Polidiciclopentadieno

El polidiciclopentadieno ( PDCPD ) es un material polimérico que se forma mediante la polimerización por metátesis de apertura de anillo ^{[ 2 ]} (ROMP) del diciclopentadieno (DCPD). El PDCPD presenta un alto grado de reticulación , lo que le confiere propiedades como alta resistencia al impacto , buena resistencia a la corrosión química y alta temperatura de deflexión térmica . El PDCPD se utiliza frecuentemente en la industria automotriz para fabricar paneles de carrocería, parachoques y otros componentes para camiones, autobuses, tractores y maquinaria de construcción. Se está investigando el PDCPD para la creación de materiales porosos para ingeniería de tejidos o aplicaciones de almacenamiento de gas, así como para polímeros autorreparables . ^{[ 3 ]}

La polimerización puede lograrse mediante el uso de diferentes catalizadores de metales de transición como rutenio, molibdeno, tungsteno y titanio, así como en condiciones libres de metales a través de la fotocatálisis redox . La estructura exacta del polímero PDCPD depende de las condiciones de reacción utilizadas para la polimerización. Si bien el polímero reticulado puede surgir de la metátesis de ambos alquenos en el monómero original, se ha sugerido que muchas condiciones de polimerización dan como resultado que solo el anillo de norborneno tensionado en el monómero experimente metátesis de olefinas mientras que los pasos de reticulación subsiguientes resultan de la condensación térmica de las olefinas restantes en el polímero lineal. ^{[ 3 ]} Se han llevado a cabo con éxito varios sistemas catalíticos nuevos para la síntesis de PDCPD lineal ^{[ 4 ]} utilizando hexacloruro de tungsteno , oxitetracloruro de tungsteno(VI) y compuestos organosilícicos.

El sistema de reacción está formulado para maximizar la velocidad de la reacción, y en este sistema, dos componentes deben mezclarse en una proporción de volumen igual. Ambos componentes contienen principalmente DCPD con algunos aditivos adicionales. El sistema catalizador se divide en dos partes, cada una destinada a un componente diferente. Cuando ambos componentes se mezclan, el sistema catalizador completo se recombina y se activa. Esta es una diferencia importante con respecto a otros sistemas de moldeo por inyección reactiva (RIM), como el poliuretano , ya que la reacción no es estequiométrica . La proporción de volumen 1:1 para el moldeo de DCPD no es crítica, ya que no se trata de una combinación de dos elementos químicos diferentes para formar una matriz específica . Sin embargo, cambios significativos en la proporción ralentizarán la reactividad del sistema debido a que se formarán menos núcleos de reacción activos.

Las resinas DCPD se transforman mediante equipos RIM de alta presión, similares a los utilizados en la industria del poliuretano , con algunas pequeñas modificaciones. La más importante es que la resina nunca puede estar en contacto con el aire ni la humedad, lo que requiere una atmósfera de nitrógeno en los tanques. Los moldes son cerrados y se sujetan mediante una prensa hidráulica . Dado que las resinas se contraen aproximadamente un 6 % de volumen durante la reacción, estas prensas (también llamadas unidades de sujeción) no tienen que soportar altas presiones, como las que se utilizan para el compuesto de moldeo en láminas (SMC) o el poliuretano expansivo.

La mayoría de las herramientas para PDCPD están hechas de aluminio . Las piezas planas se pueden fabricar con aluminio mecanizado, mientras que las piezas con formas tridimensionales más profundas suelen fabricarse con herramientas de aluminio fundido. Es importante tener en cuenta la contracción volumétrica y se deben usar juntas alrededor de todas las cavidades.

La resina líquida tiene una densidad relativa de 0,97 y reacciona transformándose en un sólido con una densidad relativa de 1,03, lo que resulta en una contracción volumétrica del 6 %. Dado que la mayoría de las piezas son paneles, la mayor parte de la contracción se produce en el eje Z, provocando un cambio en el espesor. Esto hace que las piezas se desprendan solas, ya que no tienen un buen contacto con la cara interna (la parte posterior) del molde.

Un sistema reactivo siempre se rige por la temperatura, en cualquiera de sus formas. Esto significa que la temperatura de los componentes líquidos influye notablemente en la reactividad. Para garantizar que una cara tenga el acabado superficial requerido, la temperatura en esa cara debe ser superior a la de la cara del núcleo. Por lo tanto, ambas mitades de la herramienta se templan a temperaturas diferentes, con valores típicos de 60  °C y 80  °C.

Los tiempos de ciclo típicos para el moldeo de piezas oscilan entre 4 y 6 minutos.

PDCPD tiene varias propiedades útiles:

• alta resistencia al impacto
• alta resistencia a la corrosión química
• temperatura de deflexión térmica alta (HDT) ^{[ 5 ]}

El PDCPD no contiene refuerzo de fibra, aunque se está desarrollando una versión reforzada. El PDCPD permite variar el grosor de la pieza, incorporar nervaduras y sobremoldear insertos para un ensamblaje sencillo. El PDCPD no se puede pintar en masa y requiere pintura posterior al moldeo.

Dado que el PDCPD es un material relativamente nuevo, su número de aplicaciones es bastante limitado. Sus principales usos se encuentran en paneles de carrocería, sobre todo para tractores , maquinaria de construcción , camiones y autobuses . En aplicaciones industriales, su uso principal son componentes para la producción de cloro-álcali (por ejemplo, tapas de celdas para electrolizadores ). También se utiliza en otras aplicaciones donde se requiere resistencia al impacto, rigidez, diseño 3D y/o resistencia a la corrosión.

El PDCPD no es reciclable. En julio de 2020, investigadores informaron sobre el desarrollo de una técnica para producir una versión degradable de este resistente plástico termoestable , que también podría aplicarse a otros plásticos que no se encuentran entre el 75 % de los plásticos reciclables . ^{[ 6 ] [ 7 ]}

• Davidson, TA; Wagener, KB (1998). "La polimerización del diciclopentadieno: una investigación del mecanismo". Journal of Molecular Catalysis A: Chemical . 133 ( 1– 2): 67– 74. doi : 10.1016/S1381-1169(98)00091-0 .
• Polidiciclopentadieno - Centro de Aprendizaje de la Ciencia de los Polímeros
• Propiedades del polidiciclopentadieno (PDCPD) - Base de datos MatWeb