El poliuretano (PU)
Es un polímero que se obtiene mediante condensación de bases hidroxílicas
combinadas con isocianatos. Los poliuretanos se clasifican en dos grupos,
definidos por su estructura química, diferenciados por su comportamiento frente
a la temperatura. De esta manera pueden ser de dos tipos: Poliuretanos
termoestables o poliuretanos termoplásticos (según si degradan antes de fluir o si fluyen antes de
degradarse, respectivamente).1 Los poliuretanos termoestables más habituales son espumas,
muy utilizadas como aislantes térmicos y como espumas resilientes. Entre los
poliuretanos termoplásticos más habituales destacan los empleados en
elastómeros, adhesivos selladores de alto rendimiento, suelas de calzado,
pinturas, fibras textiles, sellantes, embalajes, juntas, preservativos,
componentes de automóvil, en la industria de la construcción, del mueble y
múltiples aplicaciones más.
Polimerización
La polimerización se
logra haciendo lograr moléculas de diisocianato difuncionales (OCN-R-NCO) con
dibases (HO-R´-OH, HN-R´´-NH, o HS-R´´´-SH, por ejemplo) en proporción
estequiométrica (NCO/OH= 1), lo que hace que las moléculas comiencen a unirse por
ambos lados del grupo diisocianato hasta dar lugar a un polímero de alto peso
molecular.
Espuma de poliuretano
Espuma de
poliuretano conisocianatos, que ha sido expuesta a la luz. La
coloración se produce tras un tiempo de exposición.
La espuma de poliuretano (espuma
PU) es un material plástico poroso
formado por una agregación de burbujas, conocido también por los nombres
coloquiales de gomaespuma en España ogomapluma en algunos
países sudamericanos, . Se forma básicamente por la reacción química de dos compuestos, un poliol y un isocianato,
aunque su formulación necesita y admite múltiples variantes y aditivos. Dicha
reacción libera dióxido de carbono, gas que va formando las burbujas. Considerando que los
cauchos de poliuretano sólidos son productos especiales, las espumas de
poliuretano son ampliamente utilizadas y materiales bien conocidos. En muchos
aspectos, la química de estas espumas es similar a la de los cauchos tipo
Vulkollan, excepto que las reacciones de la evolución de gas se les permite
realizar de forma concurrente con el alargamiento de la cadena y cruz /
vinculación. Aunque líquidos volátiles también se utilizan con espumas rígidas
y para espumas flexibles de baja densidad, el gas para la espuma flexible es
normalmente dióxido de carbono producido durante la reacción del poliol,
isocianato y otros aditivos. Las primeras espumas se producen mediante el uso
de poliésteres que contienen grupos carboxilo.
Sin
embargo, los poliésteres posteriores fueron producidos con valores carboxilo
bajos y el desprendimiento de gas producido por la reacción ya se ha mencionado
cuando se habla de los Vulkollans , que entre el isocianato y el agua.
Desde
prepolímeros y procesos pre / polímero cuasi ya no son importantes con poliésteres,
los cuatro siguientes tipos sólo se tendrán en cuenta aquí. Básicamente, y
según el sistema de fabricación, se pueden dividir los tipos de espumas de poliuretano en dos tipos:
·
Espumas
en caliente: son las espumas que liberan calor durante su reacción,
fabricadas en piezas de gran tamaño, destinadas a ser cortadas posteriormente.
Se fabrican en un proceso continuo, mediante un dispositivo llamado espumadora, que básicamente es
la unión de varias máquinas, de las cuales la primera es un mezclador, que
aporta y mezcla los diferentes compuestos de la mezcla; la segunda es un
sistema de cintas sin fin, que arrastra la espuma durante su crecimiento,
limitando su crecimiento para darle al bloque la forma deseada; y la parte
final de la espumadora es un dispositivo de corte, para cortar el bloque a la
longitud deseada. Generalmente son las más baratas, las más utilizadas y
conocidas por el público.
·
Espumas
en frío: son aquellas que apenas liberan calor en la reacción,
se utilizan para crear piezas a partir de moldes; como rellenos de otros
artículos; como aislantes, etc. Se fabrican mediante una espumadora sencilla,
que consiste en un dispositivo mezclador. Normalmente suelen ser de mayor
calidad y duración que las espumas en caliente, aunque su coste es bastante
mayor.
Poliuretano
Termoplástico
El poliuretano termoplástico es
una de las variedades existentes dentro de los poliuretanos. Es un polímero elastómerico
lineal y, por ello, termoplástico. No requiere vulcanización para su procesado, pero en el año 2008 se ha
introducido un novedoso proceso para reticularlo. Este elastómero puede
ser conformado por los procesos habituales para termoplásticos, como moldeo por
inyección, extrusión y
soplado. Se designa comúnmente como TPU (TPU, por las iniciales en inglés de Thermoplastic Polyurethane).
El
poliuretano termoplástico se caracteriza por su alta resistencia a la abrasión,
al desgaste, al desgarre, al oxígeno, al ozono y a las bajas temperaturas. Esta
combinación de propiedades hace del poliuretano termoplástico un plástico de
ingeniería; por esta razón, se utiliza en aplicaciones especiales.
Polimerización
El poliuretano termoplástico se forma por la
reacción de tres materias primas principales, que son:
Polioles e isocianatos son, a su vez, polímeros.
Los TPU, al igual que los termoplásticos en
general, también pueden contener aditivos o cargas para conferir propiedades
especiales: plastificantes, ignifugantes, fibras, etc.
Estructura química
Los
polioles de cadena lineal y larga, así como los dioles de cadena lineal y
corta, reaccionan con los diisocianatos para formar un polímero semicristalino
de estructura lineal (por eso es termoplástico), en el cual la unión de los
polioles a los diisocianatos componen la parte amorfa (segmento flexible), y la
unión de los dioles de cadena corta con los diisocianatos dan lugar a la parte
cristalina (segmento rígido).
El
tipo de materia prima, así como las condiciones de la reacción, determinan las
propiedades del producto final obtenido. El Poliuretano Termoplástico se puede
producir a partir de dos familias de polioles:
a.
Polioles de base poliéster.
b.
Polioles de base poliéter.
Dependiendo
de las familias de materias primas que se utilicen, los TPU tienen las
siguientes características generales:
Polioles de
base poliéster
a. Muy buenas propiedades mecánicas.
b. Resistencia a la temperatura.
c. Resistencia a los aceites minerales
y a los líquidos hidráulicos.
Polioles de
base poliéter
a. Mayor resistencia a la hidrólisis.
b. Mayor flexibilidad a bajas
temperaturas.
c. Resistencia a los microorganismos.
Isocianatos
Si
en lugar de los habituales diisocianatos aromáticos, los polioles se combinan
con diisocianatos alifáticos, la característica del TPU que más mejora es la
solidez a la luz.
.
Alta resistencia al desgaste y a la abrasión.
Alta resistencia a la tracción y al desgarre.
Muy buena capacidad de amortiguación.
Muy buena flexibilidad a bajas temperaturas.
Alta resistencia a grasas, aceites, oxígeno y ozono.
Es tenaz.
Excelente recuperación elástica, especialmente cuando se
ha reticulado con aditivivos específicos (reticulantes).
Solidez a la luz (alifáticos).
Aspecto
Siendo
un polímero semicristalino, dependiendo de su grado de cristalinidad puede
mostrase desde muy transparente hasta completamente opaco. Transparente si
es muy amorfo y opaco si
el grado de cristalinización es alto. Tanto la formulación, como el proceso de
polimerización y la posterior transformación durante la fabricación de las
piezas, influyen en el grado de cristalinidad final y, por tanto, en el
aspecto.
Puede
mostrarse como un elastómero muy blando hasta muy duro. El rango de durezas
existente desde el año 2009 va desde Shore 35 A
hasta Shore 78 D.
La
baja viscosidad de la masa fundida hace que copie muy bien los detalles del
molde, por ello el TPU es muy apreciado cuando se quiere obtener con un
elastómero termoplástico superficies blandas con estructura superficial muy
detallada.
Además,
los tipos blandos y sin plastificantes (dureza shore entre 55 A y 80 A) tienen
un tacto suave, pero también seco, por lo que su háptica es
excepcional. Tanto, que su uso desplaza desde el año 2008 a las lacas tipo
"soft" para mejorar sustancialmente la durabilidad de las piezas. En
estos casos el TPU se aplica sobremoldeando por inyección un sustrato rígido
adecuado o bien "recubriéndolo" con un film de poliuretano
termoplástico previamente extrusionado.
Aplicaciones
Entre
sus aplicaciones se encuentran:
Recubrimiento de cables para robots, para sistemas de
seguridad del automóvil y otros cables especiales.
Mangueras, tubos y perfiles flexibles, para máquinas y
aparatos.
Fibra textil elástica, empleadas en ropa (deportiva
y de baño) y aplicaciones industriales, tanto de tejidos como de no tejidos (non wowen).
Láminas y películas, para embalaje y para
impermeabilizaciones de ropa y colchones, dada su permeabilidad al vapor de
agua.
Componentes para automóvil, tanto soft touch en el habitáculo como piezas del chasis y compartimento motor. Pomos de cambio
de marchas, recubrimiento de tiradores de puerta y consola central, topes de
amortiguadores, conectores y fijaciones eléctricas, antenas, taloneras y
estribos, fuelles.
Artículos deportivos, interiores de cascos de football
americano, balones oficiales de distintos deportes, suelas y otros componentes
de calzado deportivo, por ejemplo botas de fútbol y botas de esquí.
Suelas de calzado, tanto de moda como calzado
profesional, y tapetes para tacones.
Ruedas para maquinaria, juntas, cribas, topes de
amortiguación y mangos de herramientas.
Placas de asiento para ferrocarril.
Artículos para agricultura, ganadería y pesca. Crotales
para marcado de animales.
Carcasas para telefonía en general
PROPIEDADES
PRINCIPALES
Posee un coeficiente de transmisión de calor
muy bajo, mejor que el de los aislantes tradicionales, lo cual permite usar
espesores mucho menores en aislaciones equivalentes.
Mediante equipos apropiados se realiza su
aplicación "in situ" lo cual permite una rápida ejecución de la obra
consiguiéndose una capa de aislación continua, sin juntas ni puentes térmicos.
Su duración, debidamente protegida, es
indefinida.
Tiene una excelente adherencia a los
materiales normalmente usados en la construcción sin necesidad de adherentes de
ninguna especie.
Tiene una alta resistencia a la absorción de
agua.
Muy buena estabilidad dimensional
entre rangos de temperatura desde -200 ºC a 100 ºC.
Refuerza y protege a la
superficie aislada.
Dificulta el crecimiento de hongos
y bacterias.
Tiene muy buena resistencia al
ataque de ácidos, álcalis, agua dulce y salada, hidrocarburos, etc.
PROPIEDADES FÍSICAS
|
Propiedades
|
ASTM
|
Unidades
|
Clase
B-1
|
Clase
B-2
|
Clase C
|
|
Densidad
|
D-1622
|
Kg./m3
|
32
|
40
|
48
|
|
Resistencia
Compresión
|
D-1621
|
Kg./cm2
|
1.7
|
3.0
|
3.5
|
|
Módulo
compresión
|
D-1621
|
Kg./cm2
|
50
|
65
|
100
|
|
Resist.
Tracción
|
D-1623
|
Kg./cm2
|
2.5
|
4.5
|
6
|
|
Resist.
Cizallamiento
|
C-273
|
Kg./cm2
|
1.5
|
2.5
|
3
|
|
Coef Conductividad
|
C-177
|
Kcal/m.hºC
|
0.015
|
0.017
|
0.02
|
|
Celdas
cerradas
|
D-1940
|
%
|
90/95
|
90/95
|
90/95
|
|
Absorción
de agua
|
D-2842
|
g/m2
|
520
|
490
|
450
|
PROPIEDADES MECÁNICAS
Las propiedades mecánicas dependen de la medida de su peso
volumétrico; a medida que este aumenta, aumenta su propiedad de
resistencia. Los pesos volumétricos más usuales se hallan comprendidos
entre 30 y 100 kg/m3, dentro de estos límites se obtienen los siguientes
valores:
Resistencia
a la tracción entre 3 y 10 (Kp./cm2)
Resistencia
a la compresión entre 1,5 y 9 (Kp./cm2)
Resistencia
al cizallamiento entre 1 y 5 (Kp./cm2)
Módulo de
elasticidad entre 40 y 200 (Kp./cm2)
Resistencia
a los productos químicos
El poliuretano es
resistente al agua potable, al agua de lluvia y al agua de mar, las soluciones
alcalinas diluidas, los ácidos diluidos, los hidrocarburos alifáticos como por
ejemplo la gasolina normal, el carburante diesel, el propano, el aceite
mineral, así como los gases de escape y el aire industrial (SO2). Es
condicionalmente resistente (hinchamiento o encogimiento) a los siguientes
productos: los hidrocarburos clorados, las acetonas y los éteres, no es
resistente a los ácidos concentrados.
Comportamiento
ignífugo
En el
sector de la construcción se emplean exclusivamente materias primas que dan
lugar a una espuma sintética autoextinguible. Mediante la combinación de una
capa cubriente incombustible se alcanza el predicado (difícilmente inflamable),
según DIN 4102.
Poder
adhesivo
Una
propiedad particularmente interesante del poliuretano aplicado
"in situ" para el empleo como material de construcción es su adhesión
a diferentes materiales. Durante la fabricación la mezcla espumable experimenta
su estado intermedio pegajoso y en virtud de la fuerza adhesiva propia,
automática y excelentemente se adhiere al papel, al cartón y al cartón
asfaltado para techos, así como a las maderas, a las planchas de fibras duras y
de virutas prensadas, a la piedra, al hormigón, al fibrocemento, a las
superficies metálicas y a un gran aumento de materias plásticas.
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