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Urea formaldehído

La urea-formaldehído ( UF ), también conocida como urea-metanal , llamada así por su vía de síntesis común y su estructura general, [1] es una resina o polímero termoestable no transparente . Se produce a partir de urea y formaldehído . Estas resinas se utilizan en adhesivos , madera contrachapada , tableros de partículas , tableros de fibra de densidad media (MDF) y objetos moldeados. En agricultura, los compuestos de urea-formaldehído son uno de los tipos de fertilizantes de liberación lenta más utilizados . [2]

La UF y las resinas amínicas relacionadas son una clase de resinas termoendurecibles de las cuales las resinas de urea-formaldehído representan el 80% y se producen en todo el mundo. Ejemplos de uso de resinas amínicas incluyen neumáticos de automóviles para mejorar la unión del caucho, papel para mejorar la resistencia al desgarro y moldeo de dispositivos eléctricos, tapas de frascos, etc. [3]

Historia

La UF fue sintetizada por primera vez en 1884 por el Dr. Hölzer, que trabajaba con Bernhard Tollens , ninguno de los cuales se dio cuenta de que la urea y el formaldehído se estaban polimerizando. [4]

En los años siguientes un gran número de autores trabajaron en la estructura de estas resinas.

En 1896, Carl Goldschmidt investigó más a fondo la reacción. También obtuvo un precipitado amorfo, casi insoluble, pero no se dio cuenta de que se estaba produciendo una polimerización; pensó que dos moléculas de urea se combinaban con tres moléculas de formaldehído. En 1897 Carl Goldschmidt patentó el uso de resinas UF como desinfectante. A esto siguió la comercialización general y, en las décadas siguientes, se describieron cada vez más aplicaciones en la literatura. [5]

En 1919, Hanns John (1891-1942), de Praga, Checoslovaquia, obtuvo la primera patente para la resina UF en Austria. [6]

La urea-formaldehído fue objeto de sentencia del Tribunal de Justicia de las Comunidades Europeas (ahora TJUE) de 5 de febrero de 1963, Caso 26-62 Van Gend & Loos contra la Administración de Impuestos Internos de los Países Bajos . [7]

Propiedades

Los atributos de la resina de urea-formaldehído incluyen alta resistencia a la tracción , módulo de flexión , alta temperatura de distorsión por calor, baja absorción de agua, contracción del molde, alta dureza superficial, alargamiento a la rotura y resistencia al volumen. Tiene un índice de refracción de 1,55. [8]

Estructura química

La estructura química del polímero UF consta de [(O)CNHCH 2 NH] n unidades repetidas. Por el contrario, las resinas de melamina-formaldehído presentan unidades repetidas NCH 2 OCH 2 N. Dependiendo de las condiciones de polimerización, puede ocurrir cierta ramificación. Las primeras etapas de la reacción del formaldehído y la urea producen bis (hidroximetil) urea .

Dos pasos en la formación de resina de urea-formaldehído.

Producción

Anualmente se producen alrededor de 20 millones de toneladas métricas de UF. Más del 70% de esta producción se destina a la industria de productos forestales para unir tableros de partículas, MDF, contrachapados de madera dura y adhesivos para laminación.

Usos generales

Una gama de objetos hechos de UF

La urea-formaldehído es omnipresente. La urea-formaldehído se utiliza ampliamente debido a su bajo costo, rápido tiempo de reacción, alta fuerza de unión, resistencia a la humedad, falta de color y resistencia a la abrasión y los microbios [9] . Los ejemplos incluyen laminados decorativos, textiles, papel, moldes de arena de fundición, telas resistentes a las arrugas , mezclas de algodón, rayón , pana , etc. También se utiliza como pegamento para madera. En la industria de la madera, se utiliza como adhesivo termoestable para unir madera y crear madera contrachapada y tableros de partículas. También se utiliza como pegamento para madera. La UF se utilizaba habitualmente en la producción de carcasas de aparatos eléctricos (por ejemplo, lámparas de escritorio). Las espumas se han utilizado como nieve artificial en las películas. La urea-formaldehído se usa ampliamente en la agricultura como fertilizante de liberación lenta, que libera pequeñas cantidades del ingrediente activo con el tiempo. [10]

Uso agrícola

Los compuestos de urea-formaldehído se utilizan ampliamente como fuentes de nitrógeno de liberación lenta en la agricultura. [2] La velocidad de descomposición en CO 2 y NH
3Depende de la longitud de las cadenas de urea-formaldehído y depende de la acción de los microbios que se encuentran naturalmente en la mayoría de los suelos. [11] La actividad de estos microbios y la tasa de liberación de amoníaco dependen de la temperatura. La temperatura óptima para la actividad microbiana es de alrededor de 21 a 32 °C (70 a 90 °F). [12]

Aislamiento de espuma

Aislamiento de urea-formaldehído

La comercialización del aislamiento de espuma de urea-formaldehído (UFFI) se remonta a la década de 1930 como un aislamiento sintético con una conductividad térmica de 0,0343 a 0,0373 W/m⋅K, [13] lo que equivale a valores U para 50 mm de espesor de entre 0,686 W/m 2 K y 0,746 W/m 2 K o valores R entre 1,46 m 2 K/W y 1,34 m 2 K/W (0,26 °F⋅ft 2 ⋅h/BTU y 0,24 °F⋅ft 2 ⋅h/BTU para 1,97 pulgadas espesor).

UFFI es una espuma con una consistencia similar a la crema de afeitar, que se inyecta o bombea fácilmente en los huecos. Normalmente se fabrica in situ utilizando un conjunto de bomba y una manguera con una pistola mezcladora para mezclar el agente espumante, la resina y el aire comprimido. La espuma completamente expandida se bombea a áreas que necesitan aislamiento. Se vuelve firme en cuestión de minutos, pero cura en una semana. El UFFI se encuentra generalmente en casas construidas o modernizadas entre los años 1930 y 1970, a menudo en sótanos, cavidades en las paredes, espacios reducidos y áticos. Visualmente, parece un líquido rezumante que se ha endurecido. Con el tiempo, tiende a variar en tonalidades de caramelo, pero el nuevo UFFI es de un color amarillo claro. Las primeras formas de UFFI tendieron a reducirse significativamente. Los aislamientos modernos de UF con catalizadores actualizados y tecnología de espuma han reducido la contracción a niveles mínimos (entre 2 y 4%). La espuma se seca con un color mate opaco y sin brillo. Cuando se cura, suele tener una textura seca y quebradiza.

Emisiones de formaldehído

Emisiones agrícolas

Se ha descubierto que las emisiones procedentes de la aplicación de fertilizantes a base de UF aumentan temporalmente la concentración atmosférica localizada de formaldehído [10]  y contribuyen al ozono troposférico . [14] Se ha descubierto que la aplicación de fertilizantes UF en invernaderos causa concentraciones de formaldehído en el aire significativamente más altas dentro del edificio. [10]

Condiciones que afectan los niveles de emisiones

Las condiciones ambientales, como la temperatura y la humedad, pueden afectar los niveles de formaldehído liberado por los productos de urea-formaldehído. La exposición a una mayor humedad y temperaturas más altas puede aumentar significativamente la cantidad de emisiones de formaldehído de los productos UF, como los paneles de madera. [15]

Reducir las emisiones

Debido a las preocupaciones sobre las emisiones de formaldehído libre y la contaminación ambiental de los productos de urea-formaldehído, se han realizado esfuerzos efectivos para reducir el contenido de formaldehído en las resinas UF. [16] Una proporción molar más baja de formaldehído disminuye la emisión de formaldehído libre de los productos UF. Hay una disminución significativa en las emisiones de formaldehído de los tableros de partículas a base de UF a partir de una relación molar F/U de 2,0 a 1,0. La norma alemana para resinas UF exige que la relación molar F/U sea inferior a 1,2. El estándar NPA de EE. UU. es una relación molar F/U inferior a 1,3. [17]

Preocupaciones de salud

Los efectos sobre la salud ocurren cuando los materiales y productos a base de UF liberan formaldehído al aire. Generalmente, no se observan efectos del formaldehído en la salud cuando las concentraciones en el aire son inferiores a 1,0 ppm. La aparición de irritación respiratoria y otros efectos sobre la salud, e incluso un mayor riesgo de cáncer , comienzan cuando las concentraciones en el aire exceden de 3,0 a 5,0 ppm.

Las preocupaciones por la salud llevaron a la prohibición del UFFI en el estado estadounidense de Massachusetts , [18] [19] y Connecticut en 1981. [20] En 1982, la Comisión de Seguridad de Productos de Consumo de EE. UU. prohibió el UFFI en todo el país, [21] pero esta prohibición fue revocada en 1983. [22] [23] UFFI fue prohibido en Canadá en 1980, y sigue vigente. [24]

Ver también

Referencias

  1. ^ Usos del formaldehído
  2. ^ ab Guo, Yanle; Zhang, Min; Liu, Zhiguang; et al. (2018). "Modelado y optimización de la síntesis de fertilizantes de urea-formaldehído y análisis de los factores que afectan estos procesos". Informes científicos . 8 (1). Springer Science and Business Media LLC: 4504. doi :10.1038/s41598-018-22698-8. ISSN  2045-2322. PMC  5852125 . PMID  29540771.
  3. ^ H.Deim; G. Matías; RA Wagner (2012). "Resinas amínicas". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a02_115.pub2. ISBN 978-3527306732.
  4. ^ Ver:
    • Tollens, B. (1884) "Ueber einige Derivate des Formaldehyds" (Sobre algunos derivados del formaldehído), Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft , 17  : 653–659. En la página 659, Tollens menciona de pasada: "... , aus Harnstoff und Formaldehyd hat dagegen Dr. Hölzer ein festes, schwer lösliches Derivat erhalten". (… por el contrario, a partir de urea y formaldehído el Dr. Hölzer obtuvo un derivado sólido, casi insoluble.)
    • B. Tollens (1896) "Ueber den Metileno-Harnstoff" (Sobre la metileno-urea), Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft , 29 (3): 2751–2752. Ni Hölzer ni Tollens se dieron cuenta de que la urea y el formaldehído se estaban polimerizando.
    En 1896, Carl Goldschmidt investigó más a fondo la reacción. También obtuvo un precipitado amorfo, casi insoluble, pero no se dio cuenta de que se estaba produciendo una polimerización; Pensó que dos moléculas de urea se combinaban con tres moléculas de formaldehído:
    • Goldschmidt, Carl (1896) "Ueber die Einwirkung von Formaldehyd auf Harnstoff" (Sobre el efecto del formaldehído sobre la urea), Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft , 29 (3): 2438–2439.
    • Goldschmidt, C. (1897) "Ueber die Einwirkung von Formaldehyd auf Harnstoff", Chemiker-Zeitung , 21 (46): 460.
    Goldschmidt había sugerido que la reacción podría usarse para medir la urea, por lo que en 1897, Hermann Thoms (1859-1931) de Berlín investigó más a fondo la reacción: H. Thoms (1897) "Über Harnstoffbestimmung mittelst Formaldehyds" (Sobre la determinación de urea mediante formaldehído), Berichte der Deutschen Pharmaceutischen Gesellschaft , 7  : 161-168. En la página 168, Thoms sugirió que la urea y el formaldehído podrían estar formando un polímero: "( vielleicht auch ein Polymeres dieser Zusammensetzung )" (quizás también un polímero de esta composición).
  5. ^ Meyer, Carl: Resinas de urea formaldehído: 1979: Addison-Wesley
  6. ^ Ver:
    • H. John "Verfahren zur Herstellung von Kondensationsprodukten aus Formaldehyd und Harnstoff bzw. Thioharnstoff oder anderen Harnstoffderivaten" (Proceso para la producción de productos de condensación a partir de formaldehído y urea o tiourea u otros derivados de urea), patente austriaca 78.251, 9 de octubre de 1919.
    • H. John, "Proceso para la fabricación de productos de condensación de formaldehído y carbamida o derivados de carbamida", Patente de Gran Bretaña 151.016, 16 de enero de 1922.
    • Hanns John, "Manufactura de producto de condensación de aldehído capaz de utilización técnica", Patente de EE.UU. 1.355.834, 19 de octubre de 1920.
  7. ^ Van Gend & Loos contra la Administración de Impuestos Internos de los Países Bajos
  8. ^ Brady, George S.; Clauser, Henry R.; Vaccari, A. John (1997). Manual de materiales (14ª ed.). Nueva York, Nueva York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-007084-4.
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  23. ^ "Se levanta la prohibición de UFFI". Comisión de Seguridad de Productos de Consumo de EE. UU. 25 de agosto de 1983 . Consultado el 23 de noviembre de 2023 .
  24. ^ "Prohibición canadiense del aislamiento de espuma de urea formaldehído". Salud Canadá. 2 de septiembre de 2010 . Consultado el 23 de noviembre de 2023 .

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