Poliuretano: Historia, estructura química y tipos

¿Qué es el poliuretano? Una descripción general

El poliuretano es un material sintético popular que se utiliza para producir una variedad de productos. Este material está clasificado como un polímero orgánico. Los polímeros son moléculas compuestas por largas cadenas de unidades llamadas monómeros. Una sustancia orgánica es aquella que contiene carbono unido covalentemente a otras moléculas. Por tanto, los polímeros orgánicos son largas ramas de monómeros con una cadena principal (o “columna vertebral”) que contiene moléculas de carbono.

La producción de poliuretano requiere una reacción química entre poliol y diisocianato. Los polioles son alcoholes con al menos dos grupos hidroxilo. Los diisocianatos se utilizan principalmente en la producción de productos de poliuretano y comúnmente se describen como “componentes básicos” en la fabricación de productos químicos.

Los poliuretanos son versátiles porque se presentan en diversas formas y se utilizan en una amplia gama de productos. Algunos tipos de poliuretanos incluyen espuma de poliuretano (a menudo utilizada como aislamiento) y selladores de poliuretano (a menudo utilizados para sellar productos de madera). Estos y otros ejemplos de poliuretano se analizan con más detalle más adelante en esta lección.

Historia del poliuretano

Como uno de los materiales más populares utilizados en la fabricación, puede resultar difícil imaginar un mundo sin poliuretano. Sin embargo, el poliuretano no existía antes de 1937, cuando fue creado inicialmente por un químico alemán, el Dr. Otto Bayer. Este polímero orgánico versátil se utilizó por primera vez en la fabricación durante la Segunda Guerra Mundial para producir productos resistentes al desgaste asociado con las actividades en tiempos de guerra. Además, el poliuretano era un componente importante de los materiales diseñados para proteger a las personas del peligroso gas mostaza.

En la década de 1950, el poliuretano se estaba convirtiendo en un producto disponible comercialmente. Inicialmente se utilizó como producto aislante, en la producción de calzado y en la fabricación de muebles. La invención de la licra (un material de poliuretano utilizado para fabricar telas ajustadas y elásticas, como mallas o pantalones de yoga) hizo del poliuretano un ingrediente cada vez más popular en la fabricación de prendas de vestir en las décadas de 1960 y 1970. Durante los siguientes 40 a 50 años, la popularidad del poliuretano siguió aumentando como material de fabricación en la industria automotriz, de suministros médicos, de prendas de vestir y muchas otras industrias. Hoy en día, los productos de poliuretano generan ventas por valor de más de mil millones de dólares sólo en los Estados Unidos.

¿De qué está hecho el poliuretano?

Recuerde que el material de poliuretano se crea cuando se produce una reacción entre el poliol (un alcohol multihidroxilado) y el diisocianato (un bloque de construcción común en la fabricación de productos químicos compuesto por dos isocianatos). Hay dos formas de diisocianatos más utilizados en la producción de poliuretano. El diisocianato de tolueno se utiliza principalmente para fabricar materiales blandos, flexibles o incluso líquidos, mientras que el diisocianato de metileno difenilo se utiliza para producir poliuretanos rígidos y resistentes.

Para producir poliuretanos se utilizan varios catalizadores (sustancias que aceleran o controlan la velocidad de una reacción). Las aminas (compuestos orgánicos que contienen nitrógeno, a menudo de amoníaco) se utilizan a menudo como catalizadores porque dan como resultado la producción de dióxido de carbono. Esto es necesario para la calidad de espuma del poliuretano deseada en los materiales aislantes. Las sustancias organometálicas (como zinc, bismuto, estaño, etc.) son otros catalizadores comúnmente utilizados debido a su baja toxicidad. Después de que el poliol y el diisocianato reaccionan, los polímeros de poliuretano resultantes constan de capas de resina y enlaces de uretano. Las resinas son polímeros líquidos, mientras que los uretanos son plásticos versátiles.

Estructura química del poliuretano

La estructura del poliuretano aparece como un material reticulado con segmentos duros y blandos alternados. Los materiales reticulados son aquellos que tienen enlaces repetidos para unir cadenas de polímeros. Microscópicamente, esto le da al poliuretano una apariencia tejida. Los poliuretanos con un mayor número de segmentos blandos serán más flexibles, mientras que un mayor número de segmentos duros dará como resultado un producto más firme. La temperatura influye en gran medida en las propiedades estructurales de las sustancias de poliuretano. Las temperaturas extremadamente altas y bajas pueden afectar las propiedades termoendurecibles del poliuretano. Como termoestable se refiere a la fijación permanente de un producto después de calentarlo, esto puede dar como resultado diferentes patrones reticulados para el producto terminado.

Tipos de poliuretano

Diversos métodos de producción y materiales utilizados en la fabricación dan como resultado diferentes tipos de poliuretanos. Algunos ejemplos de tipos de poliuretano incluyen:

• Espuma de poliuretano: producto de poliuretano expandible utilizado para crear materiales aislantes.
• Poliuretano flexible: los tipos más populares de poliuretano utilizados en la producción de muebles, ropa de cama y automóviles.
• Recubrimientos y adhesivos de poliuretano: productos de poliuretano líquido utilizados para proteger o conectar otros materiales.
• Poliuretanos termoplásticos: poliuretanos que se pueden fundir y procesar en la forma deseada, comúnmente utilizados en la fabricación de calzado.
• Aglutinantes: que mantienen unidos otros materiales y se pueden encontrar en OSB (tableros de fibra orientada), que es un material popular a base de madera que se utiliza en la construcción.
• Poliuretano rígido: un material comúnmente utilizado en artesanías como material falso para macetas o para aislar paredes y tuberías, también denominado a veces espuma de poliuretano rígida.

Aplicaciones del poliuretano

El poliuretano es un material increíblemente útil con infinitas posibilidades de aplicación. La mayoría de las producciones manufactureras actuales dependen de este polímero versátil como componente para producir bienes. Por ejemplo, el poliuretano se utiliza en las siguientes industrias:

• Prendas de vestir: el poliuretano se ha utilizado junto con el nailon para crear textiles elásticos y como sustituto del cuero.
• Construcción: como componente de aislamientos, materia prima y selladores.
• Carpintería: por ejemplo, como sellador o en material OSB.
• Envío y embalaje: los productos enviados están acolchados con poliuretanos para evitar daños durante el tránsito.
• Médico: se han incorporado materiales de poliuretano en coberturas para heridas, cintas médicas y vendajes.

Resumen de la lección

El poliuretano es un polímero orgánico popular que se utiliza en una variedad de entornos de fabricación. Un polímero orgánico es una sustancia que aparece como monómeros repetidos con una cadena que contiene carbono. El poliuretano se crea a partir de la reacción entre un poliol y un diisocianato. Los polioles son alcoholes que contienen múltiples hidroxilos, mientras que el diisocianato se forma a partir de dos isocianatos que se utilizan como componente básico en la fabricación de productos químicos. La producción de poliuretano a menudo depende de varios catalizadores, que son materiales que aceleran o controlan la velocidad de esta reacción. El producto resultante es un material reticulado formado por enlaces de resina (polímeros líquidos) y uretano (plástico versátil).

Los poliuretanos se han convertido en materiales de fabricación cada vez más populares desde su invención original a finales de la década de 1930. Vienen en una variedad de tipos que incluyen espumas de poliuretano, poliuretanos flexibles, revestimientos y adhesivos de poliuretano, poliuretanos termoplásticos y aglutinantes, entre otros. Estos productos se pueden utilizar para crear espumas aislantes, muebles, selladores de madera, zapatos y materiales de construcción a base de madera, respectivamente. Muchos métodos de fabricación dependen de productos de poliuretano, y juntos estos materiales generan más de mil millones de dólares al año en ingresos sólo en los Estados Unidos.