Nueva generación de materiales plásticos basados en abs de altas prestaciones técnicas o más sostenibles con el medio ambiente

Abstract

La presente Tesis Doctoral se ha enmarcado dentro de un proyecto de investigación y desarrollo industrial de la empresa Elix Polymers centrado en la obtención de nuevos materiales plásticos tipo ABS que o bien den respuesta a retos de prestaciones técnicas mejoradas, o bien sean más sostenibles con el medio ambiente. En concreto, el trabajo descrito en la memoria se ha centrado en lo que se refiere a responder a retos técnicos a mejorar la aplicabilidad del ABS en piezas exteriores así como su posible utilización en tecnología de impresión 3D; en relación con el reto de mejorar la sostenibilidad ambiental, se ha conseguido la generación de biocomposites con fibra de madera manteniendo las especificaciones técnicas necesarias. La Tesis está organizada en tres partes bien diferenciadas: - En la primera de ellas, se obtuvieron una serie de materiales basados en ABS, donde se introdujo la innovación de incorporar pequeños porcentajes de acrilato de n-butilo en el injertado sobre las partículas de polibutadieno. A continuación, se estudió la influencia de este nuevo injertado en las propiedades de las piezas finales obtenidas a partir de material de ABS desarrollado, observándose como una pequeña pérdida de resistencia al impacto es compensada con un aumento de la rigidez y sobre todo por una mayor resistencia a la intemperie, consiguiéndose por lo tanto el objetivo de aumentar la aplicabilidad del ABS en aplicaciones exteriores. - En la segunda parte, se afrontó el reto de conseguir un material tipo ABS con menos impacto medioambiental sin perder por ello características técnicas y de aplicabilidad. Más concretamente, se consiguió desarrollar un biocomposite de ABS incorporando un 19% de fibras de madera, consiguiéndose una buena dispersión de éstas gracias a la utilización de un copolímero de estireno y anhídrido maleico como compatibilizador. - En la tercera parte, se ha abordado el reto de primero estudiar cuales son las problemáticas que actualmente limitan la aplicabilidad del ABS en técnicas de impresión 3D, para a continuación conseguir desarrollar nuevas variantes de ABS modificados aptos para dicha impresión 3D. En concreto, se han conseguido tres hitos importantes: i) disminuir el problema del alabeo en las piezas finales, mediantes la introducción de porcentajes de fibra de carbono en el ABS; ii) conseguir un material impreso con una cierta conducitividad, para aplicaciones donde este aspecto es importante, mediante la introducción de un 3% de nanotubos de carbono en el ABS; y iii) reducir la huella de carbono y la emisión de compuestos volátiles del material de ABS utilizado, mediante la incorporación de un 24% de ácido poliláctico.

This PhD Thesis has been framed within a project of industrial research and development of the company Elix Polymers, focused on obtaining new ABS plastic materials with improved technical properties or that are more environmentally friendly. Specifically, the work described in the report focused on the response to technical challenges in improving the applicability of ABS in exterior parts as well as in 3D printing technology; the challenge of improving environmental sustainability has been achieved with the generation of a wood fiber biocomposite. The Thesis is organized into three distinct parts: - In the first part, a series of materials based on ABS were obtained by introducing the innovation of incorporating small percentages of n-butyl acrylate in the grafted of the polybutadiene particles. The influence of this new grafted on the properties of the final pieces obtained from ABS was studied. It was found that a small loss of impact resistance was compensated with an increase in rigidity and an even greater resistance to weathering; therefore, the objective of increasing the applicability of ABS in outdoor applications was achieved. - The aim of the second part was to manufacture an ABS material with less environmental impact without loss of technical characteristics and applicability. More specifically, an ABS biocomposite was attained incorporating 19% of wood fiber. A copolymer of styrene and maleic anhydride was used as a compatibilizer to achieve a good dispersion of the fibers. - In the last part, the challenge was to analyse the problems that currently limit the application of ABS for 3D printing techniques and thus develop new modified ABS materials suitable for 3D printing. In particular, three important milestones have been achieved: i) reduce the warping in final pieces by introducing small percentages of carbon fibers in the ABS; ii) obtain a material with a certain conductivity, for applications where this aspect is important, by introducing 3% of carbon nanotubes in the ABS; and iii) reduce the carbon footprint and VOCs (Volatile Organic Compounds) emissions blending ABS with a 24% of polylactic acid (PLA).