Elastómeros termoplásticos Conceptos básicos sobre los plásticos: elastómeros, termoplásticos y formas mixtas

¿Qué son los elastómeros termoplásticos? ¿En qué se diferencian de los termoplásticos y de los elastómeros clásicos? ¿Y qué ventajas ofrecen? Una visión general desde el punto de vista de la ciencia de los plásticos.

Por lo general, los plásticos se clasifican en tres clases según sus propiedades mecánicas y térmicas y la estructura polimérica subyacente: termoplásticos, elastómeros y termoestables. Sin embargo, existe otra categoría que se sitúa entre las dos primeras: los elastómeros termoplásticos, conocidos como TPE.

Muestran las propiedades elásticas y similares al caucho de los elastómeros, pero, al igual que los termoplásticos, pueden deformarse tras calentarse. Los plásticos híbridos con elasticidad similar a la del caucho se transforman, entre otras cosas, en mangueras, tapones y tapitas, productos semiacabados y juntas. Pero, ¿cómo se consigue este «carácter híbrido» y qué repercusiones tiene en sus posibilidades de aplicación?

«Híbridos» de termoplásticos y elastómeros

Los termoplásticos, como el polipropileno (PP), un plástico de uso masivo, el polietileno (PE) o el politetrafluoroetileno (PTFE), un plástico de alto rendimiento, están formados porcadenas poliméricas no reticuladas que, al calentarse, pueden deslizarse unas sobre otras. Por este motivo, los termoplásticos son fundibles y se pueden deformar de forma reversible dentro de un rango de temperaturas determinado.

Las cadenas moleculares de los elastómeros, por el contrario, están enredadas y reticuladas entre sí formando una red de malla ancha. Cuando se someten a una carga de tracción, se produce un estiramiento o desenredamiento de las cadenas poliméricas. Una vez que desaparece la acción externa, las cadenas poliméricas vuelven a su estado preferente en forma de ovillo. Por ello, los elastómeros como el caucho natural (NR), el caucho de silicona o el caucho de etileno-propileno-dieno (EPDM) presentan un comportamiento elástico similar al del caucho.

La clase de los elastómeros termoplásticos puede entenderse, de forma simplificada, como una combinación de estas dos clases de plásticos. A temperatura ambiente presentan las propiedades físico-técnicas de los elastómeros, mientras que a temperaturas elevadas, al igual que los termoplásticos, se ablandan sin descomponerse y pueden deformarse de forma reversible. El proceso puede continuar hasta la fusión y repetirse prácticamente tantas veces como se desee. Cuando los TPE se enfrían de nuevo, conservan la forma que adoptaron en estado ablandado o fundido y recuperan sus valores originales de elasticidad y resistencia.

Estructura de los elastómeros termoplásticos: combinación de opuestos

Un rasgo característico de la composición del TPE es la presencia de un componente polimérico «blando» y otro «duro». Estos componentes, también denominados «secuencias», pueden combinarse entre sí de dos maneras:

1. Por un lado, el termoplástico y el elastómero pueden mezclarse fácilmente entre sí. De este modo se obtienen mezclas que también se denominan mezclas de polímeros o aleaciones de elastómeros. En función de las secuencias y de la proporción de mezcla elegida, se pueden fabricar materiales a medida con propiedades definidas con precisión, que pueden adaptarse aún más mediante la adición de aditivos y cargas.
2. Por otra parte, se pueden polimerizar conjuntamente distintos monómeros. En el copolímero obtenido de este modo, se alternan fracciones de monómeros termoplásticos y elastoméricos. Si hay al menos dos bloques de homopolímeros químicamente diferentes y unidos entre sí, se trata de copolímeros en bloque. En los copolímeros injertados, por su parte, un componente polimérico forma la cadena principal, a la que se «injertan» varias cadenas laterales del otro tipo de monómero.

En ambos tipos de copolímeros, las zonas termoplásticas están unidas entre sí de forma físicamente reversible mediante enlaces de Van der Waals. Al calentarse, aunque las cadenas moleculares se mantienen intactas, las interacciones no covalentes relativamente débiles entre ellas se van superando progresivamente y el plástico se ablanda.

Gracias a su buena maleabilidad en caliente, los plásticos TPE pueden procesarse mediante procesos como la extrusión, el moldeo por inyección y el moldeo por soplado, por ejemplo, para la fabricación de mangueras de elastómeros termoplásticos o cordones redondos con elasticidad similar a la del caucho. Además, estos plásticos pueden soldarse.

Clasificación de los TPE en diferentes tipos

Las numerosas posibilidades de combinación de monómeros dan lugar a una amplia gama de elastómeros termoplásticos de interés técnico, con diferentes composiciones químicas y propiedades físicas. La norma DIN EN ISO 18064, vigente desde 2005, establece una nomenclatura de tres letras para los distintos tipos de polímeros. Sin embargo, en la práctica, los TPE siguen designándose con frecuencia con la abreviatura «TPE» seguida de una letra mayúscula que hace referencia a su estructura químico-morfológica.

Copolímeros en bloque

• Polímeros termoplásticos de poliuretano (TPE-U o TPU): Los polímeros termoplásticos de poliuretano son ejemplos clásicos de copolímeros en bloque y ya se comercializaron en la década de 1950. Están compuestos por uretanos alifáticos o aromáticos, que se alternan con bloques de poliéster o poliéter.
• Polímeros de poliamida termoplásticos (TPE-A o TPA): En las copoliamidas termoplásticas, el componente duro —formado por unidades lineales de poliamida 6 o poliamida 12— se une a bloques de poliésteres o poliéteres.
• Polímeros termoplásticos de estireno (TPE-S o TPS): En este tipo, los monómeros de estireno se combinan en bloques con unidades de butadieno, isopreno, etileno-butileno o etileno-propileno. La estructura más habitual es la lineal de tipo A-B-A: estireno-butadieno-estireno (SBS), estireno-isopreno-estireno (SIS), estireno-etileno-butileno-estireno (SEBS) o estireno-etileno-propileno-estireno (SEPS), en los que los bloques terminales de estireno «duros» aportan las propiedades termoplásticas y los bloques centrales «blandos» correspondientes, las propiedades elastoméricas. La dureza de estos polímeros en bloque de estireno puede ajustarse dentro de un rango muy amplio.
• Polímeros de poliéster termoplásticos (TPE-E o TPC): Los copoliéster-elastómeros termoplásticos son copolímeros multibloque. En las cadenas poliméricas se alternan entre sí diferentes unidades de poliéster o bien unidades de poliéster y de polietileno.

Mezclas de polímeros

Las mezclas de polímeros son mezclas de plásticos y también se denominan aleaciones de polímeros.

• Elastómeros termoplásticos de poliolefina no reticulados (TPE-O o TPO): Los TPO son sistemas de dos componentes en los que un elastómero, como el EPDM, se dispersa finamente en una matriz de poliolefina, por ejemplo, de PP. La combinación de etileno-acetato de vinilo (EVA) y cloruro de polivinilideno (PVDC) es otro ejemplo importante de este tipo.
• Mezclas de poliolefinas termoplásticas reticuladas dinámicamente (TPE-V o TPV): Las TPV, estrechamente relacionadas con las TPO, se refieren, por su parte, a mezclas de poliolefinas reticuladas químicamente, por lo que también se denominan vulcanizados termoplásticos. En esta categoría también cabe destacar, sobre todo, la combinación de PP y EPDM.

En el caso de las bombas de manguera de compresión o como mangueras para bombas, las mangueras de EPDM/PP se han impuesto como una alternativa duradera y, al mismo tiempo, fisiológicamente inocua frente a las mangueras de silicona y las de FPM/FKM. Cabe mencionar también que TPX es una abreviatura técnica que se utiliza en el sector de los plásticos. Sin embargo, este material no pertenece a la familia de los TPE, sino que se trata del nombre comercial y de marca registrado por Mitsui Chemicals Inc. para el poli-4-metilpent-1-eno, un pariente cercano del polipropileno.

Propiedades y aplicaciones del TPE

Los elastómeros termoplásticos destacan por su gran flexibilidad y su elevada capacidad de deformación reversible en un amplio rango de temperaturas. Además, su elevada resistencia mecánica, resistencia al impacto y resistencia al impacto con muesca los hacen a menudo más robustos que el elastómero puro o el termoplástico puro. Además, poseen una excelente resistencia a la abrasión, lo que los hace idóneos para su uso como productos semiacabados, como placas y esteras de caucho, y superficies plásticas. Además, los perfiles de plástico de TPE se utilizan como juntas y protectores de bordes en carcasas de plástico, así como en la industria de la automoción, la ingeniería eléctrica, la industria alimentaria y la industria farmacéutica.

Su resistencia química puede adaptarse de forma muy específica mediante la selección de los monómeros correspondientes. Así, la dureza Shore puede reducirse aumentando la proporción de elastómero, lo que da como resultado un plástico más blando. Dado que para ello no es necesario utilizar plastificantes, los TPE son ideales para la fabricación de mangueras de caucho. Así, los elastómeros termoplásticos se utilizan como material de partida para mangueras aptas para el contacto con alimentos o para la tecnología médica. A modo de ejemplo, cabe mencionar las mangueras TPE-S para la tecnología médica y farmacéutica o las mangueras TPE-E para el sector alimentario y farmacéutico de Reichelt Chemietechnik. Este socio especializado en material de laboratorio, mangueras y tecnología de juntas ofrece una amplia gama de productos de alta calidad fabricados con elastómeros termoplásticos.

Los elastómeros termoplásticos también se utilizan para la fabricación de muchos artículos domésticos y de uso cotidiano, como suelas de zapatos, mangos «soft-touch» para cepillos de dientes, mangos de herramientas o juguetes infantiles. Sin embargo, sus aplicaciones más habituales se encuentran en el sector de la automoción; a nivel mundial, más de un tercio de los materiales TPE fabricados se utilizan en la industria automovilística. En el interior del vehículo, por ejemplo, se utilizan como revestimientos y recubrimientos de tiradores y botones para mejorar el tacto; en el exterior, se emplean para fabricar revestimientos de cables, juntas, marcos de ventanas, fuelles y amortiguadores.