El Siloxirano como protector anticorrosivo

El entrecruzar un polímero orgánico con uno inorgánico ofrece posibilidades muy interesantes.
Una estructura inorgánica que por sus características se ha investigado es el óxido de silicio, ya que es muy resistente a la corrosión y tiene muy buena capacidad de resistir a altas temperatuas.
De esta forma el grupo inorgánico Si-O2 se ligó a un oxirano aromático llamado Siloxirano® como vemos en la siguiente figura:

Para darle flexibilidad al polímero, la estructura del silicon se hizo cíclica, y para dar una alta densidad de entrecruzamiento las puntas se hicieron penta funcionales. Esta estructura final es homo-polimerizada con el uso de un catalizador, produciendo una estructura tridimensional altamente entrecruzada como se ve en la figura siguiente:

La siguiente figura compara la densidad de entrecruzamiento del Siloxirano con un vinilester epóxico.

Como se puede apreciar el entrecruzamiento del Siloxirano es mucho mas alta que la de los epóxicos. Esto hace que el Siloxirano sea resistente al 98% de todos los ácidos corrosivos, álcalis, solventes, gases y materiales a diferentes temperaturas.

Advanced Polymer Coatings ha realizado más de 5,000 pruebas físicas y químicas para certificar su capacidad anticorrosiva.

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Estructura

El ácido acrílico, también conocido como ácido 2-propenoico CH2=CHCOOH, y sus ésteres CH2=CHCOOR, también se conocen como acrilatos.

Su estructura es:

El ácido acrílico es un ácido carboxílico, incoloro, inflamable, volátil y medianamente tóxico.

Esteres como el metil, etil, n-butil, y 2-etil-hexil acrilato, así como el ácido acrílico se utilizan principalmente como polímeros. Otros ésteres, incluyendo acrilatos multifuncionales se producen para aplicaciones especiales.

Procesos industriales

Hasta hace poco, el ácido acrílico y los acrilatos se producían industrialmente vía una variedad de rutas como la hidrólisis del acrilonitrilo y el método modificado de Reppe. Sin embargo, un avance significativo en la oxidación catalítica del propeno al ácido acrílico vía la acroleína permitió remplazar los procesos originales.

El método de ERPE está basado en el acetileno y se lleva a cabo a presión atmosférica y a 40 °C en presencia de ácido y de carbonilo de níquel.

La reacción fue descubierta por ERPE en 1939 y fue utilizada por Rohm & Haas y por Toa Gosei Chemical por largo tiempo hasta que fue abandonada por las dificultades en manipular el carbonilo de níquel, tóxico y corrosivo.

El proceso Reppe a Alta Presión utilizado por BASF y Badische Corp. opera a aproximadamente 14 MPa y 200 °C con un catalizador de bromuro de níquel – cobre III.

El método de hidrólisis del acrilonitrilo es poco atractivo económicamente. Fue utilizado por Ugine Kuhlmann, Mitsubishi Petrochemical y Mitsubishi Rayon, y hasta hace poco aún era utilizado por Asahi Chemical.

El proceso por cetanos, en que el ácido acético o la acetona son pirolizados a ceteno es un proceso que en algún tiempo utilizó Celanese y B. F. Goodrich pero que ya no es utilizado.

Proceso por Oxidación del propeno

Hoy en día la mayor parte del ácido acrílico se produce a partir del propeno, que también es la materia prima de la acroleína.

El proceso por oxidación del propeno involucra la oxidación catalítica heterogénea del propeno en fase vapor con aire y vapor para dar el ácido acrílico. Generalmente el producto que sale del reactor es absorbido en agua, extraído con un solvente apropiado y destilado para dar el ácido acrílico glacial grado técnico

Usos y aplicaciones del ácido acrílico y sus derivados

El ácido acrílico

El ácido acrílico se usa como intermediario en la producción de acrilatos. Los polímeros del ácido y sus sales sódicas se utilizan como floculantes y dispersantes. Las sales de sodio tienen importancia industrial

Las poliacrilamidas y el ácido poliacrílico

La masa molecular del polímero es un factor clave para determinar su uso específico para una aplicación. Los polímeros de masas moleculares inferiores a 20 000 se utilizan como secuestrantes. Los polímeros con masa molecular entre 20 000 y 80 000 se utilizan como agentes de dispersión de pigmentos. Los polímeros con masas moleculares entre 1,000,000 y 10,000,000 se utilizan como agentes para terminado textil y como ayudas de retención para fabricación de papel. Las masas moleculares que exceden los 10,000,000 se utilizan como floculantes o agentes de espesamiento. Polímeros de mayor peso molecular o entrecruzados se utilizan como absorbentes de fluidos.

El ácido poliacrílico soluble en agua y sus sales neutralizadas con masas moleculares de entre 2000 y 5000 se utilizan como inhibidores de sarro, dispersantes de lodos, dispersantes en sistemas de enfriamiento, como fillers en materiales para pigmentos o recubrimiento de papel.

Los homo o co-polímeros del ácido acrílico y el ácido metacrílico y sus mezclas con hasta el 10% en peso de alquil acrilato se utilizan para prevenir la redeposición de materiales en formulaciones de detergentes líquidos.

Los copolímeros con pequeñas cantidades de grupos hidrofóbicos son útiles para fluidos de perforación. Los fluidos son reformulados para dar una viscosidad inicial que es retenida por largos periodos a altas temperaturas y presión.

El poliacrilato de sodio entrecruzado se utiliza como absorbente en pañales, productos para incontinencia, productos de higiene femenina y absorbente en cables de trasmisión.

Los polímeros del ácido acrílico o del metacrílico neutralizados a mas de 50% mol, se pueden usar para mampostería por su alta retención de agua y alta viscosidad.

Un polímero del ácido acrílico, absorbente y entrecruzado se puede utilizar en formulaciones de tabletas de administración oral por su capacidad de liberar de forma sostenida el principio activo.

Una mezcla de partículas de polímero aniónico del ácido acrílico o metacrílico y sus sales solubles y polímeros catiónicos de amino acrilato se utiliza como adhesivo para pasta para muros para reducir la absorción del agua.

El ácido poliacrílico entrecruzado se utiliza como resina de intercambio catiónica.

Algunas aplicaciones en desarrollo incluyen el ligeramente entrecruzado poli(N-isopropilacrilamida) que es un hidrogel con transición de fase a 31 °C. Se supone que esta propiedad puede ser útil en separaciones como la de la proteína de soya de su extracto acuoso o en la administración controlada de fármacos.

El balance entre grupos hidrofóbicos e hidrofílicos en la poli(N,N-dimetilacrilamida) y los copolímeros de la N,N-dimetilacrilamida con otros monómeros solubles en agua hacen de estos productos solubles en un amplio rango de solventes. Esto sugiere su potencial uso como espesantes en formulaciones con altas concentraciones de químicos orgánicos El homopolímero es soluble con poli(vinil acetato), poli(metil metacrilato), y poliestireno.

Algunos copolímeros pueden servir como compatibilizadores de polímeros.

Los poliacrilatos

Los ésteres acrílicos se utilizan para la producción de polímeros (poliacrilatos). Estos polímeros se utilizan para recubrimientos, pinturas, adhesivos, ligantes para piel, papel y textiles.

Las principales aplicaciones de los ésteres acrílicos son:

Pinturas para Arquitectura – por su buena pigmentabilidad y propiedades de película se utilizan como dispersión polimérica y adhesivo para pinturas. Las dispersiones copoliméricas de vinil ester tienen propiedades reológicas favorables para material de recubrimiento. Las dispersiones de copolímeros de acrilato usualmente contienen emulsificantes y pueden ser extendidos con pigmentos, pero requieren auxiliares para mejorar su reología. Los copolímeros con alto contenido de estireno tienden a tomar el color amarillo con la luz UV y por lo tanto solo se utilizan para pinturas de interiores. Las dispersiones de acrilatos puros se utilizan en pinturas brillantes.

Recubrimientos y lacas – Los metales usualmente se recubren con una capa de primer y una capa de solvente La tendencia es usar capas con alto contenido de polímero para reducir las emisiones del solvente.

En la industria automotriz usualmente se aplican tres capas: una primer primer base agua que sirve para proteger contra la corrosión, una capa intermedia (filler) que compensa por irregularidades en el substrato, y una capa superior pigmentada metálica que consiste de una base de pigmento aluminizado y coloreado. En las tres capas pueden usarse potencialmente mezclan con acrilatos.

Sistemas curables con radiación. En estos métodos los monómeros y oligómeros son curados y endurecidos por medio de exposición a radiación, usando usualmente luz UV. Su aplicación principal está en el recubrimiento de madera, papel y plásticos.

Industria del papel - Los papeles de alta calidad se recubren con pigmentos para mejorar su calidad de impresión, apariencia, brillo y otras propiedades.

Adhesivos y compuestos de sellado – adhesivos de laminación, adhesivos sensibles a la presión, adhesivos para construcción y compuestos de sellados son producidos de poliacrilatos.

Industria textil – se utilizan como polímeros de emulsión, por ejemplo como adhesivos para teñido o impresión.

Industria de la piel o el cuero – la superficie de la piel se trata para hacerla hidrofóbica y para evitar que se cuartee o rompa.

Como se puede observar, la versatilidad del ácido acrílicos y sus derivados es muy amplia y existen aplicaciones en los mas variados campos y aún muchas más en desarrollo.

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Proveedores de ácido acrílico

Proveedores de acrilatos

Principales tipos de adhesivos, descripción y consejo de uso

Adhesivos en base acuosa

DESCRIPCIÓN:

Se basan en dispersiones o disoluciones de polímeros (de origen vegetal o sintético) en agua. El adhesivo fragua por evaporación del agua en él contenida.

CONSEJOS DE USO:

-Debido a que los adhesivos en base acuosa y en base solvente fraguan por evaporación de agua o un disolvente orgánico respectivamente, al menos uno de los sustratos sobre los que se aplican debe ser poroso (a no ser que se empleen como colas de contacto).

-Cuanto más porosas sean las superficies mayor será lavelocidad de fraguado. Las condiciones ambientales afectan al tiempo de secado de los productos (cuanto mayor sea la temperatura ambiente mayor será la velocidad de fraguado; la excesiva humedad ambiental aumenta el tiempo de fraguado de los productos en base acuosa).

a. Colas celulósicas

DESCRIPCIÓN:

Son adhesivos en base acuosa obtenidos por dispersión de derivados celulósicos en agua.

Los más usados son la carboximetilcelulosa y la metilcelulosa. También existen colas celulósicas reforzadas por la adición de polímeros de origen sintético.

CONSEJOS DE USO:

-Respetar la proporción cola/agua indicada.

-Asegurar una dispersión homogénea (singrumos) de la cola.

-Esperar el tiempo indicado por el fabricante antes de comenzar a aplicar el producto.

b. Colas vinílicas

DESCRIPCIÓN:

Adhesivos en base acuosa que contienen poliésteres vinílicos (homo y copolímeros), frecuentemente usados para el encolado de madera, cartón y papel.

CONSEJOS DE USO:

- Las superficies a unir deben tener una cierta porosidad.Debe tenerse en cuenta que la velocidad de fraguado se ve afectada tanto por el grado de porosidad de los materiales como por las condiciones ambientales.

Adhesivos en base solvente

DESCRIPCIÓN:

Son disoluciones de polímero en un disolvente orgánico. El fraguado se produce al evaporarse el disolvente. Los adhesivos en base solvente son más rápidos que los adhesivos en base acuosa debido a la mayor velocidad de evaporación de los disolventes orgánicos respecto al agua.

CONSEJOS DE USO:

Al emplear adhesivos en base solvente debe verificarse que el disolvente del adhesivo no ataque (por disolución) a las superficies a unir.

Esto debe ser tenido especialmente en cuenta en referencia a ciertos plásticos y al porexpán.

a. Colas de contacto o de impacto

DESCRIPCIÓN:

Reciben su nombre por la forma en que se emplean: el adhesivo se aplica sobre las dos superficies a unir y se espera un tiempo (5-15 min) durante el cual se evapora el disolvente. A continuación se unen las superficies (se ponen en contacto) ejerciendo fuerte presión (impacto) durante unos segundos. Tradicionalmente las colas de contacto han sido adhesivos de policloropreno en base solvente. La creciente preocupación por el medio ambiente ha desencadenado la aparición de colas de contacto a base de polímeros dispersados en agua.

CONSEJOS DE USO:

-Debe respetarse el tiempo abierto indicado porel fabricante. Este tiempo varía según las condiciones ambientales (a mayor temperatura es más corto).

-Las colas de contacto están concebidas para ser aplicadas a las dos superficies a unir. Una aplicación unilateral sólo es posible cuando una de las partes es muy porosa (e.g. espuma de poliuretano). En ese caso, se debe efectuar la unión cuando la película de adhesivo aún esté húmeda.

-Debe verificarse que el disolvente del adhesivo no ataque (por disolución) a las superficies a unir. Esto debe ser tenido especialmente en cuenta en con ciertos plásticos y con el porexpán.

Adhesivos reactivos

DESCRIPCIÓN:

No contienen agua ni disolventes orgánicos. Las unidades de monómero o prepolímero

polimerizan por diferentes tipos de reacciones químicas teniendo así lugar el fraguado del adhesivo.

CONSEJOS DE USO:

Adhesivos reactivos como siliconas, cianoacrilatos o espumas de poliuretano necesitan humedad (ambiental o de los materiales) para polimerizar.

a. Anaeróbicos

DESCRIPCIÓN:

Adhesivos reactivos que fraguan a temperatura ambiente en ausencia de oxígeno. Por tanto, el adhesivo permanece inactivo mientras está en contacto con el oxígeno atmosférico. Los materiales metálicos, sobre los que generalmente se aplica este tipo de adhesivos, aceleran el proceso de fraguado.

CONSEJOS DE USO:

-Están especialmente concebidos para la fijación de tornillos, roscas, ejes y juntas metálicas, que pueden ser desenroscados por medios mecánicos tras vencer un determinado par de fuerzas.

-Debido a su mecanismo de curado (en ausencia de oxígeno) no admiten holguras.

-Ciertos metales (hierro, cobre, acero, latón, bronce) aceleran su fraguado. Otros (acero inoxidable, aluminio, estaño, níquel,cromados...) lo retardan haciendo necesario el uso de un activador.

b. Cianocrilatos

DESCRIPCIÓN:

Adhesivos reactivos que fraguan por polimerización al entrar en contacto con superficies ligeramente alcalinas (en general es suficiente la humedad ambiental o de los materiales a unir). La polimerización, una vez iniciada, es una reacción en cadena que transcurre muy rápidamente.

CONSEJOS DE USO:

-Es conveniente no aplicar producto en exceso y hacerlo únicamente a una de las dos superficies.

-Debido a su elevadísima velocidad de curado, este tipo de productos son especialmente adecuados para la unión de superficies pequeñas que además tengan un encaje perfecto (carecen de poder rellenador).

-En materiales muy porosos, el adhesivo puede penetrar en exceso en el material de modo que la superficie de unión quede desprovista de adhesivo.

-Las superficies muy ácidas pueden llegar a impedir el curado del adhesivo y las superficies alcalinas lo aceleran.

-Por otro lado, es importante señalar que la humedad contenida en la piel (humana) es más que suficiente para que el adhesivo cure y por eso se afirma que estos productos `pegan la piel y los ojos en segundos´. Los cianoacrilatos deben emplearse con mucha precaución, protegiéndose los ojos si es posible. Si se llegaran a pegar los dedos, mójense en agua jabonosa y muévanse poco a poco para despegarlos.

c. Epoxis

DESCRIPCIÓN:

Adhesivos reactivos bicomponentes que fraguan por reacción química ente una resina epoxi y un endurecedor al efectuar la mezcla de los dos componentes. Los adhesivos epoxi se caracterizan por poseer excelente resistencia a los agentes químicos, al calor y a la humedad, además de elevadísimas resistencia a rotura en tracción y cizalla. Como contrapartidas son frágiles al choque (impactos), poseen resistencias mediocres al pelado y son irritantes.

CONSEJOS DE USO:

-Son adhesivos bicomponentes por lo que hay que mezclar el contenido de dos tubos(en las proporciones que se indican) antes de proceder a la aplicación del producto.

-Es recomendable utilizar adhesivos epoxi de curado rápido cuando se efectúe la unión de piezas pequeñas y de curado lento si se desea unir grandes superficies.

-La resistencia final de los adhesivos epoxi se incrementa si se proporciona calor a la mezcla durante el fraguado.

-Se puede disponer de adhesivosepoxi con o sin poder rellenador adecuados para cada aplicación específica.

-Los adhesivos epoxi se caracterizan por poseer excelente resistencia a los agentes químicos al calor y a la humedad, además de elevadísimas resistencia a rotura en tracción y cizalla. Como contrapartidas son frágiles al choque(impactos), poseen resistencias mediocres al pelado y son irritantes.

d. Poliuretanos

DESCRIPCIÓN:

Pueden ser de dos tipos:

Poliuretanos bicomponentes. Fraguan por reacción de un prepolímero poliuretánico que contiene terminales isocianato con la humedad ambiental.

Poliuretanos monocomponentes. Fraguan por reacción química entre un poliol/poliéster o poliol/poliéter y un isocianato.

CONSEJOS DE USO:

-Espumas de poliuretano: Es conveniente pulverizar los sustratos y el producto una vez aplicado. Debe tenerse en cuenta que estos productos duplican su volumen al curar por lo que si se aplican en exceso, durante el proceso de fraguado pueden desplazar o reventar los elementos a fijar (madera, mármol...).

e. Siliconas

DESCRIPCIÓN:

Adhesivos reactivos. El polímero base es un polisiloxano que reacciona, en presencia de la humedad ambiental, con un silanoderivado para dar un sellador elástico. En la reacción puede desprenderse ácido acético (se habla de siliconas ácidas), oximas (siliconas neutras), aminas (siliconas básicas), alcoholes...

CONSEJOS DE USO:

-Estos productos están especialmente concebidos para el sellado de juntas en cristalería, saneamiento... Debe elegirse el tipo de sellador adecuado a las prestaciones requeridas (según la resistencia y elasticidad necesarias para cada uso).

-El curado de las siliconas necesita de la presencia de humedad.

-Su alisado se efectúa fácilmente con la ayuda de agua jabonosa.

-Las llamadas siliconas ácidas liberan ácido acético durante el curado por lo que no es recomendable aplicarlas sobre sustratos que contengan carbonatos (cemento, hormigón, mármol). En ese caso, debe elegirse una silicona neutra como sellador.

-Las siliconas no se pueden pintar. Restos del producto deben eliminarse mecánicamente antes de que endurezcan.

Hot-melts o termofusibles

DESCRIPCIÓN:

Adhesivos termofusibles: Sustancia sólida que una vez fundida se puede emplear como adhesivo. Al enfriar se alcanza de nuevo la resistencia original. El polímero base puede ser de naturaleza diversa (copolímeros etileno?acetato de vinilo, poliamida, poliuretano...) con distintas propiedades.

CONSEJOS DE USO:

-Debe respetarse y verificarse la temperatura de aplicación señalada por el fabricante. Es importante ceñirse al tiempo abierto y tiempo de cierre establecidos para el proceso de aplicación.

-Deben tomarse las precauciones derivadas de la alta temperatura a que se aplica este tipo de productos.

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