El ABS se fabrica polimerizando estireno y acrilonitrilo en presencia de caucho de polibutadieno, de modo que parte del copolímero de estireno-acrilonitrilo (SAN) se injerta sobre las partículas de caucho y el resto forma la matriz rígida alrededor de ellas. Los tres monómeros provienen de corrientes típicas, y la resina polimerizada se compone y se corta en gránulos antes de su envío.
Este artículo cubre cómo resina ABS se fabrica; la formación de piezas a partir de los gránulos mediante moldeo por inyección, extrusión o termoformado es un tema aparte.
Paso 1: Producción de los monómeros
Cada uno de los tres monómeros se fabrica a partir de materias primas típicas, mediante una ruta dominante por monómero:
- Acrilonitrilo: fabricado por amoxidación, el proceso Sohio, en el que propileno, amoníaco y aire reaccionan en fase vapor sobre un catalizador.
- Butadieno: recuperado de la corriente C4 que un craqueador de vapor produce como coproducto del etileno, y luego concentrado mediante destilación extractiva o extracción con disolvente.
- Estireno: fabricado deshidrogenando etilbenceno, que a su vez se fabrica alquilando benceno con etileno.
En el ABS terminado, el contenido de caucho varía de 5 a 30 % en peso y el acrilonitrilo es aproximadamente 25 % en peso, con el estireno constituyendo el resto.
Paso 2: Polimerización del ABS
El estireno y el acrilonitrilo se polimerizan en presencia de caucho de polibutadieno: algunas de las cadenas de SAN se injertan sobre el caucho, y el resto forma una matriz rígida de SAN en la que el caucho se sitúa como partículas finas. El injerto mantiene unidas las dos fases.
Las plantas ejecutan este paso mediante una de dos rutas principales, emulsión y masa, y la ruta de emulsión domina. La tecnología híbrida/de emulsión, en la que el caucho de injerto se fabrica en emulsión y luego se mezcla con SAN fabricado por separado, representa aproximadamente el 97 % de la producción mundial de ABS, según un artículo de 2023 cuyos autores trabajan para un licenciante del proceso de masa competidor.
Una tercera ruta, la de suspensión, comienza como el proceso de masa y finaliza la reacción en agua con agentes de suspensión.
El ABS de emulsión tiene partículas de caucho más pequeñas y un acabado brillante y es adecuado para el moldeo por inyección, pero el jabón y el agua con los que se fabrica dejan emulsionante en el producto, y su color base varía, a menudo con un tono amarillo claro. El ABS de masa tiene un color base claro consistente, pero sus partículas de caucho más grandes dan un acabado mate, y es más adecuado para la extrusión.
Las calidades resistentes al calor y transparentes se fabrican en este paso cambiando la receta de monómeros, añadiendo un monómero adicional como el alfa-metilestireno o el metacrilato de metilo.
Polimerización en emulsión
El ABS de emulsión se construye en agua, partiendo de monómero de butadieno y terminando como un polvo seco de caucho de injerto:
- Látex de caucho: el butadieno se polimeriza en una emulsión acuosa para formar un látex de polibutadieno, y las partículas de látex se hacen crecer hasta el tamaño que necesita la calidad.
- Injerto: el estireno y el acrilonitrilo se alimentan al látex y polimerizan sobre las partículas de caucho.
- Coagulación: se añade una solución de sal o ácido para romper el látex, y el injerto precipita fuera del agua.
- Deshidratación y secado: el precipitado se centrifuga y se seca hasta convertirse en un polvo de caucho de injerto, listo para componerse con SAN en el Paso 3.
Polimerización en masa
El ABS de masa, también llamado ABS a granel, se fabrica disolviendo un caucho de polibutadieno preformado en estireno y acrilonitrilo y polimerizando la solución de forma continua, sin agua. Los procesos de masa comerciales a menudo contienen algo de disolvente, como etilbenceno, por lo que la ruta también recibe el nombre de polimerización en solución.
A medida que los monómeros polimerizan, el SAN en crecimiento se convierte en la fase continua y el caucho se divide en partículas, un cambio llamado inversión de fase.
La reacción se detiene antes de la conversión completa. La solución de polímero pasa a través de desvolatilizadores al vacío que eliminan el monómero sin reaccionar y el disolvente para su reciclaje, y la masa fundida desvolatilizada pasa directamente a la granulación.
Paso 3: Compounding y granulación
El ABS se convierte en gránulos mediante extrusión en fundido, y el camino depende de la ruta. El polvo de injerto de emulsión se mezcla en fundido en una extrusora de doble husillo con SAN fabricado por separado y con aditivos como lubricantes, estabilizantes y pigmentos, y los hilos extruidos se cortan en gránulos. El ABS de masa no necesita un paso de mezcla separado: los aditivos se dosifican en la masa fundida desvolatilizada en su camino hacia el granulador.
Para el ABS de emulsión, la relación de polvo de injerto a SAN establece el contenido de caucho de la resina terminada, por lo que un injerto rico en caucho puede diluirse en se sitúan entre 38 y 47 MPa en el límite elástico, con las calidades de alto impacto en el extremo inferior. de varios niveles de impacto.
Antes del envío, cada lote se prueba contra la especificación de ventas del productor. Para un ABS de emulsión de uso general, la especificación contractual enumera cuatro propiedades: índice de fluidez volumétrica en fundido, temperatura de reblandecimiento Vicat, impacto Charpy con entalla e índice de amarillez, los valores que un certificado de análisis informa para cada lote.