Polímeros transparentes
Comparaciòn de polímeros transparentes
Relación entre la estructura y las propiedades ópticas
Desde el punto de vista de su utilización, las propiedades ópticas más interesantes de los materiales plásticos son las relacionadas con su capacidad de transmitir la luz, tomar color y disponer de brillo, que proporcionan a los objetos fabricados una apariencia visual estética de alta calidad. Los fenómenos principales son la transmisión, reflexión y absorción de la luz. Se dice que una muestra es transparente si es posible la percepción de objetos a través suyo y se define como la fracción de luz que es transmitida con una desviación menor de 0,1° respecto al rayo incidente normal a la superficie.La transparencia de un material depende de la suavidad de la superficie y de la estructura fundamental. La transparencia de los plásticos es una característica que viene dada por el modo en que se estructuran a nivel molecular. Se define en términos de dos medidas: transmitancia y neblina (haze). Un material con buena transparencia tendrá una alta transmitancia y poca turbidez. La transmitancia es la relación entre la luz transmitida y la luz incidente. La reflectancia, la relación entre la luz reflejada y la luz incidente, es la medida complementaria. Para un material ideal, la suma de transmitancia y reflectancia sería la unidad. Para materiales reales, la diferencia entre la unidad y la suma de transmitancia y reflectancia representa la luz absorbida. Haze es la proporción de luz incidente que pasa a través de la muestra que se desvía dentro de un ángulo dado por dispersión hacia adelante.
Los plásticos se dividen en cristalinos y amorfos , cristalinos no significa transparentes, de hecho lo unico polimero cristallino al 100 % y trasparente es el PMP. Algunos de los polímeros son transparentes el poliestireno y polimetacrilato de metilo destacan por su claridad óptica incluso superior a la de muchos vidrios inorgánicos. El principal factor que media la transparencia de un polimeros es su estructura amorfo/cristallina (semicristalina). La luz se dispersa en cada límite entre las fases cristalina y amorfa, por lo que la transparencia depende directamente del tamaño y la concentración de las esferulitas cristalinas en el polipropileno. Los copolímeros aleatorios son más transparentes que los copolímeros de bloques y homopolímeros. La transparencia en los polímeros semicristalinos está directamente relacionada con la cristalinidad. Las esferulitas son mucho más grandes que la longitud de onda de la luz visible (0,4–0,7 µm), y el índice de refracción de las regiones cristalinas es mayor que el de las regiones amorfas. A medida que los rayos de luz pasan de las regiones amorfas a las cristalinas, se encuentran con grandes esferulitas, lo que produce una dispersión de la luz; como resultado, la transparencia es menor y se produce turbidez. Debido a su estructura no cristalina, los materiales amorfos tienen niveles más bajos de turbidez que los materiales semicristalinos, y una disminución de la cristalinidad en un polímero semicristalino mejora la claridad. Las reducciones excesivas en la cristalinidad pueden resultar en reducciones inaceptables en la resistencia, la rigidez y la resistencia al ablandamiento, por lo que se debe alcanzar un compromiso que sea apropiado para la aplicación.
Otros polímeros son translúcidos y blanquecinos como los polietilenos aunque en filmes son transparentes y algunos como las resinas fenólicas y las poliamidas, tienen color amarillento y son translúcidos u opacos. Las propiedades ópticas están relacionadas con la estructura química y la morfología del material. El índice de refracción, n, está directamente relacionado con la polarizabilidad electrónica que depende del momento di polar inducido por la radiación.
Los polímeros que poseen similar estructura química (cadenas de enlaces C-C) tienen índices de refracción similares mas o menos al 1,5 y para todos los polímeros orgánicos 1,33 < n < 1,73.
Polimorfismo
El polipropileno puede existir en diferentes formas morfológicas, dependiendo de la táctica de la resina y las condiciones de cristalización, como la presión, la temperatura y la velocidad de enfriamiento. Pueden coexistir diferentes formas, y una forma polimórfica puede cambiar a otra a medida que cambian las condiciones.
Polipropileno amorfo
En el polipropileno atáctico, con su estructura molecular aleatoria (random), las moléculas no pueden cristalizar en una forma ordenada, y se forma un polímero con baja cristalinidad. Los polímeros de baja cristalinidad consisten en regiones cristalinas ordenadas rodeadas de material amorfo desordenado, similar a un espagueti con cadenas de polímero enredadas. El polipropileno amorfo no tiene un punto de fusión definido.
Plásticos con transparencia inducida
La transparencia de los polimeros puede mejorarse considerablemente mediante el uso de aditivos como los nucelenates o clarificador optico. Los agentes nucleantes como el dibenciliden sorbitoles reducen el tamaño de la esferulita por debajo de un nivel que dispersa la luz visible, lo que resulta en una reducción dramática de la neblina. También se reduce la distribución de tamaños de esferulita. Una mayor concentración de agente nucleante puede dar como resultado una mayor claridad. La claridad se puede optimizar utilizando una resina con baja cristalinidad con un agente de nucleación agregado y enfriando rápidamente el polímero fundido para acelerar la velocidad de cristalización. La transparencia de los artículos de polimero se puede mejorar mediante el uso de moldes o matrices que imparten un alto brillo de la superficie y mediante el uso de condiciones de proceso que reducen el tamaño de las esferulitas. El enfriamiento rápido, junto con las bajas temperaturas de fusión y del molde, ayudará a hacer esto. Sin embargo, las bajas temperaturas del molde tenderán a reducir el brillo de la superficie.
Otros productos que tienen propiedades similares a las de los transparentes
Se pueden incluir ABS, HIPS transparentes, MBS, etc. Dado que estos productos similares tienen las propiedades y cualidades similares a las del ABS transparente, los nombres utilizados pueden ser los mismos, pero los métodos y composiciones de fabricación difieren un poco. Aunque el HIPS transparente y el MBS transparente no tienen diferencias en sus composiciones, la diferencia en sus nombres es causada por una diferencia en el proceso de fabricación. El MBS transparente se prepara copolimerizando estireno y metacrilato de metilo con caucho de poli (estireno-butadieno) emulsionado para preparar el copolímero de injerto, que luego se combina con copolímero de metacrilato de metilo-estireno preparado mediante polimerización en masa. Contrariamente a esto, la resina transparente HIPS se prepara introduciendo monómeros (estireno, metacrilato de metilo) y el disolvente en caucho de poli (estireno-butadieno) sólido en polimerización en masa. La reacción de injerto del caucho se eleva continuamente, y después de la polimerización, el disolvente y el monómero residual se eliminan de la mezcla de reacción para obtener la resina deseada. En este caso, cuando la polimerización se practica solo por la polimerización en masa, la viscosidad dentro del reactor aumenta de tal manera que no se puede aumentar el contenido de caucho y, por lo tanto, no se puede producir el producto que tiene una alta resistencia al impacto. Para superar tal desventaja, el método también se puede practicar en la forma de la reacción de suspensión en masa en la que se practica la polimerización en masa en la etapa inicial de la reacción y luego en la etapa restante la reacción se convierte en la reacción de suspensión durante el proceso de injerto Después de la transición de fase. El ABS transparente usa caucho de polibutadieno, mientras que el HIPS transparente o el MBS transparente usan copolímero de poli (estireno-butadieno). Aunque tal diferencia en el caucho utilizado no tiene una gran influencia en las propiedades, crea una diferencia en el índice de refracción, que a su vez crea una diferencia en la composición de la cubierta. El índice de refracción del caucho de poli (estireno-butadieno) es mayor que el del caucho de polibutadieno. Por lo tanto, el HIPS transparente o MBS transparente usa mucho más estireno, con un alto índice de refracción en comparación con el ABS transparente. Además, una diferencia en los valores de Tg de los cauchos crea una diferencia en la resistencia al impacto a baja temperatura. Para el ABS transparente que usa caucho de polibutadieno, la resistencia al impacto a baja temperatura (medida a -30°C) es excelente, aproximadamente de 3 a 5 kg⋅cm / cm.
La resina transparente utilizada comercialmente incluye poli(metilometacrilato) PMMA resina, resina de poliestireno, resina SAN, resina de policarbonato PC, SMMA, PA63, PETG, PMP, PEN etc. Dado que estas resinas tienen méritos y deméritos, su uso es limitado. Aunque el poliestireno y la SAN tienen una resistencia al impacto muy baja, a menudo se usan como la resina transparente de bajo costo que no exige cierta resistencia al impacto, como juguetes, papelería, etc., debido a su bajo precio. La resina de poli (metacrilato de metilo) tiene una resistencia al impacto muy baja, al igual que la resina de poliestireno o SAN, pero puede usarse como material óptico para lentes, vidrio, CD, etc., debido a sus excelentes propiedades ópticas. Aunque el policarbonato tiene una excelente transparencia y excelentes propiedades ópticas, y puede usarse para cualquier propósito en vista de estas propiedades, su uso práctico es limitado debido a su alto costo y pobre procesabilidad.
El ABS transparente tiene las propiedades en la medida intermedia entre dichas resinas en mecánica, óptica y procesabilidad; por lo tanto, se ha utilizado para propósitos sustancialmente diversos. Específicamente, se ha utilizado para diversos campos, incluyendo carcasas para electrodomésticos, como lavadoras y limpiadores; Suministros de OA como copiadoras, facsímiles, etc. papelería como bolígrafos; juguetes y aparatos médicos; y similares Además, el uso de ABS transparente se ha expandido al mercado de resina transparente existente. El mercado de juguetes, que ha usado SAN o resina de poliestireno de bajo costo, se ha convertido en ABS transparente u otros materiales ya que los usos de SAN y poliestireno están limitados debido a la regulación bajo la ley de protección del consumidor, como la ley de responsabilidad del producto. La conversión de los materiales al ABS transparente se puede mostrar de manera similar en el campo de los materiales de cloruro de polivinilo (PVC). Como el uso de resina de PVC transparente, que se ha empleado para portadores de semiconductores, etc., se ha limitado debido a la regulación ambiental, se ha investigado la conversión de esta resina de PVC a otros materiales. El ABS transparente, que tiene una excelente procesabilidad y mantiene la resistencia al impacto requerida, se ha considerado como la alternativa adecuada. De acuerdo con el desarrollo del uso bajo diversas regulaciones y leyes de protección al consumidor y un mayor desarrollo de varios grados de los productos por parte de los fabricantes de ABS transparente, se anticipa que el mercado de ABS transparente se ampliará continuamente durante los próximos años.
Plásticos con transparencia inducida
Aunque muchos plásticos cristalinos son más o menos transparentes en lámina delgada, puede aprovecharse la lentitud de formación de las cristalitas en muchos polímeros para conseguir una elevada transparencia mediante un rápido enfriamiento. El ejemplo más conocido es el del PET, con el que se producen láminas de alta calidad óptica con este procedimiento y para el que, precisamente, la introducción en el campo de los moldeados se produjo con el objeto de fabricar botellas para bebidas gaseosas. Otro aspecto de la transparencia de los plásticos es su duración. En general, los polímeros tienden a amarillear por la acción de la radiación ultravioleta, por lo que en la mayoría de los casos es necesario adicionar absorbentes de UV para evitar una degradación fácilmente visible.
Colores
Si se añaden pigmentos a la composición, se pierde la claridad, el material se vuelve translúcido en vez de transparente, pudiendo reducirse la transmisión luminosa hasta un punto de total opacidad. Los colores transparentes se consiguen añadiendo colorantes que absorben determinadas longitudes de onda y transmiten otras; los colores translúcidos, añadiendo pigmentos o pigmentos y colorantes a la vez. Los colores formulados debidamente son permanentes, pero la permanencia, al igual que ocurre con otros materiales, depende de la composición de los colorantes y pigmentos así como de su compatibilidad con el plástico.
