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Las resinas epoxi o poliepóxidos son polímeros termoestables cuyas moléculas contienen grupos químicos de tipo epóxido. Estos grupos forman un anillo triangular entre un átomo de oxígeno y dos átomos de carbono contiguos, siendo un anillo tensionado altamente reactivo.

Grupo epoxi genérico
Esquema del grupo epoxi presente en todas las resinas epoxi.

Al ser tan reactivos, las resinas epoxi pueden ser polimerazidas fácilmente con ellas mismas (homopolimerización) formando cadenas cruzadas, o con una amplia variedad de co-reactantes, incluyendo aminas, ácidos anhídros, fenoles, alcoholes y tioles.

Estructura general de un poliepóxido
Estructura general de un poliepóxido de bisfenol A diglicidil éter

El proceso de reacción entre poliepoxidos se conoce como curado y los co-reactantes se suelen llamar curativos. Del curado se obtienen las resinas epoxi maduras, consideradas un tipo de polímero plástico termoestable (no confundir con termoplástico).

Las resinas epoxi suelen tener alta dureza, resistencia química y resistencia térmica, por lo que tienen muchísimas aplicaciones, por ejemplo en recubrimientos de metales, componentes eléctricos, aislamiento eléctrico de alta tensión, adhesivos y un largo etcétera. Uno de los poliepóxidos más conocidos popularmente puede que sea el bisfenol A.

Características generales

Las resinas epoxi pueden ser prepolímeros de bajo peso molecular o polímeros de alta peso molecular formados por enlaces cruzados entre grupos epoxi. El grupo epoxi también se conoce como grupo glicidil o grupo oxirano.

En la actualidad se fabrican numerosas resinas epoxi y la mayoría se obtienen a partir de derivados del petróleo y algunas pocas fuentes vegetales.

Una característica importante de las resinas epoxi y que influye de forma notable en sus propiedades es el contenido en grupos epoxi, lo que se expresa generalmente como peso equivalente de epoxi, que es el número de equivalentes de epoxi por 1 kg de resina (Eq./kg); o como peso equivalente, que es el peso en gramos de resina que contiene 1 mol de grupos epoxi (g/mol). Ambas medidas se consideran equivalentes y se puede pasar de una a otra fácilmente:

g/mol = 1000 / (Eq./kg)

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Para conseguir las mejores propiedades físicas, el proceso de reacción o curado de las resinas epoxi se intenta realizar con cantidades estequiométricas de reactantes, cantidades que se pueden calcular conociendo el peso equivalente.

Curado

Aunque se fabrican resinas epoxi de alta pureza con diferentes propósitos, las más comunes son una mezcla de los poliepóxidos con diferentes aditivos que modelan las resinas para conseguir las propiedades finales deseadas. La configuración de estas mezclas se realiza durante el proceso de formulación.

Sin los aditivos y co-reactantes, las resinas no curadas suelen presentar propiedades muy pobres de resistencia mecánica, térmica y química, pero gracias a la formulación y curado, las cadenas lineales reaccionan entre sí y forman estructuras tridimensionales que adquieren la termoestabilidad y resistencia característica de estos materiales.

  • Homopolimerización: los monómeros de epóxidos reaccionan consigo mismos. Las resinas epoxi resultantes forman una red con enlaces de tipo éter entre cadenas y presentan alta resistencia térmica y química.
  • Aminas: las aminas primarias polifuncionales son un grupo muy importante de co-reactantes. Reaccionan con los grupos epoxi para formar un hidroxilo y una amina secundaria. La amina secundaria puede entonces reaccionar con otros grupos epoxi para formar la red tridimensional. El tipo exacto de amina utilizada (alifáticas, cicloalifáticas, aromáticas, etc) influye en las características finales de la resina.
  • Anhídridos: el curado con anhídridos cíclicos a elevadas temperaturas se utiliza principalmente para fabricar resinas con alta capacidad de aislamiento eléctrico.
  • Fenoles: los polifenoles, como el bisfenol A o las novolacas, reaccionan con las resinas epoxi a altas temperaturas y generan un material con mayor resistencia química y a la oxidación que los obtenidos con aminas o con anhídridos.
  • Tioles: los tioles son sustancias que contienen azufre en su molécula. El grupo tiol reacciona rápidamente con los grupos epoxi incluso a temperaturas inferiores a la temperatura ambiente. Las resinas resultantes no son tan resistentes como las obtenidas con otros métodos, por lo que se suelen utilizar solo para sustancias que no pueden ser sometidas a un proceso que implique alta temperatura. Son habituales en adhesivos.

Ejemplos

Bisfenoles

Uno de los grupos de resinas epoxi más importantes y conocidos son los bisfenol A diglicidil éteres, que se obtienen por combinación de epicloridrina y bisfenol A. A mayor proporción de bisfenol, la resina resultante tendrá mayor peso molecular y mayores propiedades de termoplástico. Otro grupo relacionado son las resinas epoxi de bisfenol F.

Novolacas

Las novolacas son resinas formadas con fenoles y cresoles. Tienen alta viscosidad o son sólidas con alta resistencia térmica y química, pero muy poco flexibles.

Resinas epoxi alifáticas y cicloalifáticas

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Las conocidas como resinas epoxi alifáticas se sintetizan por glicidilación de alcoholes alifáticos. Tienen baja viscosidad a temperatura ambiente y rara vez se utilizan solas, sino como aditivo para disminuir la viscosidad de otras resinas. Un subtipo son las resinas cicloalifáticas, las cuales presentan también baja viscosidad pero mayor resistencia térmica.

Algunas de las aplicaciones más habituales

Las resinas epoxi disponibles comercialmente abarcan un amplio rango de propiedades, gracias a la formulación y curado, haciendo que sean unos materiales ampliamente utilizados con propósitos muy diversos. Por ejemplo: pinturas, recubrimientos, adhesivos y materiales compuestos, por ejemplo en materiales de fibra de carbono y fibra de vidrio, en especial en aquellas aplicaciones que requieren alto grado de aislamiento térmico y/o eléctrico, incluyendo materiales para dispositivos electrónicos.

  • Pinturas y recubrimientos: los recubrimientos, pinturas y lacas de resinas epoxi son muy habituales como protectores y son muy utilizadas donde además se requiere alta resistencia térmica, por ejemplo en aplicaciones industriales y automoción. Estos recubrimientos suelen degradarse por exposición a radiación ultravioleta.
  • Adhesivos: los adhesivos a base de resinas epoxi son uno de los principales tipos de adhesivos estructurales. Son adhesivos de alto rendimiento utilizados en la fabricación de aviones, coches, barcos y otras aplicaciones que requieran una alta dureza, como bicicletas o tablas de snowboard, por citar algunos ejemplos. Además, los hay flexibles y rígidos, transparentes y opacos, y se pueden utilizar prácticamente sobre cualquier material, lo que les da una gama de aplicaciones realmente extensa. También se utilizan en adhesivos para uso doméstico, generalmente en dos fases que se mezclan al momento de utilizar.
  • Herramientas industriales: muchas herramientas y accesorios industriales son fabricados en resinas epoxi sustituyendo al metal, madera y otros materiales tradicionales, generalmente mejorando el rendimiento y reduciendo el coste. Se utilizan, por ejemplo, para la fabricación de moldes industriales.
  • Sistemas eléctricos y electrónicos: las resinas epoxi son muy importantes en la industria electrónica. Otorgan un excelente aislamiento eléctrico, previenen los cortocircuitos y protegen de la humedad y el polvo. Se utilizan en motores, generadores, transformadores, interruptores, cojinetes, circuitos integrados, transistores, circuitos híbridos, etc.
  • Otras: las resinas epoxi se utilizan en otros muchos ámbitos. Por ejemplo, se mezclan con pigmentos como medio de pintura en bellas artes o en biología se utilizan en preparaciones de muestras biológicas para microscopía electrónica.

Riesgos para la salud

Las resinas epoxi tienen mala fama por sus efectos nocivos sobre la salud, aunque la mayoría de veces los riesgos para la salud provienen de los aditivos y co-reactantes y no tanto de las resinas epoxi en sí mismas.

Las aminas utilizadas en la fabricación de resinas epoxi suelen ser corrosivas, tener alto grado de toxicidad y muchas de ellas están clasificadas como sustancias mutagénicas y cancerígenas, sobre todo las aminas aromáticas, motivo por el que su uso ha quedado relegado a aplicaciones del ámbito industrial muy específicas.

Muchas resinas epoxi líquidas son irritantes sobre piel y mucosas y tóxicas para la vida acuática, y en general se consideran menos seguras que las resinas sólidas.

Otro riesgo que muestran las resinas epoxi es la sensibilización. La exposición continuada y repetida en el tiempo a determinadas resinas epoxi causan reacciones alérgicas. Este efecto está asociado sobre todo a resinas de bajo peso molecular y es de especial interés en ambientes laborales.

Algunas resinas epoxi han mostrado actividad como disruptores endocrinos. Uno de los casos más conocidos puede que sea el del bisfenol A, que fue muy utilizado en la fabricación de materiales para uso alimentario y que en la actualidad está prohibido en muchos países, por ejemplo en la Unión Europea.

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