¿Qué son los agentes compatibilizantes para polímeros inmiscibles y cómo funcionan?

Los agentes de compatibilización se usan para hacer posible el mezclado de dos o más polímeros inmiscibles. El resultado final es una mezcla homogénea, aunque en ella coexistan todavía las fases individuales de cada uno de los tipos de resinas presentes. El agente compatibilizante permite que la mezcla ocurra y a la vez le imparte estabilidad, de tal manera que los polímeros se comportan como si fueran realmente miscibles entre sí. Los agentes compatibilizantes normalmente constan de dos partes, y cada una de ellas tiene la capacidad de interactuar con los polímeros presentes en la mezcla.

Los agentes de compatibilización se clasifican en agentes reactivos y no reactivos. Los primeros forman enlaces químicos con al menos uno de los polímeros en la mezcla, y los agentes no reactivos no forman enlaces de carácter químico, pero sí son miscibles con los componentes.

Más allá de estas consideraciones, los agentes de compatibilización siempre han atraído la atención de los procesadores que consideran la mezcla de resinas como una forma de obtener un balance deseado de propiedades químicas y físicas, que normalmente no se encuentran en una resina única a un costo conveniente.

Los objetivos que se persiguen con la formulación de mezclas de resinas inmiscibles son muy variados: hoy en día es importante buscar un punto de fundición más alto o una mayor estabilidad térmica. Por otro lado, crece el interés por el sobre-moldeo de tres o más componentes para fabricar productos de consumo con superficies suaves al tacto apoyadas sobre resinas más duras; aquí se busca obtener una buena fuerza de cohesión entre los dos tipos de resinas sin necesidad de emplear etapas subsecuentes de ensamble. Un objetivo siempre presente ha sido la reducción de costos mediante el uso de mezclas de resinas de consumo masivo con refuerzos u otras resinas para reemplazar las más costosas resinas de ingeniería. El empleo de los compatibilizantes para aprovechar las mezclas de resinas provenientes del reciclaje ha recibido la atención de la industria, especialmente en la última década.

Estas tendencias se pueden advertir al revisar la cantidad de publicaciones de estudios realizados para alcanzar aplicaciones industriales de los agentes de compatibilización. A continuación mencionamos algunos de estos estudios, sin pretender que la lista sea exhaustiva, que sirven para ilustrar los campos de aplicación de los agentes de compatibilización.

Crompton [1] adquirió de Basell la tecnología para fabricar de manera exclusiva los polímeros Interloy, que pueden ser copolímeros de polimetilmetacrilato o de poliestireno con una matriz de polipropileno. Estos copolímeros pueden ser usados como compatibilizantes de las mezclas de polipropileno, una resina no polar, con resinas polares de ingeniería como SAN, ABS, ASA, PVC o PC.

En materia de reciclaje, el procesador se enfrenta a la disyuntiva de hacer separación de resinas o de trabajar con la mezcla compatibilizada. La última opción ha venido siendo estudiada con más detenimiento desde que en Europa se estableció el reciclaje forzoso de los desperdicios plásticos [2]. Este procedimiento de recuperación implica el uso de agentes de compatibilización que permitan mezclar, por ejemplo, resinas vírgenes con material recuperado para obtener mezclas con nuevas propiedades. Sin embargo, debido a los costos que el proceso involucra, su uso tendrá aplicaciones limitadas en el futuro.

Una estrategia para convertir ciertos polímeros poliestéricos en materiales biodegradables es mezclar la matriz de la resina con almidones. Se ha demostrado [3] que el resultado de la biodegradación no depende tanto de la concentración de almidón como de la eficiencia de la compatibilización. La biodegradabilidad inherente de la resina depende fuertemente de dicha compatibilización.

Los copolímeros de injerto de anhídrido maleico con poliolefinas también se usan como agentes compatibilizantes entre poliolefinas y rellenos de refuerzo, así como con otros tipos de resinas, como el nylon y el EVOH, las cuales pueden interactuar con el anhídrido. Una de las aplicaciones reportadas es la promoción de mezclas de polipropileno con nylon para fabricar fibras para alfombras y tapetes [4]. Aquí se aprovecha la resistencia mecánica del polímero de condensación con la acción protectora contra la humedad que proporciona el polipropileno y que el nylon requiere.

Las mezclas no solamente se hacen entre dos componentes sino que pueden realizarse con más. Un ejemplo son los compuestos terciarios de celulosa con anhídrido maleico injertado en polipropileno, en donde se han estudiado los efectos de los contenidos sobre varias de las propiedades de la mezcla: resistencia a la tensión, propiedades dinámicas, morfología, cristalinidad, punto de fundición, facilidad de oxidación y absorción de agua [5], [6]. Estudios similares se han realizado con anhídrido maleico injertado en polietileno en combinación con fibras naturales [7].

Los polímeros pueden ser reforzados sin necesidad de recurrir a los rellenos de fibras y compuestos minerales. Este concepto queda ilustrado con el uso de óxido polifenileno, de algunos elastómeros termoplásticos, de compuestos de curado y de resinas epóxicas para reforzar poliolefinas como el polipropileno y el polietileno lineal de baja densidad [8].

En la escogencia de un agente de compatibilización, el procesador debe seleccionar uno que sea afín con los polímeros de la mezcla. Como se mencionó antes, los compatibilizantes reactivos deben interactuar con grupos químicos que hacen parte de la contraparte en la reacción. En la mezcla de polímeros incompatibles como las poliamidas y los poliésteres se pueden emplear agentes de compatibilización reactivos, como el diuretano. El instituto IKV realizó estudios de simulación empleando su programa computarizado MOREX para determinar correlaciones entre los parámetros de un proceso de extrusión con tornillos gemelos con la morfología de la mezcla y las propiedades del material [9]. Este estudio tiene aplicación, por ejemplo, en la recuperación por reciclaje de tejidos poliéster poliamida y de botellas de PET que contienen nylon como capa de barrera al oxígeno (botellas que se usan para empacar cerveza).