Los productos de poliuretano tienen muchos usos. Más de las tres cuartas partes del consumo mundial de productos de poliuretano se produce en forma de espumas, siendo los tipos flexibles y rígidos aproximadamente iguales en tamaño de mercado. En ambos casos, la espuma suele estar detrás de otros materiales: las espumas flexibles están detrás de las telas de tapicería de muebles comerciales y domésticos; Las espumas rígidas se encuentran entre paredes/láminas de metal o plástico de la mayoría de refrigeradores y congeladores, u otros materiales de superficie en el caso de paneles de aislamiento térmico en el sector de la construcción. Su uso en prendas de vestir está creciendo: por ejemplo, en el forro de las copas de los sujetadores. El poliuretano también se utiliza para molduras que incluyen marcos de puertas, columnas, balaustres, cabeceras de ventanas, frontones, medallones y rosetones.
Las formulaciones de poliuretano cubren una gama extremadamente amplia de rigidez, dureza y densidades. [1] Estos materiales incluyen:
La espuma de poliuretano se usa ampliamente en asientos de espuma flexible de alta resiliencia, paneles aislantes de espuma rígida, sellos y juntas de espuma microcelular , ruedas y neumáticos elastoméricos duraderos, casquillos de suspensión para automóviles , compuestos de encapsulado eléctrico, sellos, juntas, bases para alfombras y piezas de plástico duro (como como para instrumentos electrónicos).
La siguiente tabla muestra un ejemplo de cómo se usaban los poliuretanos en un país hace más de una docena de años (datos de EE. UU. de 2004):
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La espuma de poliuretano flexible de células abiertas se utiliza para fabricar muchas esponjas de cocina y baño . La combinación de bajo costo, alta flexibilidad y alta resistencia a la abrasión y al desgarro hacen de los poliuretanos excelentes materiales para aplicaciones de fregado. [3] Se ha demostrado que las esponjas de poliuretano reducen el riesgo de propagación de ciertas bacterias. [4]
La espuma de poliuretano rígida se utiliza en diversas industrias para proporcionar aislamiento térmico a instalaciones y tuberías. En particular, las tuberías de los sistemas de calefacción urbana en Europa se aíslan principalmente mediante un conjunto sándwich de tuberías preaisladas compuesto por una tubería de servicio de calefacción de acero, una capa aislante (espuma de poliuretano) y una carcasa de polietileno (PE), que están unidas por la material aislante. Una de las principales ventajas de la espuma de poliuretano rígida es que ofrece una conductividad térmica muy baja (con valores tan bajos como 23 mW/m⋅K) al mismo tiempo que ofrece suficiente resistencia estructural para soportar las cargas a las que están sometidos los sistemas de tuberías enterradas. [5] [6]
Debido a la naturaleza de celda cerrada de las espumas rígidas de poliuretano, el aislamiento PUR tiene una absorción de agua mínima, lo que, junto con una cubierta adecuada, lo hace particularmente adecuado en aplicaciones donde el crecimiento bacteriano es una preocupación. El aislamiento de poliuretano es adecuado para aislar tuberías con temperaturas superficiales que oscilan entre -196°C y 148°C. [7]
La espuma de poliuretano flexible (FPF) de células abiertas se elabora mezclando polioles , diisocianatos , catalizadores, agentes de soplado auxiliares y otros aditivos y permitiendo que la espuma resultante suba libremente. La mayoría de los FPF se fabrican utilizando tecnología de procesamiento continuo y también se pueden producir en lotes donde se fabrican bloques relativamente pequeños de espuma en moldes, cajas u otros recintos adecuados con la parte superior abierta. Luego, la espuma se corta a la forma y tamaño deseados para usar en una variedad de muebles y aplicaciones de mobiliario.
Las aplicaciones de la espuma de poliuretano flexible incluyen cojines para muebles tapizados , cojines para asientos de automóviles y molduras interiores, cojines para alfombras y acolchados para colchones y núcleos de colchones de núcleo sólido.
La espuma de poliuretano flexible es un producto reciclable. [8]
Las espumas de poliuretano flexibles y semiflexibles se utilizan ampliamente para componentes interiores de automóviles , en asientos, reposacabezas, apoyabrazos, revestimientos de techo, tableros de instrumentos y paneles de instrumentos.
Los poliuretanos se utilizan de manera extraordinaria para fabricar asientos de automóviles. El fabricante de asientos dispone de un molde para cada modelo de asiento. El molde es una especie de estructura tipo "concha" que se puede cerrar y que permitirá moldear rápidamente el cojín del asiento, la llamada espuma flexible moldeada, que luego se tapiza después de retirarlo del molde.
Es posible combinar estos dos pasos, el llamado moldeo in situ , espuma en tela o moldeo directo. Se coloca una funda de asiento completa y completamente ensamblada en el molde y se mantiene en su lugar mediante vacío aspirado a través de pequeños orificios en el molde. A veces se utiliza una película plástica delgada y flexible sobre la tela para ayudar a que la aspiradora funcione de manera más efectiva. La estructura metálica del asiento se coloca dentro del molde y se cierra el molde. En este punto, el molde contiene lo que podría visualizarse como un "asiento hueco", una tela de asiento mantenida en la posición correcta por el vacío y que contiene un espacio con la estructura de metal en su lugar.
Los productos químicos de poliuretano se inyectan mediante un cabezal mezclador en la cavidad del molde. Luego, el molde se mantiene a una temperatura de reacción preestablecida hasta que la mezcla química haya formado espuma, haya llenado el molde y haya formado una espuma suave y estable. El tiempo requerido es de dos a tres minutos, dependiendo del tamaño del asiento y de la formulación precisa y las condiciones de operación. Luego, el molde generalmente se abre ligeramente durante uno o dos minutos para un tiempo de curado adicional, antes de retirar el asiento completamente tapizado.
Las paredes y el techo (no sólo el aislamiento) de la futurista Casa Xanadu en Florida, EE. UU., se construyeron con espuma de poliuretano. Los techos abovedados y otras formas extrañas son más fáciles de hacer con espuma que con madera. Se utilizó espuma para construir edificios, estatuas y decoraciones de formas extrañas en la sección Seuss Landing del parque temático Islands of Adventure (EE. UU.). Los fabricantes de espuma rígida venden espuma que reemplaza a la madera en las industrias de letreros tallados y topografía 3D. La espuma de PU también se utiliza como aislante térmico en muchas casas.
La resina de poliuretano se utiliza como material estético para pisos. Al ser sin costuras y resistente al agua, está ganando interés para su uso en interiores (modernos), especialmente en Europa occidental.
Dos líquidos binarios , uno de los cuales es un poliuretano (T6 o 16), cuando se mezclan y airean , se expanden hasta formar un aerosol duro que llena el espacio.
Los selladores de poliuretano aprobados (que es diferente de la espuma) están disponibles en sistemas de una, dos y tres partes, y en cartuchos, cubos o tambores. Los selladores de poliuretano (como EZ-Poly ) se utilizan para rellenar huecos y evitar así fugas de aire y agua. También se utilizan junto con aislamientos inorgánicos , como lana de roca o fibras cerámicas, para frenar el fuego . Los cortafuegos pueden impedir el paso del humo y de las mangueras . La central nuclear de Browns Ferry utilizó espuma de poliuretano inflamable como elemento cortafuegos, que se encendió accidentalmente y provocó un gran incendio.
La espuma de poliuretano se utiliza ampliamente en el mundo marino en muchas aplicaciones: [9]
Algunos fabricantes de balsas utilizan uretano para la construcción de botes inflables. AIRE utiliza material de membrana de uretano como vejiga de retención de aire dentro de una carcasa de PVC, mientras que SOTAR utiliza materiales de membrana de uretano como revestimiento en algunas embarcaciones. Maravia utiliza un material de uretano líquido que se rocía sobre PVC para mejorar la retención de aire y aumentar la resistencia a la abrasión.
Algunas tablas de surf están fabricadas con un núcleo rígido de poliuretano. Se moldea una pieza en bruto de espuma rígida, se le da forma según las especificaciones y luego se cubre con tela de fibra de vidrio y resina de poliéster.
Algunos cascos de embarcaciones tienen un núcleo rígido de espuma de poliuretano intercalado entre revestimientos de fibra de vidrio. La espuma proporciona fuerza, flotabilidad y aislamiento acústico.
Algunas cubiertas de barcos, incluidos los buques pesqueros de la Marina de los EE. UU. y de Pakistán, utilizan selladores de poliuretano especializados para proteger contra la humedad constante y los elementos oceánicos agresivos. Por ejemplo, Durabak-M26 utiliza un poliuretano monocomponente personalizado para evitar la filtración de agua a áreas no deseadas.
Algunos tanques de agua están aislados con productos químicos de poliuretano (poliol e isocianatos) para mantener la temperatura del agua durante largos períodos de tiempo.
Se ha utilizado poliuretano para fabricar varios sobregrips de tenis, como Yonex Super Grap, Wilson Pro Overgrip y muchos otros agarres. Estas empuñaduras son muy elásticas para garantizar que se ajusten perfectamente alrededor del mango de la raqueta.
El poliuretano se utiliza como envoltura negra para los brazaletes de los relojes sobre el material principal, que generalmente es acero inoxidable. Se utiliza para mayor comodidad, estilo y durabilidad.
Se agrega una fina película de acabado de poliuretano a un tejido de poliéster para crear un laminado de poliuretano (PUL), que se utiliza por sus propiedades impermeables y resistentes al viento en prendas exteriores, pañales, cortinas de baño, etc. El PU se utiliza en algunos trajes de baño de última generación para proporcionar flotabilidad a los nadadores de competición. Existen restricciones ya que la flotabilidad mejora el rendimiento de la natación. [ cita necesaria ]
Un uso aún más popular del poliuretano en los textiles es en forma de spandex , también conocido como elastano o por la marca Lycra de DuPont. Las fibras de poliuretano en forma de spandex pueden estirarse hasta un 600% y aun así volver a su forma original. El spandex se hila con otras fibras, como algodón, nailon o poliéster, para crear fibras elásticas esenciales para la ropa tanto deportiva como de moda. [10]
Los materiales de poliuretano se formulan comúnmente como pinturas y barnices para capas de acabado para proteger o sellar la madera. Este uso da como resultado un revestimiento duro, resistente a la abrasión y duradero que es popular para pisos de madera , pero que algunos consideran difícil o inadecuado para el acabado de muebles u otras piezas detalladas. En comparación con los barnices de aceite o goma laca, el barniz de poliuretano forma una película más dura que tiende a deslaminarse si se somete a calor o golpes, fracturando la película y dejando manchas blancas. Esta tendencia aumenta cuando se aplica sobre maderas más blandas como el pino . Esto también se debe en parte a la menor penetración del poliuretano en la madera. Se emplean varias técnicas de imprimación para superar este problema, incluido el uso de ciertos barnices al aceite, goma laca "desparafinada" específica, epoxi penetrante transparente o poliuretano "modificado con aceite" diseñado para este propósito. El barniz de poliuretano también puede carecer del brillo "frotado a mano" de los aceites secantes como el de linaza o el de tung ; por el contrario, sin embargo, es capaz de producir una "acumulación" de película mucho más rápida y superior, logrando en dos capas lo que puede requerir muchas aplicaciones de aceite. También se puede aplicar poliuretano sobre un acabado de aceite puro, pero debido al tiempo de curado relativamente lento de los aceites, la presencia de subproductos volátiles del curado y la necesidad de una exposición prolongada del aceite al oxígeno, se debe tener cuidado de que los aceites sean suficientemente curado para aceptar el poliuretano.
A diferencia de los aceites secantes y alquídicos que curan , después de la evaporación del solvente, al reaccionar con el oxígeno del aire, los recubrimientos de poliuretano curan después de la evaporación del solvente mediante una variedad de reacciones de productos químicos dentro de la mezcla original, o por reacción con la humedad del aire. . Ciertos productos son "híbridos" y combinan diferentes aspectos de sus componentes originales. Los poliuretanos "modificados con aceite", ya sean a base de agua o de disolvente, son actualmente los acabados para pisos de madera más utilizados.
El uso exterior de barniz de poliuretano puede ser problemático debido a su susceptibilidad al deterioro debido a la exposición a la luz ultravioleta (UV). Todos los barnices transparentes o translúcidos y, de hecho, todos los recubrimientos de película polimérica (es decir, pintura , tinte , epoxi , plástico sintético , etc.) son susceptibles a este daño en diversos grados. Los pigmentos en pinturas y tintes protegen contra el daño de los rayos UV, mientras que se agregan absorbentes de rayos UV al poliuretano y otros barnices (en particular, el barniz " spar ") para actuar contra el daño de los rayos UV. Los poliuretanos suelen ser los más resistentes a la exposición al agua, la alta humedad, las temperaturas extremas y los hongos o moho, que también afectan negativamente el rendimiento del barniz y la pintura.
El poliuretano también se utiliza para fabricar llantas y ruedas sólidas . Las aplicaciones industriales incluyen ruedas motrices y de carga para montacargas , carros industriales y de comestibles [11] y ruedas de montaña rusa. El patinaje sobre ruedas y el skate modernos se volvieron económicos sólo con la introducción de piezas de poliuretano duras y resistentes a la abrasión, lo que ayudó a marcar el comienzo de la popularidad de lo que alguna vez había sido una oscura moda de los años 60. La durabilidad de las ruedas de poliuretano permitió que la gama de trucos y acrobacias realizadas en patinetas se ampliara considerablemente. El poliuretano también se utiliza para fabricar neumáticos para equipos pequeños en la industria del césped y la jardinería, para carretillas, carretillas, cortadoras de césped, carros, etc. Proporcionan el rebote y la sensación de un neumático inflado de aire con la ventaja de no pincharse. También pesan aproximadamente lo mismo que los neumáticos inflados de aire, aunque son de poliuretano sólido en su totalidad. Se han desarrollado otras construcciones para neumáticos y variantes de espuma microcelular se utilizan ampliamente en neumáticos de sillas de ruedas, bicicletas y otros usos. Estos últimos tipos de espuma también se encuentran ampliamente en volantes de automóviles y otras piezas interiores y exteriores de automóviles, incluidos parachoques y guardabarros.
El uso de poliuretano ha aumentado en los últimos veinte años en la industria automotriz. Se utiliza para reemplazar los casquillos de caucho tradicionales que se sabe que fallan o se desgastan en superficies de carreteras propensas a grandes cantidades de sal y desechos químicos.
El uso de casquillos de poliuretano puede tener muchos beneficios, como mantener la alineación correcta de la rueda, la curvatura y la convergencia y, por lo tanto, aumentar el control y el manejo general. También aumenta la vida útil, proporciona más resistencia al desgaste y es menos permeable al aceite y contaminantes similares de la carretera. [12]
El poliuretano (PU) se populariza en la fabricación de algunos de los componentes aerodinámicos/kits de carrocería ( kits de carrocería ) de la más alta calidad para diversos automóviles (coches, camiones y SUV) del mercado. Estos componentes incluyen parachoques , faldones laterales, bandejas antivuelco y capós de limpiaparabrisas. El poliuretano permite la producción de componentes duraderos a diferencia de la fibra de vidrio convencional (FRP) que puede romperse fácilmente con el impacto. El poliuretano es muy flexible y por lo tanto más resistente a los daños. Incluyendo la durabilidad, estos kits de carrocería, cuando son producidos por un fabricante acreditado, presentan menos imperfecciones, son fáciles de instalar y mantener y son asequibles. [13]
Cuando los kits de carrocería de fibra de vidrio comienzan a mostrar grietas y astillas debido al desgaste habitual, los componentes de poliuretano bien fabricados tienen una durabilidad similar a la de un parachoques instalado de fábrica. Como se mencionó anteriormente, cuando son producidos por un fabricante de buena reputación, tienden a tener menos poros e imperfecciones de fundición. La flexibilidad del poliuretano hace que sea fácil trabajar con ellos. La instalación se puede completar individualmente como un proyecto "hágalo usted mismo". El mantenimiento es extremadamente sencillo. En cuanto a los precios, pueden variar según el fabricante pero se mantienen entre un rango asequible. Por muy bueno que parezca, los kits de carrocería de poliuretano también tienen sus desventajas. Los componentes de fibra de vidrio o fibra de carbono son más livianos que la mayoría de los kits de poliuretano. El poliuretano también es flexible, pero a menudo se necesita más material y espesor para mantener la rigidez adecuada para el uso en carretera. Para los conductores que buscan velocidad para su vehículo de mayor rendimiento, [14] esto puede convertirse en un problema. Además, a diferencia de la fibra de vidrio, el poliuretano no se puede parchar ni reparar. Aunque es mucho más difícil dañarlo, si se produce algún daño, se debe retirar y reemplazar todo el componente. [13] Existen diferentes opciones a la hora de comprar kits de poliuretano.
A menudo, los componentes y cables de los circuitos electrónicos se protegen de las influencias ambientales y los golpes mecánicos encerrándolos en poliuretano. Normalmente, los poliuretanos se seleccionan por su excelente resistencia a la abrasión, buenas propiedades eléctricas, excelente adhesión, resistencia al impacto y flexibilidad a bajas temperaturas. La desventaja de los poliuretanos es la temperatura superior de servicio limitada (normalmente 250 °F (121 °C)).
La producción de placas de circuitos electrónicos utilizaría un uretano de dos partes (resina y catalizador) que se mezclaría y vertiría sobre el conjunto del circuito (ver dispensación de resina ). En la mayoría de los casos, una vez curado el uretano, la placa de circuito completa no sería reparable. Debido a sus propiedades físicas y su bajo costo, la encapsulación (potting) de poliuretano es una opción popular en el sector de fabricación de circuitos y sensores automotrices.
El poliuretano se puede utilizar como adhesivo , especialmente como pegamento para carpintería . Su principal ventaja sobre los pegamentos para madera más tradicionales es su resistencia al agua. Se introdujo en el mercado general de América del Norte en la década de 1990 como Gorilla Glue y Excel , pero estuvo disponible en Europa mucho antes. El poliuretano es la base de algunos adhesivos de construcción en formato de tubo de calafateo . [15]
En el camino hacia un nuevo y mejor pegamento para encuadernadores , en 1985 se introdujo por primera vez un nuevo sistema adhesivo. La base de este sistema es poliéter o poliéster, mientras que el poliuretano (PUR) se utiliza como prepolímero. Sus características especiales son la coagulación a temperatura ambiente y la resistencia a la humedad. [ cita necesaria ]
Primera generación (1988)
Segunda generación (1996)
Tercera generación (2000)
Cuarta generación (presente)
Ventajas de la cola de poliuretano en la industria de la encuadernación:
Los poliuretanos termoestables también se utilizan como revestimiento protector contra la abrasión. El poliuretano fundido sobre materiales como el acero absorberá el impacto de las partículas de manera más eficiente. Se ha demostrado que los poliuretanos duran más de 25 años en ambientes abrasivos donde el acero sin recubrimiento se erosionaría en menos de 8 años. Los poliuretanos se utilizan en industrias como:
El poliuretano también se utiliza en la industria de la construcción de hormigón para crear revestimientos de encofrado . Los moldes de poliuretano sirven como molde para el concreto, creando una variedad de texturas y arte.
El poliuretano se utiliza junto con el perclorato de amonio como combustible sólido en los misiles Polaris lanzados desde submarinos . [17]
Investigadores del Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. y el Instituto de Tecnología de Massachusetts han investigado los elastómeros de poliuretano urea en busca de material potencial para cascos, protectores faciales y chalecos balísticos para soldados. [18]
Las espumas de poliuretano hidrófilas de células semiabiertas en láminas y en escamas han encontrado aplicación en jardines en tejados y paredes verdes verticales con productos comerciales que ahora están surgiendo en el mercado. [19] Los sustratos de espumas de poliuretano de células semiabiertas tienen una densidad mucho menor y una capacidad de retención de agua mucho mayor que los sustratos del suelo. La estructura de celdas semiabiertas facilita la fijación necesaria de las raíces de las plantas para jardines de paredes verticales. Las reducciones de peso reducen los requisitos de estructura de soporte de edificios/paredes, mientras que una mayor capacidad de retención de agua reduce los requisitos de riego de las plantas.
Los polímeros de celda cerrada se han utilizado para elevar y soportar carreteras de concreto y accesos a puentes desde 1989. Desarrollado originalmente en Europa y patentado por Uretek, este método de nivelación de concreto ahora se usa ampliamente en aplicaciones residenciales, comerciales y municipales. Las aplicaciones comunes incluyen la reparación de aceras, entradas de vehículos, patios y pisos de garajes asentados. [20] En los EE. UU. a veces se lo conoce como Slabjacking. Foam Supplies Incorporated ha desarrollado el sistema ecológico FoamJack™.
La espuma de poliuretano de celda cerrada se puede utilizar como relleno en aplicaciones donde la alta densidad y resistencia a la compresión del hormigón no son necesarias. [21] Además de ser considerablemente más liviano que el concreto, la naturaleza de celda cerrada del material evita la transferencia de humedad a la estructura que se soporta, lo que puede reducir el riesgo de pudrición o corrosión. [22]
Las variables ambientales, el desgaste natural y las condiciones climáticas pueden causar daños a los diques de hormigón. Estos problemas pueden erosionar la estructura con el tiempo, haciéndola más susceptible a sufrir daños mayores. Tradicionalmente, la reparación ha requerido un proceso en profundidad utilizando concreto; sin embargo, la geoespuma es una sustancia liviana y duradera que se ha vuelto cada vez más popular para reparar diques dañados.
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