El mercado de elastómeros termoplásticos crece y renueva sus materiales

El mercado mundial de resinas elastoméricas termoplásticas está creciendo a cerca de un 6,5% anual. En Norteamérica, este crecimiento será del 6% y en Europa, cerca del 7%, según datos de PolyOne, de Estados Unidos. Este país responde por el 41% de la demanda mundial, mientras que el continente europeo representa el 37%, y el resto, 18%, corresponde al Pacífico Asiático, entre ellos China. En América Latina, se espera un crecimiento a una tasa superior al 10%, pero sobre una base que es menor a la de las regiones geográficas ya citadas. Por materiales, el TPE de mayor consumo corresponderá a los copolímeros de bloque estirénicos, SBC (del inglés styrene butadiene copolymer), con una participación aproximada del 48%. Seguirán en su orden las poliolefinas termoplásticas, TPO (del inglés thermoplastic olefins) con una participación del 23%, los poliuretanos termoplásticos, TPU (del inglés thermoplastic urethanes) con una participación del 13%, los termoplásticos vulcanizables, TPV (del inglés thermoplastic vulcanizate) con una participación del 8%, y los elastómeros copoliéster, COPE (del inglés copolyester elastomers) con una participación del 7% del mercado mundial.

El principal incentivo para el aumento del mercado son las nuevas y mayores aplicaciones que se están encontrando en el sector automotor, con una participación del 30%, y en la construcción. Los materiales más representativos de este crecimiento en términos de porcentaje son los TPV y las TPO, que están reemplazando a otros materiales como los cauchos termofijos y productos vinílicos tradicionales. Otro material TPE que es atractivo en el mercado por el valor de su crecimiento son los de tipo estirénico, especialmente en aplicaciones donde se requieren acabados suaves al tacto en el sector de los bienes de consumo. La característica de suavidad al tacto es el principal impulsador del crecimiento de los TPE en este sector, pues en muchos productos aún no se ha implementado y es una tendencia ya muy definida.

Para aplicar una capa de material suave al tacto es necesario hacer uso de un sustrato que generalmente es más duro. Anteriormente ser realizaba un ensamble mecánico entre los dos materiales, pero hoy en día se tienen materiales de dureza diferente pero que se adhieren entre sí. La adhesión entre dos materiales depende de características como las reacciones químicas que eventualmente puedan presentarse en la interfase, la polaridad de las superficies, interacciones locales entre las superficies, difusión de cadenas moleculares en la interfase y finalmente las condiciones del proceso, como la temperatura y la presión. La adhesión se puede comprobar por varios métodos, como las pruebas de pelado y el método DCB (del inglés double cantiliver beam). También se puede emplear la prueba ISO 4578. En estas pruebas se mide el esfuerzo de rasgado necesario para separar las dos capas de materiales. Como regla general de moldeo por inyección empleando la tecnología de sobreinyección, se puede afirmar que entre más alta sea la temperatura del segundo material en el molde, mayor es la adhesión.

Debido a que los materiales se comportan de una manera diferente durante el enfriamiento, en el moldeo por inyección de multicomponentes puede ocurrir la deformación del producto. Los diferentes grados de encogimiento de los materiales, el diseño del producto y las condiciones de procesamiento son los factores más importantes que afectan la deformación. Entre las acciones que se pueden tomar para evitar o disminuir este fenómeno en moldeo por inyección están: mantener el molde a una mayor temperatura para la aplicación del segundo material, aplicar una presión más alta en la etapa de mantenimiento de la compresión durante la segunda etapa de inyección y proveer más tiempo de duración a la etapa de compresión en la segunda etapa de inyección. Si tales soluciones son aplicables en el proceso se pueden obtener ventajas obvias como las siguientes: el proceso de inyección se puede realizar en una sola operación y etapas intermedias, tales como el enfriamiento y recalentamiento de la primera inyección, ya no son necesarias; menores costos de producción; y una razón más favorable de costo beneficio del producto final.

Nuevas aplicaciones están apareciendo en razón del desarrollo de nuevas funciones especiales en los materiales plásticos. Existen ahora los plásticos con características "sensoriales" por ejemplo, que pueden cambiar de color con la temperatura o en la presencia de una corriente eléctrica. Estas propiedades pueden conjugarse también con la propiedad de adhesión táctil. Los diseñadores industriales cuentan ahora con una gama de opciones para desarrollar aplicaciones en todos los sectores del mercado, en especial de bienes de consumo y automotriz. Por otro lado, los procesadores están formando alianzas para ampliar su rango de acción con base en estas nuevas posibilidades. Así por ejemplo, PolyOne y DuPont Dow Elastomers, DDE, están trabajando conjuntamente en el desarrollo de materiales con base en los polímeros de olefinas metalocénicas. Zeon Chemical está combinando sus recursos con los de Advanced Elastomer Systems, AES, para desarrollar TPV para aplicaciones en temperaturas altas. Solvay Engineered Polymers ha establecido una alianza con Thermoplastic Rubber Systems para ofrecer nuevos productos de TPV al mercado automotor. GLS está haciendo equipo con BASF Corp., para desarrollar nuevos TPU; y GE Plastics y GLS se unieron para trabajar en el campo de materiales rígidos combinados con TPE suaves al tacto.

Avances en los varios tipos de TPE
TPE estirénicos. Kraton Polymers presentará en NPE 2003 una familia de resinas TPE estirénicas fabricadas con una nueva tecnología. Estas resinas se usan en mezclas para mejorar propiedades como resistencia mecánica, elasticidad, resistencia a la temperatura, suavidad, apariencia y adhesión táctil en un sinnúmero de aplicaciones, como juguetería, empaques, sector automotor, deportes, construcción y partes técnicas. Estos nuevos desarrollos están orientados a reemplazar el PVC.

Una de estas nuevas tecnologías se refiere al empleo de un material suave al tacto sobre otro que también es suave al tacto, en el que uno puede ser muy suave (por ejemplo, con una dureza de 28 Shore A) se coinyecta sobre un sustrato más firme, pero aún suave y cauchoso (por ejemplo, con una dureza de 60 Shore A). La combinación de materiales suaves sobre suaves abre las puertas a varios tipos de opciones y aplicaciones, que antes no se podían implementar debido a la dificultad técnica de unir estos materiales entre sí. Entre las aplicaciones se cuentan las manijas, asas, obturadores y llaves de válvulas y otros instrumentos, los cuales hasta ahora se han fabricado con materiales suaves depositados sobre sustratos duros. La llegada de la posibilidad de unir materiales suaves entre sí significa que los diseñadores pueden diferenciar ahora sus productos clasificándolos en un rango más amplio de acabados y dureza. El usuario final evitará la formación de ampollas en las manos al mismo tiempo que ganará firmeza en el manejo de los instrumentos con elementos de asir con estas nuevas características. Los nuevos materiales también se distinguen por su resistencia química superior.

Entre las dificultades halladas anteriormente para el procesamiento de materiales suaves sobre suaves se incluían la deformación de los productos y la falta de adhesión entre ellos. Estos problemas se resolvieron involucrando el uso de sistemas de colada caliente y rediseñando las puertas de entrada a las cavidades del molde. Las resinas SEBS de Kraton ofrecen mayor facilidad de flujo y por lo tanto evita la formación de vacíos en la interfase entre los productos. También minimizan la formación de líneas de unión aseguran una adhesión superior. Otros usos de las resinas SBC, de acuerdo con representantes de Kraton, además de las del sector automotor, son las relacionadas con la formulación de adhesivos y asfaltos. También está el sector del calzado, en el cual China y el área del Pacífico asiático están muy interesados.

Termoplásticos olefínicos. Como se indicó antes, una de las resinas TPE de mayor crecimiento son las TPO, especialmente por su mayor demanda dentro del sector automotor. En los últimos 10 años su uso se ha elevado en cerca del 10% anual y ha reemplazado a materiales como PUR RIM, PVC y otros TPE, en la fabricación de paneles y partes para el exterior de las carrocerías de automotores. En el futuro este crecimiento va estar apoyado por las nuevas aplicaciones que ya se visualizan para construir otras piezas de las carrocerías y partes funcionales de los automotores. Estas partes se pueden fabricar hoy en día con compuestos más rígidos, CTPO (TPO en compuesto) o RTPO (TPO grado reactor), que también se distinguen por su costo más económico. Ambos materiales tienen un módulo entre 100.000 y 150.000 psi. Los acabados con TPO son también superiores, hasta el punto que la intersección entre los paneles plásticos y los metálicos de las carrocerías son imperceptibles.

El bajo costo de los productos fabricados con TPO, su tenacidad y ductilidad, son características que acompañan a los nuevos materiales de TPO. También, el procesamiento es ahora más fácil y económico. Las láminas extruidas de TPO pueden colaminarse a películas decoradas y pintadas para dar acabados durables, resistentes al rayado y a la intemperie. Las láminas se recortan y procesan por termoformación para dar la forma deseada al producto. Una opción en la continuación del proceso es la de llevar el panel o pieza termoformada a una inyectora donde se le aplica en el respaldo una capa de refuerzo. Este procedimiento es más barato que la fabricación de partes metálicas que luego tienen que ser pintadas. Hasta hace poco tiempo atrás, se empleaban en un 50% capas de coextrusiones de ABS/PVC para hacer los paneles termoformados. Hoy, este uso a disminuido al 36% debido a la sustitución con TPO, de acuerdo con fuentes de la industria. El remanente se puede mantener inalterado si se tiene en cuenta que las pieles de PVC son mecánicamente más resistentes a baja temperatura y porque se desempeñan mejor en las nuevas aplicaciones de compartimentos invisibles para las bolsas de aire, de seguridad contra choques. En esta aplicación, la lámina de PVC se rompe de manera nítida y fácil para permitir la eyección de la bolsa de aire en el momento del choque.

Históricamente, los TPO han presentado problemas en los procesos de termoformación debido a su relativa baja resistencia en fundido, especialmente cuando se fabrican partes de mayor tamaño. Los TPO grado reactor, RTPO, de Equistar Chemicals (como por ejemplo la referencia Flexathene PD 951) han sido concebidos para esta aplicación. Ofrecen una buena adhesión a las películas decorativas aún después de realizar estiramientos que superan el 300% en el proceso de termoformación. La resistencia en estado fundido ha sido mejorada gracias a la adición de cadenas moleculares más largas de polipropileno. La rigidez es alta así como la tenacidad, como se ha demostrado en pruebas a temperaturas bajo cero en grados centígrados. El consumo de TPO en aplicaciones exteriores e internas de carrocerías de automotores crecerá a más del 10% anualmente en los próximos años, afirman representantes DDE en Estados Unidos.

Poliuretanos termoplásticos. Los TPU deberán crecer a alrededor de un 6,5% anualmente en el mundo en el corto plazo, gracias a la demanda en el sector automotor, bienes de consumo y deportivos. Estos materiales podrán sustituir al PVC y al caucho termofijo en varias aplicaciones, incluyendo los acabados suaves al tacto.

Los poliuretanos termoplásticos elastómeros se producen por la reacción en cadena de amina y polioles para dar productos con módulos de flexión entre 1.500 y 300.000. los TPU se pueden procesar con facilidad por los métodos tradicionales de transformación, como son la extrusión, el moldeo por inyección o por soplado, y otros. En un sentido amplio, se pueden clasificar en tres categorías: mezclas físicas, vulcanizados y TPU grado reactor. Las aplicaciones principales se encuentran en la industria automotriz, bienes moldeados, membranas para techos, recubrimientos de cables y alambres, mangueras y tubería, aplicaciones médicas, películas especiales y manijas. En los años recientes, las aplicaciones en la industria automotriz han observado los mayores crecimientos. La demanda en Estados Unidos constituye cerca del 40% del total mundial de estos materiales, seguido por Europa (30%), Japón (23%) y la diferencia, el resto del mundo.

Los elastómeros y elastómeros de tipo metaloceno se están empleando profusamente para fabricar TPU de mezcla y vulcanizados debido a sus propiedades de alta resistencia al impacto, tenacidad, facilidad de coloración y dispersión, así como su menor costo.

GLS Corporation anunció el establecimiento de un acuerdo con BASF Corporation para producir una generación nueva de aleaciones de TPU. Estos productos llevarán la marca Versollan® TPE. Entre las primeras versiones se tendrá un TPU de caucho, con apariencia y sentido al tacto igual al caucho. Otros beneficios claves de las nuevas aleaciones de TPU serán la suavidad (hasta de 45 Shore A), buena flexibilidad, excelentes propiedades bajo esfuerzos de tensión, y buena resistencia química y a los aceites. Entre las aplicaciones de las nuevas aleaciones de TPU estarán las herramientas manuales eléctricas, suministros de jardinería, cortadoras motorizadas de pastos, equipos electrónicos manuales o portátiles, equipos de oficina, soportes para equipos deportivos y de entretenimiento, carretas y sistemas de transporte, entre otros. Las aleaciones podrán ser combinadas con otros materiales en procesos de coinyección y sobre moldeo, como el policarbonato, ABS y aleaciones PC-ABS.

Las películas monolíticas de TPU están proporcionando oportunidades de aplicación a la comunidad médica porque ofrecen propiedades especiales como la permeabilidad, permiten la respiración, que ayudan a proteger a los pacientes y personal médico contra peligros biológicos e infecciones. La flexibilidad que existe en la formulación química de estos materiales permite la fabricación de tipos de TPU específicos para cada aplicación. Otras características de interés de estas películas son la alta resistencia a la tensión y rasgado, resistencia química, facilidad de procesamiento y propiedades de barrera para protección sanitaria. Puede ser usado para fabricar guantes, elementos de curación de heridas, vestidos de protección, colchones que protegen contra la formación de úlceras y otras afecciones cutáneas de los pacientes, bolsas para fluidos corpóreos, medicinas, etc. Estas aplicaciones hacen uso de la efectividad de las propiedades de las películas de TPU, duración, de su desempeño confiable y propiedades mecánicas.

Termoplasticos vulcanizables. Los TPV gozarán las tasas de crecimiento más altas, del 8% anual en Europa cerca del 15% en la industria automotriz. El potencial de crecimiento es muy grande en aplicaciones expuestas a la intemperie y donde se requiera un desempeño especial en propiedades de compresión y resistencia en el tiempo. Estos productos ofrecen también facilidad de reciclaje, disminución en la fuente, flexibilidad en el diseño y oportunidades de reducción de costos durante el procesamiento; como lo han podido comprobar los industriales del sector automotor. Los TPV pueden encontrar aplicaciones en el área del motor porque pueden soportar altas temperaturas. Esto se logra incorporando silicona al termoplástico y de esta manera se conforman los denominados TPSIVS, que proporcionan servicio continuo a temperaturas hasta de 150°C. Bajo estas condiciones, los TPSIVS son menos pegajosos y ruidosos que otros materiales. Zeon y Multibase son compañías que ofrecen familias de TPV para servicio a altas temperaturas. Dow Corning Corporation también ofrece TPV modificados con partículas de caucho de silicona dispersas. Esta empresa denomina a estos productos de manera genérica como TPSiV (del inglés thermoplastic silicone vulcanizate) y los ha lanzado inicialmente en 40 compañías como productos en desarrollo.

Los nuevos TPV modificados con silicona emplean diferentes tipos de matrices, que pueden ser de nylon, poliéster y en ocasiones, resinas de carácter propietario. Estas resinas ofrecen una buena resistencia a los fluidos presentes en el área del motor y también ofrecen una mayor dureza, en el rango de 40 Shore D a 60 Shore D. Estos materiales pueden moldearse por inyección o soplado y en extrusión, pero en todos estos casos es necesario presecar el material. Pueden ser coloreados sin causar amarillamiento. Las aplicaciones más inmediatas se esperan ocurrirán en la fabricación de mangueras y tubería para compartimiento del motor, ductos de aire, cubiertas para mangueras de líquido de frenos y de líneas de combustible. Otras posibilidades son el recubrimiento de cables y alambres, tubería para la industria química, bandas de transporte, sellos y diafragmas. Adicionalmente, las familias de TPSiV ofrecen adhesiones inherentemente buenas a un amplio rango de resinas de ingeniería de carácter termoplástico. Ya que los TPSiV ofrecen la sensación de acabados en cuero, se pueden combinar con resinas suaves al tacto, para lograr resultados de alto valor en bienes de consumo eléctricos y electrónicos así como en empaques para cosméticos.

Los elastómeros copoliéster. Los COPE cuentan con un crecimiento en la demanda mundial de cerca del 8% anual para los siguientes tres años. Este crecimiento se justifica por los desarrollos de productos que se están realizando en aplicaciones de películas y láminas. Así por ejemplo, Cyclics® Corporation creo un tiempo atrás un elastómero termoplástico con base en PBT, empleando un procedimiento de extrusión reactiva. El proceso de extrusión reactiva permite en este caso lograr elastómeros tipo copoliéster-éter con una variedad de durezas al tiempo que se preserva la alta temperatura de fundición del PBT. Así, un COPE de este estilo puede ofrecer una dureza de 80 Shore A con un punto de fundición de 215°C. El elastómero en cuestión está compuesto de segmentos duros y blandos, a manera de copolímeros de bloque. Los segmentos duros corresponden a la molécula de PBT, mientras que los blandos provienen de las moléculas de poliéter-glicol. Los TPE COPE se usan comúnmente para fabricar productos industriales, automotores, de cable y alambre, construcción, aeroespacio y equipos de transporte. Los productos pueden fabricados por moldeo por inyección o compresión, y extrusión.

Uno de los factores más importantes en moldeo por inyección multicomponente es la adhesión entre diferentes materiales. Este desarrollo está en línea con la tendencia que existe en varios mercados, como el automotor y el de bienes de consumo, en donde hay preferencia por la combinación de materiales suaves y duros; como lo hemos visto ya con los demás tipos de materiales elastoméricos termoplásticos. En este sentido, los elastómeros copoliéster ofrecen la posibilidad de adherirse de una manera excelente a policarbonato, a aleaciones de PC/ABS y a PBT.

SM Engineering Plastics ofrece ahora en el mercado su COPE Arnitel PL471, que brinda una excelente adhesión en combinaciones de materiales suaves y duros. La compañía Draxlmaier de Alemania fabrica un tablero que contiene un sistema de bolsa de protección en choques, para automotores de BMW. El tablero de instrumentos está fabricado en una aleación PC/ABS y la cubierta de la bolsa de aire se fabrica en Arnitel PL471. En este caso se ha logrado una estructura que combina la rigidez de la aleación con la alta ductilidad de la cubierta del sistema de la bolsa, proporcionada por el Arnitel PL471 (y que se mantiene aún en temperaturas extremas hasta -35°C. Esta característica es muy importante cuando la bolsa se infla.