Para mejorar esta resistencia se introduce un nuevo bloque en la cadena polimérica del PC

El policarbonato basado en bisfenol acetona (BPA) se desarrolló hace más de 50 años. Debido a sus propiedades únicas, actualmente es muy utilizado en distintos sectores comerciales para aplicaciones como CDs y DVDs, sustituto del vidrio en cubiertas de edificios o estadios e iluminación delantera de vehículos. Sin embargo, como cualquier otro plástico, el policarbonato actual presenta ciertas limitaciones. Algunas de estas limitaciones, como por ejemplo, la baja resistencia a la radiación UV ultravioleta, se pueden superar con una nueva tecnología basada en copolímeros de policarbonato.

El policarbonato es un termoplástico amorfo de altas prestaciones. Debido a su estructura molecular amorfa, el material es transparente y presenta una buena estabilidad dimensional. La resistencia al calor de un homopolímero de policarbonato fabricado a partir de BPA es de aproximadamente 150ºC. La combinación de resistencia al calor y estructura molecular amorfa le confiere rigidez a temperaturas más elevadas. Debido a su excelente resistencia al impacto, el policarbonato supera exigentes pruebas mecánicas como el ensayo de impacto (“hail test”) para aplicaciones en cubiertas de estadios.

El policarbonato se decolora bajo la luz UV debido a su estructura molecular aromática. Este fenómeno produce degradación además de decoloración y también puede generar un comportamiento quebradizo con el tiempo. Para mejorar la resistencia del policarbonato a la radiación UV, se introduce un nuevo bloque en la cadena polimérica del policarbonato (Figura 1).

Este nuevo bloque mejora significativamente la resistencia del policarbonato a las condiciones ambientales. En un proceso similar a la oxidación del aluminio, en la que la exposición a la luz UV hace que se forme una capa que protege al material base, el copolímero de policarbonato desarrolla una capa superior por el mecanismo de fototransposición de Fries que protege el material subyacente. Esta capa se reordena para formar una estructura que absorbe de forma inherente la luz UV, haciendo que la resina sea autoprotectora. Esta fina capa absorbente de la radiación UV protege al material de copolímero. (Figura 2).

Figura 1: Comparación simplificada de la estructura molecular del homopolímero y el copolímero.

Figura 2. Tras la exposición a la luz UV, el copolímero sufre una reacción de fototransposición de Fries y se reestructura para formar una micropelícula que absorbe de forma inherente la radiación UV.

Esta nueva y exclusiva tecnología basada en copolímeros ha sido desarrollada por GE Plastics y se ha comercializado con el nombre de resina Lexan SLX.

Tras la reacción de fototransposición, la capa protectora de copolímero recién formada es ligeramente amarilla, pero al tratarse de una capa muy fina, la decoloración total es despreciable. Las propiedades mecánicas, como la resistencia al impacto, se mantienen gracias a esta fina capa que protege al material subyacente de la degradación.

La Figura 3 muestra una prueba artificial acelerada de la resistencia a las condiciones ambientales de la resina Lexan SLX y del policarbonato con estabilizador de UV, según al estándar de la industria ISO 4892-2A (que también incluye simulación de lluvia). El índice YI representa el cambio en el color amarillo de un producto transparente como el policarbonato. Generalmente, existe una correlación entre este ensayo acelerado de 1500 horas equivalentes a aproximadamente un año de exposición real a condiciones ambientales en exteriores. Esta correlación depende del clima y el lugar (país) donde está prevista la aplicación del producto final.

Además de la menor decoloración de amarillo medida como YI, también se mejora drásticamente el rendimiento de transmisión lumínica del copolímero. Desde el punto de vista del rendimiento, la resina Lexan SLX ha demostrado proporcionar un nivel consistente de transmisión lumínica a lo largo del tiempo, en comparación con los distintos grados de policarbonato estándares, cuya transmisión lumínica desciende de aproximadamente 90 por ciento a 70 por ciento tras aproximadamente 2.000 horas de prueba. El nivel de transmisión lumínica de la resina Lexan SLX se mantiene en el 90 por ciento durante este mismo periodo (Figura 4). Este requisito es clave para la industria.

Figura 3. Reducción de la decoloración utilizando la tecnología de copolímero de la resina Lexan SLX en comparación con policarbonato con estabilizador de UV.

Figura 4. La resina Lexan SLX* mantiene un elevado nivel de transmisión lumínica en comparación con el PC estándar durante la exposición a la luz UV.

Se espera que las aplicaciones desarrolladas específicamente con altos requerimientos de transmisión de la luz, como cubiertas estructurales con estabilización UV y aplicaciones de iluminación exteriores, mantengan estas propiedades a lo largo del tiempo si se fabrican utilizando resina Lexan SLX de GE.

Figura 5. Policarbonato con estabilizador de UV (izquierda) y resina Lexan SLX (derecha) tras exposición a 10.000 KJ durante aprox. 5.000 horas en una prueba acelerada de resistencia a las condiciones ambientales en exteriores.

La decoloración también se ve afectada en la tecnología de color; más específicamente, resulta más aparente en los colores translúcidos y opacos que en los colores transparentes como el cristal. Por ello, es importante desarrollar y seleccionar tintes y pigmentos de colores estables para evitar la decoloración.

Otra variedad de exposición a la radiación UV es la proveniente de fuentes de luz de alta presión, como lámparas de descarga de alta intensidad (HID), haluros metálicos y lámparas de sodio de alta presión.

Asimismo, se ha estudiado la influencia de la luz UV generada por distintas lámparas en combinación con un elevado calor continuo de cerca de 105ºC sobre la resina Lexan SLX y el PC estándar. Según se muestra en las Figuras 6 y 7, una lámpara de haluro metálico de 250 vatios que genera una intensa luz UV influye en el rendimiento de la aplicación. Los materiales expuestos a la lámpara de haluro metálico muestran distintos aumentos de turbidez (dispersión de la luz) y, sobre todo, un menor rendimiento en la transmisión de la luz. Tras 3.000 horas de exposición, la transmisión lumínica de un policarbonato con estabilizador de UV se reduce en aproximadamente un 13 por ciento, mientras que en la resina Lexan SLX, dependiendo del grado, se reduce en menos del 4 por ciento. El cambio de turbidez también es muy bajo para la resina Lexan SLX. Los cambios en turbidez y transmisión de la luz influyen directamente en el rendimiento del material con el paso del tiempo y pueden reducir la efectividad de aplicaciones como la iluminación en exteriores.

Esta nueva resina de copolímero de policarbonato presenta propiedades de resistencia al calor, como el índice térmico relativo (RTI), similares a las del PC estándar. El RTI es un método estándar de la industria para la medir las propiedades mecánicas del material durante la exposición al calor. La resina Lexan SLX 110C presenta un valor RTI de 110ºC.

Figuras 6 y 7: Mayor turbidez y cambio en el rendimiento de transmisión lumínica (LT) provocado por la luz UV y el calor generado por las lámparas.

Los recubrimientos resistentes a la luz UV se pueden aplicar al policarbonato como protección frente a la decoloración y a la reducción en las propiedades mecánicas. Estos recubrimientos son caros y pueden llegar a emitir sustancias volátiles dañinas para la atmósfera. También pueden reducir la resistencia al impacto debido a los disolventes utilizados que pueden provocar microgrietas en la superficie de aplicación. La mayoría de los recubrimientos pierden la protección al UV con el tiempo y quedan inactivos tras aproximadamente 3.000 horas de exposición artificial a las condiciones ambientales. Por el contrario, la protección frente al UV de la resina Lexan SLX se mantiene activa, gracias a la micropelícula de protección UV, tras 10.000 horas de exposición artificial a las condiciones ambientales.

Al eliminar la necesidad de recubrimientos secundarios, las resinas Lexan SLX reducen los costes de la aplicación y el impacto medioambiental, manteniendo la apariencia y todas las prestaciones.

Los recubrimientos resistentes a la luz UV se pueden aplicar al policarbonato como protección frente a la decoloración y a la reducción en las propiedades mecánicas

GE Plastics ha desarrollado la resina Lexan SLX basada en copolímeros de policarbonato para ayudar a satisfacer las demandas de los entornos más adversos, especialmente la luz UV y el calor, que pueden provocar amarilleamiento y reducción de las propiedades de transmisión de la luz. La mayoría de los materiales con estabilizador de UV evaluados, incluyendo el policarbonato con recubrimiento resistente a UV, no lograron igualar el comportamiento de las resinas Lexan SLX en cuanto a la protección frente a UV.

Se ha demostrado que este nuevo copolímero ofrece un nivel consistente de transmisión lumínica (90 por ciento) en comparación con los grados policarbonato estándares cuyo rendimiento en la transmisión de la luz suele descender del 90 por ciento al 70 por ciento en el mismo periodo, al tiempo que mantiene todas sus propiedades mecánicas.

La resina Lexan SLX presenta una excelente resistencia al calor y cumple la norma de resistencia a la inflamabilidad UL94-V2. También proporciona una elevada resistencia al impacto, ofreciendo protección contra el granizo, las partículas desplazadas por el viento, en equipos de exteriores y frente al vandalismo. La resina Lexan SLX ya se utiliza en distintas aplicaciones de iluminación en exteriores.