Polioximetileno

El polioximetileno ( POM ), también conocido como acetal , ^{[ 4 ]} poliacetal y poliformaldehído , es un termoplástico de ingeniería utilizado en piezas de precisión que requieren alta rigidez , baja fricción y excelente estabilidad dimensional. El POM de cadena corta (longitud de cadena entre 8 y 100 unidades repetitivas) también se conoce como paraformaldehído (PFA). Al igual que muchos otros polímeros sintéticos , los polioximetilenos son producidos por diferentes empresas químicas con fórmulas ligeramente distintas y se venden como Delrin, Kocetal, Ultraform, Celcon, Ramtal, Duracon, Kepital, Polypenco, Tenac y Hostaform.

El POM se caracteriza por su alta resistencia, dureza y rigidez hasta −40 °C (−40 °F) . El POM es intrínsecamente blanco opaco debido a su alta composición cristalina, pero puede producirse en una variedad de colores. ^{[ 1 ]} El POM tiene una densidad de 1,410–1,420 g/cm³ ^. [ ^{5 ] La} resistividad eléctrica del POM es de 14× ^10¹⁵ Ω⋅cm, lo que lo convierte en un dieléctrico con una tensión de ruptura de 19,5 MV/m . ^{[ 2 ] [ 6 ]}   

Las aplicaciones típicas del POM moldeado por inyección incluyen componentes de ingeniería de alto rendimiento, como pequeños engranajes, monturas de gafas , rodamientos de bolas , fijaciones de esquí , sujetadores, piezas de armas , mangos de cuchillos y sistemas de cierre. Este material se utiliza ampliamente en la industria automotriz y de electrónica de consumo .

El polioximetileno fue descubierto por Hermann Staudinger , un químico alemán que recibió el Premio Nobel de Química en 1953. ^{[ 7 ]} Había estudiado la polimerización y la estructura del POM en la década de 1920 mientras investigaba macromoléculas , a las que caracterizó como polímeros. Debido a problemas de termoestabilidad , el POM no se comercializó en ese momento. ^{[ 8 ]}

Hacia 1952, los químicos investigadores de DuPont sintetizaron una versión de POM, ^{[ 9 ]} y en 1956 la empresa solicitó la protección de patente del homopolímero , ^{[ 10 ]} olvidando mencionar en la patente el término copolímero , abriendo así el camino a los competidores. DuPont atribuye a RN MacDonald la invención del POM de alto peso molecular. ^{[ 11 ]} Las patentes de MacDonald y sus colaboradores describen la preparación de POM de alto peso molecular con terminación hemiacetal (~O−CH _{2 OH),} ^{[ 12 ]} pero estos carecen de la estabilidad térmica suficiente para ser comercialmente viables. El inventor de un homopolímero de POM termoestable (y por lo tanto útil) fue Stephen Dal Nogare, ^{[ 13 ]} quien descubrió que la reacción de los extremos hemiacetálicos con anhídrido acético convierte el hemiacetal fácilmente despolimerizable en un plástico termoestable y procesable por fusión.

En 1960, DuPont completó la construcción de una planta para producir su propia versión de resina de acetal, llamada Delrin , en Parkersburg, Estados Unidos . ^{[ 14 ]} También en 1960, Celanese completó su propia investigación. Poco después, en una sociedad limitada con la empresa de Frankfurt Hoechst AG , se construyó una fábrica en Kelsterbach , Hesse ; desde allí, se produjo Celcon a partir de 1962, ^{[ 15 ]} y Hostaform se unió un año después. Ambos siguen en producción bajo los auspicios de Celanese y se venden como partes de un grupo de productos que ahora se llama Hostaform/Celcon POM .

Para producir las versiones de homopolímero y copolímero de POM se utilizan diferentes procesos de fabricación.

El POM es un plástico duro que no se puede pegar, pero se puede unir al POM mediante fusión. El POM fundido no se adhiere a las herramientas de acero utilizadas para darle forma. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

El POM es un plástico relativamente resistente, casi tan resistente como el epoxi o el aluminio, pero un poco más flexible:

  El POM es resistente al desgaste:

Los materiales POM pueden tener nombres comerciales específicos del fabricante, por ejemplo, "Delrin".

Precios para grandes cantidades, en octubre de 2023, en US$/kg: ^{[ 23 ]}

•   EE. UU.: 3,26, Europa 2,81, China 2,58, Sudeste Asiático 2,30, Oriente Medio 1,68.

Precios y disponibilidad al por menor / al por mayor en pequeñas cantidades:

•   Disponible en muchos colores, por ejemplo negro, blanco, pero no transparente.
•   disponible en placas ^{[ 24 ]} [ref], de hasta 3 metros por 1,25 metros, en espesores de 0,5  mm a 130  mm.
•   Disponibles en forma de barras redondas [ref], con diámetros desde 5  mm hasta 200  mm.

Precio de venta al público en los Países Bajos en noviembre de 2023: de 19 a 27 euros/dm³ ^.

El POM es un plástico resistente y duro, casi tan resistente como puede ser un plástico, y por lo tanto compite con, por ejemplo, las resinas epoxi y los policarbonatos .

El precio del POM es aproximadamente el mismo que el del epoxi.

Existen dos diferencias principales entre las resinas POM y las resinas epoxi:

• La resina epoxi es una resina de dos componentes que se puede moldear y se adhiere a todo lo que toca, mientras que el POM se puede moldear cuando está fundido y prácticamente no se adhiere a nada.

• La resina epoxi se puede utilizar hasta 180  °C, mientras que el POM se puede utilizar durante un tiempo prolongado hasta 80  °C y durante un tiempo corto hasta 100  °C.

Las resinas epoxi necesitan tiempo para curarse, mientras que el POM alcanza su plena madurez en cuanto se enfría.

El POM presenta una contracción mínima: de 165  °C a 20  °C, se contrae tan solo un 0,17 %.

Cuando se suministra en forma de barra o lámina extruida, el POM se puede mecanizar mediante métodos tradicionales como torneado, fresado, taladrado, etc. Estas técnicas son más adecuadas cuando la rentabilidad de la producción no justifica el coste del procesamiento por fusión. El material es de fácil mecanizado, pero requiere herramientas afiladas con un ángulo de incidencia elevado. No es necesario, pero se recomienda, el uso de lubricante de corte soluble.

Las láminas de POM se pueden cortar de forma limpia y precisa utilizando un láser infrarrojo, como por ejemplo una cortadora láser de _CO2 .

Debido a que el material carece de la rigidez de la mayoría de los metales, se debe tener cuidado de utilizar fuerzas de sujeción ligeras y un soporte suficiente para la pieza de trabajo.

Como suele ocurrir con muchos polímeros, el POM mecanizado puede presentar inestabilidad dimensional, especialmente en piezas con grandes variaciones en el espesor de la pared. Se recomienda eliminar estas características mediante el diseño, por ejemplo, añadiendo filetes o nervaduras de refuerzo. El recocido de las piezas pre-mecanizadas antes del acabado final es una alternativa. Como regla general, los componentes pequeños mecanizados en POM sufren menos deformaciones.

El POM suele ser muy difícil de adherir, y el copolímero generalmente responde peor a los adhesivos convencionales que el homopolímero. ^{[ 25 ]} Se han desarrollado procesos y tratamientos especiales para mejorar la adhesión. Por lo general, estos procesos incluyen el grabado de la superficie, el tratamiento con llama , el uso de un sistema específico de imprimación/adhesivo o la abrasión mecánica.

Los procesos de grabado típicos implican ácido crómico a temperaturas elevadas. DuPont utiliza un proceso patentado para el tratamiento de homopolímeros de acetal llamado satinado, que crea una rugosidad superficial suficiente para el entrelazamiento micromecánico. También existen procesos que implican plasma de oxígeno y descarga de corona. ^{[ 26 ] [ 27 ]} Para obtener una alta resistencia de unión sin herramientas, tratamientos o rugosidad especializados, se puede utilizar el adhesivo prismático Loctite 401 combinado con la imprimación prismática Loctite 770 para obtener resistencias de unión de ~1700  psi. ^{[ 25 ]}

Una vez preparada la superficie, se pueden utilizar diversos adhesivos para la unión. Entre ellos se incluyen epoxis , poliuretanos y cianoacrilatos . Los epoxis han demostrado una resistencia al corte de 150–1050 psi (1000–7200 kPa) ^{[ 25 ]} . Los cianoacrilatos son útiles para la unión a metal, cuero, caucho, algodón y otros plásticos.  

La soldadura con disolventes suele ser infructuosa en polímeros de acetal, debido a la excelente resistencia del acetal a los disolventes.

La soldadura térmica mediante diversos métodos se ha utilizado con éxito tanto en homopolímeros como en copolímeros. ^{[ 28 ]}

• 

  Engranajes mecánicos , elementos deslizantes y de guía, piezas de carcasa, resortes , cadenas , tornillos , tuercas, remaches ciegos, ruedas de ventilador, piezas de bomba, cuerpos de válvulas.
• Ingeniería eléctrica: aislantes , bobinas , conectores , piezas para dispositivos electrónicos como televisores , teléfonos , etc.
• Vehículo: unidad de envío de combustible, interruptor combinado de luces/control (incluida la palanca para luces e intermitentes), elevalunas eléctricos, sistemas de cierre de puertas, carrocerías articuladas.
• Modelo: piezas para maquetas de trenes, como bogies y pasamanos. El POM es más resistente que el ABS , viene en colores translúcidos brillantes y no se puede pintar.
• Aficiones: tren de aterrizaje principal de helicóptero radiocontrolado , patín de aterrizaje, yo-yos , boquillas para vapear, ruedas de impresora 3D, K'Nex , ^{[ 29 ]} muñecas articuladas , ^{[ 30 ]} etc.
• Uso médico: pluma de insulina, inhaladores de dosis medida (IDM).
• Industria alimentaria: La Administración de Alimentos y Medicamentos ha aprobado algunos grados de POM para bombas de leche, grifos de café, carcasas de filtros y cintas transportadoras de alimentos. ^{[ 31 ]}
• Muebles: herrajes , cerraduras , tiradores , bisagras , rodillos para mecanismos deslizantes de muebles.

• 

  Construcción: vidrio estructural - soporte de cápsula para punto
• Envase: latas de aerosol, depósitos para vehículos.
• Bolígrafos: se utilizan como material para los cuerpos y las tapas de los bolígrafos.
• Deportes: accesorios de paintball. Se utiliza frecuentemente para piezas mecanizadas de marcadoras de paintball que no requieren la resistencia del aluminio, como empuñaduras y tornillos de pistón. El POM también se usa en réplicas de airsoft para reducir el ruido del pistón.
• Longboarding : el material tipo disco para guantes deslizantes ayuda al rider a tocar el suelo y apoyarse en la mano para reducir la velocidad, detenerse o realizar trucos.
• Ropa: cremalleras .
• Música: púas , flautas irlandesas , gaitas , punteros de práctica , púas de clavecín, boquillas de instrumentos, puntas de algunas baquetas. ^{[ 32 ] [ 33 ]}
• Comedor: cafeteras automáticas; mangos de cuchillos (en particular, de cuchillos plegables).
• Relojería : piezas de movimiento mecánico (por ejemplo, Lemania 5100 ^{[ 34 ]} ), brazaletes de reloj (por ejemplo, IWC Porsche Design 3701).
• Accesorios para vaporizadores/cigarrillos electrónicos: material utilizado en la fabricación de la mayoría de las "puntas de goteo" (boquillas).
• Encendedores: El Grupo BIC utiliza Delrin para sus encendedores. ^{[ 35 ]}
• Teclas del teclado : La empresa Cherry utiliza POM para sus teclados de las series G80 y G81. ^{[ 36 ]}

Las resinas de acetal son sensibles a la hidrólisis ácida y a la oxidación por agentes como el ácido mineral y el cloro . ^{[ 37 ]} El homopolímero de POM también es susceptible al ataque alcalino y es más susceptible a la degradación en agua caliente. Por lo tanto, niveles bajos de cloro en los suministros de agua potable (1–3 ppm) pueden ser suficientes para causar agrietamiento por tensión ambiental , un problema experimentado tanto en EE. UU. como en Europa en sistemas de suministro de agua domésticos y comerciales. Las piezas moldeadas defectuosas son las más sensibles al agrietamiento, pero las piezas moldeadas normales pueden sucumbir si el agua está caliente. Tanto el homopolímero como el copolímero de POM están estabilizados para mitigar este tipo de degradación. 

En aplicaciones químicas, si bien el polímero suele ser adecuado para la mayoría de los trabajos con material de vidrio, puede sufrir fallos catastróficos. Un ejemplo de ello sería el uso de clips de polímero en zonas calientes del material de vidrio (como la unión entre matraz y columna, columna y cabezal o cabezal y condensador durante la destilación). Dado que el polímero es sensible tanto al cloro como a la hidrólisis ácida, su rendimiento puede verse muy afectado al exponerse a gases reactivos, en particular al cloruro de hidrógeno (HCl). En este último caso, pueden producirse fallos con exposiciones aparentemente insignificantes en juntas bien selladas, de forma repentina y sin previo aviso (el componente se agrietará o se romperá). Esto puede suponer un grave riesgo para la salud, ya que el vidrio podría abrirse o romperse. En estos casos, el PTFE o un acero inoxidable resistente a la corrosión podrían ser una opción más apropiada.

Además, el POM puede presentar características indeseables al quemarse. La llama no se extingue por sí sola, produce poco o ningún humo y la llama azul puede ser casi invisible a la luz ambiental. La combustión también libera formaldehído , un gas que irrita los tejidos de la nariz, la garganta y los ojos.

• Dalziel Hammick
• ingeniería forense
• ingeniería forense de polímeros
• Paraformaldehído
• Degradación del polímero
• Resina

• "Acetal" . Diseño de máquinas . 15 de noviembre de 2002. Consultado el 17 de diciembre de 2019 .
• "Datos sobre las propiedades de ingeniería del acetal (POM)" . MatWeb . Consultado el 17 de diciembre de 2019 .
• Michael Sepe (septiembre de 2012). "¿Cómo prefiere su acetal: homopolímero o copolímero?" . Plastics Technology . Consultado el 17 de diciembre de 2019 .
• "Copolímero de acetal y homopolímero de Delrin: ¿cuáles son las diferencias?" . Consultado el 17 de diciembre de 2019 .