico, un material debe tener estas tres características esenciales:

• La capacidad de estirarse a las elongaciones moderadas y, tras la eliminación del estrés, regresar a algo cercano a su forma original
• Procesable como un derretimiento a temperatura elevada
• Absence of significant Creep

El TPE se convirtió en una realidad comercial cuando los polímeros de poliuretano termoplásticos estuvieron disponibles en la década de 1950. Durante la década de 1960 estuvo disponible el copolímero de bloques de estireno, y en la década de 1970 apareció en escena una amplia gama de TPE. El uso mundial de TPE (680.000 toneladas/año en 1990) está creciendo aproximadamente un nueve por ciento anual.

Los materiales de estireno-butadieno poseen una microestructura de dos fases debido a la incompatibilidad entre los bloques de poliestireno y polibutadieno, separándose los primeros en esferas o varillas dependiendo de la composición exacta. Con un bajo contenido de poliestireno, el material es elastomérico predominando las propiedades del polibutadieno. Generalmente ofrecen una gama mucho más amplia de propiedades que los cauchos reticulados convencionales porque la composición puede variar para adaptarse a los objetivos finales de la construcción.

Los copolímeros en bloque son interesantes porque pueden "separar en microfases" los compuestos. para formar nanoestructuras periódicas, como en el copolímero de bloques de estireno-butadieno-estireno (SBS) que se muestra a la derecha. El polímero se conoce como Kraton y se utiliza para suelas de zapatos y adhesivos. Debido a la estructura microfina, se necesitó un microscopio electrónico de transmisión (TEM) para examinar la estructura. La matriz de butadieno se tiñó con tetróxido de osmio para proporcionar contraste en la imagen.

El material se fabricó mediante polimerización viva, de modo que los bloques son casi monodispersos, lo que ayuda a crear una microestructura muy regular. El peso molecular de los bloques de poliestireno en la imagen principal es 102.000; la imagen insertada tiene un peso molecular de 91.000, lo que produce dominios ligeramente más pequeños. El espaciado entre dominios ha sido confirmado mediante dispersión de rayos X de ángulo pequeño, una técnica que proporciona información sobre la microestructura. Dado que la mayoría de los polímeros son incompatibles entre sí, la formación de un polímero en bloque normalmente dará como resultado una separación de fases, y el principio ha sido ampliamente explotado desde la introducción de los polímeros en bloque SBS, especialmente cuando uno de los bloques es altamente cristalino. Una excepción a la regla de incompatibilidad es el material Noryl, donde el poliestireno y el óxido de polifenileno o PPO forman una mezcla continua entre sí.

Otros TPE tienen dominios cristalinos donde un tipo de bloque cocristaliza con otro bloque en cadenas adyacentes, como en los cauchos de copoliéster, logrando el mismo efecto que en los polímeros de bloque SBS. Dependiendo de la longitud del bloque, los dominios son generalmente más estables que estos últimos debido al mayor punto de fusión del cristal. Ese punto determina las temperaturas de procesamiento necesarias para dar forma al material, así como las temperaturas finales de uso en servicio del producto. Dichos materiales incluyen Hytrel, un copolímero de poliéster-poliéter y Pebax, un copolímero de nailon o poliamida-poliéter.

Dependiendo del entorno, los TPE tienen excelentes propiedades térmicas y estabilidad del material cuando se exponen a una amplia gama de temperaturas y materiales no polares. Los TPE consumen menos energía para producirse, pueden colorearse fácilmente con la mayoría de los tintes y permiten un control de calidad económico. El TPE requiere poca o ninguna composición, sin necesidad de agregar agentes de refuerzo, estabilizadores o sistemas de curado. Por lo tanto, no existen variaciones entre lotes en los componentes de peso y dosificación, lo que mejora la consistencia tanto en las materias primas como en los artículos fabricados. Los materiales TPE tienen potencial para ser reciclables ya que pueden moldearse, extruirse y reutilizarse como los plásticos, pero tienen propiedades elásticas típicas de los cauchos que no son reciclables debido a sus características termoendurecibles. También se pueden triturar y convertir en filamentos de impresión 3D con un robot de reciclaje.

Los dos métodos de fabricación más importantes de TPE son la extrusión y el moldeo por inyección. Los TPE ahora se pueden imprimir en 3D y se ha demostrado que son económicamente ventajosos para fabricar productos mediante fabricación distribuida. El moldeo por compresión rara vez se utiliza, o nunca. La fabricación mediante moldeo por inyección es extremadamente rápida y muy económica. Tanto el equipo como los métodos normalmente utilizados para la extrusión o el moldeo por inyección de un termoplástico convencional son generalmente adecuados para los TPE. Los TPE también se pueden procesar mediante moldeo por soplado, calandrado por fusión, termoformado y soldadura por calor.

Los TPE se utilizan cuando los elastómeros convencionales no pueden proporcionar la gama de propiedades físicas necesarias en el producto. Estos materiales encuentran una gran aplicación en el sector de la automoción y en el sector de los electrodomésticos. Por ejemplo, los TPE de copoliéster se utilizan en pistas de motos de nieve donde la rigidez y la resistencia a la abrasión son primordiales. Las olefinas termoplásticas (TPO) se utilizan cada vez más como material para tejados. Los TPE también se utilizan ampliamente para catéteres donde los copolímeros de bloque de nailon ofrecen una gama de suavidad ideal para los pacientes. Las mezclas de silicona termoplástica y olefinas se utilizan para la extrusión de perfiles de vidrio y burletes dinámicos para automóviles. Los copolímeros de bloques de estireno se utilizan en suelas de zapatos por su facilidad de procesamiento y ampliamente como adhesivos.

Debido a sus capacidades incomparables en el moldeo por inyección de dos componentes para diversos sustratos termoplásticos, los materiales TPS de ingeniería también cubren una amplia gama de aplicaciones técnicas que van desde el mercado automotriz hasta productos médicos y de consumo. Por ejemplo, superficies de agarre suave, elementos de diseño, interruptores y superficies retroiluminados, así como juntas, juntas o elementos de amortiguación. El TPE se usa comúnmente para fabricar casquillos de suspensión para aplicaciones de rendimiento automotriz debido a su mayor resistencia a la deformación en comparación con los casquillos de caucho normales. Los termoplásticos han experimentado un crecimiento en la industria de la calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) debido a su función, rentabilidad y adaptabilidad para modificar resinas plásticas en una variedad de cubiertas, ventiladores y carcasas. El TPE también se puede utilizar en dispositivos médicos, cubiertas de cables eléctricos y aislamiento interior, juguetes sexuales y algunos cables de auriculares.

• PR Lewis y C Price, Polímero, 13, 20 (1972)
• Moderno plástico de mediados de octubre Edición de la Enciclopedia, Introducción a TPEs, página:109-110
• Últimos desarrollos materiales y tecnológicos para Activewear (Joanne Yip, 2020, página 66-67)