Los poliuretanos (PUR) fueron introducidos comercialmente en 1954. Son plásticos extremadamente versátiles y disponibles en una variedad de formas tales como espumas rígidas o flexibles, elastómeros sólidos, adhesivos y selladores. Por esta razón ocupan un importante lugar dentro del mercado mundial de polímeros sintéticos de alta performance.
Uretano
Los uretanos se enlazan dando poliuretano
Los poliuretanos son preparados al hacer reaccionar dos componentes: un poliol y un isocianato. Mientras que el isocianato siempre deriva de fuentes petroquímicas, el poliol tiene el potencial de ser biobasado en algunas aplicaciones y puede ser generado a partir de aceites vegetales (NOP: Natural Oil Polyols) extraídos del ricino, la soja o el girasol. Se estima que el uso de NOP frente a polioles convencionales produce una reducción del 36% de emisiones asociadas al calentamiento global, del 61% en el uso de energía no renovable y un 23% de demanda total energética.
Obtención
Los poliuretanos son producidos por la reacción de poliadición de un isocianato (que puede ser di o polifuncional) con un diol o poliol (un alcohol con más de dos grupos hidroxilo en su molécula), resultando en la formación de un polímero lineal o ramificado. Durante el proceso pueden agregarse otros agentes químicos tales como extensores de cadena o aditivos como catalizadores.
Los isocianatos pueden ser aromáticos o alifáticos, y los más comunes para la manufactura de poliuretanos son:
- Diisocianato de tolueno (TDI) [CH3C6H3(NCO)2]
- Isocianato de difenilmetileno (MDI) [OCNC6H4CH2C6H4NCO],
- Isocianato polimérico (PMDI)
El TDI y el MDI pueden ser preparados a partir de diaminas de bajo costo.
Los polioles convencionales pueden ser poliésteres o poliéteres, siendo éstos últimos los de mayor uso.
Polioles basados en aceite de ricino: El aceite de ricino contiene un 87-90% de ácido ricinoleico que es un ácido triglicérido y puede usarse como poliol para la producción de poliuretano. Asimismo puede ser transesterificado con compuestos tales como la glicerina para obtener mayores grupos funcionales hidroxilos, aumentando de esta manera las aplicaciones posibles para este compuesto.
Trigliceridos del ácido ricinoleico
El aceite de ricino es el único poliol derivado de un aceite natural disponible comercialmente que es producido directamente por fuentes naturales y que no requiere de tratamiento químico previo para su uso (a diferencia de los polioles extraídos de la soja o del girasol).
Polioles poliéster con componentes biobasados: Los polioles poliéster fueron los primeros polioles usados al inicio del desarrollo del poliuretano y pueden ser producidos por policondensación de polioles di y trifuncionales con ácidos dicarboxílicos o sus anhídridos. Los polioles biobasados más comunes son:
- 1,2-etilén-glicol
- propanodiol
- 1,4-butanodiol
- 1,6-hexanodiol
- Glicerol
Ácidos dicarboxílicos o sus anhídridos incluyen ácidos biobasados como el ácido succínico o el ácido adípico. Polioles poliéster de bajo costo también pueden ser generados a partir de materiales de recuperación, como por ejemplo los ácidos de deshecho en la fabricación de nylon.
Ejemplo de un proceso de fabricación de poliuretano biobasado: En el proceso de producción de espumas flexibles de poliuretano (Metzeler Schaum) se usa un poliol basado en aceite de girasol. El ácido triglicérido es primero hidroxilado por epoxidisación, rompiendo su estructura de anillo. Luego, el poliol y un isocianato (TDI o MDI) se llevan a un reactor en presencia de un catalizador en medio acuoso. Aquí ocurren dos reacciones simultáneas: el isocianato reacciona con el poliol para formar poliuretano y, a su vez, el isocianato reacciona con el agua generando poliurea y dióxido de carbono (que actúa como agente espumante). Finalmente el producto es enfriado durante 48 horas para luego proceder a la terminación final. La relación entre el aceite de girasol y el peso del producto es de aproximadamente 25%.
Propiedades
Las propiedades físicas y químicas de los poliuretanos varían dentro de un gran rango, dependiendo del monómero constituyente y de las condiciones de la reacción de conformación.
En comparación con los PUR basados en polioles poliéter, los PUR basados en polioles poliéster son más resistentes a los aceites, las grasas, los solventes y la oxidación. Poseen mejores propiedades relacionadas a la resistencia a la tensión, fatiga, abrasión, adhesión y estabilidad dimensional. Por otra parte, los PUR basados en polioles poliéster son más sensibles a la hidrólisis y al ataque microbiológico. El uso de largas cadenas de polioles en la producción de polioles poliéster resulta en PUR de mayor flexibilidad y estabilidad hidrolítica.
Aplicaciones
El PUR actualmente se utiliza en un amplio rango de aplicaciones. Mientras que el área de aplicación de industrias y aislación es de difícil acceso para PUR biobasados, otros sectores ofrecen mejores oportunidades a corto-mediano plazo: transporte (ej.: asientos para autos), mobiliario y agricultura, entre otros.
El PUR derivado del aceite de ricino es usado con excelentes propiedades tales como la estabilidad hidrolítica, absorción de golpes o aislamiento eléctrico. Se los ha encontrado bastante útiles para la fabricación de goma espuma (flexible, semirígida o rígida) resistente a la humedad y con flexibilidad al cambio de temperatura.
Empresas productoras a nivel mundial
Empresa |
Ubicación |
Producto |
Nombre comercial |
|---|---|---|---|
Cargill-Dow |
EE.UU. |
PUR Soja |
Renuva(BiOH) |
Bayer |
Alemania |
PUR |
Baytherm |
Urethane Soy System |
EE.UU. |
PUR Soja |
SoyMatrix(Soyol) |
BASF |
Alemania |
PUR Ricino |
Lupranol Balance |
Metzeler Schaum |
Alemania |
PUR girasol |
Rubex Nawaro |