Resina sintética

La resina sintética es una sustancia producida industrialmente, generalmente viscosa , que se transforma en polímeros rígidos mediante el proceso de curado . Se forma por la reacción de ácidos orgánicos dibásicos y alcoholes polihídricos . Para que se produzca el curado, las resinas suelen contener grupos reactivos, ^{[ 2 ]} como acrilatos o epóxidos . Algunas resinas sintéticas tienen propiedades similares a las resinas vegetales naturales , pero muchas no. ^{[ 3 ]}

Las resinas sintéticas se clasifican en varias clases. Algunas se fabrican mediante la esterificación de compuestos orgánicos . Otras son plásticos termoendurecibles, donde el término "resina" se aplica indistintamente al reactivo o reactivos, al producto o a ambos. "Resina" puede referirse a uno o más monómeros en un copolímero , mientras que el otro se denomina "endurecedor", como en las resinas epoxi . En el caso de los plásticos termoendurecibles que requieren un solo monómero, el compuesto monomérico es la "resina". Por ejemplo, el metacrilato de metilo líquido se suele denominar "resina" o "resina de moldeo" mientras se encuentra en estado líquido, antes de polimerizarse y solidificarse. Tras la solidificación, el poli(metacrilato de metilo) (PMMA) resultante se suele denominar "vidrio acrílico" o "acrílico". (Entre los nombres comerciales se incluyen Plexiglas y Lucite).

Las resinas sintéticas también se utilizan ampliamente en aplicaciones de tuberías curadas in situ . Los Departamentos de Transporte de EE. UU. también las especifican para su uso como recubrimientos en carreteras y puentes. En esta aplicación se conocen como Recubrimientos de Hormigón de Poliéster (PCO). Estos suelen estar basados ​​en ácido isoftálico y diluidos con estireno en altos niveles , generalmente hasta un 50 %. Las resinas sintéticas también se utilizan en adhesivos para pernos de anclaje, aunque también se utilizan materiales a base de epoxi . ^{[ 4 ]} Muchas empresas han introducido y siguen introduciendo sistemas libres de estireno principalmente debido a problemas de olor, pero también por la preocupación de que el estireno sea un posible carcinógeno. Las aplicaciones de agua potable también prefieren los sistemas libres de estireno.

Los materiales de restauración dental basados ​​en resinas que contienen bis-GMA ^{[ 5 ]} pueden degradarse o contaminarse con el compuesto relacionado bisfenol A , un potencial disruptor endocrino . Sin embargo, no se han encontrado efectos negativos para la salud derivados del uso de bis-GMA en resinas dentales. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

Existen varios tipos. Una variedad es la resina epoxi , fabricada mediante reacciones de polimerización -poliadición o policondensación, utilizada como polímero termoestable para adhesivos y compuestos . ^{[ 8 ] [ 9 ]} Por consiguiente, se ha utilizado principalmente para pavimentos industriales desde la década de 1960. Sin embargo, desde el año 2000, las resinas epoxi y de poliuretano también se utilizan en interiores, principalmente en Europa Occidental. Los poliuretanos son otro tipo de resina sintética. ^{[ 10 ]}

La resina sintética para encapsular objetos en plexiglás/lucita ( PMMA ) es simplemente metacrilato de metilo líquido, al que se le añade un catalizador de polimerización y se mezcla, provocando su polimerización. Esta polimerización crea un bloque de plástico PMMA ("vidrio acrílico") que sostiene el objeto en su interior.

Otro polímero sintético, a veces denominado dentro de la misma categoría general, es la resina de acetal . Sin embargo, a diferencia de otros sintéticos, tiene una estructura de cadena simple con la unidad repetitiva de la forma −[CH₂O _] −. Las resinas de intercambio iónico se utilizan en la purificación de agua y la catálisis de reacciones orgánicas . (Véase también resina AT-10 , resina de melamina ). Ciertas resinas de intercambio iónico también se utilizan farmacéuticamente como secuestrantes de ácidos biliares , principalmente como agentes hipolipemiantes , aunque pueden utilizarse para otros fines además de la reducción del colesterol . Las resinas impregnadas con solvente (SIR) son partículas de resina porosas que contienen un extractante líquido adicional dentro de la matriz porosa. Se supone que el extractante contenido mejora la capacidad de las partículas de resina. La producción de PVC implica la producción de "resinas de cloruro de vinilo", que difieren en el grado de polimerización. ^{[ 11 ]}

Las resinas de silicona son polímeros a base de silicona que exhiben varias propiedades útiles como resistencia a la intemperie (durabilidad), dielectricidad , repelencia al agua, estabilidad térmica e inercia química . ^{[ 12 ]}

La mayoría de las resinas sintéticas son líquidos viscosos de color pálido que consisten en una solución de un poliéster en un diluyente reactivo que suele ser estireno, ^{[ 13 ]} pero también pueden incluir viniltolueno y varios acrilatos . ^{[ 14 ] [ 15 ]}

Los poliésteres insaturados son polímeros de condensación formados a partir de polioles (también conocidos como alcoholes polihídricos ), que poseen múltiples grupos funcionales alcohol o hidroxilo. Estos se tratan con ácidos dibásicos insaturados y, en algunos casos, saturados. Los polioles típicos utilizados son glicoles como el etilenglicol , el propilenglicol y el dietilenglicol ; los ácidos típicos son el ácido ftálico , el ácido isoftálico , el ácido tereftálico y el anhídrido maleico . El agua, un subproducto de condensación de las reacciones de esterificación , se elimina continuamente por destilación, impulsando así la esterificación. Los poliésteres insaturados se venden generalmente a los fabricantes de piezas como una solución de resina en un diluyente reactivo. El estireno es el diluyente más común y el estándar de la industria. El diluyente permite controlar la viscosidad de la resina y participa en la reacción de curado. La resina, inicialmente líquida, se convierte en un sólido mediante reticulación . La reticulación se induce mediante iniciadores de radicales libres . La insaturación se presenta generalmente en forma de especies de maleato y fumarato a lo largo de la cadena polimérica. El maleato/fumarato generalmente no se autopolimeriza mediante reacciones de radicales, pero reacciona fácilmente con el estireno. Se sabe que el anhídrido maleico y el estireno forman copolímeros alternantes y, de hecho, son el ejemplo clásico de este fenómeno. Esta compatibilidad es una de las razones por las que el estireno ha sido tan difícil de reemplazar en el mercado como diluyente reactivo estándar de la industria, a pesar de los crecientes esfuerzos para reemplazar el material, como la Proposición 65 de California . Los radicales libres iniciales se inducen mediante la adición de un compuesto que se descompone fácilmente en radicales libres. Este compuesto se conoce como catalizador ^{[ 16 ]} dentro de la industria, pero iniciador es un término más apropiado. Las sales de metales de transición se suelen añadir como catalizador para la reacción de reticulación por crecimiento de cadena, y en la industria este tipo de aditivo se conoce como promotor; generalmente se entiende que el promotor reduce la energía de disociación del enlace del iniciador de radicales. Las sales de cobalto son el tipo de promotor más común. Los iniciadores de radicales más utilizados son los peróxidos orgánicos, como el peróxido de benzoílo o el peróxido de metil etil cetona . ^{[ 17 ]}

Las resinas sintéticas son termoendurecibles y, al igual que otras resinas, curan exotérmicamente. Por lo tanto, el uso de un iniciador excesivo, especialmente en presencia de un catalizador, puede provocar carbonización o incluso ignición durante el proceso de curado. El exceso de catalizador también puede causar que el producto se fracture o forme un material gomoso.

Los poliésteres insaturados (UPR) se utilizan en muchos mercados industriales relevantes, pero en general se emplean como material de matriz para diversos tipos de compuestos . Los compuestos reforzados con fibra de vidrio constituyen el segmento más importante en el que se utilizan los UPR y pueden procesarse mediante SMC , BMC , pultrusión , revestimiento de tuberías curado in situ (conocido como relining en Europa), bobinado de filamentos , moldeo al vacío , moldeo por pulverización y moldeo por transferencia de resina (RTM) . Las palas de las turbinas eólicas también los utilizan ^{[ 18 ]} , así como en muchos otros procesos. Los UPR también se emplean en aplicaciones no reforzadas, siendo ejemplos comunes los recubrimientos de gel , los botones de camisa, los pernos de mina , los núcleos de bolas de bolos , el hormigón polimérico y la piedra artificial/mármol cultivado ^{[ 19 ]} .

En química orgánica, un éster se forma como producto de condensación de un ácido carboxílico y un alcohol , con agua como subproducto de condensación. Un éster también puede formarse con un haluro de acilo y un alcohol, en cuyo caso el subproducto de condensación es un haluro de hidrógeno .

Los poliésteres son una categoría de polímeros en los que la funcionalidad éster se repite dentro de la cadena principal. Son un ejemplo clásico de polímero de crecimiento por etapas , en el que un ácido o haluro de acilo difuncional (o de orden superior) reacciona con un alcohol difuncional (o de orden superior). Los poliésteres se producen comercialmente como resinas saturadas e insaturadas. El poliéster más común y de mayor volumen de producción es el tereftalato de polietileno (PET) , un ejemplo de poliéster saturado que se utiliza en aplicaciones como fibras para ropa y alfombras, envases de alimentos y líquidos (como botellas de agua y refrescos), así como películas. ^{[ 20 ]}

En la química de los poliésteres insaturados (UPR), los sitios de insaturación están presentes a lo largo de la cadena, generalmente por incorporación de anhídrido maleico, aunque también se utilizan ácido maleico y ácido fumárico. El ácido maleico y el ácido fumárico son isómeros, donde el maleico es el isómero cis y el fumárico es el isómero trans. Las formas éster de estas dos moléculas son maleato y fumarato, respectivamente. Al curar un UPR, se sabe que la forma fumarato reacciona más rápidamente con el radical estireno, por lo que a menudo se emplean catalizadores de isomerización , como la N,N-dimetilacetoacetamida (DMAA), en el proceso de síntesis que convierte los maleatos en fumaratos; la isomerización también puede favorecerse aumentando el tiempo y la temperatura de reacción. Dentro de la industria de los UPR, la clasificación de las resinas se basa generalmente en el ácido saturado primario. Por ejemplo, una resina que contiene principalmente ácido tereftálico se conoce como resina Tere, una resina que contiene principalmente anhídrido ftálico se conoce como resina Ortho, y una resina que contiene principalmente ácido isoftálico se conoce como resina Iso. El diciclopentadieno (DCPD) también es una materia prima común para UPR y puede incorporarse de dos maneras diferentes. En un proceso, el DCPD se craquea in situ para formar ciclopentadieno, que luego puede reaccionar con grupos maleato/fumarato a lo largo de la cadena polimérica mediante una reacción de Diels-Alder . Este tipo de resina se conoce como resina Nádica y se denomina Ortho para pobres, debido a que comparte muchas propiedades similares a una resina Ortho junto con el costo extremadamente bajo de la materia prima DCPD. En otro proceso, el anhídrido maleico se abre primero con agua u otro alcohol para formar ácido maleico y luego reacciona con DCPD, donde un alcohol del ácido maleico reacciona a través de uno de los dobles enlaces del DCPD. Este producto se utiliza posteriormente para bloquear los extremos de la resina UPR, lo que da como resultado un producto con insaturación en los grupos terminales. Este tipo de resina se denomina resina DCPD.

Las resinas ortocromáticas constituyen el tipo más común de resina de poliuretano proyectada (UPR), y muchas se conocen como resinas de uso general. Los compuestos de PRFV que utilizan resinas ortocromáticas se emplean en aplicaciones como cascos de barcos, artículos de baño y núcleos de bolas de bolos.

Las resinas isoftálicas suelen ser de gama alta dentro de los productos UPR, debido tanto al coste relativamente elevado del ácido isoftálico como a sus propiedades superiores. Son el tipo principal de resina utilizada en aplicaciones de gelcoat, similar a una pintura, pero que se pulveriza en un molde antes de moldear el FRP, dejando una capa protectora en la pieza. Las resinas de gelcoat deben tener un color bajo (casi transparente) para evitar que aporten color adicional a la pieza o para que puedan teñirse correctamente. Además, deben tener una alta resistencia a la radiación UV y a la formación de ampollas por el agua.

Las resinas Tere se utilizan a menudo cuando se desea un módulo y una resistencia elevados, pero no se requieren las propiedades de baja coloración de una resina Iso. El ácido tereftálico suele ser más económico que el ácido isoftálico, pero ambos proporcionan características de resistencia similares a un producto UPR. Existe un subconjunto especial de resinas Tere, conocidas como resinas PET UPR, que se producen mediante el craqueo catalítico de resina PET en el reactor para obtener una mezcla de ácido tereftálico y etilenglicol. Posteriormente, se añaden ácidos y glicoles adicionales junto con anhídrido maleico y se produce un nuevo polímero. El producto final es funcionalmente idéntico a una resina Tere, pero a menudo su fabricación puede ser más económica, ya que el PET reciclado se puede obtener a bajo costo. Si se utiliza un PET modificado con glicol (PET-G), se pueden conferir propiedades excepcionales a la resina debido a algunos de los materiales exóticos utilizados en su producción. Las resinas Tere y PET-UPR se utilizan en numerosas aplicaciones, incluyendo tuberías curadas in situ. ^{[ 21 ]}

La resina sintética ofrece las siguientes ventajas:

1. Resistencia adecuada al agua y a diversos productos químicos.
2. Resistencia adecuada a la intemperie y al envejecimiento.
3. Bajo costo.
4. Los poliésteres pueden soportar temperaturas de hasta 80  °C.
5. Los poliésteres tienen buena capacidad de humectación sobre las fibras de vidrio.
6. Contracción relativamente baja, de entre el 4 y el 8%, durante el curado.
7. La dilatación térmica lineal oscila entre 100 y 200 × 10 ⁻⁶ K ⁻¹ .

La resina sintética presenta las siguientes desventajas:

1. Fuerte olor a estireno
2. Más difícil de mezclar que otras resinas, como una resina epoxi de dos componentes.
3. La naturaleza tóxica de sus vapores, y especialmente de su catalizador, MEKP , supone un riesgo para la seguridad si no se utiliza la protección adecuada.
4. No es adecuado para unir muchos sustratos.
5. Es muy probable que el curado final sea más débil que una cantidad equivalente de resina epoxi.

• Poliéster
• Estireno
• matriz de polímero termoestable
• Polímero termoestable
• éster vinílico
• Prepolímero
• Fundición de resina
• Resinas de base acuosa