Qumica del poliuretano

El poliuretano es por lo general la mezcla de dos componentes o sistema bicomponente,

el A y el B, en una proporcin estequiomtricamente definida por el qumico que disea
la frmula. Existen adems poliuretanos monocomponentes, como por ejemplo los
habitualmente usados en la industria de la construccin.

Componente A
Consiste en el Poliol: una mezcla cuidadosamente formulada y balanceada de glicoles
(alcoholes de elevado peso molecular). Se encuentran en mezcla con agentes espumantes
y otros aditivos tales como aminas, siliconas, agua, propelentes y catalizadores
organometlicos; condicionan la reaccin y dan las caractersticas a la espuma final. La
apariencia es como miel viscosa y puede tener un fuerte olor amoniacal.

Componente B
El componente B es una mezcla de isocianatos, a veces prepolimerizados (pre-iniciado),
con un contenido de grupos NCO que puede variar desde el 18 al 35% en funcionalidad.
Algunos son de color caf, muy viscosos (3000-5000 cps-Viscosmetro Brookfield), y
otros son casi transparentes y fluidos. En ocasiones son mantenidos en atmsfera seca de
nitrgeno. Tienen adems propiedades adhesivas muy apreciadas, por lo que tambin
sirven de aglomerantes para fabricar bloques poli-material. Un ejemplo de aplicacin
sorprendente es su uso para aglomerar piedras y formar rompeolas para proteger costas.

Reactividad
La reactividad se puede observar en una simple inspeccin visual y, en el caso de las
espumas, est dividida en los siguientes tiempos, medidos en segundos:

Tiempo de crema: 5-15 s. Formacin de monmeros y polmeros.

Tiempo de hilo: 30-70 s. Estructuracin, formacin de redes cristalinas.

Tiempo de subida: Finalizacin de la expansin.

Tacto libre: 10-50 s. Formacin de piel, finalizacin de la reaccin. La superficie

del material deja de ser adhesiva.

El isocianato y el poliol, al mezclarse, ocasionan una serie de reacciones qumicas que

conducen a enlaces de uretanos, poliuretanos, alofanatos, ureas modificadas, cianatos
prepolmeros etc. En total unas 17 reacciones qumicas simultneas, en que el paquete de
catalizadores hace que se tome una direccin preferente u otra.

Se genera una exotermia que puede elevar la temperatura hasta ms de 100 C, que hace
que el propelente en disolucin en el poliol se convierta en un gas. La reaccin de
isocianato con agua genera dixido de carbono. Por el calor generado, parte del agua se
convierte en vapor. Todo esto hace que expanda la mezcla, formndose pequeas celdas
despus del gelado o cremado. Aunque las celdas de CO2 son parte del reticulado, se
entremezclan con las que contienen fluorocarbonos para efectos de estabilidad
dimensional.
Algunos polioles llevan componentes antiflama que hace que sean retardantes de llama.
En algunos pases es obligatorio el uso de este componente para determinadas
aplicaciones, y son clasificados bajo normas de seguridad.
Las celdas se van formando a medida que se alcanza el tiempo de hilo, para finalizar en
el tiempo de Tack free (tacto libre).
Los propelentes son fluorocarbonos modificados ecolgicamente tales como el R-141 B,
el R-245FA, o el ciclopentano, que cumplen el Protocolo de Montreal para la
preservacin de la capa de ozono atmosfrico. Evidentemente tambin se utiliza agua y,
en menor medida, dixido de carbono. El fren-11 (R-11), as como otros
organoclorados, fueron descartados hace aos debido a su incidencia en la capa de
ozono.
Al terminar la reaccin qumica, la espuma de poliuretano contiene millones de celdas
irregulares, que -segn sea la formulacin usada- son las que al final le dan las
caractersticas de aislamiento trmico, resilencia, acsticas, etc.
Una espuma de poliuretano tiene un coeficiente de transferencia trmica de
aproximadamente 0,0183 unidades BTU de transferencia de calor.
La estabilidad dimensional es un aspecto muy importante en la calidad de la espuma
formada: muchas veces ha sucedido que frmulas de polioles mal balanceadas, exceso de
agua, o mezclas poliol/isocianato deficientes, producen una contraccin del polmero,
pandendose y perdiendo su forma. La mezcla poliol/isocianato debe ser
estequiomtricamente balanceada. En general la mezcla est en un 10% sobre lo
estequiomtrico para mayor seguridad; una mezcla mayor en poliol y menor en
isocianato lleva a espumas blandas e inestables, mientras que un exceso de isocianatos
conduce a espumas ureicas (poliuretanos PIR).
La industria del poliuretano mueve millones de dlares / euros en todo el mundo, y los
especialistas en el tema son escasos y muy valorados.
El principal mercado para el poliuretano rgido es la industria del aislamiento trmico
(refrigeradores, etc.); en segundo lugar, las industrias de los poliuretanos flexibles
(colchones, asientos, etc.).
Un porcentaje menor se usa para moldeado de piezas de automviles, partes de
vehculos, elementos de decoracin, etc.

Comparacin del coeficiente de conductividad trmica

entre diferentes materiales
Material
Chapa de
Aluminio
Hormign
Vidrio plano
Ladrillo macizo
Tejas (plana)
Yeso placas
Hormign
liviano
Nieve
compactada
Madera (pino)
Lana de vidrio
Lana de vidrio
Lana de vidrio
Lana de vidrio
Lana de vidrio
Lana de vidrio
Poliuretano
rgido
Poliuretano
proyectado

Densidad (kg/m)

Conductividad
trmica (W/mK)

2.700

2,04

2.400
2.500
1.600
1.800
1.000

1,63
0,81
0,81
0,76
0,44

1.000

0,36

300

0,23

700
11
15
35
50
70
100

0,17
0,041
0,038
0,038
0,032
0,031
0,032

35

0,020

30

0,024

Fuente: Norma IRAM 11601. (Argentina)

Poliuretano termoplstico
Artculo principal: Poliuretano Termoplstico

Es un elastmero termoplstico, que no requiere de vulcanizacin para su proceso; al

contrario, puede ser conformado mediante los procesos habituales para termoplsticos,
como inyeccin, extrusin y soplado. El Poliuretano Termoplstico, TPU (Thermoplastic
Polyurethane), se caracteriza por su alta resistencia a la abrasin, al desgaste, al desgarre,
al oxgeno, al ozono y a las temperaturas muy bajas.
El Poliuretano Termoplstico se forma por la reaccin de tres materias primas
principales, que son:
a. Polioles. (Dioles de cadena larga)
b. Diisocianatos.
3

c. Dioles de cadena corta.

Polioles e isocianatos son, a su vez, polmeros.
Los TPU, al igual que los termoplsticos en general, tambin pueden contener aditivos o
cargas para conferir propiedades especiales: plastificantes, ignifugantes, fibras, etc.

Estructura qumica
Los polioles de cadena lineal y larga, as como los dioles de cadena lineal y corta,
reaccionan con los diisocianatos para formar un polmero semicristalino de estructura
lineal (por eso es termoplstico), en el cual la unin de los polioles a los diisocianatos
componen la parte amorfa (segmento flexible), y la unin de los dioles de cadena corta
con los diisocianatos dan lugar a la parte cristalina (segmento rgido).
El tipo de materia prima, as como las condiciones de la reaccin, determinan las
propiedades del producto final obtenido. El Poliuretano Termoplstico se puede producir
a partir de dos familias de polioles:
a. Polioles de base polister.
b. Polioles de base politer.
Dependiendo de las familias de materias primas que se utilicen, los TPU tienen las
siguientes caractersticas generales:
Polioles de base polister.
a. Muy buenas propiedades mecnicas.
b. Resistencia a la temperatura.
c. Resistencia a los aceites minerales y a los lquidos hidrulicos.
Polioles de base politer.
a. Mayor resistencia a la hidrlisis.
b. Mayor flexibilidad a bajas temperaturas.
c. Resistencia a los microorganismos.
Isocianatos. Si en lugar de los habituales diisocianatos aromticos, los polioles se
combinan con diisocianatos alifticos, la caracterstica del TPU que mas mejora es la
solidez a la luz.

Propiedades del Poliuretano termoplstico

Granza o pellets de poliuretano termoplstico (TPU).

El Poliuretano termoplstico es un elastmero que se caracteriza por:
1. Alta resistencia al desgaste y a la abrasin.
2. Alta resistencia a la traccin y al desgarre.
3. Muy buena capacidad de amortiguacin.
4. Muy buena flexibilidad a bajas temperaturas.
5. Alta resistencia a grasas, aceites, oxgeno y ozono.
6. Es tenaz.
7. Excelente recuperacin elstica, especialmente cuando se ha reticulado con
aditivivos especficos (reticulantes).
8. Solidez a la luz (alifticos).

Procesos de conformado
Se puede procesar por los mtodos de conformado empleados para los termoplsticos,
como son: moldeo por inyeccin, moldeo por soplado, moldeo rotacional (rotomoldeo) y
extrusin. En los cuatro casos hay ciertas peculariedades distintas a los termoplsticos
estndar, por lo que informarse bien antes de procesar es fundamental.

Aspecto
Siendo un polmero semicristalino, dependiendo de su grado de cristalinidad puede
mostrase desde muy transparente hasta completamente opaco. Transparente si es muy
amorfo y opaco si el grado de cristalinizacin es alto. Tanto la formulacin, como el
proceso de polimeracin y la posterior transformacin durante la fabricacin de las
piezas, influyen en el grado de cristalinidad final y, por tanto, en el aspecto.
Puede mostrarse como un elastmero muy blando hasta muy duro. El rango de durezas
existente desde el ao 2009 va desde shore 35 A hasta shore 78 D.
La baja viscosidad de la masa fundida hace que copie muy bien los detalles del molde,
por ello el TPU es muy apreciado cuando se quiere obtener con un elastmero
termoplstico superficies blandas con estructura superficial muy detallada.
Adems, los tipos blandos y sin plastificantes (dureza shore entre 55 A y 80 A) tienen un
tacto suave, pero tambin seco, por lo que su hptica es excepcional. Tanto, que su uso
desplaza desde el ao 2008 a las lacas tipo "soft" para mejorar sustancialmente la
durabilidad de las piezas. En estos casos el TPU se aplica sobremoldeando por inyeccin

un sustrato rgido adecuado o bien "recubrindolo" con un film de poliuretano

termoplstico previamente extrusionado.

Aplicaciones
Entre sus aplicaciones se encuentran:

Recubrimiento de cables para robots, para sistemas de seguridad del automvil y

otros cables especiales.

Mangueras, tubos y perfiles flexibles, para mquinas y aparatos.

Fibra elstica textil, empleadas en ropa (deportiva y de bao) y aplicaciones

industriales, tanto de tejidos como de no tejidos (non wowen).

Lminas y pelculas, para embalaje y para impermeabilizaciones de ropa y

colchones, dada su permeabilidad al vapor de agua.

Componentes para automvil, tanto soft touch en el habitculo como piezas del
chasis y compartimento motor. Pomos de cambio de marchas, recubrimiento de
tiradores de puerta y consola central, topes de amortiguadores, conectores y
fijaciones elctricas, antenas, taloneras y estribos, fuelles.

Artculos deportivos, suelas y otros componentes de calzado deportivo, por

ejemplo botas de ftbol y botas de esqu.

Suelas de calzado, tanto de moda como calzado profesional, y tapetas para

tacones.

Ruedas para maquinaria, juntas, cribas, topes de amortiguacin y mangos de

herramientas.

Placas de asiento para ferrocarril.

Artculos para agricultura, ganadera y pesca. Crotales para marcado de animales.

Reciclaje
Este material puede ser reciclado, al igual que los dems termoplsticos. Puede ser
identificado con el siguiente smbolo:
Otros

El Poliuretano Termoplstico es tambin reciclable, al igual que otros termoplsticos,

como el Polietileno, Polipropileno o Poliestireno.

LUZ ESTEFANIA VAZQUEZ ESPINOZA.