Materias Primas utilizadas en poliuretanos



Los componentes básicos que se utilizan en la industria de los poliuretanos se pueden dividir en los siguientes sistemas genéricos:

  1. Isocianato
  2. Poliol
  3. Poliuretanos termoplásticos

 

1 – Isocianatos

La formación de un grupo uretano a partir de la reacción entre compuestos de isocianato e hidroxilo se identificó originalmente en el siglo 19. Sin embargo, no fue hasta la década de 1930 en que se descubriera la química de la reacción de poliadición entre diisocianatos y dioles desarrollando los polímeros de uretano, produciendo inicialmente una gama de espumas de elastómeros y rígidos.

Las formulaciones de poliuretano están diseñadas generalmente para explotar varias reacciones diferentes de isocianato simultáneamente. Casi todas las reacciones son exotérmicas, lo que generalmente proporciona suficiente energía para curar el polímero y para conducir las operaciones de procesamiento, tales como el llenado del molde y la formación de espuma. Los catalizadores se utilizan para equilibrar la velocidad de las diversas reacciones y para controlar la tasa global de curación durante el procesamiento.

 

Derivados de isocianato

Antes del uso final de isocianatos muchos de ellos se modifican para formar derivados. Dependiendo del tipo de producto requerido y la aplicación final se ajustará el método de modificación .

Hay muchas razones por las cuales un isocianato necesita ser modificado, algunas de las cuales son:

  • Para lograr estabilidad en el almacenamiento de líquido (puro MDI).
  • Para que coincida con ratios de flujo y/o viscosidades en equipos de mezcla de poliuretano (sistemas de suelas de poliuretano para zapatos).
  • Para eliminar parte de la exotermia antes de la mezcla con el poliol.
  • Para afectar a la facilidad de mezcla del isocianato con la mezcla de polioles.
  • Para reducir el riesgo de isocianatos volátiles (isocianurato o derivados de biuret de HDI e IPDI).
  • Para hacer que el isocianato sea emulsionable con agua.
  • Para modificar la reactividad química de los grupos isocianato (bloqueo químico en recubrimientos en polvo).
  • Para añadir entrecruzamiento (isocianurato o biuret derivados de HDI e IPDI).
  • Para asegurar que un componente más lento de la reacción de un sistema reaccione primero (o completamente) con el isocianato.
  • Para afectar a la distribución de peso molecular de bloques duros en la formación de poliuretano final.

La nomenclatura que ha crecido en los diferentes ámbitos de aplicación significa que los derivados pueden ser conocidos como prepolímeros, cuasi-prepolímeros, semi-prepolímeros, prepolímeros parciales, variantes o isocianatos bloqueados.

 

2 – Poliol

Aunque el altamente reactivo grupo de isocianato es la característica única de la tecnología de poliuretano, es el poliol el que en gran parte determina las propiedades del polímero de poliuretano final. Las amplias gamas de tipos de polioles que están disponibles para la industria de poliuretanos explica por qué se han convertido en la familia más versátil de los materiales plásticos.

El término “Poliol” describe compuestos con grupos hidroxilo que reaccionan con isocianatos para fabricar polímeros de poliuretano. Normalmente los ‘polioles’ contienen de dos a ocho grupos hidroxilo reactivos y tienen pesos moleculares medios de 200 a 8.000. Las dos clases principales de producto son poliéteres y poliésteres.

Los polioles utilizados inicialmente eran predominantemente poliésteres, hasta que, a finales de 1950, se descubrió que los polioles de poliéter se adaptan particularmente bien para la fabricación de bloques de espuma flexible. Rápidamente se convirtió en la clase dominante de poliol, y ahora representan el 80 por ciento del consumo total. El consumo de poliol total aumentó de 1,75 millones de toneladas en 1985 a 4,5 millones de toneladas en 2000.

Un factor importante en la elección del poliol de poliuretano para una aplicación, aparte de su efecto técnico, es el costo. El poliol seleccionado debe ser competitivo con otros polioles y también permitir que el producto de poliuretano final también sea económicamente competitivo con otros materiales en los tipos finales aplicación.

Tres éteres cíclicos se utilizan comercialmente en la fabricación de polioles de poliéter: óxido de etileno, óxido de propileno y tetrahidrofurano. De éstos, el óxido de propileno es la más significativa, mientras que se limita el uso de óxido de etileno para la producción de copolímeros con óxido de propileno. El tetrahidrofurano se utiliza para la fabricación de una gama de polioles especiales.

 

3 – Poliuretanos termoplásticos

La reacción de poliadición entre diisocianatos y dioles fue identificada por primera vez en 1937 en los laboratorios de IG Farben y la primera  aplicación de poliuretano elastómero fue una fibra llamada “Perlon”. El verdadero avance en la comercialización de estos elastómeros de poliuretano termoplástico se produjo cuando BF Goodrich presentó una ponencia sobre “Elastómeros reticulados” en 1957- La compañía fue la primera en distribuir sus productos bajo el nombre comercial “Estane”.

La característica inusual de poliuretanos termoplásticos (TPU) es que son el grupo de productos de la familia de poliuretano, que se suministra como un producto completamente reaccionado, de manera que el procesador/cliente sólo tiene que moldear la forma final requerida. Todos los otros productos de poliuretano, excepto los revestimientos en polvo, se suministran como líquidos reactivos. Los poliuretanos termoplásticos se pueden dividir en dos grupos basándose en cómo se utilizan, ya que variando la formulación pueden ser diseñados para ser procesados en equipos termoplásticos convencionales o por procesamiento de disolvente en una gama de disolventes orgánicos. En el primer caso se utilizan para la producción de componentes sólidos por inyección/extrusión, mientras que en el segundo caso se utilizan como adhesivos o recubrimientos.

Los poliuretanos termoplásticos se inyectan o se estrujen para producir una amplia gama de productos tales como revestimiento de calzado, recubrimiento de alambres y cables, mangueras, tubos, películas y láminas, o se utilizan para fabricar tejidos revestidos y laminados, revestimientos protectores/funcionales y adhesivos.

Los poliuretano termoplásticos tienen una combinación de alto alargamiento y resistencia a la tracción y así forman un puente entre los polímeros de caucho y termoplásticos y además su dureza proporciona excelente resistencia a la abrasión y al desgarro. El tipo y la longitud del segmento blando hace que los poliuretanos termoplásticos tengan una buena flexibilidad a baja temperatura, mientras que los segmentos duros ofrecen mayor resistencia a la temperatura. También pueden tener una excelente resistencia a aceites, combustibles, disolventes y productos químicos.

Para producir poliuretanos termoplásticos es necesario construir un polímero de cadena larga de alto peso molecular lineal que al mismo tiempo sea tanto termoplástico, lo que implica un punto de fusión relativamente bajo, y sin embargo tenga el grado requerido de resistencia y características de alta resistencia físicos necesarios para cumplir las especificaciones de rendimiento requerido. Para procesar poliuretanos termoplásticos es requerido repetir ciclos de derretimiento y congelado, usando una combinación de temperatura y presión, por lo que un requisito esencial es que los segmentos duros puedan ser vueltos a fundir sin degradación térmica. Los poliuretanos termoplásticos se suministran en forma de gránulos o pellets que son convertidos en objetos de uso final mediante técnicas convencionales de procesamiento de termoplásticos tales como inyección en moldeo, extrusión, moldeo por soplado, moldeo aguanieve, termoformación y calandrado.

 

 

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