Poliuretano

INTRODUCCION

El poliuretano (PUR) es un polìmero que se obtiene mediante condensación de bases hidroxílicas combinadas con disocianatos.
Polímeros de poliuretano se forman por polimerización paso a un crecimiento por reacción de un monómero que contenga al menos dos grupos isocianato funcional con otro monómero que contenga al menos dos hidroxilo (alcohol) los grupos en presencia de un catalizador. 

HISTORIA DEL POLIURETANO

Otto Bayer

En la década de los 30's, Otto Bayer, quien dirigía en ese entonces el Departamento de Investigación de Bayer AG (no existe relación alguna entre Otto Bayer y el fundador de Bayer AG), quería encontrar una fibra sintética similar a la poliamida que había sido descubierta en USA. Contaba con la idea del mecanismo para formar macromoléculas. Otto Bayer consideró como grupo reactivo apropiado el isocianato, que tiene la facultad de entrar en reacción con alcoholes para dar lugar a la formación de uretanos.

En mecanismo para formar macromoléculas. Otto Bayer consideró como grupo reactivo apropiado el isocianato, que tiene la facultad de entrar en reacción con alcoholes para dar lugar a la formación de uretanos.

Durante mucho tiempo se comentó que todo esto que hacía Otto Bayer era "bueno" aunque también era un capricho académico y que no tendría ninguna utilidad práctica. En 1941, a raíz de un experimento fracasado, se logró colocar la primera piedra de la aplicación de poliuretanos. En el citado experimento, numerosas muestras de masas elastoméricas a base de poliésteres y diisocianatos presentaban tantas burbujas que fueron devueltas por la Oficina de Control con la burlesca observación: "Utilizables, cuando mucho, para la fabricación de queso suizo". Pero los tecnólogos conseguirían dar muy pronto con la causa de dicha formación de burbujas: en algunos poliésteres se hallaban presentes todavía grupos carboxílicos que reaccionaban con los grupos isocianato formando, a su vez, grupos carbonamida con desprendimiento simultáneo de anhídrido carbónico. Pues bien, entonces se logró - como dice un refrán alemán traducido al pie de la letra - "hacer de la necesidad una virtud", en cuanto se provocó muy conscientemente dicha separación de anhídrido carbónico y por consiguiente, la formación de espuma (espumación) mediante la adición de pequeñas cantidades de agua.

Desde el punto de vista ecológico, y desde que tuvieron lugar los acuerdos del Protocolo de Montreal de 1991, los sistemas de poliuretano cumplen la normativa y exigencias respecto a la utilización de productos clorados que atacan la capa de ozono. De esta forma, y desde 1995, los sistemas de poliuretano no utilizan los llamados CFCs, sino productos alternativos (hidrocarburos, HCFCs, CO2,etc.) que son productos amigables con el medio ambiente.

P                           Primer dispositivo experimental utilizado en la obtención mecánica de espuma PUR.

ESTRUCTURA QUIMICA

Los poliuretanos se llaman así porque en su cadena principal contienen enlaces uretano.

    Un poliuretano puede ser cualquier polímero que contenga un enlace uretano en su cadena principal.
Se sintetizan haciendo reaccionar diisocianatos con dialcoholes,
A veces, el dialcohol se sustituye por una diamina y el polímero que obtenemos es una poliurea, porque contiene más bien un enlace urea, en lugar de un enlace uretano. Pero generalmente se los llama poliuretanos, porque probablemente no se venderían bien con un nombre como poliurea. 

Los poliuretanos son capaces unirse perfectamente por enlace por puente de hidrógeno y así pueden ser muy cristalinos. Por esta razón se utilizan a menudo para hacer copolímeros en bloque con polímeros de estructura similar al caucho. Estos copolímeros en bloque tienen características de elastómeros termoplásticos. 



Existen multitud de piezas hechas con poliuretano: las suelas del calzado, sobretodo deportivo,también son de poliuretano; muchos muebles se fabrican con sistemas de poliuretano, ayudando así a la conservación de nuestros bosques; en ingeniería médica se utilizan poliuretanos para la fabricación de piezas que se usarán en trasplantes y ortopedias; también en la ingeniería aeroespacial y, por supuesto, en la construcción y en la industria del frío (tuberías, cámaras frigoríficas, neveras, criogenia, etc.) y en otros muchos sectores.

 

Las principales materias primas para la fabricación de poliuretanos son:

-POLIOLES

Los polioles son polímeros de cadenas cortas que aportan en sus puntas grupos OH. Reciben el nombre de poliol por este carácter de polímero corto, no porque contengan necesariamente numerosas funciones alcohol.

Mientras que los polioles utilizados en la fabricación de espumas flexibles, recubrimientos, adhesivos y elastómeros, generalmente tienen una funcionalidad (f) de 2 ó 3 (dos o tres grupos OH), los polioles utilizados en la fabricación de espumas rígidas tienen una funcionalidad de 4 o superior.

Los polioles más comúnmente utilizados para la fabricación de espumas rígidas están sintetizados sobre la  base de sacarosa (f = 8), sorbitol (f = 6), pentaeritritol   (f = 4), y poliaminas alifáticas o aromáticas tales como etilendiamina, dietilentriamina, tolilendiamina y productos de condensación de anilina y formaldehído.

Debido a su superior resistencia a la hidrólisis y bajo costo, los poliéteres-polioles se emplean con preferencia a los poliésteres-polioles, aunque muchos polioles retardantes de llama son poliésteres que contienen fósforo o halógenos.

Los poliéteres-polioles se sintetizan por la adición de óxido de propileno u óxido de etileno, a un poliol base, (como podría ser la sacarosa). La adición de óxido de etileno produce un alcohol primario, mientras que el óxido de propileno produce un alcohol secundario. Pese a que la reacción de un alcohol primario con isocianato es dos o tres veces más rápida que con un alcohol secundario, estos últimos son más resistentes al agua, poseen mejor solubilidada los agentes de espumado (fluorocarbonados) y mejor compatibilidad con los isociantos, por lo que suelen ser más utilizados.

-ISOCIANATOS

El isocianato más ampliamente utilizado en la fabricación de poliuretanos es el tolueno-diisocianato (TDI), líquido casi incoloro que es una mezcla de isómeros 2,4 y 2,6. En su fabricación también se produce el isómero 2,3, que es necesario eliminar, ya que interfiere con la polimerización. Otro isocianato muy utilizado es el 4,4'-difenilmetano diisocianato (MDI). Algunos otros isocianatos aromáticos pueden encontrarse en la preparación de poliuretanos, aunque no son ampliamente utilizados.

Los poliuretanos basados en isocianatos aromáticos tienden a amarillear, cuando se exponen prolongadamente a la luz solar, por lo que son mas apropiados para aplicaciones internas.

Los isocianatos alifáticos en cambio, son más resistentes a la decoloración, hidrólisis y degradación térmica, pero son menos reactivos que los isocianatos aromáticos. Entre los isocianatos alifáticos más utilizados está el 1,6-hexametilen diisocianato (HDI) y el ciclohexil diisocianato.

-CATALIZADORES

La reacción de diisocianatos con polioles para formar poliuretanos está catalizada tanto por ácidos como por bases orgánicas. Entre los mejores catalizadores se encuentran las aminas terciarias, y los compuestos organometálicos, principalmente los derivados de estaño.

El catalizador no sólo afecta a la velocidad de la reacción de propagación y al grado de encruzamiento, sino que también afecta a las propiedades finales del polímero, ya que permite que se complete la reacción, y en consecuencia se produzca un "curado" adecuado del polímero.