El Sulfato de Calcio en los Plásticos
El sulfato de calcio, CaSO4, es un tipo de carga muy comúnmente utilizada en plásticos para mejorar las propiedades físicas como la resistencia al impacto, a la tensión y a la compresión. Se dispersa fácilmente y no es reactivo incluso cuando se utiliza en aplicaciones corrosivas a alta temperatura.
El sulfato de calcio, CaSO4, es una sal de calcio natural. Se conoce comúnmente en su forma de di-hidrato, CaSO4 ∙ 2H2O, un polvo blanco o incoloro llamado yeso.
Cuando se calienta por encima de los 120 °C, se libera una parte del agua químicamente ligada y se forman diferentes sulfatos minerales de calcio como el hemi-hidrato (CaSO4 ∙ 0.5H2O; formado a 130 – 160 °C) y la anhidrita (CaSO4; formada entre 290 – 900 °C). La reacción de este yeso parcial o completamente deshidratado con agua conduce a una reacción de fraguado y cristalización que es la base para funcionar como aglutinante.
El sulfato de calcio deshidratado se obtiene mediante la molienda fina y la separación por aire de un segmento selecto de alta pureza. El tamaño medio de las partículas es de 12.2 micrómetros. Se utiliza en aplicaciones en las que se desea una estructura celular. El sulfato de calcio anhidro es una versión más refinada para eliminar toda afinidad con el agua. Este tipo es útil cuando se desea estabilidad del producto y condiciones libres de humedad. Se dispone de un sulfato de calcio anhidro de molienda más fina con un tamaño de partícula promedio de 1.4 micrómetros. Tiene mayor dispersabilidad y distribución uniforme en toda la matriz de resina, con un alto contacto resina – carga para una máxima resistencia e integridad estructural.
Las formas anhidras son de color blanco puro, con una blancura que varía entre el 98 y el 99 por ciento en la escala de Beckman. Esto es particularmente importante para los productos blancos que requieren dióxido de titanio. La pureza y la blancura del relleno de sulfato de calcio permiten a los fabricantes de compuestos utilizar menos dióxido de titanio para lograr el mismo grado de blancura.
El sulfato de calcio como carga, puede utilizarse para extender tanto los termoplásticos rígidos como los flexibles y los termofijos reforzados y no reforzados. El sulfato de calcio anhidro se ha utilizado en compuestos con cloruro de polivinilo (PVC), polipropileno (PP), poliésteres (PET, PBT) y poliamidas (PA, nylon), así como en compuestos diversos.
Mejora la resistencia al impacto y ayuda a mantener la estabilidad dimensional y las propiedades dieléctricas. En los termofijos, los niveles de carga normales son de 60 – 70 phr (partes por ciento), lo que da lugar a una mejora de las propiedades físicas cuando los materiales están sometidos a corrosión, alto voltaje, calor o tensión.
Las aplicaciones típicas en los termofijos incluyen carcasas, partes automotrices, aplicaciones resistentes a la corrosión (como accesorios químicos y marinos y bases de duchas), aplicaciones eléctricas y bienes de consumo (piezas de equipos recreativos, carcasas de podadoras de césped, componentes de mobiliario, mangos y carcasas de herramientas eléctricas, bases y cubiertas de electrodomésticos).
En los termoplásticos (especialmente el PVC y el polipropileno), el sulfato de calcio ha logrado buenos resultados con niveles de carga de 50 – 60 phr. En las aplicaciones de extrusión de PVC, el sulfato de calcio anhidro proporciona una mayor capacidad de carga, menores costos de compuestos y extrusiones más uniformes. En las extrusiones de vinilo celular, proporciona una estructura celular más uniforme. En el polipropileno, el sulfato de calcio mejora la resistencia a la tensión porque mantiene un alto contacto con la resina para una mayor integridad estructural, y también mejora la resistencia al impacto.
Entre los factores que lo componen se incluye un secado adecuado para aplicaciones de carga óptima. Al igual que con la mayoría de las cargas en polvo fino, una pequeña cantidad de humedad es desgasificada durante la composición. También se pueden utilizar tratamientos superficiales y agentes de acoplamiento de carga, como estearatos, polímeros químicamente modificados con anhídrido maléico y silanos.
Referencias:
Plastics Materials and Processes a Concise Encyclopedia; Charles A. Harper, Edward M. Petrie, Wiley-Intescience, John Wiley & Sons, Inc., 2003
Britannica Encyclopedia, Chemical Compounds, Calcium Sulfate, 2020
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