PEA - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos



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PEA

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PEA - Tereftalato de polietileno adipado

En la década de 1920, W.H. Carothers descubrió que los dioles (alcoholes con 2 grupos funcionales OH) y los ácidos dicarboxílicos (ácidos carboxílicos con 2 grupos funcionales COOH) se pueden mezclar para formar polímeros de poliéster. Produjo adipato de polietileno calentando etilenglicol (1,2-etanodiol) con ácido adípico (ácido hexanodioico). Para maximizar la producción del polímero de adipato de polietileno, se desarrolló un "tapón molecular" en el que el agua se eliminó como vapor y luego se condensó en un "lecho frío". Según el principio de Le Chatelier, la eliminación del agua desplaza la posición de equilibrio hacia la derecha para compensar la pérdida de agua con el fin de producir más polímero y más agua. Desafortunadamente, el adipato de polietileno tiene poca resistencia al calor, se funde durante el proceso de planchado en caliente, por lo que no se siguió con interés. El poli (adipato de etileno) o PEA es un poliéster alifático, es biodegradable a través de una variedad de mecanismos y también bastante barato en comparación con otros polímeros. Su peso molecular es más bajo que muchos otros polímeros y promueve su biodegradabilidad.

Nomi e simboli

Poli (adipato de etileno)
Poli (oxietilenoxiesanodiilo)
Poli (oxietilenoxadipoilo)
No CAS. 24938-37-2
Fórmula química - (OCH2CH2O2CCH2CH2CH2CH2CO) -n

Caracteristicas

  • Densidad 1,183 g / mL a 25°C
  • Índice de refracción n20 / D 1.47 (lit.)
  • Solubilidad en agua Soluble en benceno, tetrahidrofurano

Propiedades fisico-mecanicas

PEA tiene una densidad de 1.183 g / mL a 25°C y es soluble en benceno y tetrahidrofurano. PEA tiene una temperatura de transición vítrea de -50 ° C. La PEA puede ocurrir en una variedad de alto peso molecular o de bajo peso molecular, es decir, 10,000 o 1,000 Da.

Propiedades mecánicas

En general, la mayoría de los poliésteres alifáticos tienen malas propiedades mecánicas y el PEA no es una excepción. Se han realizado pocas investigaciones sobre las propiedades mecánicas de la PEA pura, pero un estudio encontró que la PEA tiene un módulo de tracción de 312.8 MPa, una resistencia a la tracción de 13.2 MPa y un alargamiento de rotura del 362.1%. . Los valores alternativos que se han encontrado son una resistencia a la tracción de ~ 10 MPa y un módulo de tracción de ~ 240 MPa. Los espectros IR para PEA muestran dos picos a 1715-1750 cm - 1, otro a 1175-1250 cm-1 y un último pico significativo a 2950 cm-1. Es fácil determinar que estos picos provienen respectivamente de grupos extranjeros, enlaces COOC y CH enlaces.

Propiedades de cristalización

Estructura de una esferulita polimérica.
Se ha demostrado que PEA forma esferulitas cruzadas tanto en banda como en Malta (o sin anillo). Las esferulitas anulares se forman especialmente cuando la cristalización se lleva a cabo entre 27°C y 34°C, mientras que las esferulitas cruzadas maltesas se forman fuera de esas temperaturas. [11] Independientemente de la forma de envoltura, las cadenas de polímeros de PEA se empaquetan en una estructura de cristal monoclínica (algunos polímeros pueden agruparse en múltiples estructuras de cristal, pero PEA no). La longitud de los bordes de los cristales se indica de la siguiente manera: a = 0.547 nm, b = 0.724 nm yc = 1.55 nm. El ángulo monoclínico, α, es igual a 113.5°C. Se dice que las bandas formadas por PEA se parecen a la corrugación, al igual que un ala de mariposa.

Miscibilidad

La PEA es miscible con varios polímeros que incluyen: poli (L-lactida) (PLLA), poli (adipato de butileno) (PBA), poli (óxido de etileno), ácido tánico (TA) y poli (succinato de butileno) (PBS ) PEA no es miscible con polietileno de baja densidad (LDPE). La miscibilidad se determina por la presencia de una sola temperatura de transición vítrea presente en una mezcla de polímeros.

Biodegradación

Los copoliésteres alifáticos son bien conocidos por su biodegradabilidad por lipasas y esterasas y algunas cepas de bacterias. La PEA en particular está bien degradada por la esterasa hepática porcina, Rh. delemar, Rh. arrhizus, P. cepacia, R. oryzae y Aspergillus sp. Una propiedad importante en la velocidad de degradación es la cristalinidad del polímero. La PEA pura mostró una tasa de degradación ligeramente inferior a la de los copolímeros debido a una pérdida de cristalinidad. Los copolímeros de PEA / poli (furanoato de etileno) (PEF) a altas concentraciones de PEA se degradan dentro de los 30 días, mientras que el PEA limpio no se degrada por completo, sin embargo, las mezclas que se acercan al 50/50% en moles casi no se degradan en absoluto en presencia de lipasa. La copolimerización de estireno glicol con ácido adípico y etilenglicol puede dar como resultado la adición de cadenas laterales de fenilo a la PEA. La adición de cadenas laterales de fenilo aumenta el impedimento estérico causando una disminución de la cristalinidad en la PEA con un consiguiente aumento de la biodegradabilidad pero también una pérdida significativa de propiedades mecánicas.
La reducción de la cristalinidad es más importante para la degradación realizada en agua que el hecho de que un polímero sea hidrófobo o hidrófilo o no. La PEA polimerizada con 1,2-butanodiol o 1,2-decanodiol tuvo una mayor tasa de biodegradabilidad que la PBS copolimerizada con las mismas ramas laterales. Nuevamente, esto se atribuyó a una mayor pérdida de cristalinidad ya que la PEA estaba más influenciada por el impedimento estérico, aunque es más hidrófoba que la PBS. El poli (adipato de etileno) uretano combinado con pequeñas cantidades de ligina puede ayudar a prevenir la degradación al actuar como antioxidante. Además, las propiedades mecánicas del uretano PEA se mejoran con la adición del origen. Se cree que esto se debe a la naturaleza rígida de la ligina que ayuda a reforzar los polímeros blandos como el uretano PEA. Cuando la PEA se degrada, se ha demostrado que los oligómeros cíclicos son la fracción más alta de subproductos formados.

Degradación de ultrasonido

Usando tolueno como solvente, se examinó la efectividad de la degradación de PEA a través de ondas de sonido de ultrasonido. La degradación de una cadena de polímero se produce debido a la cavitación del líquido que conduce a la división de las cadenas químicas. En el caso de PEA, no se observó degradación debido a las ondas de sonido de ultrasonido. Se determinó que esto era probable debido al hecho de que la PEA no tenía una masa molar lo suficientemente alta como para justificar la degradación por estos medios. Se ha indicado un bajo peso molecular como necesario para la biodegradación de los polímeros.

Propiedades termicas

La PEA tiene una temperatura de -50°C a 55°C, las mezclas de PEA con polímeros como el poli (acetato de vinilo) han mostrado propiedades mecánicas mejoradas a altas temperaturas.

Propiedades electricas

Se ha encontrado que la conductividad de las películas de PEA mezcladas con sales excede la de PEO4, lo que sugiere que podría ser un candidato práctico para su uso en baterías de iones de litio. En particular, el PEA se usa como plastificante y, por lo tanto, los flujos amorfos se producen a temperaturas bastante bajas, lo que lo hace menos plausible para su uso en aplicaciones eléctricas.

Síntesis de policondensación de poli (adipato de etileno)

Se sintetiza más comúnmente por una reacción de policondensación entre etilenglicol y ácido adípico. El poli (adipato de etileno) se puede sintetizar a través de una variedad de métodos. En primer lugar, podría formarse por la policondensación de adipato de dimetilo y etilenglicol mezclado en cantidades iguales y sometido a temperaturas crecientes (100 ° C, luego 150 ° C y finalmente 180 ° C) bajo una atmósfera de nitrógeno. El metanol se libera como un subproducto de esta reacción de policondensación y debe destilarse. En segundo lugar, se podría llevar a cabo una condensación de fusión de etilenglicol y ácido adípico a 190-200 ° C en una atmósfera de nitrógeno. Finalmente, se puede llevar a cabo una reacción de dos pasos entre el ácido adípico y el etilenglicol. Primero se realiza una reacción de polimerización seguida de policondensación en presencia de un catalizador. Ambos pasos se realizan a 190 ° C o más. Se pueden usar muchos catalizadores diferentes, como cloruro de estaño y ortotitanato de tetraisopropilo. Generalmente, el PEA se disuelve en una pequeña cantidad de cloroformo seguido de precipitación en metanol.

Polimerización apertura de anillo
Un método alternativo y menos utilizado para sintetizar PEA es la polimerización de apertura de anillo. El oligo cíclico (adipato de etileno) se puede mezclar con di-n-butilina en cloroformo. Esto requiere temperaturas similares al condensado de fusión.

Plastificante

El poli (adipato de etileno) se puede usar eficazmente como plastificante al reducir la fragilidad de otros polímeros. Se ha demostrado que la adición de PEA a PLLA disminuye significativamente la fragilidad de PLLA en comparación con poli (adipato de butileno) (PBA), poli (adipato de hexametileno) (PHA) y poli (adipato de dietileno) (PDEA), pero ha reducido la resistencia mecánica. El alargamiento en la rotura aumentó aproximadamente 65 veces en comparación con el PLLA limpio. La estabilidad térmica del PLLA también mostró un aumento significativo con una concentración creciente de PEA. También se ha demostrado que la PEA aumenta la plasticidad y flexibilidad del terpolímero de anhídrido maleico-estireno-metacrilato de metilo (MAStMMA). La observación de las variaciones en el coeficiente de expansión térmica permitió determinar el aumento de la plasticidad para esta mezcla de copolímeros.

Aplicaciones

Capacidades de autocuración
Los polímeros autocurativos son un método eficaz para tratar microgrietas causadas por una acumulación de estrés. Los enlaces Diels-Alder (DA) se pueden incorporar en un polímero permitiendo que se formen preferiblemente microcristales a lo largo de estos enlaces más débiles. El poli (adipato de etileno de etileno) furil-telequílico (PEAF2) y la tris-maleimida (M3) se pueden combinar a través de una reacción DA para obtener capacidades de autocuración en PEAF2. Se descubrió que PEAF2M3 tenía algunas habilidades curativas después de 5 días a 60°C, aunque apareció evidencia significativa del corte original y las propiedades mecánicas originales no se restauraron por completo.

Microcápsulas para administración de medicamentos

Las microesferas de PEA destinadas a la administración de fármacos pueden prepararse con métodos de doble emulsión de agua / aceite / agua. Al mezclar PEA con poli-ε-caprolactona, las perlas pueden obtener la porosidad de la membrana. Las microesferas se colocaron en una variedad de soluciones que incluyen un ácido gástrico sintético, pancreatina, tampón de Hank y suero de ternera recién nacido. La degradación de las microcápsulas y, por lo tanto, la liberación del fármaco fue mayor en el suero del ternero recién nacido, seguido de pancreatina, luego de ácido estomacal sintético y finalmente del tampón de Hank. La mayor degradación en terneros y pancreatinas infantiles se atribuyó a la presencia de actividad enzimática y a la posible hidrólisis simple del éster. Además, un aumento en el pH está relacionado con mayores tasas de degradación.

Fuente: wikipedia - https://en.wikipedia.org/wiki/Poly(ethylene_adipate)
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