Poliuretano ( / ˌ p ɒ l i ˈ jʊər ə ˌ θ eɪ n , - j ʊəˈr ɛ θ eɪ n / ; [1] a menudo abreviado PUR y PU ) se refiere a una clase de polímeros compuestos de unidades orgánicas unidas por carbamato (uretano) Enlaces. A diferencia de otros polímeros comunes, como el polietileno y el poliestireno , el poliuretano se produce a partir de una amplia gama de materiales de partida. Esta variedad química produce poliuretanos con diferentes estructuras químicas que conducen a muchas aplicaciones diferentes . Estos incluyen espumas rígidas y flexibles , y revestimientos, adhesivos, compuestos de encapsulamiento eléctrico y fibras como spandex y laminado de poliuretano (PUL). Las espumas son la aplicación más importante y representan el 67% de todo el poliuretano producido en 2016. [2]
Normalmente, un poliuretano se produce haciendo reaccionar un isocianato polimérico con un poliol . [3] Dado que un poliuretano contiene dos tipos de monómeros que se polimerizan uno tras otro, se clasifican como copolímeros alternos . Tanto los isocianatos como los polioles utilizados para fabricar un poliuretano contienen dos o más grupos funcionales por molécula.
La producción mundial en 2019 fue de 25 millones de toneladas métricas, [4] lo que representa aproximadamente el 6 % de todos los polímeros producidos ese año. El poliuretano es un plástico básico .
Otto Bayer y sus compañeros de trabajo en IG Farben en Leverkusen, Alemania, fabricaron poliuretanos por primera vez en 1937. [5] [6] Los nuevos polímeros tenían algunas ventajas sobre los plásticos existentes que se fabricaban polimerizando olefinas o mediante policondensación , y no estaban cubiertos por patentes. obtenido por Wallace Carothers sobre poliésteres . [7] Los primeros trabajos se centraron en la producción de fibras y espumas flexibles y PU que se aplicaron a escala limitada como revestimiento de aviones durante la Segunda Guerra Mundial . [7] Los poliisocianatos estuvieron disponibles comercialmente en 1952, y la producción de espuma de poliuretano flexible comenzó en 1954 combinando diisocianato de tolueno (TDI) y polioles de poliéster. Estos materiales también se utilizaron para producir espumas rígidas, gomas de mascar y elastómeros . Se produjeron fibras lineales a partir de diisocianato de hexametileno (HDI) y 1,4-butanodiol (BDO).
DuPont introdujo los poliéteres, específicamente el poli(tetrametilenéter)glicol , en 1956. BASF y Dow Chemical introdujeron los polialquilenglicoles en 1957. Los poliéterpolioles eran más baratos, más fáciles de manipular y más resistentes al agua que los poliésterpolioles. Union Carbide y Mobay , una empresa conjunta estadounidense de Monsanto y Bayer , también comenzaron a fabricar productos químicos de poliuretano. [7] En 1960 se produjeron más de 45.000 toneladas métricas de espumas flexibles de poliuretano. La disponibilidad de agentes espumantes de clorofluoroalcano , poliéter polioles económicos y diisocianato de metilendifenilo (MDI) permitió utilizar espumas rígidas de poliuretano como materiales aislantes de alto rendimiento. En 1967, se introdujeron las espumas rígidas de poliisocianurato modificado con uretano , que ofrecían una estabilidad térmica y una resistencia a la inflamabilidad aún mejores . Durante la década de 1960, los componentes de seguridad del interior de los automóviles, como los paneles de instrumentos y puertas, se producían rellenando revestimientos termoplásticos con espuma semirrígida.
En 1969, Bayer exhibió un automóvil totalmente de plástico en Düsseldorf , Alemania. Partes de este automóvil, como la fascia y los paneles de la carrocería, se fabricaron mediante un nuevo proceso llamado moldeo por inyección por reacción (RIM), en el que los reactivos se mezclaban y luego se inyectaban en un molde. La adición de cargas, como vidrio molido, mica y fibras minerales procesadas, dio lugar al RIM reforzado (RRIM), que proporcionó mejoras en el módulo de flexión (rigidez), reducción del coeficiente de expansión térmica y mejor estabilidad térmica. Esta tecnología se utilizó para fabricar el primer automóvil con carrocería de plástico en los Estados Unidos, el Pontiac Fiero , en 1983. Se obtuvieron mayores aumentos en la rigidez incorporando tapetes de vidrio previamente colocados en la cavidad del molde del RIM, también conocido en términos generales como moldeo por inyección de resina. , o RIM estructural.
A principios de la década de 1980, se utilizaron espumas flexibles microcelulares sopladas con agua para moldear juntas para paneles de automóviles y sellos de filtros de aire, reemplazando a los polímeros de PVC . Las espumas de poliuretano se utilizan en muchas aplicaciones automotrices, incluidos asientos, reposacabezas y brazos y revestimientos de techo.
La espuma de poliuretano (incluida la gomaespuma) a veces se fabrica utilizando pequeñas cantidades de agentes espumantes para obtener una espuma menos densa, mejor amortiguación/absorción de energía o aislamiento térmico. A principios de la década de 1990, debido a su impacto en el agotamiento de la capa de ozono , el Protocolo de Montreal restringió el uso de muchos agentes espumantes que contienen cloro , como el triclorofluorometano (CFC-11). A finales de la década de 1990, agentes espumantes como el dióxido de carbono , el pentano , el 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC-134a) y el 1,1,1,3,3-pentafluoropropano (HFC-245fa) se utilizaban ampliamente en el Norte. Estados Unidos y la UE, aunque en muchos países en desarrollo se siguieron utilizando agentes espumantes clorados. Posteriormente, el HFC-134a también fue prohibido debido a sus altas lecturas de ODP y GWP , y el HFC-141B se introdujo a principios de la década de 2000 como agente espumante alternativo en los países en desarrollo. [8]
Los poliuretanos se producen haciendo reaccionar diisocianatos con polioles , [9] [10] [11] [12] [13] [14] a menudo en presencia de un catalizador , o tras la exposición a radiación ultravioleta. [15] Los catalizadores comunes incluyen aminas terciarias , como DABCO , DMDEE , o jabones metálicos , como el dilaurato de dibutilestaño . La estequiometría de los materiales de partida debe controlarse cuidadosamente ya que el exceso de isocianato puede trimerizarse , dando lugar a la formación de poliisocianuratos rígidos . El polímero suele tener una estructura molecular altamente reticulada , lo que da como resultado un material termoendurecible que no se funde al calentarlo; aunque también se producen algunos poliuretanos termoplásticos .
La aplicación más común del poliuretano es como espumas sólidas , que requieren la presencia de un gas o agente espumante durante el paso de polimerización. Esto se logra comúnmente agregando pequeñas cantidades de agua, que reacciona con isocianatos para formar CO 2 gaseoso y una amina , a través de un grupo de ácido carbámico inestable . La amina producida también puede reaccionar con isocianatos para formar grupos urea y, como tal, el polímero contendrá tanto estos como enlaces de uretano. La urea no es muy soluble en la mezcla de reacción y tiende a formar fases separadas de "segmentos duros" que consisten principalmente en poliurea . La concentración y organización de estas fases de poliurea pueden tener un impacto significativo en las propiedades de la espuma. [dieciséis]
El tipo de espuma producida se puede controlar regulando la cantidad de agente espumante y también mediante la adición de diversos tensioactivos que cambian la reología de la mezcla polimerizante. Las espumas pueden ser de "celdas cerradas", donde la mayoría de las burbujas o células originales permanecen intactas, o de "celdas abiertas", donde las burbujas se han roto pero los bordes de las burbujas son lo suficientemente rígidos como para conservar su forma, en casos extremos. Se pueden formar espumas reticuladas . Las espumas de células abiertas se sienten suaves y permiten que el aire fluya, por lo que resultan cómodas cuando se usan en cojines de asiento o colchones . Como aislamiento térmico rígido se utilizan espumas de celda cerrada . Se pueden formar espumas microcelulares de alta densidad sin la adición de agentes espumantes espumando mecánicamente el poliol antes de su uso. Se trata de materiales elastoméricos resistentes que se utilizan para cubrir volantes de automóviles o suelas de zapatos .
Las propiedades de un poliuretano están muy influenciadas por los tipos de isocianatos y polioles utilizados para fabricarlo. Los segmentos largos y flexibles, aportados por el poliol, dan como resultado un polímero suave y elástico . Altas cantidades de reticulación dan polímeros resistentes o rígidos. Las cadenas largas y la reticulación baja dan un polímero que es muy elástico, las cadenas cortas con muchas entrecruzamientos producen un polímero duro, mientras que las cadenas largas y la reticulación intermedia dan un polímero útil para fabricar espuma. Las opciones disponibles para isocianatos y polioles, además de otros aditivos y condiciones de procesamiento, permiten que los poliuretanos tengan una amplia gama de propiedades que los convierten en polímeros tan utilizados.
Los principales ingredientes para fabricar un poliuretano son diisocianatos, triisocianatos y polioles . Se añaden otros materiales para ayudar a procesar el polímero o para modificar las propiedades del polímero. A las formulaciones de espuma de PU a veces también se les agrega agua.
Los isocianatos utilizados para fabricar poliuretano tienen dos o más grupos isocianato en cada molécula. Los isocianatos más utilizados son los diisocianatos aromáticos , diisocianato de tolueno (TDI) y diisocianato de metilendifenilo (MDI). Estos isocianatos aromáticos son más reactivos que los isocianatos alifáticos .
TDI y MDI son generalmente menos costosos y más reactivos que otros isocianatos. El TDI y el MDI de grado industrial son mezclas de isómeros y el MDI a menudo contiene materiales poliméricos. Se utilizan para fabricar espuma flexible (por ejemplo, espuma en bloques para colchones o espumas moldeadas para asientos de automóviles), [17] espuma rígida (por ejemplo, espuma aislante en refrigeradores), elastómeros (suelas de zapatos, por ejemplo), etc. Los isocianatos pueden modificarse haciéndolos reaccionar parcialmente con polioles o introduciendo algunos otros materiales para reducir la volatilidad (y por tanto la toxicidad) de los isocianatos, disminuir sus puntos de congelación para facilitar la manipulación o mejorar las propiedades de los polímeros finales.
Los isocianatos alifáticos y cicloalifáticos se utilizan en cantidades más pequeñas, con mayor frecuencia en recubrimientos y otras aplicaciones donde el color y la transparencia son importantes, ya que los poliuretanos elaborados con isocianatos aromáticos tienden a oscurecerse al exponerse a la luz. [ página necesaria ] [18] Los isocianatos alifáticos y cicloalifáticos más importantes son diisocianato de 1,6-hexametileno (HDI), 1-isocianato-3-isocianatometil-3,5,5-trimetil-ciclohexano ( diisocianato de isoforona , IPDI) y 4,4′-diisocianato diciclohexilmetano (H 12 MDI o MDI hidrogenado). Otros isocianatos más especializados incluyen diisocianato de tetrametilxilileno (TMXDI).
Los polioles son polímeros por derecho propio y tienen en promedio dos o más grupos hidroxilo por molécula. Se pueden convertir en poliéter polioles copolimerizando óxido de etileno y óxido de propileno con un precursor de poliol adecuado. [19] Los poliésterpolioles se obtienen mediante la policondensación de ácidos carboxílicos multifuncionales y compuestos polihidroxilados. Se pueden clasificar además según su uso final. Los polioles de mayor peso molecular (pesos moleculares de 2.000 a 10.000) se utilizan para fabricar poliuretanos más flexibles, mientras que los polioles de menor peso molecular producen productos más rígidos.
Los polioles para aplicaciones flexibles utilizan iniciadores de baja funcionalidad como dipropilenglicol ( f = 2), glicerina ( f = 3) o una solución de sorbitol/agua ( f = 2,75). [20] Los polioles para aplicaciones rígidas utilizan iniciadores de alta funcionalidad como sacarosa ( f = 8), sorbitol ( f = 6), toluendiamina ( f = 4) y bases de Mannich ( f = 4). A los iniciadores se les añade óxido de propileno y/u óxido de etileno hasta que se alcanza el peso molecular deseado. El orden de adición y las cantidades de cada óxido afectan muchas propiedades de los polioles, como la compatibilidad, la solubilidad en agua y la reactividad. Los polioles elaborados únicamente con óxido de propileno terminan con grupos hidroxilo secundarios y son menos reactivos que los polioles cubiertos con óxido de etileno, que contienen grupos hidroxilo primarios. Varias empresas están investigando la incorporación de dióxido de carbono en la estructura del poliol.
Los polioles de injerto (también llamados polioles rellenos o polioles poliméricos) contienen sólidos poliméricos de estireno-acrilonitrilo , acrilonitrilo o poliurea (PHD) finamente dispersos injertados químicamente en una estructura principal de poliéter de alto peso molecular. Se utilizan para aumentar las propiedades de carga de la espuma de baja densidad y alta resiliencia (HR), así como para agregar dureza a las espumas microcelulares y los elastómeros fundidos. Iniciadores como la etilendiamina y la trietanolamina se utilizan para fabricar polioles de espuma rígida de bajo peso molecular que tienen actividad catalítica incorporada debido a la presencia de átomos de nitrógeno en la estructura principal. Una clase especial de poliéter polioles, los poli(tetrametileno éter) glicoles , que se obtienen polimerizando tetrahidrofurano , se utilizan en aplicaciones de revestimiento, humectación y elastómeros de alto rendimiento.
Los poliésterpolioles convencionales se basan en materias primas vírgenes y se fabrican mediante poliesterificación directa de diácidos y glicoles de alta pureza, como el ácido adípico y el 1,4-butanodiol. Los poliéster polioles suelen ser más caros y más viscosos que los poliéter polioles, pero producen poliuretanos con mejor resistencia a los disolventes, la abrasión y los cortes. Otros poliésterpolioles se basan en materias primas recuperadas. Se fabrican mediante transesterificación ( glicólisis ) de fondos de destilación de poli(tereftalato de etileno) (PET) o tereftalato de dimetilo (DMT) reciclados con glicoles como el dietilenglicol. Estos polioles de poliéster aromáticos de bajo peso molecular se utilizan en espuma rígida y aportan bajo costo y excelentes características de inflamabilidad a los paneles de poliisocianurato (PIR) y al aislamiento de espuma de poliuretano en aerosol.
Los polioles especiales incluyen policarbonatopolioles , policaprolactonapolioles , polibutadienopolioles y polisulfuropolioles . Los materiales se utilizan en aplicaciones de elastómeros, selladores y adhesivos que requieren una resistencia superior a la intemperie y a los ataques químicos y ambientales. Los polioles de aceite natural derivados del aceite de ricino y otros aceites vegetales se utilizan para fabricar elastómeros, bunstock flexible y espuma moldeada flexible.
La copolimerización de clorotrifluoroetileno o tetrafluoroetileno con éteres vinílicos que contienen éter hidroxialquilvinílico produce polioles fluorados (FEVE). Se han utilizado poliuretanos fluorados de dos componentes preparados haciendo reaccionar polioles fluorados FEVE con poliisocianato para fabricar pinturas y revestimientos de curado ambiental. Dado que los poliuretanos fluorados contienen un alto porcentaje de enlaces flúor-carbono, que son los enlaces más fuertes entre todos los enlaces químicos, los poliuretanos fluorados exhiben resistencia a los rayos UV, ácidos, álcalis, sales, productos químicos, solventes, intemperie, corrosión, hongos y ataques microbianos. Se han utilizado para revestimientos y pinturas de alto rendimiento. [21]
Se encuentran disponibles polioles que contienen fósforo que se unen químicamente a la matriz de poliuretano para su uso como retardantes de llama . Este enlace covalente previene la migración y lixiviación del compuesto organofosforado .
El interés por los productos "verdes" sostenibles aumentó el interés por los polioles derivados de aceites vegetales . [22] [23] [24] Varios aceites utilizados en la preparación de polioles para poliuretanos incluyen soja, semilla de algodón, semilla de neem y ricino. Los aceites vegetales se funcionalizan de diversas formas y se modifican a polieteramida, poliéteres, alquidos, etc. Las fuentes renovables utilizadas para preparar polioles pueden ser ácidos grasos dímeros o ácidos grasos. [25] Algunos poliuretanos de base biológica y libres de isocianatos aprovechan la reacción entre poliaminas y carbonatos cíclicos para producir polihidroxuretanos. [26]
Los extensores de cadena ( f = 2) y los reticulantes ( f ≥ 3) son compuestos terminados en hidroxilo y amina de bajo peso molecular que desempeñan un papel importante en la morfología polimérica de fibras de poliuretano, elastómeros, adhesivos y ciertas espumas microcelulares y de piel integral. Las propiedades elastoméricas de estos materiales se derivan de la separación de fases de los segmentos de copolímero duro y blando del polímero, de modo que los dominios del segmento duro de uretano sirven como enlaces cruzados entre los dominios del segmento blando de poliéter (o poliéster) amorfo. Esta separación de fases se produce porque los segmentos blandos de bajo punto de fusión, principalmente no polares, son incompatibles con los segmentos duros polares de alto punto de fusión. Los segmentos blandos, que se forman a partir de polioles de alto peso molecular, son móviles y normalmente están presentes en formación enrollada, mientras que los segmentos duros, que se forman a partir del isocianato y extensores de cadena, son rígidos e inmóviles. Debido a que los segmentos duros están acoplados covalentemente a los segmentos blandos, inhiben el flujo plástico de las cadenas de polímero, creando así resiliencia elastomérica. Tras la deformación mecánica, una parte de los segmentos blandos se tensiona mediante el desenrollado y los segmentos duros se alinean en la dirección de la tensión. Esta reorientación de los segmentos duros y los consiguientes potentes enlaces de hidrógeno contribuyen a unos valores elevados de resistencia a la tracción, alargamiento y resistencia al desgarro. [12] [27] [28] [29] [30] La elección del extensor de cadena también determina las propiedades de resistencia a la flexión, al calor y a los productos químicos. Los extensores de cadena más importantes son el etilenglicol , el 1,4-butanodiol (1,4-BDO o BDO), el 1,6-hexanodiol , el ciclohexanodimetanol y el éter bis(2-hidroxietil) de hidroquinona (HQEE). Todos estos glicoles forman poliuretanos que separan bien las fases y forman dominios de segmentos duros bien definidos, y son procesables en estado fundido. Todos son adecuados para poliuretanos termoplásticos con excepción del etilenglicol, ya que su bisfeniluretano derivado sufre una degradación desfavorable a niveles elevados de segmentos duros. [10] La dietanolamina y la trietanolamina se utilizan en espumas moldeadas flexibles para desarrollar firmeza y agregar actividad catalítica. La dietiltoluendiamina se utiliza ampliamente en RIM y en formulaciones de elastómeros de poliuretano y poliurea.
Los catalizadores de poliuretano se pueden clasificar en dos categorías amplias, aminas básicas y ácidas . Los catalizadores de amina terciaria funcionan mejorando la nucleofilicidad del componente diol. Los carboxilatos, óxidos y óxidos de mercapturos de alquil estaño funcionan como ácidos de Lewis suaves para acelerar la formación de poliuretano. Como bases, los catalizadores de amina tradicionales incluyen trietilendiamina (TEDA, también llamada DABCO , 1,4-diazabiciclo[2.2.2]octano), dimetilciclohexilamina (DMCHA), dimetiletanolamina (DMEA), dimetilaminoetoxietanol y bis-(2-dimetilaminoetil)éter, un Catalizador de soplado también llamado A-99. Un catalizador ácido de Lewis típico es el dilaurato de dibutilestaño . El proceso es muy sensible a la naturaleza del catalizador y también se sabe que es autocatalítico . [32]
Los factores que afectan la selección del catalizador incluyen el equilibrio de tres reacciones: la formación de uretano (poliol+isocianato o gel), la formación de urea (agua+isocianato o "soplado") o la reacción de trimerización de isocianato (por ejemplo, usando acetato de potasio, para formar anillos de isocianurato ). ). Se han desarrollado una variedad de catalizadores especializados. [33] [34] [35]
Los tensioactivos se utilizan para modificar las características de los polímeros de poliuretano tanto espumosos como no espumosos. Toman la forma de copolímeros de bloque de polidimetilsiloxano-polioxialquileno, aceites de silicona , etoxilatos de nonilfenol y otros compuestos orgánicos. En las espumas, se utilizan para emulsionar los componentes líquidos, regular el tamaño de las celdas y estabilizar la estructura celular para evitar el colapso y los huecos en el subsuelo. [36] En aplicaciones sin espuma, se utilizan como agentes liberadores de aire y antiespumantes, como agentes humectantes y para eliminar defectos de la superficie como poros, piel de naranja y marcas de hundimiento.
Los poliuretanos se producen mezclando dos o más corrientes líquidas. La corriente de poliol contiene catalizadores, tensioactivos, agentes espumantes (al fabricar aislamientos de espuma de poliuretano), etc. Los dos componentes se denominan sistema de poliuretano o simplemente sistema. En Norteamérica, el isocianato se denomina comúnmente "lado A" o simplemente "iso". La mezcla de polioles y otros aditivos se denomina comúnmente "lado B" o "poli". [ cita necesaria ] Esta mezcla también podría denominarse 'resina' o 'mezcla de resina'. En Europa, los significados de "cara A" y "cara B" están invertidos. [ cita requerida ] Los aditivos de las mezclas de resina pueden incluir extensores de cadena, reticulantes , tensioactivos , retardantes de llama , agentes espumantes , pigmentos y cargas . El poliuretano se puede fabricar en una variedad de densidades y durezas variando el isocianato, el poliol o los aditivos.
El polímero de poliuretano completamente reaccionado es químicamente inerte. [37] La OSHA ( Administración de Salud y Seguridad Ocupacional ) o la ACGIH ( Conferencia Estadounidense de Higienistas Industriales Gubernamentales ) no han establecido límites de exposición en los EE. UU . No está regulado por OSHA en cuanto a carcinogenicidad.
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Los poliuretanos son combustibles. [38] La descomposición por fuego puede producir cantidades significativas de monóxido de carbono y cianuro de hidrógeno , además de óxidos de nitrógeno, isocianatos y otros productos tóxicos. [39] Debido a la inflamabilidad del material, debe tratarse con retardantes de llama (al menos en el caso de los muebles), casi todos los cuales se consideran nocivos. [40] [41] California emitió posteriormente el Boletín Técnico 117 de 2013, que permitió que la mayoría de la espuma de poliuretano pasara pruebas de inflamabilidad sin el uso de retardantes de llama. Green Science Policy Institute afirma: "Aunque el nuevo estándar se puede cumplir sin retardantes de llama, NO prohíbe su uso. Los consumidores que deseen reducir la exposición doméstica a los retardantes de llama pueden buscar una etiqueta TB117-2013 en los muebles y verificar con los minoristas que los productos no contienen retardantes de llama." [42]
Las mezclas de resinas líquidas y los isocianatos pueden contener componentes peligrosos o regulados. Los isocianatos son conocidos sensibilizadores cutáneos y respiratorios. Además, las aminas, glicoles y fosfatos presentes en las espumas de poliuretano en aerosol presentan riesgos. [43]
La exposición a sustancias químicas que pueden emitirse durante o después de la aplicación de espuma de poliuretano en aerosol (como los isocianatos) son perjudiciales para la salud humana y, por lo tanto, se requieren precauciones especiales durante y después de este proceso. [44]
En los Estados Unidos, se puede encontrar información adicional sobre salud y seguridad a través de organizaciones como la Asociación de Fabricantes de Poliuretano (PMA) y el Centro para la Industria del Poliuretano (CPI), así como de fabricantes de materias primas y sistemas de poliuretano. La información regulatoria se puede encontrar en el Código de Regulaciones Federales Título 21 (Alimentos y Medicamentos) y Título 40 (Protección del Medio Ambiente). En Europa, la información sobre salud y seguridad está disponible en ISOPA, [45] la Asociación Europea de Productores de Diisocianatos y Polioles.
Los métodos de fabricación de productos terminados de poliuretano varían desde pequeñas operaciones de vertido manual de piezas hasta grandes líneas de producción de cartón y cartón de gran volumen. Independientemente del producto final, el principio de fabricación es el mismo: para dosificar la mezcla líquida de isocianato y resina en una proporción estequiométrica específica, mezclarlos hasta obtener una mezcla homogénea, dispensar el líquido de reacción en un molde o sobre una superficie. , espere hasta que cure, luego desmolde la pieza terminada.
Aunque el desembolso de capital puede ser alto, es deseable utilizar una unidad dosificadora o dosificadora incluso para operaciones de producción de bajo volumen que requieren una producción constante de piezas terminadas. El equipo de dosificación consta de tanques de retención de material (diarios), bombas dosificadoras, un cabezal mezclador y una unidad de control. A menudo, se agrega una unidad de acondicionamiento o calentador-enfriador para controlar la temperatura del material con el fin de mejorar la eficiencia de la mezcla, la tasa de curado y reducir la variabilidad del proceso. La elección de los componentes del equipo de dosificación depende del tamaño del disparo, el rendimiento, las características del material, como la viscosidad y el contenido de relleno, y el control del proceso . Los tanques diarios de material pueden tener un tamaño de uno a cientos de galones y pueden suministrarse directamente desde tambores, IBC ( contenedores intermedios a granel , como contenedores IBC con jaula ) o tanques de almacenamiento a granel . Pueden incorporar sensores de nivel, camisas acondicionadoras y mezcladores. Las bombas pueden dimensionarse para medir gramos por segundo hasta cientos de libras por minuto. Pueden ser bombas rotativas, de engranajes o de pistón, o pueden ser bombas de lanza especialmente endurecidas para dosificar líquidos que contienen cargas altamente abrasivas como fibra de vidrio picada o molida con martillo y wollastonita . [ cita necesaria ]
Las bombas pueden accionar sistemas de dosificación de baja presión (10 a 30 bar, 1 a 3 MPa) o alta presión (125 a 250 bar, 12,5 a 25,0 MPa). Los cabezales de mezcla pueden ser simples tubos de mezcla estáticos, mezcladores de elementos giratorios, mezcladores dinámicos de baja presión o mezcladores de impacto directo accionados hidráulicamente de alta presión . Las unidades de control pueden tener interruptores básicos de encendido/apagado y dosificación/parada, y medidores analógicos de presión y temperatura, o pueden estar controladas por computadora con medidores de flujo para calibrar electrónicamente la relación de mezcla, sensores digitales de temperatura y nivel, y un conjunto completo de control estadístico de procesos. software. Los complementos para el equipo dosificador incluyen unidades de nucleación o inyección de gas, y capacidad de tercera o cuarta corriente para agregar pigmentos o dosificar paquetes de aditivos suplementarios.
A diferencia de las aplicaciones de vertido in situ, de cartón y de revestimiento, la producción de piezas requiere herramientas para contener y formar el líquido de reacción. La elección del material para la fabricación de moldes depende del número esperado de usos hasta el final de su vida útil (EOL), la presión de moldeo, la flexibilidad y las características de transferencia de calor.
La silicona RTV se utiliza para herramientas que tienen un EOL de miles de piezas. Normalmente se utiliza para moldear piezas de espuma rígida, donde se necesita la capacidad de estirar y pelar el molde alrededor de los cortes. La característica de transferencia de calor de las herramientas de silicona RTV es deficiente. Para ello también se utilizan elastómeros de poliuretano flexibles y de alto rendimiento.
El epoxi, el epoxi relleno de metal y el epoxi recubierto de metal se utilizan para herramientas que tienen un EOL de decenas de miles de piezas. Por lo general, se utiliza para moldear cojines y asientos de espuma flexible, revestimiento integral y acolchado de espuma microcelular, y biseles y fascias RIM de poco calado. La característica de transferencia de calor de las herramientas epoxi es aceptable; la característica de transferencia de calor del epoxi relleno y recubierto de metal es buena. Se pueden incorporar tubos de cobre al cuerpo de la herramienta, lo que permite que el agua caliente circule y caliente la superficie del molde.
El aluminio se utiliza para herramientas que tienen un EOL de cientos de miles de piezas. Normalmente se utiliza para moldear juntas de espuma microcelular y piezas de elastómero fundidas, y se fresa o extruye para darle forma.
El acero inoxidable con acabado de espejo se utiliza para herramientas que imparten una apariencia brillante a la pieza terminada. La característica de transferencia de calor de las herramientas metálicas es excelente.
Finalmente, el polipropileno moldeado o fresado se utiliza para crear herramientas de bajo volumen para aplicaciones de juntas moldeadas. En lugar de muchos moldes metálicos costosos, se pueden formar herramientas plásticas de bajo costo a partir de un único maestro metálico, lo que también permite una mayor flexibilidad de diseño. La característica de transferencia de calor de las herramientas de polipropileno es deficiente, lo que debe tenerse en cuenta durante el proceso de formulación.
En 2007, el consumo mundial de materias primas de poliuretano superó los 12 millones de toneladas métricas y la tasa de crecimiento anual promedio fue de aproximadamente el 5%. [46] Se espera que los ingresos generados con PUR en el mercado global aumenten a aproximadamente 118,8 mil millones de dólares estadounidenses para 2032. [47] Como son una clase de materiales tan importante, se realizan investigaciones constantemente y se publican artículos. [48]
Los poliuretanos, especialmente los elaborados con isocianatos aromáticos , contienen cromóforos que interactúan con la luz. Esto es de particular interés en el área de los recubrimientos de poliuretano, donde la estabilidad a la luz es un factor crítico y es la razón principal por la que se utilizan isocianatos alifáticos en la fabricación de recubrimientos de poliuretano. Cuando la espuma de PU, que se fabrica con isocianatos aromáticos, se expone a la luz visible, se decolora y pasa de un color blanquecino a un amarillo o un marrón rojizo. En general, se acepta que, aparte del amarilleamiento, la luz visible tiene poco efecto sobre las propiedades de la espuma. [49] [50] Este es especialmente el caso si el color amarillento ocurre en las porciones exteriores de una espuma grande, ya que el deterioro de las propiedades en la porción exterior tiene poco efecto en las propiedades generales generales de la propia espuma.
Se ha informado que la exposición a la luz visible puede afectar la variabilidad de los resultados de algunas pruebas de propiedades físicas. [51]
La radiación UV de mayor energía promueve reacciones químicas en la espuma, algunas de las cuales son perjudiciales para la estructura de la espuma. [52]
Los poliuretanos pueden degradarse debido a la hidrólisis . Este es un problema común con los zapatos que se dejan en el armario y que reaccionan con la humedad del aire. [53]
Se cree que la degradación microbiana del poliuretano se debe a la acción de las enzimas esterasa , uretanasa , hidrolasa y proteasa . [54] El proceso es lento ya que la mayoría de los microbios tienen dificultades para moverse más allá de la superficie del polímero. La susceptibilidad a los hongos es mayor debido a su liberación de enzimas extracelulares , que son más capaces de permear la matriz polimérica. Dos especies del hongo ecuatoriano Pestalotiopsis son capaces de biodegradar el poliuretano en condiciones aeróbicas y anaeróbicas como las que se encuentran en el fondo de los vertederos . [55] [56] Se ha informado de la degradación de artículos de poliuretano en museos. [57] Los poliuretanos de tipo poliéster se biodegradan más fácilmente por los hongos que los de tipo poliéter. [58]
![{\displaystyle {\begin{array}{l}{\ce {{RN=C=O}+H2O->[{\ce {paso}}\ 1]R1-{\underset {| \atop \displaystyle H}{N}}-{\overset {\displaystyle O \atop \|}{C}}-OH->[{\ce {paso}}\ 2][{\ce {-CO2} }]{R-NH2}+{RN=C=O}->[{\ce {paso}}\ 3]-R-{\underset {| \atop \displaystyle H}{N}}-{\overset {\displaystyle O \atop \|}{C}}-{\underset {| \atop \displaystyle H}{N}}-R}}{-}\end{array}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5eb505ebc6b4c6a6c75d1183f436772b219512c4)
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