Resina de poliéster

Las resinas de poliéster son resinas sintéticas formadas por la reacción de ácidos orgánicos dibásicos y alcoholes polihídricos. El anhídrido maleico es una materia prima de uso común con funcionalidad diácida en resinas de poliéster insaturado. Las resinas de poliéster insaturado se utilizan en compuestos de moldeo de láminas, compuestos de moldeo a granel y el tóner de impresoras láser. Los paneles de pared fabricados a partir de resinas de poliéster reforzadas con fibra de vidrio (el llamado plástico reforzado con fibra de vidrio, FRP) se utilizan normalmente en restaurantes, cocinas, baños y otras áreas que requieren paredes lavables de bajo mantenimiento. También se utilizan ampliamente en aplicaciones de tuberías curadas en el lugar. Los Departamentos de Transporte de los EE. UU. también los especifican para su uso como superposiciones en carreteras y puentes. En esta aplicación se conocen como superposiciones de hormigón de poliéster (PCO). Por lo general, se basan en ácido isoftálico y se cortan con estireno en niveles altos, generalmente hasta el 50%. Los poliésteres también se utilizan en adhesivos para pernos de anclaje, aunque también se utilizan materiales a base de epoxi. Muchas empresas han introducido y siguen introduciendo sistemas sin estireno, principalmente debido a problemas de olor, pero también por la preocupación de que el estireno sea un posible carcinógeno. Las aplicaciones de agua potable también prefieren sistemas sin estireno. La mayoría de las resinas de poliéster son líquidos viscosos de color pálido que consisten en una solución de poliéster en un diluyente reactivo que suele ser estireno, pero que también puede incluir vinil tolueno y varios acrilatos.

Los poliésteres insaturados son polímeros de condensación formados por la reacción de polioles (también conocidos como alcoholes polihídricos), compuestos orgánicos con múltiples grupos funcionales de alcohol o hidroxi, con ácidos dibásicos insaturados y, en algunos casos, saturados. Los polioles típicos utilizados son los glicoles, incluidos el etilenglicol, el propilenglicol y el dietilenglicol; los ácidos típicos utilizados son el ácido ftálico, el ácido isoftálico, el ácido tereftálico y el anhídrido maleico. El agua, un subproducto de condensación de las reacciones de esterificación, se elimina continuamente por destilación, lo que impulsa la reacción hasta su finalización mediante el principio de Le Chatelier. Los poliésteres insaturados generalmente se venden a los fabricantes de piezas como una solución de resina en un diluyente reactivo; el estireno es el diluyente más común y el estándar de la industria. El diluyente permite controlar la viscosidad de la resina y también participa en la reacción de curado. La resina inicialmente líquida se convierte en un sólido mediante la reticulación de cadenas. Esto se hace creando radicales libres en enlaces insaturados, que se propagan en una reacción en cadena a otros enlaces insaturados en moléculas adyacentes, uniéndolos en el proceso. La insaturación generalmente se presenta en forma de especies de maleato y fumarato a lo largo de la cadena de polímero. El maleato/fumarato generalmente no se autopolimeriza mediante reacciones radicalarias, pero reacciona fácilmente con el estireno. Se sabe que el anhídrido maleico y el estireno forman copolímeros alternados y, de hecho, son el caso clásico de este fenómeno. Esta es una de las razones por las que el estireno ha sido tan difícil de desplazar en el mercado como el diluyente reactivo estándar de la industria para resinas de poliéster insaturado, a pesar de los crecientes esfuerzos por desplazar el material, como la Proposición 65 de California. Los radicales libres iniciales se inducen añadiendo un compuesto que se descompone fácilmente en radicales libres. Este compuesto se conoce como catalizador dentro de la industria, pero iniciador es un término más apropiado. Las sales de metales de transición se suelen añadir como catalizador para la reacción de reticulación por crecimiento de la cadena y, en la industria, este tipo de aditivo se conoce como promotor; se entiende generalmente que el promotor reduce la energía de disociación del enlace del iniciador radical. Las sales de cobalto son el tipo de promotor más común utilizado. Los iniciadores radicales comunes utilizados son peróxidos orgánicos como el peróxido de benzoilo o el peróxido de metiletilcetona.

Las resinas de poliéster son termoendurecibles y, al igual que otras resinas, se curan de forma exotérmica. Por lo tanto, el uso excesivo de iniciador, especialmente cuando hay un catalizador presente, puede provocar carbonización o incluso ignición durante el proceso de curado. El exceso de catalizador también puede provocar que el producto se fracture o forme un material gomoso.

Los poliésteres insaturados (UPR) se utilizan en muchos mercados industriales diferentes, pero en general se utilizan como material matriz para varios tipos de compuestos. Los compuestos reforzados con fibra de vidrio comprenden el segmento más grande en el que se utilizan los UPR y se pueden procesar mediante SMC, BMC, pultrusión, tuberías curadas en el lugar (conocidas como relining en Europa), bobinado de filamentos, moldeo al vacío, moldeo por aspersión y moldeo por transferencia de resina (RTM). Las palas de turbinas eólicas también los utilizan, así como muchos otros procesos. Los UPR también se utilizan en aplicaciones no reforzadas, siendo ejemplos comunes los gel coats, los botones de camisa, los pernos de minas, los núcleos de bolas de bolos, el hormigón polimérico y la piedra artificial o el mármol cultivado.

En química orgánica, un éster se forma como producto de condensación de un ácido carboxílico y un alcohol, y el agua se forma como subproducto condensado. Un éster también se puede producir con un haluro de acilo y un alcohol, en cuyo caso el subproducto condensado es un haluro de hidrógeno.

Los poliésteres son una categoría de polímeros en los que la funcionalidad éster se repite dentro de la cadena principal. Los poliésteres son un ejemplo clásico de polímero de crecimiento escalonado, en el que un ácido o haluro de acilo difuncional (o de orden superior) se hace reaccionar con un alcohol difuncional (o de orden superior). Los poliésteres se producen comercialmente como resinas saturadas e insaturadas. El poliéster más común y de mayor volumen de producción es el tereftalato de polietileno (PET), que es un ejemplo de poliéster saturado y se utiliza en aplicaciones como fibras para ropa y alfombras, contenedores de alimentos y líquidos (como botellas de agua o refrescos), así como películas.

En la química del poliéster insaturado (UPR), los sitios de insaturación están presentes a lo largo de la cadena, generalmente por incorporación de anhídrido maleico, pero también se utilizan ácido maleico y ácido fumárico. El ácido maleico y el ácido fumárico son isómeros donde el maleico es el isómero cis y el fumárico es el isómero trans. Las formas éster de estas dos moléculas son maleato y fumarato, respectivamente. Al curar un UPR, se sabe que la forma fumarato reacciona más rápidamente con el radical estireno, por lo que a menudo se emplean catalizadores de isomerización, como N,N-dimetilacetoacetamida (DMAA), en el proceso de síntesis que convierte los maleatos en fumaratos; la isomerización también se puede estimular con un mayor tiempo de reacción y temperatura. Dentro de la industria de UPR, la clasificación de las resinas generalmente se basa en el ácido saturado primario. Por ejemplo, una resina que contiene principalmente ácido tereftálico se conoce como resina Tere, una resina que contiene principalmente anhídrido ftálico se conoce como resina Ortho, y una resina que contiene principalmente ácido isoftálico se conoce como resina Iso. El diciclopentadieno (DCPD) también es una materia prima común de UPR y se puede incorporar de dos formas diferentes. En un proceso, el DCPD se agrieta in situ para formar ciclopentadieno que luego se puede hacer reaccionar con grupos maleato/fumarato a lo largo de la cadena de polímero a través de una reacción de Diels-alder. Este tipo de resina se conoce como resina Nadic y se la conoce como Ortho para pobres, debido a que comparte muchas propiedades similares de una resina Ortho junto con el costo extremadamente bajo de la materia prima de DCPD. En otro proceso, el anhídrido maleico primero se abre con agua u otro alcohol para formar ácido maleico y luego se hace reaccionar con DCPD donde un alcohol del ácido maleico reacciona a través de uno de los enlaces dobles del DCPD. Este producto se utiliza luego para recubrir los extremos de la resina UPR, lo que da como resultado un producto con insaturación en los grupos terminales. Este tipo de resina se denomina resina DCPD.

Las resinas ortodóncicas constituyen el tipo más común de UPR y muchas de ellas se conocen como resinas de uso general. Los compuestos de FRP que utilizan resinas ortodóncicas se encuentran en aplicaciones como cascos de barcos, artículos de baño y núcleos de bolas de bolos.

Las resinas iso generalmente se encuentran en el extremo superior de los productos UPR, tanto por el costo relativamente más alto del ácido isoftálico como por las propiedades superiores que poseen. Las resinas iso son el tipo principal de resina que se usa en aplicaciones de gel coat, que es similar a una pintura, pero se rocía en un molde antes de que se moldee el FRP, dejando un revestimiento sobre la pieza. Las resinas de gel coat deben tener un color más bajo (casi transparente) para no impartir color adicional a la pieza o para que se puedan teñir correctamente. Los gel coats también deben tener una fuerte resistencia a la intemperie por rayos UV y a la formación de ampollas por agua.

Las resinas Tere se utilizan a menudo cuando se desea un módulo y una resistencia elevados, pero no son necesarias las propiedades de color bajo de una resina Iso. El ácido tereftálico suele ser más económico que el ácido isoftálico, pero ambos proporcionan características de resistencia similares a un producto UPR. Existe un subconjunto especial de resinas Tere, conocidas como resinas PET UPR, que se producen mediante el craqueo catalítico de resina PET en el reactor para producir una mezcla de ácido tereftálico y etilenglicol. A continuación, se añaden ácidos y glicoles adicionales junto con anhídrido maleico y se produce un nuevo polímero. El producto final es funcionalmente el mismo que una resina Tere, pero a menudo puede ser más económico de fabricar, ya que el PET de desecho se puede obtener a bajo precio. Si se utiliza un PET modificado con glicol (PET-G), se pueden impartir propiedades excepcionales a la resina debido a algunos de los materiales exóticos utilizados en la producción de PET-G. Las resinas Tere y PET-UPR se utilizan en muchas aplicaciones, incluidas las tuberías curadas in situ.

Se ha demostrado que los líquenes deterioran las resinas de poliéster, como se puede observar en los yacimientos arqueológicos de la ciudad romana de Baelo Claudia, España.

La resina de poliéster ofrece las siguientes ventajas:

1. Resistencia adecuada al agua y la variedad de productos químicos.
2. Resistencia adecuada al clima y al envejecimiento.
3. Bajo costo.
4. Los poliésteres pueden soportar una temperatura de hasta 80 °C.
5. Los poliésteres tienen buen tejido a fibras de vidrio.
6. Encogimiento relativamente bajo entre 4 y 8 % durante el curado.
7. Ampliación térmica lineal va desde 100–200 x 10⁻⁶ K⁻¹.

La resina de poliéster tiene las siguientes desventajas:

1. Odor de estireno fuerte
2. Más difícil de mezclar que otras resinas, como un epoxi de dos partes
3. La naturaleza tóxica de sus vapores, y especialmente de su catalizador, MEKP, plantean un riesgo de seguridad si no se utiliza la protección adecuada
4. No es apropiado vincular muchos sustratos
5. La cura terminada es más probable que más débil que una cantidad igual de una resina epoxi

• Poliéster
• Styrene
• Matriz de polímero de termostato
• Polómero termoestablecido
• Vinyl ester