COMPORTAMIENTO MECÁNICO DEL PVC A DIFERENTES PORCENTAJES DE PLASTIFICACIÓN

Alex Moretti, Diego Carrillo, Efraín Gómez, Milena Giraldo

RESUMEN

El presente trabajo, muestra un análisis de la variación de las propiedades mecánicas del PVC con diferentes porcentajes de plastificante, este análisis se realizó con la ayuda de dos plastificantes DOP y el EPOXAN. Las formulaciones empleadas fueron (50-50) %, (60-40) % y (70-30) % respectivamente para el PVC y cada uno de los plastificantes. Estas mezclas fueron extruidas a una temperatura de 143°C y con una velocidad del husillo de 90 RPM. Posteriormente se midieron propiedades físicas mediante ensayos de tracción, dureza y calorimetría diferencial de barrido.

Se observó que tanto el módulo de elasticidad como la dureza disminuyen con el aumento de plastificante, se hallaron mejores propiedades mecánicas al PVC plastificado con EPOXAN.

Palabras Claves: Plastificantes, PVC, DOP, EPOXAN, pruebas mecánicas.

ABSTRAC

The present paper shows a variation analysis of the mechanical properties of PVC with different percentages of plasticizer; this analysis is performed with the aid of two plasticizers DOP and EPOXAN. The formulations used were (50-50) % (60-40) % and (70-30) % respectively for PVC and each plasticizer. These mixtures were extruded at a temperature of 143 °C and with a speed of 90 RPM. Subsequently were measured physical properties by tensile, hardness and differential scanning calorimetry.

Observed that both the elastic modulus and hardness decrease with increasing plasticizer, were found better mechanical properties of plasticized PVC with EPOXAN.

Keywords: Plasticizers, PVC, DOP, EPOXAN, mechanical testing.

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1. INTRODUCCIÓN

La función principal de los plastificantes es mejorar la flexibilidad y la procesabilidad de los polímeros disminuyendo la temperatura de transición vítrea, Tg. Los plastificantes son resinas o líquidos de bajo peso molecular, que forman enlaces secundarios con las macromoléculas del polímero aumentando el volumen libre [1]. Los plastificantes reducen los enlaces secundarios entre las cadenas del polímero y producen una mayor movilidad de las macromoléculas, lo cual resulta, en un material más fácilmente deformable.

Para que exista la plastificación es necesaria la existencia de interacción molecular entre el polímero y el plastificante (compatibilidad) para que se pueda producir una composición homogénea y estable con una baja tendencia a la exudación del plastificante [2]. Los plastificantes más utilizados son ésteres con pesos moleculares en un intervalo entre 300 a 600, este es el caso del DOP o éster de ftalato de dioctilo, este es el plastificante estándar más utilizado por su bajo costo y fácil adquisición [3], por otro lado los ésteres de ácidos grasos son ampliamente utilizados como lubricantes/plastificantes y como estabilizantes secundarios para los polímeros clorados, comúnmente son utilizados en conjunto con otros estabilizantes, antioxidantes y otros aditivos, y pueden funcionar como lubricantes durante el procesamiento. Los más importantes de estos plastificantes son el aceite epoxidado de soya (ESBO o EPOXAN) y el aceite de linaza epoxidado (ELO). Los aceites epoxidados son utilizados en diversas aplicaciones médicas y alimentarias. Debido a su baja volatilidad, y a que confiere buena flexibilidad a bajas temperaturas.

Para la protección del PVC es necesario el uso de compuestos químicos, estos aditivos estabilizantes lo protegen frente a efectos adversos como calor, la luz, efectos mecánicos, químicos, biológicos y atmosféricos que durante su procesamiento o uso pueden deteriorarlo. El reemplazo de átomos de cloro inestables por grupos térmicamente más estables es una de las formas de estabilización más discutidas en la literatura. La habilidad de un numero de estabilizantes metálicos (carboxilatos metálicos, compuestos orgánicos de estaño) de inhibir la eliminación de ácido clorhídrico del polímero ha sido asociada con su habilidad de reemplazar los átomos inestables de cloro y, por lo tanto, de reducir el número de puntos potenciales para la iniciación de la perdida de cloro [4].

La reacción de intercambio del cloro alílico por el grupo éster de los estabilizantes metálicos previene la propagación de las secuencias de polienos y, por lo tanto, la decoloración. La pérdida de los plastificantes (u otros aditivos) desde un material polimérico es un proceso complejo, que incluye tres procesos físicos: 1. La difusión de los aditivos a la superficie, 2. El transporte a través de la interface, y 3. La pérdida del aditivo desde la superficie hacia el medio circundante. El mecanismo de la pérdida de aditivos dependerá de cuál de estos procesos sea el controlante. La pérdida del aditivo de la superficie del polímero hacía el ambiente circundante puede ocurrir mediante tres procesos específicos:

1) Evaporación: Proceso en el cual el plastificante se transporta hacía un medio circundante gaseoso (generalmente aire).

2) Extracción: Proceso en el cual el plastificante se transporta hacía un medio líquido.

3) Migración: Proceso en el cual, el plastificante, en contacto directo con la superficie de otro material polimérico, migra hacía dicho material.

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Los aditivos de bajo peso molecular frecuentemente poseen una alta movilidad en los materiales plásticos y, en contraste a las macromoléculas, son capaces de migrar desde el polímero a medios cercanos, es por esta razón que es de vital importancia el estudio de la compatibilidad del polímero con el plastificante y los agentes estabilizantes. [5]

2. MATERIALES Y MÉTODOS.

2.1 Materiales

• Resina PVC.

• Epoxán 2486S: aceite vegetal epóxidado de soya (ESBO).

• Plastilón 406 DOP: éster ftalato de dioctilo.

• Anestab 757: Estabilizador de Bario-Cadmio.

Figura 1. Plastificantes y estabilizante usados para la plastificación.

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Todos los materiales empleados fueron aportados por el laboratorio de polímeros de la Universidad de Antioquia.

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2.2 Método

Las propiedades mecánicas fueron medidas a diferentes formulaciones en las cuales se emplearon dos plastificantes (DOP - EPOXAN) en diferentes proporciones, estas proporciones son realizadas en porcentaje peso – peso, a cada una de las mezclas preparadas se le adicionaron 5 ml de Anestab como agente estabilizante para evitar la degradación del PVC una vez plastificado, a continuación se presentan las tablas que resumen las formulaciones utilizadas.

Tabla 1. Formulaciones empleadas para la plastificación del PVC con DOP.

FormulaciónPVC (g)

DOP (g)

Anestab (ml) % w/w

PVC% w/w DOP

70 30 80.0023 34.0008 560 40 80.0234 53.3348 550 50 80.0032 80.0043 5

Tabla 2 Formulaciones empleadas para la plastificación de PVC con EPOXAN.

FormulaciónPVC (g)

DOP (g)

Anestab (ml) % w/w

PVC% w/w

EPOXAN70 30 80.0024 34.0005 560 40 79.8879 53.2325 550 50 79.9534 80.0002 5

Una vez obtenidas las mezclas se realizó un proceso de extrusión a una temperatura de 135°C para el husillo y a 145°C para el cabezal, la velocidad utilizada fue de 90 RPM. Posteriormente del proceso de extrusión se llevó acabo el peletizado de cada una de las mezclas obtenidas, para realizar un conformado de las probetas de los ensayos de tracción con ayuda de la inyectora a una temperatura de 155 °C.

Con las probetas de tracción ya conformadas se procede a realizar el ensayo y la toma de dureza.

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Figura 2. Extrusión del PVC plastificado.

Figura 3. Toma de durezas.

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3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Figura 4. Variación de la dureza respecto al porcentaje de plastificante.

La Dureza presento un comportamiento descendente a medida que aumenta el porcentaje de plastificante tanto para el sistema PVC- DOP como para el PVC – EPOXAN, esto ocurre a que entre mayor grado de plastificante se tenga mayor movilidad hay entre las macromoléculas del polímero lo que puede facilitar la flexibilidad y el ablandamiento, sin embargo se observa que el epoxan le brinda una mayor dureza al PVC plastificado a comparación con el DOP.

Para los ensayos de tracción se conformaron 2 probetas por cada mezcla obtenida, y se construyeron curvas de Esfuerzo Vs deformación.

Figura 5. Comportamiento del módulo elástico con respecto al porcentaje de plastificante.

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Modulo elástico, muestra un comportamiento similar al presentado por la dureza al aumentar el porcentaje de plastificante disminuye el módulo de elasticidad, esto es causado a que el plastificante reduce el número de fuerzas secundarias de enlace entre las cadenas del polímero lo que se traduce en una disminución del modulo elástico.

Figura 6. Variación de la resistencia ultima con respecto al porcentaje de plastificante.

Figura 7. Curvas de esfuerzo deformación para diferentes porcentajes de DOP.

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Figura 8. Curvas de esfuerzo deformación para diferentes porcentajes de EPOXAN.

Por las curvas obtenidas es posible observar que la resistencia ultima, aumenta con la disminución del porcentaje de plastificante, las moléculas voluminosas del plastificante permiten que las cadenas del PVC se deslicen más fácilmente entre sí, hasta que se produzca el desenrrollamiento de las cadenas poliméricas estas van alineándose poco a poco hasta que se produce la fractura.

4. CONCLUSIONES

• Al aumentar el porcentaje en peso del plastificante (DOP o EPOXAN) se observó una disminución en cada una de las propiedades mecánicas medidas esto se debe a que el plastificante aumenta el volumen libre del polímero facilitando el movimiento de las macromoléculas, esto explicaría la disminución de la dureza, la resistencia a la tracción y la disminución en el módulo elástico.

• Es observable que al plastificar el PVC con EPOXAN se obtienen unas mejores propiedades mecánicas que las obtenidas con el DOP, además de esto el EPOXAN actúa como un agente lubricante y estabilizante lo que permite obtener un PVC plastificado de mejor calidad y más resistente a la degradación.

• El uso de plastificantes mejora significativamente la procesabilidad del PVC confiriéndole características como una mayor flexibilidad y menor viscosidad.

5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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[1]. Mustafizur R, Brazel CS “The plasticizer market: an assessment of traditional plasticizers and research trends to meet new challenges”, Prog. Polym. Sci., 29, 1223 (2004)

[2]. Sears JK, Darby JR “The Technology of Plasticizers”. Wiley, Nueva York, 1982.

[3]. Krauskopf LG “Plasticizer structure/performance relationships”, J. Vinyl Technology, 15, 140 (1993).

[4]. Minsker KS, Kolesov SV “Ways of poly(vinyl chloride) stabilization”, J. Vinyl Technology, 2, 141 (1980)

[5]. Córdoba Uribe, Andrés “OPTIMIZACIÓN DE FORMULACIONES DE PVC FLEXIBLE: SISTEMA PLASTIFICANTE DOP-ESBO” Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia. Octubre de 2008; Aceptado Enero de 2009.

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