Para aplicaciones o entornos con requisitos especiales, las propiedades intrínsecas del material suelen ser insuficientes -como la resistencia térmica a altas temperaturas o la flexibilidad a bajas temperaturas-, por lo que es necesario modificarlo. Los métodos actuales de modificación del Poliaspártico incluyen la modificación de la resina, la nanomodificación y otras técnicas.
Modificación de la resina
La modificación de la resina introduce moléculas de resina en la estructura molecular poliaspártica por medios químicos como la copolimerización en bloque o de injerto. Este método es relativamente sencillo y ofrece un alto rendimiento. Se utiliza mucho para aumentar la resistencia al calor del Poliaspártico, regular la velocidad de reacción y mejorar las propiedades físicas y mecánicas.
Una resina comúnmente utilizada para la modificación es la resina de silicona. El polisiloxano posee una baja energía superficial, un bajo módulo elástico, una excelente estabilidad térmica y resistencia a la oxidación. Su columna vertebral está formada por enlaces alternos Si-O-Si, lo que le confiere una gran flexibilidad. Tras la modificación de la silicona, aumenta el impedimento estérico dentro del material, lo que limita la reacción entre el material modificado y los grupos -NCO. Esto prolonga el tiempo de adhesión del revestimiento y mejora significativamente la adherencia entre el revestimiento y el sustrato.
Existen dos métodos principales de modificación de la silicona: la modificación en bloque y la modificación por injerto. Los estudios han demostrado que la combinación de poliaspártico y polisiloxano mediante modificación en bloque mejora la resistencia mecánica, la resistencia al impacto y la adherencia del revestimiento. Las resinas modificadas sintetizadas a partir de 4,4′-diaminodiciclohexilmetano (H12MDA) y metoxisilano aminoterminado (KH-540) producen revestimientos con mayor dureza, flexibilidad, resistencia a la tracción y resistencia al envejecimiento; la flexibilidad mejora significativamente a temperaturas inferiores a 5 °C. Otro método utiliza compuestos de silicona con terminación epoxi, introduciendo silicona en la cadena de poliurea mediante una reacción de apertura en anillo. El Poliaspártico modificado con silicona resultante, cuando se cura con endurecedor de isocianato, demuestra una excelente dureza y resistencia al impacto tanto a temperatura ambiente como a bajas temperaturas.
La resina epoxi también se utiliza para la modificación por su excelente resistencia mecánica y aislamiento eléctrico. Las cadenas moleculares de epoxi pueden dispersarse e interpenetrar las cadenas de poliurea, formando una red reticulada. La poliurea poliaspártica (PUA) aminoterminada sintetizada a partir de ésteres poliaspárticos (PAE) y diisocianato de isoforona (IPDI) puede endurecerse con resina epoxi. Las cadenas flexibles de PUA se entrelazan con la red de epoxi curada, lo que permite una deformación dúctil bajo tensión y mejora la resistencia al cizallamiento. Cuando se optimiza la proporción de PUA y resina epoxi, el alargamiento a la rotura y la resistencia al impacto aumentan significativamente.
Nanomodificación
La nanomodificación es un método eficaz para introducir nanopartículas en sistemas poliaspárticos mediante la interacción entre los grupos funcionales de la poliurea y los sitios activos de la superficie de las nanopartículas. Dado que los nanomateriales presentan efectos superficiales y de tamaño cuántico únicos, su adición puede mejorar la resistencia de los materiales poliaspárticos.
Una serie de poliureas alifáticas sintetizadas mediante un proceso de polimerización en solución en dos etapas se modificaron con nanotubos de carbono nano-TiO₂ y aminofuncionalizados. Los nanotubos de carbono aminofuncionalizados se unieron covalentemente a las cadenas de poliurea, aumentando la densidad de reticulación y la estabilidad térmica, así como la adhesión interfacial entre los nanotubos y el elastómero de poliurea. Combinando la dispersión ultrasónica y la agitación mecánica de alta velocidad con la química de acoplamiento del silano también se pueden producir nanocompuestos poliaspárticos. Estos materiales modificados muestran una mayor resistencia a la congelación, a la carbonatación y a la abrasión.
Otros métodos de modificación
Además de la resina y la nanomodificación, se han estudiado otros métodos, como la fluoración y la modificación con aceite de soja epoxidado (ESO), para mejorar aún más la hidrofobicidad y la resistencia térmica.
Los materiales que contienen flúor tienen fuertes enlaces C-F y alta electronegatividad, que protegen la cadena molecular principal y dotan a los materiales de excelentes propiedades superficiales y eléctricas, así como de una fuerte hidrofobicidad. El poliaspártico fluorado puede sintetizarse haciendo reaccionar anhídrido maleico y alcohol fluorado con trímero de HDI en presencia de un catalizador, utilizando tolueno como agente deshidratante. Durante la conversión de aminas primarias a secundarias, la densidad de -NH disminuye, mientras que numerosos grupos fluorados distribuidos a lo largo de las cadenas de poliéter reducen el contacto entre los grupos -NH y -NCO, alargando el tiempo de reacción. El Poliaspártico fluorado resultante presenta una hidrofobicidad, una resistencia a la abrasión y una estabilidad química superiores a las de la versión no modificada.
El aceite de soja epoxidado (ESO) contiene 3-4 grupos epoxi por molécula, que pueden sufrir reacciones de apertura de anillo con aminas en condiciones adecuadas. El ESO es barato, abundante, térmicamente estable y renovable. La ESO puede reaccionar con aminas primarias para formar una red ligeramente reticulada, mejorando la estabilidad térmica del Poliaspártico. Se ha descubierto que la temperatura de reacción afecta a la conversión de las aminas primarias: debido a que los grupos epoxi vecinos en la cadena de ESO crean obstáculos estéricos, las temperaturas más altas aceleran la reacción de apertura del anillo y aumentan la conversión. Este hallazgo proporciona una base teórica para el desarrollo del Poliaspártico modificado con ESO.
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