Propiedades químico-físicas, tecnológicas y campos de aplicación relacionados de las resinas termoendurecibles

Generalmente, una resina puede definirse como un producto orgánico, sólido o semisólido, de origen natural o sintético, sin un punto de fusión preciso y, generalmente, con un peso molecular elevado.

Las resinas se pueden dividir en:

• termoplásticos
• termoendurecible

Las resinas termoplásticas son polímeros lineales o ramificados que pueden fundirse o ablandarse sin alterar la composición química.

Por lo tanto, se pueden forjar en cualquier forma utilizando técnicas como el moldeo por inyección y la extrusión. El proceso de solidificación por fusión del material se puede repetir sin realizar cambios sustanciales en el rendimiento de la resina.

Generalmente, los polímeros termoplásticos son amorfos y no cristalizan fácilmente después de un enfriamiento, ya que las cadenas de polímero están muy enredadas.

Incluso aquellos que cristalizan nunca forman materiales perfectamente cristalinos, sino semicristalinos caracterizados por áreas cristalinas y amorfas.

Las resinas amorfas, y las regiones amorfas de las resinas parcialmente cristalinas, muestran el fenómeno de la transición vítrea, caracterizado por el paso, a veces bastante abrupto, del estado vítreo al gomoso.

Esta transición coincide con la activación de algunos movimientos de largo alcance de las macromoléculas que componen el material.

Por debajo de la temperatura de transición vítrea (Tg), las cadenas de polímero están en posiciones bloqueadas. Tanto la temperatura de fusión como la temperatura de transición vítrea aumentan a medida que aumenta la rigidez de las cadenas que componen el material y a medida que aumentan las fuerzas de interacción intermolecular.

La resina termoendurecible es un material muy rígido que consta de polímeros reticulados en los que el movimiento de las cadenas poliméricas está severamente limitado por el elevado número de reticulaciones existentes.

Durante el calentamiento sufren una modificación química irreversible. Las resinas de este tipo, bajo la acción del calor en la fase inicial, se ablandan (se vuelven plásticas) y, posteriormente, solidifican. A diferencia de las resinas termoplásticas, por lo tanto, no presentan la posibilidad de sufrir numerosos procesos de formación durante su uso.

Las resinas termoendurecibles, como hemos visto, son materiales muy rígidos en los que el movimiento de las cadenas de polímero está fuertemente restringido por un gran número de reticulaciones existentes.

De hecho, durante el proceso de producción sufren cambios químicos irreversibles asociados con la creación de enlaces covalentes transversales entre las cadenas de los prepolímeros de partida.

La densidad de las interconexiones y la naturaleza dependen de las condiciones de polimerización y la naturaleza de los precursores: generalmente son sistemas líquidos, o fácilmente licuables por calor, que consisten en compuestos orgánicos de bajo peso molecular, a menudo multifuncionales, químicamente reactivos, a veces en el presencia de iniciadores o catalizadores.

En la mayoría de los casos sufren polimerización in situ mediante reacciones de policondensación y poliadición que las transforman en estructuras reticuladas tridimensionales vidriosas complejas o termoendurecibles, insolubles en los disolventes más habituales, infusibles y degradables si se calientan a muy altas temperaturas.

Muchas formulaciones requieren la presencia de un comonómero, generalmente definido como agente endurecedor, con dos o más grupos funcionales reactivos, y / o calor y / o radiación electromagnética para la reticulación.

La reacción de reticulación o curado comienza con la formación y crecimiento lineal de cadenas de polímero que pronto comienzan a ramificarse.

A medida que avanza el curado, el peso molecular crece rápidamente y el tamaño molecular aumenta a medida que muchas cadenas comienzan a unirse covalentemente entre sí creando una red de peso molecular infinito.

La transformación de un líquido viscoso a un gel elástico, llamada "gelificación", es repentina e irreversible e implica la formación de la estructura original de la red tridimensional.

Antes de la gelificación, en ausencia de agente reticulante, las partículas de resina se separan entre sí o interactúan solo en virtud de fuerzas intermoleculares reversibles débiles, fuerzas de van der Waals.

Por tanto, la resina termoendurecible es soluble en disolventes apropiados.

A medida que avanza la reacción de reticulación, se forman enlaces covalentes intermoleculares, gel covalente, que aún persisten interacciones débiles. A diferencia del gel de valencia secundaria que se puede romper sin dificultad, no existe un disolvente tan fuerte como para hacer que se rompan los enlaces covalentes. 

Por lo tanto, la estructura macromolecular creada por esta transformación no se disuelve completamente sino que se hincha en el solvente porque aún contiene trazas de monómero, libres o agregadas, y moléculas ramificadas solubles, presentándose así en forma de un sistema sol-gel bifásico. Esta es la estructura original de la red tridimensional termoestable.

Otro fenómeno que puede ocurrir durante la reacción de curado es la "vitrificación", que es la transformación de un líquido viscoso o un gel elástico en un sólido vítreo, que marca un cambio en el control cinético del mecanismo de reacción pasando de un tipo químico a un tipo difusivo.

La velocidad de reacción decae rápidamente porque disminuye la concentración de monómero reactivo y porque su difusión hacia los sitios reactivos de la masa del polímero se ralentiza por la presencia de enlaces cruzados entre las cadenas.

Sin embargo, el hecho de que se encuentre un aumento adicional en la densidad atestigua que las reacciones químicas continúan ocurriendo, pero a velocidades mucho más lentas.

Entre los diversos tipos de resinas termoendurecibles, se encuentran las epoxi, que son esencialmente poliéteres, pero conservan este nombre en base al material de partida utilizado para producirlas y en virtud de la presencia de grupos epoxi en el material inmediatamente antes de la reticulación.

El principal uso de las resinas epoxi es en el campo de los recubrimientos, ya que estas resinas combinan propiedades de flexibilidad, adherencia y resistencia química.

Se formula una amplia variedad de resinas para cubrir las más variadas necesidades teniendo en cuenta los siguientes parámetros:

Reactividad: el grupo epoxi reacciona con una gran variedad de reactivos químicos.

Flexibilidad: la distancia de los grupos epoxi se puede variar según el peso molecular, obteniendo sistemas reticulados tridimensionales con mallas más o menos grandes y por tanto productos más o menos flexibles y elásticos.

Resistencia química y adherencia: los enlaces químicos predominantes son carbono-carbono y carbono-oxígeno, enlaces con considerable inercia química. Los hidroxilos son secundarios y, por tanto, de baja reactividad. Las altas fuerzas de adhesión a los sustratos metálicos son atribuibles a la polaridad de las moléculas y a los hidroxilos.

Estabilidad térmica: estrechamente vinculada a la densidad de reticulación.

Aplicaciones: los sistemas epoxi han adquirido una gran importancia en aquellos sectores donde se requiere un alto rendimiento bajo tensiones térmicas, mecánicas, químicas y eléctricas.

Se utilizan en las industrias automotriz, espacial, aeronáutica, naval, electrónica, ingeniería de plantas, como componentes principales en pinturas, adhesivos, impermeabilizaciones, materiales compuestos y para circuitos impresos.

Traducción automática. Nos disculpamos por cualquier inexactitud. Artículo original en italiano.