Influence of the Beta Crystalline Phase Fraction on the Mechanical Behavior of Polypropylene/calcium Carbonate/ polypropylene–graft–maleic Anhydride Composites

Influencia de la Fracción de Fase Beta Cristalina en el Comportamiento Mecánico de los Compuestos de Polipropileno/Carbonato Cálcico/Polipropileno-Injerto-Anhídrido Maleico

Se estudió la formación de la fase cristalina del polipropileno en presencia de cuatro tipos diferentes de CaCO₃. Todos los compuestos se prepararon mediante mezcla fundida y extrusión, y la concentración de CaCO₃ se mantuvo en el 5 % en peso. Además, en otra serie de compuestos, se añadió un 5 % en peso de anhídrido polipropileno-injerto-málico (PP-g-MA) a modo de comparación. Se determinaron la resistencia a la tracción, el módulo de flexión y la resistencia al impacto de los compuestos. Los compuestos también se analizaron mediante DSC (calorimetría diferencial de barrido) y WAXD (difractometría de rayos X de ángulo ancho) para conocer y cuantificar la fase cristalina beta. Los resultados indicaron que el compuesto con el menor tamaño de CaCO₃ y PP-g-MA presentaba las mejores propiedades mecánicas combinadas, por lo que se observó la mayor resistencia al impacto, módulo de flexión y resistencia a la tracción, que se atribuyeron a la concentración proporcionalmente mayor de fase cristalina beta.

INTRODUCCIÓN

El polipropileno isotáctico (iPP) relleno con partículas se utiliza ampliamente para aplicaciones interiores y exteriores en la industria automotriz, como el panel de instrumentos, partes interiores y parachoques. Su amplia aplicación se debe a su bajo costo, buena resistencia química, variadas propiedades mecánicas y fácil procesabilidad, entre otros factores. El carbonato de calcio es uno de los rellenos particulados más comunes añadidos al iPP para reducir su costo y mejorar su rigidez, aunque generalmente se observa una reducción en la ductilidad y la tenacidad. 

Tjong et al. analizaron los compuestos de iPP con hasta un 40% de CaCO₃ y concluyeron que la disminución de la resistencia al impacto y la resistencia al rendimiento con el aumento del contenido de relleno se debe a una disminución en la concentración de la matriz polimérica más resistente, un aumento en la cantidad de la interfaz relleno/matriz más débil, y al despegado del relleno de la matriz polimérica. Premphet & Horanont demostraron que con hasta un 10% en volumen de CaCO₃ tratado en superficie, los compuestos de iPP pueden exhibir una mayor resistencia al impacto, sin embargo, concomitantemente, una reducción significativa en la resistencia a la tracción.

Muchos investigadores han estudiado el refuerzo del iPP con CaCO₃, por lo que la mejora de la resistencia al impacto seguida de la reducción de la resistencia al rendimiento, la resistencia a la flexión y el módulo de los compuestos son el resultado habitual. También se observó que, entre los diferentes tipos de partículas de carbonato de calcio, aquellas que fueron tratadas en superficie y de tamaño submicrométrico proporcionaron compuestos con una combinación superior de propiedades mecánicas.