Redes poliméricas interpenetradas de poliuretano a partir de aceite de ricino modificado y poliestireno: miscibilidad y propiedades mecánicas en función de la composición

Interpenetrating polymer networs from modified castor oil – based polyurethane and polystyrene: miscibility and mechanical properties as a function of the composition

Se prepararon muestras de redes poliméricas interpenetradas (IPN) de poliuretano a partir de isoforona diisocianato y aceite de ricino modificado con pentaeritritol y poliestireno entrecruzado con divinil benceno (DVB). Las redes fueron polimerizadas simultáneamente (SIN). Se realizaron ensayos de hinchamiento hasta equilibrio, pruebas térmicas dinamomecánicas (DMTA), y pruebas de esfuerzo-deformación en un amplio intervalo de composición, manteniendo constantes las condiciones de curado para todos las muestras IPN. A partir de los resultados de los ensayos de hinchamiento y las pruebas de esfuerzo-deformación se determinó la densidad de entrecruzamiento en función de la composición. Con base en los resultados de los ensayos DMTA se identificaron cambios morfológicos en función de la composición. Aparentemente, ocurre inversión de fases en el sistema que contiene alrededor de 40% de red de poliuretano. Los resultados de las pruebas esfuerzo-deformación indican que en el punto de inversión de fases las propiedades mecánicas del IPN, módulo de elasticidad y esfuerzo a la ruptura, aumentan por un factor mayor que dos.

Introducción

Un IPN es una mezcla de dos o más redes poliméricas,  entrelazadas  o  interpenetradas total o parcialmente,  sin  enlaces  covalentes entre sí. El sistema se mantiene entrelazado por coacciones topológicas. En el presente trabajo se sintetizaron redes de poliuretano (PU) y de poliestireno (PS) a partir de una mezcla de los monómeros y agentes de curado que polimerizaron simultáneamente.

La estructura de los materiales IPN depende de la composición y del método de síntesis, razón que explica la variedad de materiales que se pueden obtener con propiedades mecánicas diferentes a partir de los mismos componentes. Los aceites naturales que presentan polifuncionalidad son materia prima adecuada para la formación de redes poliméricas. Tal es el caso del aceite de ricino, un triglicérido de ácidos grasos que contiene ácido ricinoleico como mayor constituyente (90%). La molécula del ácido ricinoleico tiene tres cadenas pendientes y en cada una de ellas hay un grupo hidroxilo. En consecuencia, el aceite de ricino se puede utilizar como poliol para formar poliuretano entrecruzado por reacción con diisocianato. Sin embargo, el índice de hidroxilo del aceite de ricino es bajo en relación con la complejidad de la molécula (índice hidroxilo: 160). De otra parte, la reactividad del grupo hidroxilo secundario no es igual a la del hidroxilo primario. Estas  características  afectan la estructura de la red de poliuretano por lo que se obtiene un material con valores relativamente bajos de grado de  entrecruzamiento,  módulo de resistencia mecánica y  energía  de  ruptura.