Acrilonitrilo butadieno estireno
Polímero termoplástico
Acrilonitrilo butadieno estireno

Monómeros en polímero ABS

Un subconjunto de motivos de reticulación comunes en ABS

Granos de polímero ABS
Identificadores
  • 9003-56-9 controlarY
Araña química
  • Ninguno
Tarjeta informativa de la ECHA100.127.708
Identificador de centro de PubChem
  • 24756
  • DTXSID70858757
Propiedades
( C8H8 · C4H6 · C3H3N ) n​​​​​​
Densidad1,060–1,080  g/cm3 [ 1]
Insoluble en agua
Compuestos relacionados
Compuestos relacionados
Acrilonitrilo , butadieno y estireno (monómeros)
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para los materiales en su estado estándar (a 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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Compuesto químico
Acrilonitrilo butadieno estireno
Propiedades físicas
Densidad ( ρ )0,9–1,53  g/cm 3 ; mediana, 1,07  g/cm 3
Inflamabilidad1.00
Propiedades térmicas
Conductividad térmica ( k )0,1  W/(m·K)
Coeficiente de expansión térmica lineal ( α )12×10 −5  K −1
Resistencia química
Ácidos — concentradosBien
Ácidos — diluidosExcelente
AlcoholesPobre
AldehídosPobre
ÁlcalisExcelente
Hidrocarburos aromáticosPobre
ÉsteresPobre
Hidrocarburos halogenadosPobre
CetonasPobre
[2] [3]

El acrilonitrilo butadieno estireno ( ABS ) ( fórmula química (C 8 H 8 ) x ·​(C 4 H 6 ) y ·​(C 3 H 3 N) z ) es un polímero termoplástico común. Su temperatura de transición vítrea es de aproximadamente 105 °C (221 °F). [4] El ABS es amorfo y, por lo tanto, no tiene un punto de fusión real.

El ABS es un terpolímero que se obtiene polimerizando estireno y acrilonitrilo en presencia de polibutadieno . Las proporciones pueden variar de 15% a 35% de acrilonitrilo, 5% a 30% de butadieno y 40% a 60% de estireno. El resultado es una cadena larga de polibutadieno entrecruzada con cadenas más cortas de poli(estireno-co-acrilonitrilo). Los grupos nitrilo de las cadenas vecinas, al ser polares, se atraen entre sí y unen las cadenas, lo que hace que el ABS sea más fuerte que el poliestireno puro . El acrilonitrilo también contribuye a la resistencia química, la resistencia a la fatiga, la dureza y la rigidez, al tiempo que aumenta la temperatura de deflexión térmica . El estireno proporciona al plástico una superficie brillante e impermeable, así como dureza, rigidez y una mayor facilidad de procesamiento. El polibutadieno, una sustancia gomosa , proporciona tenacidad y ductilidad a bajas temperaturas, a costa de la resistencia al calor y la rigidez. [3] Para la mayoría de aplicaciones, el ABS se puede utilizar entre −20 y 80 °C (−4 y 176 °F), ya que sus propiedades mecánicas varían con la temperatura. [5] Las propiedades se crean mediante el endurecimiento del caucho , donde las partículas finas de elastómero se distribuyen por toda la matriz rígida.

Propiedades

El ABS ofrece propiedades mecánicas favorables, como resistencia al impacto, tenacidad y rigidez, en comparación con otros polímeros comunes. [3] Se pueden realizar diversas modificaciones para mejorar la resistencia al impacto, la tenacidad y la resistencia al calor. La resistencia al impacto se puede amplificar aumentando las proporciones de polibutadieno en relación con el estireno y también el acrilonitrilo, aunque esto provoca cambios en otras propiedades. La resistencia al impacto no disminuye rápidamente a temperaturas más bajas. La estabilidad bajo carga es excelente con cargas limitadas. Por lo tanto, al cambiar las proporciones de sus componentes, el ABS se puede preparar en diferentes grados. Dos categorías principales podrían ser ABS para extrusión y ABS para moldeo por inyección, luego resistencia al impacto alta y media. En general, el ABS tendría características útiles dentro de un rango de temperatura de −20 a 80 °C (−4 a 176 °F). [5]

Las propiedades finales se verán influidas en cierta medida por las condiciones en las que se procesa el material hasta obtener el producto final. Por ejemplo, el moldeo a alta temperatura mejora el brillo y la resistencia al calor del producto, mientras que la mayor resistencia al impacto y la mayor fuerza se obtienen mediante el moldeo a baja temperatura. Se pueden mezclar fibras (normalmente fibras de vidrio) y aditivos en los gránulos de resina para hacer que el producto final sea fuerte y elevar la temperatura máxima de funcionamiento hasta 80 °C (176 °F). También se pueden añadir pigmentos, ya que el color original de la materia prima es de marfil translúcido a blanco. Las características de envejecimiento de los polímeros se ven influidas en gran medida por el contenido de polibutadieno, y es normal incluir antioxidantes en la composición. Otros factores incluyen la exposición a la radiación ultravioleta , contra la que también hay aditivos disponibles para protegerse.

Los polímeros ABS son resistentes a ácidos acuosos, álcalis, ácidos clorhídrico y fosfórico concentrados y aceites animales, vegetales y minerales, pero se hinchan con ácido acético glacial , tetracloruro de carbono e hidrocarburos aromáticos y son atacados por ácidos sulfúrico y nítrico concentrados . Son solubles en ésteres , cetonas (como acetona), cloroformo y dicloruro de etileno . [6] También ofrecen poca resistencia a disolventes clorados, alcoholes y aldehídos. [3]

Aunque los plásticos ABS se utilizan principalmente con fines mecánicos, también tienen propiedades eléctricas que son bastante constantes en un amplio rango de frecuencias. Estas propiedades se ven poco afectadas por la temperatura y la humedad atmosférica en el rango de temperaturas de funcionamiento aceptable. [7]

El ABS es inflamable cuando se expone a altas temperaturas, como las de un fuego de leña. Se derretirá y luego hervirá, momento en el que los vapores estallarán en llamas intensas y calientes. Dado que el ABS puro no contiene halógenos , su combustión no suele producir ningún contaminante orgánico persistente , y los productos más tóxicos de su combustión o pirólisis son el monóxido de carbono y el cianuro de hidrógeno . [8] El ABS también se daña con la luz solar; esto provocó uno de los retiros de automóviles más extendidos y costosos en la historia de los EE. UU. debido a la degradación de los botones de liberación del cinturón de seguridad. [9] [10]

El ABS se puede reciclar, aunque no lo aceptan todas las instalaciones de reciclaje. [11] [12] [ verificación fallida ]

Propiedades mecánicas

El ABS es uno de los muchos tipos de termoplásticos con aplicaciones biomédicas, y sus componentes moldeados por inyección son fáciles de fabricar para un solo uso. Se puede esterilizar con radiación gamma u óxido de etileno (EtO). [13]

Propiedades mecánicas típicas del ABS [3]
PropiedadValor
Módulo de Young (GPa)2.28
Resistencia a la tracción (MPa)43
Módulo de flexión (GPa)2.48
Resistencia a la flexión (MPa)77
Izod con muesca (kJ/m)0,203
Temperatura de deflexión térmica, 1,81 MPa, (C)81

El amarilleamiento del plástico ABS se produce cuando se expone a la luz ultravioleta o al calor excesivo, lo que provoca la fotooxidación de los polímeros que rompe las cadenas de polímeros y hace que el plástico se amarillee y se vuelva quebradizo. [14]

ABS transparente

La mayoría de los ABS son opacos porque sus componentes tienen diferentes índices de refracción. El acrilonitrilo y el estireno le dan rigidez al ABS. Las partículas de butadieno son elásticas y hacen que el ABS sea resistente a los impactos. La adición de metacrilato de metilo (MMA) ayuda a acercar los índices de refracción, lo que lo hace transparente, aunque el producto tiene menos resistencia a los impactos. [15]

Producción

El ABS se deriva del acrilonitrilo , butadieno y estireno . El acrilonitrilo es un monómero sintético producido a partir de propileno y amoníaco ; el butadieno es un hidrocarburo de petróleo obtenido de la fracción C4 del craqueo a vapor ; el monómero de estireno se obtiene por deshidrogenación del etilbenceno , un hidrocarburo obtenido en la reacción del etileno y el benceno .

Según la asociación comercial europea de plásticos PlasticsEurope, la producción industrial de 1 kg (2,2 lb) de resina ABS en Europa utiliza un promedio de 95,34  MJ (26,48  kW⋅h ) y se deriva del gas natural y el petróleo . [16] [17]

Mecanizado

El ABS se fabrica en una variedad de grados, pero para el mecanizado de precisión de piezas estructurales de ABS, se recomienda utilizar ABS de grado de máquina. El ABS de grado de máquina se mecaniza fácilmente mediante técnicas estándar, que incluyen torneado, taladrado, fresado y aserrado. Las piezas de ABS se pueden soldar entre sí calentando las superficies de unión hasta que comiencen a fundirse; se puede aplicar un refuerzo a dicha unión fundiendo una varilla delgada de ABS. Las piezas de ABS también se pueden fijar químicamente entre sí y a otros plásticos suficientemente similares mediante disolventes. [18]

Aplicaciones

Una campana ABS fabricada con una impresora 3D

El ABS fue patentado en 1948 y introducido en los mercados comerciales por Borg-Warner Corporation en 1954. [19]

El peso ligero del ABS y su capacidad para ser moldeado por inyección y extruido lo hacen útil en la fabricación de productos como sistemas de tuberías de drenaje, desagüe y ventilación (DWV). Los instrumentos musicales como las flautas dulces de plástico , los oboes y los clarinetes , y algunas piezas de mecanismos de piano, se fabrican comúnmente con ABS, al igual que las teclas de los teclados de computadora. [20]

Otros usos incluyen cabezas de palos de golf (debido a su buena absorción de impactos), componentes de acabado de automóviles, barras de parachoques de automóviles, binoculares y monoculares , inhaladores, nebulizadores , [21] suturas no absorbibles, prótesis de tendones, sistemas de administración de medicamentos, tubos traqueales, [13] recintos para conjuntos eléctricos y electrónicos (como carcasas de computadoras ), cascos protectores, canoas para aguas bravas, bordes amortiguadores para muebles y paneles de carpintería, maletas y estuches protectores de transporte, carcasas de bolígrafos y pequeños electrodomésticos de cocina. Los juguetes, incluidos LEGO (los ladrillos Lego se han fabricado principalmente con ABS desde 1963 [22] ) y los ladrillos Kre-O , son una aplicación común. [23] [24]

El plástico ABS molido hasta un diámetro promedio de menos de 1  micrómetro se utiliza como colorante en algunas tintas para tatuajes . [25]

Impresión 3D

Cuando se extruye en un filamento , el plástico ABS es un material común utilizado en impresoras 3D , [26] ya que es barato, fuerte, tiene alta estabilidad y puede posprocesarse de varias maneras (lijado, pintura, pegado, relleno y alisado químico). Cuando se utiliza en una impresora 3D, se sabe que el ABS se deforma debido a la contracción que se produce mientras se enfría durante el proceso de impresión. La contracción se puede reducir imprimiendo dentro de un recinto sobre una superficie de impresión calentada, utilizando un adhesivo como una barra de pegamento o laca para el cabello para asegurar que la primera capa de la impresión esté bien pegada a la superficie de impresión, o imprimiendo con un borde/balsa en la base de la impresión para ayudar a aumentar la adhesión a la superficie de impresión. [27] El ABS solo se utiliza en impresoras 3D FFF/FDM , ya que las impresoras 3D de resina no pueden fundir el plástico.

Las formas particulares de filamentos ABS son ABS-ESD (descarga electrostática) y ABS-FR (resistente al fuego), que se utilizan en particular para la producción de componentes sensibles a las descargas electrostáticas y piezas prefabricadas refractarias.

Peligro para los humanos

El ABS es estable a la descomposición en condiciones normales de uso y procesamiento de polímeros. La exposición a carcinógenos debido al uso y procesamiento normales está muy por debajo de los límites de exposición en el lugar de trabajo. [28] Sin embargo, si la temperatura alcanza los 400 °C (750 °F), el ABS puede descomponerse en sus componentes: butadieno (cancerígeno para los humanos), acrilonitrilo (posiblemente carcinógeno para los humanos) y estireno (que se prevé razonablemente que sea un carcinógeno para los humanos). [28]

Las partículas ultrafinas (UFP) se pueden producir a temperaturas más bajas (como en la impresión 3D). [29] Se han planteado preocupaciones con respecto a las concentraciones de UFP en el aire generadas durante la impresión 3D con ABS, ya que las UFP se han relacionado con efectos adversos para la salud, algunos de los cuales pueden resultar de la obstrucción de los tejidos en los riñones, los pulmones y los intestinos causada por una acumulación de UFP. [30] [31]

Véase también

  • Ácido poliláctico (PLA): otro plástico utilizado para la impresión 3D
  • Retrobright : un proceso para revertir el amarilleo de las carcasas de plástico ABS blancas

Referencias

  1. ^ "Matbase". Archivado desde el original el 17 de junio de 2014 . Consultado el 3 de julio de 2014 .
  2. ^ "Resistencia química y ambiental de los termoplásticos". rtpcompany.com . 10 de septiembre de 2013.
  3. ^ abcde Peters, Edward N., "Plásticos: termoplásticos, termoestables y elastómeros", Manual de selección de materiales , Nueva York: John Wiley & Sons, Inc., págs. 363–365
  4. ^ "Transición vítrea del ABS en la impresión 3D" (PDF) .
  5. ^ Propiedades plásticas del acrilonitrilo butadieno estireno (ABS). Archivado el 15 de mayo de 2010 en Wayback Machine . Pequeña tabla de propiedades del ABS hacia la parte inferior. Consultado el 7 de mayo de 2010.
  6. ^ Benj Edwards Computación y juegos clásicos | Archivo » Por qué las Super Nintendo pierden su color: decoloración del plástico en las máquinas clásicas. Vintagecomputing. 12 de enero de 2007
  7. ^ Harper CA (1975) Manual de plásticos y elastómeros , McGraw-Hill, Nueva York, págs. 1–3, 1–62, 2–42, 3–1, ISBN 0070266816 
  8. ^ Rutkowski, JV; Levin, BC (1986). "Copolímeros de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS): ¿Productos de pirólisis y combustión y su toxicidad? Una revisión de la literatura". Fuego y materiales . 10 (3–4): 93. doi :10.1002/fam.810100303.
  9. ^ Henshaw, JM; Wood, V.; Hall, AC (1999). "Fallo de los cinturones de seguridad de los automóviles causado por la degradación de polímeros". Análisis de fallas de ingeniería . 6 (1): 13–25. doi :10.1016/S1350-6307(98)00026-0.
  10. ^ "Se retiran del mercado cinturones en 8,4 millones de vehículos". The Baltimore Sun. Knight-Ridder News Service. 24 de mayo de 1995. Archivado desde el original el 17 de noviembre de 2015. Consultado el 16 de noviembre de 2015 .
  11. ^ "Reciclaje de ABS". Heathland BV Archivado desde el original el 6 de marzo de 2014. Consultado el 31 de diciembre de 2013 .
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  31. ^ Sana, Siva Sankar; Dogiparthi, Lakshman Kumar; Gangadhar, Lekshmi; Chakravorty, Arghya; Abhishek, Nalluri (septiembre de 2020). "Efectos de los microplásticos y nanoplásticos en el medio marino y la salud humana". Environmental Science and Pollution Research . 27 (36): 44743–44756. Bibcode :2020ESPR...2744743S. doi :10.1007/s11356-020-10573-x. ISSN  0944-1344. PMID  32876819. S2CID  221400929 – vía Springer Link.
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