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EL POLIURETANO (PUR)

Los poliuretanos son polímeros muy versátiles que pueden ser utilizados enDiferentes aplicaciones. Se preparan por reacción de un isocianato, un macroglicol (tipo poliéster o poliéter) y un extendedor de cadena (que puede ser un glicol o una amina); adicionalmente también se pueden incluir otros aditivos, tales como cargas y resinas de diferente naturaleza. A pesar de ser frecuente la presencia de grupos amina o carboxilo en su formulación, las propiedades más relevantes de estos polímeros provienen de la existencia de grupos uretano.

El poliuretano (PUR) es un polímero que se obtiene mediante condensación de di-bases hidroxílicas combinadas con disocianatos. Los poliuretanos se clasifican en dos grupos, definidos por su estructura química, diferenciados por su comportamiento frente a la temperatura. De esta manera pueden ser de dos tipos: termoestables o termoplásticos (poliuretano termoplástico, según si degradan antes de fluir o si fluyen antes de degradarse, respectivamente).

Los poliuretanos termoestables más habituales son espumas, muy utilizadas como aislantes térmicos y como espumas resilientes. Entre los poliuretanos termoplásticos más habituales destacan los empleados en elastómeros, adhesivos selladores de alto rendimiento, pinturas, fibras textiles, sellantes, embalajes, juntas, preservativos, componentes de automóvil, en la industria de la construcción, del mueble y múltiples aplicaciones más.

El poliuretano es representado por el siguiente símbolo:

CARACTERÍSTICAS:En este grupo se incluyen una enorme variedad de plásticos tales como: Policarbonatos (PC); Poliamidas (PA); Poliuretanos (PUR); Acrílicos (PMMA); Resinas fenólicas (PH) y varios más, ya que se puede desarrollar un tipo de plástico para cada aplicación específica.

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ESTRUCTURA QUÍMICA

Los poliuretanos componen la familia más versátil de polímeros que existe. Pueden ser elastómeros y pueden ser pinturas. Pueden ser fibras y pueden ser adhesivos. Aparecen en todas partes. El nombre asignado de poliuretanos viene de que su cadena principal contiene enlaces uretano.

Enlace Uretano

Los poliuretanos forman parte de los llamados polímeros termoestables, estos se caracterizan por tener cadenas poliméricas entrecruzadas, formando una red tridimensional que no funde. Esto los diferencia de los polímeros termoplásticos. Además los poliuretanos polimerizan irreversiblemente con calor o presión formando una masa rígida y dura. Los poliuretanos son los polímeros mejor conocidos para hacer espumas. Pero los poliuretanos son más que espumas.

Uniones uretano en un polímero

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Un poliuretano puede ser cualquier polímero que contenga un enlace uretano en su cadena principal.Cuando se hace reaccionar monómeros con una funcionalidad mayor que dos, se forma un polímero termoestable. Un ejemplo de esto es la reacción de los diisocianatos con un glicerol, o con ésteres poliglicólicos. Por lo visto anteriormente se puede decir que los poliuretanos se sintetizan haciendo reaccionar diisocianatos con dialcoholes. A continuación se presenta un ejemplo.

Reacción de dialcohol con diisocianato

A veces, el dialcohol se sustituye por una diamina y el polímero que obtenemos es una poliurea, porque contiene más bien un enlace urea, en lugar de un enlace uretano. Pero generalmente se los llama poliuretanos, porque probablemente no se venderían bien con un nombre como poliurea.

Reacción de diamina con diisocianato

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Los poliuretanos son capaces unirse perfectamente por enlace por puente de hidrógeno y así pueden ser muy cristalinos. Por esta razón se utilizan a menudo para hacer copolímeros en bloque con polímeros de estructura similar al caucho. Estos copolímeros en bloque tienen características de elastómeros termoplásticos.

Los poliuretanos pueden ser de dos tipos, flexibles o rígidos, dependiendo del número de -OH que tengan. Los rígidos se obtienen cuando el diisocianato se hace reaccionar con poliglicoles. Los poliuretanos flexibles se consiguen utilizando trioles obtenidos a partir del glicerol y del óxido de propileno. También se puede usar el óxido de etileno, aunque se prefiere el propileno porque le da mayor resistencia a la humedad. Un elastómero termoplástico poliuretánico es el Spandex, que DuPont vende bajo el nombre comercial Lycra. Tiene enlaces urea y uretano en su cadena. Lo que le confiere al spandex sus características especiales, es el hecho de que en su estructura tiene bloques rígidos y flexibles. La cadena polimérica corta de un poliglicol, de generalmente cerca de cuarenta unidades de longitud, es flexible y parecida al caucho. El resto de la unidad de repetición, es decir el estiramiento con los enlaces uretano, los enlaces urea y los grupos aromáticos, es extremadamente rígido. Esta sección es tan fuerte que las secciones rígidas de diversas cadenas se agrupan y se alinean para formar fibras. Obviamente, son fibras inusuales, pues los dominios fibrosos formados por los bloques rígidos están unidos entre sí por las secciones flexibles parecidas al caucho. El resultado es una fibra que actúa como elastómero. Esto permite que logremos una tela capaz se estirarse, ideal para la ropa de gimnasia y similares.

Spandex o Lycra

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COMPONENTES DE LA FORMULACIÓN DE POLIURETANOS.

Los reactivos que se utilizan en la síntesis de los poliuretanos son muy variados, lo cual permite una gran versatilidad en su preparación. Los componentes más habituales que intervienen en la formulación de un poliuretano son:

Dialcoholes

Un dialcohol es un compuesto orgánico que está compuestos por dos grupos Alcohol (-O-H) y que tendrán características magnificas para ser polimerizados.A continuación se muestran los polialcoholes más usados para la obtención de poliuretanos.

A partir de ácido atípico

El ácido adípico es un ácido carbónico. Los polialcoholes de poliéster hecho a partir de ácidos adípicos son productos importantes para la producción de poliuretano. Los poliuretanos a base de polialcoholes de poliéster tienen en general excelentes propiedades mecánicas. Tanto la estabilidad hidrolítica como la elasticidad de los poliuretanos hechos de polialcoholes de poliéster son inferiores que los poliuretanos hechos de polialcoholes de poliéteres.

A partir de ácido adípico

A partir de ácido caproláctico

Los polialcoholes de poliéster hechos a partir del caproláctico tienen en general una baja viscosidad y una mejor estabilidad hidrolítica.

A partir de ácido hexanoico

El ácido hexanoico es un ácido carbónico. Los polialcoholes de poliéster hechos a partir de ácido hexanoico son un importante producto intermedio para la producción de poliuretanos.

A partir de ácido maleico

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El ácido maleico es un ácido carbónico. Los polialcoholes de poliéster hechos a partir de ácido maleico son un importante producto intermedio para la producción de poliuretanos.

A partir del ácido maleico

A partir de ácido ftálico

El ácido ftálico es un ácido carbónico. Los polialcoholes de poliéster hechos a partir de ácido ftálico son un importante producto intermedio para la producción de poliuretanos.

A partir de ácido tereftálico

El ácido tereftálico es un ácido carbónico. Son muy usados en la producción de poliuretanos como planchas y fibras sintéticas.

A partir del ácido tereftálico

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A partir de PEG

El PEG (polietilenglicol) es un polialcohol de polieter. A causa de la estabilidad hidrolítica del polieter, el PEG es usado para elementos flexibles como espumas, elastómeros, adhesivos, etc.

A partir del polietilenglicol

A partir de PPG

El PPG (polipropilenglicol) es un polialcohol de polieter. A causa de la estabilidad hidrolítica del polieter, el PPG es usado para elementos flexibles como espumas, elastómeros, adhesivos, etc

A partir del polipropilenglicol

A partir de PTMEG

Los PTMEG (politetrahidrofuranos) es entre otros el nombre común para el politetrametileneterglicol. Los poliuretanos de PTMEG tienen muy buenas propiedades mecánicas y tiene estabilidad hidrolítica.

A partir del PTMEG

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Nota 1: Los polialcoholes de poliéster nos dan poliuretanos flexibles. Comparados con los poliuretanos hechos de poliéteres, estos van a ser menos estables hidrolíticamente y tendrán una reducida elasticidad. Los productos hechos con polialcoholes de poliéster a menudo se aprovechan de las buenas propiedades mecánicas.

Nota 2: Los polialcoholes con grupos amina en lugar de alguno de los grupos alcohol son muy reactivos.

Nota 3: Los alcoholes con un solo grupo -OH se usan para bajar el peso molecular de los poliuretanos. Van a cambiar las propiedades de los poliuretanos a los que se le añade.

Diisocianatos

Un diisocianato es un compuesto orgánico que está compuestos por dos grupos Cianatos (-N=C=O) y que tendrán características magnificas para ser polimerizados.Hay muchísimos diisocianatos diferentes pero a continuación se exponen los más importantes para formar poliuretanos.

H12MDI

El 4,4 '-diisocianato diciclohexilmetano (H12MDI o MDI hidrogenado) es una importante materia prima para la producción de dispersiones de poliuretano, prepolímeros y elastómeros de poliuretano resistentes a la luz y al amarillamiento.

H12MDI

HDI

Hexilmetileno o hexileno diisocianato. Se usa en la producción de poliuretanos. Es un líquido incoloro con un olor agudo. Se pueden obtener productos estables a la luz con estos isocianatos alifáticos.

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IPDI

Isopronon diisocianato se usa para obtener adhesivos de poliuretanos o ropa de poliuretano y además, algún elastómero de poliuretano. Es alifático y por lo tanto estable a la luz y menos reactivo que el MDI y el TDI.

MDI

Entre el TDI y el HDI está el MDI. Es uno de los diisocianatos más importante técnicamente; el cual en adicción a di-,tri- y polialcoholes genera muy buenos poliuretanos. Hay dos clases: el 2,4-MDI y el 4,4-MDI.

TDI

La mezcla del 2,4- y el 2,6-toluoldiisocianato es un importante material básico para la producción de poliuretano. Los áreas de uso son las espumas, los elastómeros, bases de lacas, ropas y adhesivos. Dependiendo del campo de utilización la mezcla entre ambos será de diferentes proporciones.

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TMXDI

TMXDI es una abreviación para el 1,3-diisocianato-1-metiletilbenceno, que brinda estabilidad a la luz.

TODI

Es un diisocianato para la producción de poliuretanos de alta calidad y de propiedades tan peculiares como elevadas propiedades mecánicas incluso a altas temperaturas, además de buenas resistencias al corte, rasguño y las abrasiones.

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Síntesis de poliuretanos

Los poliuretanos se van a formar a partir de una polimerización por condensación de los dos componentes principales (dialcohol y un diisocianato) y con un iniciador que podrá ser el DABCO o el (CH3)2SO2.

Mediante una molécula llamada diazobiciclo octano (DABCO) se lograr que ambos polimericen.

El DABCO es un agente nucleófilo, es decir, tiene un par de electrones no compartidos a que atacan el núcleo. Recordar que los electrones tienen cargas negativas y que los núcleos de los átomos tienen cargas positivas. Las cargas negativas y positivas se atraen. Por lo tanto los electrones del DABCO encuentran el núcleo en los hidrógenos alcohólicos del dialcohol. Estos hidrógenos son vulnerables porque se encuentran unidos a átomos de oxígeno. El oxígeno es electronegativo, o sea que atrae hacia sí los electrones de otros átomos. Esto deja descompensada la carga positiva de sus núcleos. Los electrones que podrían compensar esa carga positiva con sus propias cargas negativas, fueron atraídos por el oxígeno. Por lo tanto quedó una ligera carga positiva sobre el hidrógeno.

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De modo que los electrones del DABCO forman un enlace por puente de hidrógeno entre el hidrógeno (alcohol) y el nitrógeno (DABCO). Este enlace por puente de hidrógeno deja una carga positiva parcial sobre el nitrógeno, y más importante aún, una carga parcial negativa sobre el oxígeno. Esta carga parcial negativa activa mucho más al oxígeno. De modo que se vuelve muy reactivo.Este oxígeno tiene un exceso de electrones, de modo que reaccionará con algo que se encuentre deficiente de electrones. Si se observa el isocianato, veremos que el carbono del grupo isocianato se sitúa justo en el medio de dos elementos electronegativos como el oxígeno y el nitrógeno. Esto quiere decir que dicho carbono se verá muy pobre en electrones. Por ello, el oxígeno reacciona con él. Arroja un par de electrones sobre ese carbono y se establece un enlace.

De hecho, esto desplaza un par electrónico del doble enlace carbono-nitrógeno. Este par se sitúa sobre el nitrógeno, confiriéndole una carga negativa. Mientras tanto el oxígeno, que cedió un par electrónico, quedará con una carga positiva.Esta carga negativa hace al nitrógeno muy inestable. Por ello cede (para estabilizarse) el par de electrones al átomo de hidrógeno del alcohol. Esto forma un enlace entre ese hidrógeno y el nitrógeno.

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Los electrones que el hidrógeno había compartido con el oxígeno ahora pertenecen sólo al oxígeno. Esto elimina esa carga positiva que portaba el oxígeno. Cuando todo esto termina, se obtiene una nueva clase de dímero de uretano.Este dímero de uretano tiene un grupo alcohol en un extremo y un grupo isocianato en el otro, de modo que puede reaccionar ya sea con un dialcohol o con un diisocianato para formar un trímero. O puede reaccionar con otro dímero, o un trímero, o aún oligómeros más grandes. De esta forma, monómeros y oligómeros se combinan y combinan hasta que obtener un poliuretano de alto peso molecular.

Llegados a este punto, hay que decir que no sólo reaccionan los monómeros, sino también los dímeros, trímeros y así sucesivamente. Esto nos habla de una polimerización por crecimiento en etapas. Además, debido a que no se producen pequeñas moléculas como subproductos, se trata de una polimerización por adición.A veces, en lugar de emplear una molécula pequeña de un diol como el etilenglicol, se usa un poliglicol de un peso molecular mucho mayor.

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Esto conduce a un polímero dentro de otro polímero, por así decirlo, y obtenemos:

ADITIVOS

Existen otras sustancias que, sin ser catalizadores propiamente dichos, están muy relacionadas con estos. Entre dichas sustancias se incluyen las siguientes:

Activadores: Son sustancias que no poseen propiedades catalíticas, pero q ue pueden aumentar notablemente la actividad de los catalizadores.

Inhibidores: Son sustancias que tienen la propiedad de retardar reacciones que comportan simultáneamente reticulación y gelificación.

Venenos catalíticos: son sustancias ajenas a la reacción que pùeden inhibir la accion catalitica durante el inicio o el transcurso de la misma.

La adicion de cualquiera de estos reactivos debe realizarse asegurándose una buena mezcla y homogeneización con los isocianatos, macroglicoles y otros aditivos.

Emulsionantes: son sustancias que se añaden al diol durante la preparación de un poliuretano para facilitar una mezcla homogenea de los catalizadores, estabilizantes, pigmentos y cargas.

Estabilizantes: son tensioactivos que estabilizan la estructura celular del poliuretano y que mejoran el aspecto externo del polimero.

Pigmentos: se utilizan para colorear los polurietanos. En su eleccion conviene considerar los siguientes aspectos:

Resistencia a la luz solar (puesto que esta degrada los poliuretanos)

Deben ser pulverulentos

Evitar aquellos que puedan interferir en la reacción de reticulacion del poliuretano y por tanto modificar su estructura o la accion del catalizador.

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Excluir los pigmentos que puedan degradarse frente a isocianatos o por acción del calor producido durante la preparación de los poliuretanos alrededor de los 100 ºc.

Cargas inorgánicas: se pueden añadir en cantidades inferiores al 10% del peso de macrogricol sin modificar las propiedades finales del poliuretano. La adicción de cargas provoca un aumento de la viscosidad y de densidad, y dificulta la homogenización de la mezcla. Las cargas más idóneas son la sílice, mica y algunos carbonatos. Además reducen el coste del polímero.

Plastificantes: son aceites de silicona que modifican la viscosidad y otras propiedades de los adhesivos del poliuretano.

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Propiedades principales

La mayoría de los poliuretanos son termoestables aunque existen algunos poliuretanos termoplásticos para algunas aplicaciones especiales.

Posee un coeficiente de transmisión de calor muy bajo, mejor que el de los aislantes tradicionales, lo cual permite usar espesores mucho menores en aislaciones equivalentes.

Mediante equipos apropiados se realiza su aplicación "in situ" lo cual permite una rápida ejecución de la obra consiguiéndose una capa de aislación continua, sin juntas ni puentes térmicos.

Su duración, debidamente protegida, es indefinida.

Tiene una excelente adherencia a los materiales normalmente usados en la construcción sin necesidad de adherentes de ninguna especie.

Tiene una alta resistencia a la absorción de agua.

Muy buena estabilidad dimensional entre rangos de temperatura desde -200 ºC a 100 ºC.

Refuerza y protege a la superficie aislada.

Dificulta el crecimiento de hongos y bacterias.

Tiene muy buena resistencia al ataque de ácidos, álcalis, agua dulce y salada, hidrocarburos, etc.

Propiedades físicas

Aunque es evidente que las propiedades físicas dependen mucho del proceso de fabricación aquí hay ejemplos de ciertos compuestos.

Densidad D-1622 Kg./m3 32 40 48Resistencia Compresión D-1621 Kg./cm2 1.7 3.0 3.5Módulo compresión D-1621 Kg./cm2 50 65 100Resist. Tracción D-1623 Kg./cm2 2.5 4.5 6Resist. Cizallamiento C-273 Kg./cm2 1.5 2.5 3Coef Conductividad C-177 Kcal/m.hºC 0.015 0.017 0.02Celdas cerradas D-1940 % 90/95 90/95 90/95Absorción de agua D-2842 g/m2 520 490 450

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Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas dependen de la medida de su peso volumétrico; a medida que este aumenta, aumenta su propiedad de resistencia. Los pesos volumétricos más usuales se hallan comprendidos entre 30 y 100 kg/m3, dentro de estos límites se obtienen los siguientes valores:

Resistencia a la tracción entre 3 y 10 (Kp./cm2)

Resistencia a la compresión entre 1,5 y 9 (Kp./cm2)

Resistencia al cizallamiento entre 1 y 5 (Kp./cm2)

Módulo de elasticidad entre 40 y 200 (Kp./cm2)

Resistencia a los productos químicos

El poliuretano es resistente al agua potable, al agua de lluvia y al agua de mar, las soluciones alcalinas diluidas, los ácidos diluidos, los hidrocarburos alifáticos como por ejemplo la gasolina normal, el carburante diesel, el propano, el aceite mineral, así como los gases de escape y el aire industrial (SO2). Es condicionalmente resistente (hinchamiento o encogimiento) a los siguientes productos: los hidrocarburos clorados, las acetonas y los éteres, no es resistente a los ácidos concentrados.

Comportamiento ignífugo

En el sector de la construcción se emplean exclusivamente materias primas que dan lugar a una espuma sintética autoextinguible. Mediante la combinación de una capa cubriente incombustible se alcanza el predicado (difícilmente inflamable), según DIN 4102.

Poder adhesivo

Una propiedad particularmente interesante del poliuretano es para el empleo como material de construcción por su adhesión a diferentes materiales. Durante la fabricación la mezcla experimenta su estado intermedio pegajoso y en virtud de la fuerza adhesiva propia, automática y excelentemente se adhiere al papel, al cartón y al cartón asfaltado para techos, así como a las maderas, a las planchas de fibras duras y de virutas prensadas, a la piedra, al hormigón, al fibrocemento, a las superficies metálicas y a un gran número de materias plásticas.

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Los poliuretanos tienen en general las siguientes características:

Excelente tenacidad.

Flexibilidad, alta capacidad de alargamiento.

Excelente relleno de holgura.

Puede pintarse una vez curado.

Excelente resistencia química.

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OBTENCION DEL POLIURETANO

La espuma rígida de poliuretano se obtiene cuando dos productos químicos -un diisosianato y un poliol- se mezclan en presencia de catalizadores y activadores adecuados.

En la aplicación de la espuma rígida por proyección la mezcla tiene lugar en una reducida cámara en la pistola proyectora. Desde cada uno de los tambores de los componentes, estos son impulsados por medio de bombas dosificadoras hasta la cámara de mezcla de la pistola.

Una vez mezclados los componentes, el calor liberado durante la reacción se emplea para vaporizar el agente de expansión, que es el causante de la transformación de la mezcla en espuma con un volumen aproximado de 25 veces el volumen de los componentes en estado líquido.

La densidad normal de la espuma está generalmente comprendida entre los 38 y 40 Kg/m³ y en virtud de la baja conductividad térmica del gas ocluido en las celdas de la espuma, proporciona un excelente grado de aislamiento térmico.

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MÉTODOS INDUSTRIALES DE POLIMERIZACIÓN.

Hay muchos procesos diferentes donde se producen los materiales plásticos industrialmente. Se utilizan como materiales de partida gas natural, petróleo y carbono para producir los productos químicos básicos para los procesos de polimerización. Estos productos químicos son entonces polimerizados mediante muchos procesos diferentes obteniéndose materiales plásticos en forma de gránulos, bolitas, polvos, o líquidos que son posteriormente procesados en productos acabados.

Técnicamente las reacciones de polimerización pueden efectuarse de diferentes maneras según la naturaleza del monómero y la utilización que se vaya a hacer del polímero.

Polimerización en masa.

El monómero líquido se polimeriza por la reacción del calor en presencia de un iniciador conveniente, pero en ausencia de disolvente. El medio reaccionante se hace cada vez más viscoso y puede solidificarse. Si partir de cierto grado de polimerización el polímero es insoluble en el monómero, se precipita.

Este procedimiento proporciona polímeros muy puros, pero bastante polidispersos, ya que la masa al hacerse más viscosa dificulta la agitación y el calentamiento uniforme. Además, las reacciones de polimerización, al ser exotérmicas, producen aceleraciones que a veces toman carácter explosivo.

Sin embargo, el método se emplea para obtener directamente el polímero con la forma de un molde. Con los monómeros de bajo punto de ebullición, la polimerización en masa se realiza en algunos casos, bajo presión, cómo en el caso del etileno que se lleva por encima de su temperatura crítica y es de hecho una polimerización en masa.

Polimerización en solución.

Permite realizar una reacción más regular. El polímero puede ser soluble en el disolvente o precipitar a partir de cierto grado de polimerización. En este último caso, la polimerización de la solución da polímeros con buena homogeneidad desde el punto de vista de los grados de polimerización. Este método exige sin embargo, una cantidad de disolvente bastante importan te, para limitar la viscosidad del medio. El disolvente debe ser eliminado enseguida del polímero y recuperado cuidadosamente para evitar un alto costo de fabricación. Este método tiene la ventaja de que se limita la temperatura de reacción con el punto de ebullición bajo, se obtienen polímeros de pesos moleculares muy elevados en el caso de polimerizaciones muy exotérmicas. Este tipo de polimerización se emplea sobre todo cuando el polímero final va a aplicarse en forma disuelta, como en el caso de adhesivos o barnices.

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Polimerización en emulsión.

Presenta la gran ventaja de sustituir por agua los disolventes costosos utilizados como medio de dispersión. Los monómeros al ser generalmente insolubles en agua o muy poco solubles, se emulsionan con agentes emulsificantes, y eventualmente en presencia de coloides protectores, reguladores de pH y de un iniciador soluble en el medio acuoso.

La iniciación de la polimerización está localizada en el medio acuoso y no en el interior o en la superficie de las gotitas del monómero. El crecimiento de las cadenas tiene lugar, muy probablemente, en el interior de las gotitas monómero-polímero. Incluso las reacciones de terminación se efectúan en ellas. Este será cedido al medio acuoso o a las gotas polímero-monómero a medida que el monómero se polimeriza. Efectivamente existe una disminución regular del volumen de las gotas del monómero, mientras que aumenta el volumen de las del polímero.

El resultado de la polimerización es un látex, emulsión acuosa del polímero, que se puede emplear directamente para ciertas aplicaciones. Es posible, igualmente, evaporar este látex y obtener el polímero sólido, eventualmente en forma pulverulenta. La polimerización en emulsión ha tenido un gran desarrollo técnico, sobre todo para la preparación de ciertos elastómeros (copolimeros butadieno - estireno). Sin embargo, tiene el in conveniente de dar polímeros difíciles de separar de las impurezas, correspondientes a los productos que facilitan la emulsión, que se añaden inicialmente en cantidades bastante importantes en el medio reaccionante, y que forman capas absorbidas de los granos de gran superficie especifica.

Polimerización en suspensión.

El monómero se dispersa en un medio acuoso, en gotitas relativamente gruesas (orden del milímetro), utilizándose como únicos agentes accesorios, un estabilizador, que impide la coalescencia de las gotitas y un agente tenso activo que regula su tamaño Al contrario de la polimerización en emulsión, el iniciador debe ser soluble en las gotas del monómero. Se utilizan principalmente peróxidos orgánicos y la polimerización no facilita la eliminación del calor desprendido. En el curso de la polimerización, la dimensión de las gotitas iniciales del monómero no cambia. La viscosidad de las gotas crece hasta que se hacen sólidas, más o menos elásticas, El polímero se presenta finalmente en forma de perlas fáciles de lavar y que retiene pocas impurezas debido a su pequeña superficie específica, es necesario sin embargo eliminar perfectamente el agente tensoactivo por medio de un electrolito fuerte.

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Poliuretano termoplástico

El Poliuretano Termoplástico es una de las variedades existentes dentro de los poliuretanos. Es un polímero elastómerico lineal y, por ello, termoplástico. No requiere vulcanización para su procesado, pero en el año 2008 se ha introducido un novedoso proceso para reticularlo. Este elastómero puede ser conformado por los procesos habituales para termoplásticos, como moldeo por inyección, extrusión y soplado. Se designa comúnmente como TPU (TPU, Thermoplastic Polyurethane). El Poliuretano Termoplástico se caracteriza por su alta resistencia a la abrasión, al desgaste, al desgarre, al oxígeno, al ozono y a las bajas temperaturas. Esta combinación de propiedades hace del Poliuretano Termoplástico un plástico de ingeniería; por esta razón, se utiliza en aplicaciones especiales.

Polimerización

El Poliuretano Termoplástico se forma por la reacción de tres materias primas principales, que son:

a. Polioles. (Dioles de cadena larga)

b. Diisocianatos.

c. Dioles de cadena corta.

Polioles e isocianatos son, a su vez, polímeros.

Los TPU, al igual que los termoplásticos en general, también pueden contener aditivos o cargas para conferir propiedades especiales: plastificantes, ignifugantes, fibras, etc.

Estructura química

Los polioles de cadena lineal y larga, así como los dioles de cadena lineal y corta, reaccionan con los diisocianatos para formar un polímero semicristalino de estructura lineal (por eso es termoplástico), en el cual la unión de los polioles a los diisocianatos componen la parte amorfa (segmento flexible), y la unión de los dioles de cadena corta con los diisocianatos dan lugar a la parte cristalina (segmento rígido).

El tipo de materia prima, así como las condiciones de la reacción, determinan las propiedades del producto final obtenido. El Poliuretano Termoplástico se puede producir a partir de dos familias de polioles:

a. Polioles de base poliéster.

b. Polioles de base poliéter.

Dependiendo de las familias de materias primas que se utilicen, los TPU tienen las siguientes características generales:

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Polioles de base poliéster

a. Muy buenas propiedades mecánicas.

b. Resistencia a la temperatura.

c. Resistencia a los aceites minerales y a los líquidos hidráulicos.

Polioles de base poliéter

a. Mayor resistencia a la hidrólisis.

b. Mayor flexibilidad a bajas temperaturas.

c. Resistencia a los microorganismos.

Isocianatos

Si en lugar de los habituales diisocianatos aromáticos, los polioles se combinan con diisocianatos alifáticos, la característica del TPU que mas mejora es la solidez a la luz.

Propiedades del Poliuretano termoplástico

El Poliuretano termoplástico es un elastómero que se caracteriza por:

1. Alta resistencia al desgaste y a la abrasión.

2. Alta resistencia a la tracción y al desgarre.

3. Muy buena capacidad de amortiguación.

4. Muy buena flexibilidad a bajas temperaturas.

5. Alta resistencia a grasas, aceites, oxígeno y ozono.

6. Es tenaz.

7. Excelente recuperación elástica, especialmente cuando se ha reticulado con aditivivos específicos (reticulantes).

8. Solidez a la luz (alifáticos).

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Procesos de conformado

Moldeo por inyección

Se puede procesar por los métodos de conformado empleados para los termoplásticos, como son: moldeo por inyección, moldeo por soplado y extrusión. En los tres casos hay ciertas peculiaridades distintas a los termoplásticos estándar, por lo que informarse bien antes de procesar es fundamental.

En ingeniería, el moldeo por inyección es un proceso semicontinuo que consiste en inyectar un polímero, cerámico o un metal en estado fundido (o ahulado) en un molde cerrado a presión y frío, a través de un orificio pequeño llamado compuerta. En ese molde el material se solidifica, comenzando a cristalizar en polímeros semicristalinos. La pieza o parte final se obtiene al abrir el molde y sacar de la cavidad la pieza moldeada.

El moldeo por inyección es una técnica muy popular para la fabricación de artículos muy diferentes. Sólo en los Estados Unidos, la industria del plástico ha crecido a una tasa de 12% anual durante los últimos 25 años, y el principal proceso de transformación de plástico es el moldeo por inyección, seguido del de extrusión. Un ejemplo de productos fabricados por esta técnica son los famosos bloques interconectables LEGO y juguetes Playmobil, así como una gran cantidad de componentes de automóviles, componentes para aviones y naves espaciales.

Los polímeros han logrado sustituir otros materiales como son madera, metales, fibras naturales, cerámicas y hasta piedras preciosas; el moldeo por inyección es un proceso ambientalmente más favorable comparado con la fabricación de papel, la tala de árboles o cromados. Ya que no contamina el ambiente de forma directa, no emite gases ni desechos acuosos, con bajos niveles de ruido. Sin embargo, no todos los plásticos pueden ser reciclados y algunos susceptibles de ser reciclados son depositados en el ambiente, causando daños al medio ambiente.

La popularidad de este método se explica con la versatilidad de piezas que pueden fabricarse, la rapidez de fabricación, el diseño escalable desde procesos de prototipos rápidos, altos niveles de producción y bajos costos, alta o baja automatización según el costo de la pieza, geometrías muy complicadas que serían imposibles por otras técnicas, las piezas moldeadas requieren muy poco o nulo acabado pues son terminadas con la rugosidad de superficie deseada, color y transparencia u opacidad, buena tolerancia dimensional de piezas moldeadas con o sin insertos y con diferentes colores.

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El principio del moldeo

El moldeo por inyección es una de las tecnologías de procesamiento de plástico más famosas, ya que representa un modo relativamente simple de fabricar componentes con formas geométricas de alta complejidad. Para ello se necesita una máquina de inyección que incluya un molde. En este último, se fabrica una cavidad cuya forma es idéntica a la de la pieza que se desea obtener y para su tamaño se aplica un factor de contracción el cual se agrega en las medidas de la cavidad para que al enfriarse la pieza moldeada se logren las dimensiones deseadas. La cavidad se llena con plástico fundido, el cual se solidifica, manteniendo la forma moldeada.

Los polímeros conservan su forma tridimensional cuando son enfriados por debajo de su Tg —Temperatura de transición vítrea - y, por tanto, también de su temperatura de fusión para polímeros semicristalinos. Los polímeros amorfos, cuya temperatura útil es inferior a su Tg, se encuentran en un estado termodinámico de pseudoequilibrio. En ese estado, no existen movimientos de rotación y de relajación (desenredo de las cadenas) del polímero. Es por esta causa que, en ausencia de esfuerzos, se mantiene la forma tridimensional. Los polímeros semicristalinos poseen, además, la característica de formar cristales. Estos cristales proporcionan estabilidad dimensional a la molécula, la cual también es —en la región cristalina— termodinámicamente estable. La entropía de las moléculas del plástico disminuye drásticamente debido al orden de las moléculas en los cristales.

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Maquinaria

Las partes más importantes de la máquina son:

Unidad de inyección

La función principal de la unidad de inyección es la de fundir, mezclar e inyectar el polímero. Para lograr esto se utilizan husillos de diferentes características según el polímero que se desea fundir.

El estudio del proceso de fusión de un polímero en la unidad de inyección debe considerar tres condiciones termodinámicas:

1.Las temperaturas de procesamiento del polímero.

2.La capacidad calorífica del polímero Cp [cal/g °C].

3.El calor latente de fusión, si el polímero es semicristalino.

El proceso de fusión necesita de un aumento de la temperatura del polímero, que resulta del calentamiento y la fricción de este con la cámara y el husillo. La fricción y esfuerzos cortantes son básicos para una fusión eficiente, dado que los polímeros no son buenos conductores de calor. Un incremento en temperatura disminuye la viscosidad del polímero fundido; lo mismo sucede al incrementar la velocidad de corte. Por ello ambos parámetros deben ser ajustados durante el proceso. Existen, además, cámaras y husillos fabricados con diferentes aleaciones de metales, para cada polímero, con el fin de evitar el desgaste, la corrosión o la degradación. Con algunas excepciones como el PVC, la mayoría de los plásticos pueden utilizarse en las mismas máquinas.

La unidad de inyección es en origen una máquina de extrusión con un solo husillo, teniendo la cámara calentadores y sensores para mantener una temperatura programada constante. La profundidad del canal del husillo disminuye de forma gradual (o drástica, en aplicaciones especiales) desde la zona de alimentación hasta la zona de dosificación. De esta manera, la presión en la cámara aumenta gradualmente. El esfuerzo mecánico, de corte y la compresión añaden calor al sistema y funden el polímero más eficientemente que si hubiera únicamente calentamiento, siendo ésta la razón fundamental por la cual se utiliza un husillo y no una autoclave para obtener el fundido.

Una diferencia sustancial con respecto al proceso de extrusión es que durante la dosificación el husillo retrocede transportando el material hacia la parte anterior de la cámara. Es allí donde se acumula el polímero fundido para ser inyectado. Esta cámara actúa como la de un pistón; el husillo entonces, se comporta como el émbolo que empuja el material. Tanto en inyección como en extrusión se deben tomar en cuenta las relaciones de PvT (Presión, volumen, temperatura), que ayudan a entender cómo se comporta un polímero al fundir.

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Unidad de cierre

Es una prensa hidráulica o mecánica, con una fuerza de cierre suficiente para contrarrestar la fuerza ejercida por el polímero fundido al ser inyectado en el molde. Las fuerzas localizadas pueden generar presiones del orden de cientos de MPa, que sólo se encuentran en el planeta de forma natural únicamente en los puntos más profundos del océano.

Si la fuerza de cierre es insuficiente el molde tenderá a abrirse y el material escapará por la unión del molde. Es común utilizar el área proyectada de una pieza (área que representa perpendicularmente a la unidad de cierre el total de la cavidad) para determinar la fuerza de cierre requerida, excluyendo posibles huecos o agujeros de la pieza.

Donde:

F = Fuerza (N)Pm = Presión media (Pa)Ap = Área proyectada (m2)

El parámetro fundamental para dimensionar una unidad de cierre es su fuerza para mantener el molde cerrado. Usualmente se da este valor en toneladas (t). Otros parámetros importantes en una unidad de cierre son: la distancia mínima entre placas, la distancia máxima de apertura, las dimensiones de las placas y la distancia entre columnas, la carrera del sistema de expulsión. Estos datos se utilizan para dimensionar los moldes

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El molde (también llamado herramienta) es el espacio donde se genera la pieza; para producir un producto diferente, simplemente se cambia el molde, al ser una pieza intercambiable que se atornilla en la unidad de cierre. Existen varios tipos de molde, para inyectar plásticos, metal, etc.

Molde

Las partes del molde son:

Cavidad: es el volumen en el cual la pieza será moldeada.

Canales o ductos: son conductos a través de los cuales el polímero fundido fluye debido a la presión de inyección. El canal de alimentación se llena a través de la boquilla, los siguientes canales son los denominados bebederos y finalmente se encuentra la compuerta.

Canales de enfriamiento: Son canales por los cuales circula refrigerante (el más común agua) para regular la temperatura del molde. Su diseño es complejo y específico para cada pieza y molde, esto en vista de que la refrigeración debe ser lo más homogénea posible en toda la cavidad y en la parte fija como en la parte móvil, esto con el fin de evitar los efectos de contracción diferencial. Cabe destacar que al momento de realizar el diseño de un molde, el sistema de refrigeración es lo último que se debe diseñar.

Barras expulsoras: al abrir el molde, estas barras expulsan la pieza moldeada fuera de la cavidad, pudiendo a veces contar con la ayuda de un robot para realizar esta operación.

Comúnmente se utiliza el acero bonificado (templado y revenido) que algunos lo conocen como acero P20, debido a la norma americana AISI. Este acero es un material que se puede pulir fácilmente, ya que se puede trabajar en el estado de suministro (tornear, fresar, etc.), tiene una dureza similar a la de los aceros 705 y 709.Este material es ideal como molde ya que es efectivo con cualquier tipo de plástico corrosivo.

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Control de parámetros

Los parámetros más importantes para un proceso de inyección son los siguientes.

Ciclo de moldeo

En el ciclo de moldeo se distinguen 6 pasos principales (aunque algunos autores llegan a distinguir hasta 9 pasos):

1. Molde cerrado y vacío. La unidad de inyección carga material y se llena de polímero fundido.

2. Se inyecta el polímero abriéndose la válvula y, con el husillo que actúa como un pistón, se hace pasar el material a través de la boquilla hacia las cavidades del molde.

3. La presión se mantiene constante para lograr que la pieza tenga las dimensiones adecuadas, pues al enfriarse tiende a contraerse.

4. La presión se elimina. La válvula se cierra y el husillo gira para cargar material; al girar también retrocede.

5. La pieza en el molde termina de enfriarse (este tiempo es el más caro pues es largo e interrumpe el proceso continuo), la prensa libera la presión y el molde se abre; las barras expulsan la parte moldeada fuera de la cavidad.

6. La unidad de cierre vuelve a cerrar el molde y el ciclo puede reiniciarse.

PvT (relaciones de presión-volumen-temperatura)

En cualquier polímero, las relaciones entre presión, volumen y temperatura son muy importantes para obtener un proceso de inyección eficiente, ya que el volumen de un polímero aumenta al ascender la temperatura del mismo. El comportamiento de los polímeros amorfos y semicristalinos en el paso de enfriamiento es muy diferente, lo que debe ser tenido en cuenta si se quiere obtener una pieza de alta calidad.

Para diseño de equipo de proceso es necesario conocer las relaciones de PvT de lo polímeros que se utilizarán, en su forma final, es decir aditivados. A continuación se mencionan los parámetros más comunes para el inicio de las relaciones de PvT, basados en la ecuación de Flory:

α = Coeficiente de expansión térmicaβ = Compresibilidad isotérmica

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Y una ecuación empírica es:

Cuando

Las relaciones de PvT se utilizan en ingeniería de polímeros para lograr un sistema técnico que, basado en la teoría molecular, proporcione datos aplicados a los polímeros en estado fundido en un amplio rango de presión y temperatura. Esto se logra con datos empíricos concretos y limitados. Para determinar estas relaciones existen otras ecuaciones como la de Simha-Somcynsky, el modelo para fluidos de Sánchez y Lacombe y por supuesto, la ecuación de mayor éxito, la ecuación de Flory (Flory-Orwoll-Vrij).

Cristalización y deformación de la pieza al enfriarse (contracción)

Debe tenerse en cuenta que la razón de este fenómeno se debe al cambio de densidad del material, que sigue un propio comportamiento fisicoquímico, particular para cada polímero, y que puede ser isótropo o anisótropo.

De acuerdo con las relaciones de PVT anteriores, se infiere que la parte moldeada sufrirá una contracción, presentando cada polímero diferentes tipos de contracción; sin embargo, puede decirse que, en general, siguen las mismas ecuaciones para contracción isótropa:

Donde:

Lc = longitud de la cavidad

Lmp = longitud de la parte moldeada

Cv = contracción volumétrica

CL = contracción lineal

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Vc = Volumen de la cavidad

Vmp = Volumen de la parte moldeada

Los polímeros semicristalinos modificarán más su tamaño dependiendo de la temperatura en la cual se les permita cristalizar. Las cadenas que forman esferulitas y lamelas ocupan menos espacio (mayor densidad) que las cadenas en estado amorfo. Por ello, el grado de cristalinidad afecta directamente a la densidad final de la pieza. La temperatura del molde y el enfriamiento deben ser los adecuados para obtener piezas de calidad.

A continuación se enumeran algunos valores comunes de contracción en polímeros para inyección (para diseño de moldes es conveniente solicitar una hoja de parámetros técnicos del proveedor de polímeros para obtener un rango específico).

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Colada fría y caliente

Existen dos tipos de colada. La colada fría es el remanente de polímero solidificado que queda en los canales, y que es necesario cortar de la pieza final. La colada caliente mantiene al polímero en estado fundido para continuar con la inyección. Con esta técnica se ahorra una considerable cantidad de plástico, aunque presenta algunos inconvenientes: los pigmentos deben tener mayor resistencia a la temperatura, el polímero aumenta su historia térmica, el molde debe ser diseñado especialmente para esto, etc.

COLOR DE LA PIEZA

La coloración de las piezas a moldear es un paso crítico, puesto que la belleza de la pieza, la identificación y las funciones ópticas dependen de este proceso. Básicamente existen tres formas de colorear una pieza en los procesos de inyección:

1. Utilizar plástico del color que se necesita (precoloreados).

2. Utilizar un plástico de color natural y mezclarlo con pigmento en polvo o colorante líquido.

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3. Utilizar un plástico de color natural y mezclarlo con concentrado de color.

La elección cómoda y limpia es el uso del concentrado de color (en inglés Masterbatch), el cual se diseña con características de índice de fluidez y viscosidad acordes al polímero que se desea procesar. Con los concentrados de color se puede cambiar de un color a otro de manera rápida, sencilla y limpia. Los pigmentos en polvo presentan mayores problemas de coloración que los concentrados de color y estos más que los precoloreados; sin embargo, los precoloreados son los más caros y presentan una historia térmica mayor. Los problemas de procesamiento más comunes con relación al color de una pieza son: líneas de color más o menos intenso, puntos negros, ráfagas, y piel de naranja.

Los colores pueden ser opacos y, si el polímero es transparente, colores translúcidos. Es importante que el proveedor de los concentrados de color sea consciente de la aplicación final de la pieza, para utilizar pigmentos o colorantes que no migren a la superficie. En poliolefinas no debe utilizarse colorantes porque migran, un error muy común en la industria ya que son baratos, si bien este ahorro merma la calidad de la pieza y puede resultar en una reclamación por parte del cliente.

Los colores finales en la pieza pueden ser translúcidos, sólidos, pasteles, metálicos, perlados, fosforescentes, fluorescentes, etc. Algunos polímeros como el ABS son más difíciles de colorear que otros como el polietileno, por su alta temperatura de proceso y su color amarillento.

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Temperatura de proceso

Para inyectar un polímero, específicamente un termoplástico, es necesario conocer su temperatura de transición vítrea (Tg) y su temperatura de fusión de la región cristalina (Tm), si es un polímero semicristalino.

La temperatura de operación de cada termoplástico no es estándar, y varía según el proveedor (de acuerdo con el peso molecular, ramificación del polímero, polidispersidad y aditivos). Es por tanto necesario solicitarle una Hoja de Especificaciones donde se encuentre tanto el índice de fluidez como la temperatura de trabajo, que además es un rango de temperaturas, y la temperatura de degradación, con lo cual se obtiene un intervalo dentro del cual se puede trabajar el material eficientemente.

Dimensiones de la máquina

La efectividad de una máquina de inyección se basa en la cantidad de presión que esta pueda generar, por dos razones principales:

1. Incrementando la presión se puede inyectar más material

2. Incrementando la presión se puede disminuir la temperatura, que se traduce en menor costo de operación.

Las máquinas se venden dependiendo de su fuerza de cierre expresada en toneladas, y van desde 10 Ton las más pequeñas, hasta 3.000 Ton las de mayor capacidad.

Es aconsejable utilizar el cañón más largo posible si se necesita mezclar compuestos, y también hacer énfasis en el husillo adecuado. A continuación se muestra un husillo típico de laboratorio para polioleofinas:

Aunque las dimensiones de la máquina dependen principalmente de la cantidad de polímero que se necesita para llenar la pieza deseada, es común que los proveedores de máquinas vendan equipos más o menos estándares. Las principales características para determinar las dimensiones de una máquina son: la capacidad de cierre, dimensiones del molde, carrera o

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recorrido del molde, presión de inyección, capacidad volumétrica de inyección, características de plastificado y velocidad de inyección.

Flujo y diseño de flujo

Los polímeros son materiales cuyas viscosidades son muy altas, por lo que su flujo es lento y complicado. La razón de esto es que son cadenas muy largas de unidades más simples, a causa de lo cual los polímeros presentan una orientación con respecto al esfuerzo cortante al que han sido sometidos. En general, es conveniente eliminar lo más posible la orientación de las moléculas, propiedad que se contrapone a la rapidez de moldeo (y por tanto al costo). Sin embargo, si el estrés debido a una orientación extremadamente alta no se libera, la pieza se deformará al enfriarse o al calentar el material en su aplicación.

Ventilación y presión

Conforme el polímero avanza desde la entrada o tolva, va reduciendo el tamaño de sus gránulos por medios tanto mecánicos (fricción, compresión y arrastres) como térmicos (aumento en su temperatura interna), llegando al estado gomoso o fusión, dependiendo de si el material es amorfo o semicristalino. Conforme este material avanza, el aire presente experimenta un aumento de presión y generalmente escapa en dirección opuesta al avance del polímero. Si esto no ocurre, entonces es necesario abrir una compuerta de ventilación, igualándose de esta manera la presión generada a la presión atmosférica. Debido a las propiedades de viscosidad y de arrastre del polímero, sólo escapa mediante la ventilación una parte mínima de plástico.

El error más común con la ventilación es el añadir aditivos espumantes desde la tolva. Los espumantes generan gas, aire o agua que queda atrapado en células abiertas o cerradas del polímero. No obstante, si la presión disminuye a presión atmosférica, este gas generado escapa, resultando así un polímero sin

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espumar. Para una eficiente alimentación del espumante, éste debe ser añadido después de la ventilación o eliminar el mismo.

Moldeo por soplado

El moldeo por soplado es un proceso utilizado para fabricar piezas de plástico huecas gracias a la expansión del material. Esto se consigue por medio de la presión que ejerce el aire en las paredes de la preforma, si se trata de inyección-soplado, o del párison, si hablamos de extrusión-soplado.

Este proceso se compone de varias fases, la primera es la obtención del material a soplar, después viene la fase de soplado que se realiza en el molde que tiene la geometría final, puede haber una fase intermedia entre las dos anteriores para calentar el material si fuera necesario, seguidamente se enfría la pieza y por último se expulsa. Para facilitar el enfriamiento de la pieza los moldes están provistos de un sistema de refrigeración así se incrementa el nivel productivo.

Variantes del proceso

Moldeo por inyección-soplado

El moldeo por inyección-soplado consiste en la obtención de una preforma del polímero a procesar, similar a un tubo de ensayo, la cual posteriormente se calienta y se introduce en el molde que alberga la geometría deseada, en ocasiones se hace un estiramiento de la preforma inyectada, después se inyecta aire, con lo que se consigue la expansión del material y la forma final de la pieza y por último se procede a su extracción. En muchas ocasiones es necesario modificar el espesor de la preforma, ya sea para conseguir una pieza con diferentes espesores o para lograr un espesor uniforme en toda la pieza, pues en la fase de soplado no se deforman por igual todas las zonas del material. La ventaja de usar preformas consiste en que estas se pueden inyectar y almacenar, producir diferentes colores y tamaños, los cuales pueden hacerse en lugares distintos a donde se realizará el soplado. Las preformas son estables y pueden ser sopladas a velocidad alta según la demanda requerida.

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Moldeo por extrusión-soplado

El moldeo por extrusión soplado es un proceso de soplado en el que la preforma es una manga tubular, conformada por extrusión, llamada párison, el cual se cierra por la parte inferior de forma hermética debido al pinzamiento que ejercen las partes del molde al cerrarse, posteriormente se sopla, se deja enfriar y se expulsa la pieza. Con este proceso se pueden obtener contenedores de hasta 10.000 litros de capacidad sin embargo no se consiguen tolerancias demasiado estrechas. Se puede controlar el espesor del tubo extruido si se requiere con un equipo auxiliar de boquilla variable. También se puede realizar la extrusión de forma discontinua para determinadas formas de trabajo, para ello se utiliza un equipo auxiliar denominado acumulador que dosifica la carga de polímero en una cámara.

Moldeo por coextrusión-soplado

Mediante esta técnica de soplado se consigue productos multicapa. Esto puede interesar por diversas cuestiones como son; incluir diferentes caracteríasticas de permeabilidad, disminuir el costo de los materiales, al poder utilizarse materiales reciclados o de menor calidad, combinar características ópticas de los polímeros o crear efectos de colores iridiscentes. El párison extruido incluye todas las capas necesarias que en forma de tubo ingresan al molde, en la misma forma que el párison de monocapa. Además el control de espesor del párison se puede llevar a cabo al igual que en el proceso de extrusión-soplado.

Materiales a los que se aplica

Los materiales empleados para el proceso de soplado pertenecen a la familia de los termoplásticos. Esto se debe a que se necesita que el material tenga un comportamiento viscoso y se pueda deformar cuando tenga una temperatura determinada, pues de otra forma la presión ejercida por el aire inyectado no podría expandir el material por la cavidad del molde. Los principales

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termoplásticos utilizados dependen de la técnica empleada, para extrusión-soplado son; PEBD, PEAD, PVC-U, PS, PP, PA y ABS. Los utilizados en la técnica de inyección soplado son; todos lo empleados en extrusión-soplado y además el PE cristal y PET.

Geometrías obtenibles en las piezas

Las piezas obtenidas por este proceso son piezas huecas que no tienen un espesor constante debido a que la deformación del material no es igual en todas las zonas de la pieza. Además suelen ser piezas abiertas puesto que es necesaria una entrada para el aire (excepto en la técnica de “aire atrapado”). Por lo general las tolerancias obtenidas no suelen ser muy estrechas aunque son algo mejores si se utiliza la técnica de inyección-soplado aunque esto no suele ser un problema en la gran mayoría de las piezas. Además pueden fabricarse piezas de gran complejidad, debido a la ausencia de machos, que serían muy costosas de obtener por otro método.

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Equipos y utillaje

Los equipos que se utilizan en el proceso dependen de la técnica empleada. Si se trata de inyección-soplado se necesitará como mínimo; una inyectora, encargada de realizar la preforma inicial, un equipo calefactor para incrementar la temperatura de la preforma y llevar el material así a un estado plástico para poder deformarlo y por ultimo un equipo de soplado que se utilizará para inyectar el aire a presión. Si se trata de extrusión-soplado entonces se necesitará una extrusora, para la obtención del macarrón y un equipo de soplado para la inyección del aire, si el proceso lo requiere se añadirá un equipo calefactor. Además esta técnica requiere en algunas ocasiones un equipo auxiliar, el cual puede estar formado por un acumulador y/o una boquilla de orificio variable. El equipo acumulador está compuesto por una cavidad, encargada de almacenar la dosis requerida y un pistón cuyo objetivo es empujar el plástico fundido hacia el cabezal de la boquilla. Por otra parte la boquilla de orificio variable se utiliza para programar una extrusión con diferentes espesores.

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Aspectos económico-productivos

El proceso de moldeo por soplado tiene una productividad muy alta es de los procesos para plásticos más productivos que existen y en la actualidad está muy extendido. Esto se debe a que los tiempos de fabricación son realmente bajos, pues generalmente de todo el ciclo del proceso sólo el enfriamiento supone 2/3 de este y además, el enfriamiento no suele ser muy elevado, pues los espesores generalmente son muy delgados y la pieza enfría rápidamente. Si nos fijamos en lo que supone económicamente el proceso de soplado es un proceso rápidamente amortizable debido a que generalmente se dirige a la fabricación de grandes lotes. Teniendo en cuenta que aproximadamente un 40% del total del plástico se emplea para envase y embalaje y que dentro de ello solamente en botellas se emplea el 30% aproximadamente, podemos concluir con que el proceso de soplado constituye más del 12% del plástico total, lo que se traduce en el consumo de más de 300.000 toneladas anuales sólo en España.

Aplicaciones habituales

Este proceso se utiliza habitualmente para envases y contenedores, como botellas, garrafas sin asa, garrafas con asa hueca, bidones, etc. También pueden fabricarse piezas relativamente grandes, como toboganes o tanques de grandes dimensiones, sin embargo si el número de piezas no es muy elevado empieza a ser recomendable el moldeo rotacional, pues la inversión a realizar es bastante menor.

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La extrusión plástica

Normalmente usa astillas plásticas o pellets que están usualmente secas en un depósito de alimentación o tolva antes de ir al tornillo de alimentación (husillo). La resina del polímero es calentada hasta el estado de fusión por resistencias que se encuentran en el cañón de la extrusora y el calor por fricción proveniente del tornillo de extrusión (husillo). El husillo fuerza a la resina a pasar por el cabezal dándole la forma deseada (lámina, cilindrica, tiras, etc.). El material extruido se enfría y se solidifica ya que es tirado del troquel a un tanque de agua. En algunos casos (tales como los tubos de fibras-reforzadas), el material extruido es pasado a través de un largo troquel, en un proceso llamado pultrusión, o en otros casos pasa a través de rodillos de enfriamiento (calandria) para sacar una lámina de las dimensiones deseadas para termoformar la lámina.

Se usa una multitud de polímeros en la producción de tubería plástica, cañerías, varas, barras, sellos, y láminas o membranas.

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Aplicaciones industriales

Material de construcción

Los poliuretanos son una solución a la necesidad de materiales especiales en construcción. Los productos de poliuretano y las correspondientes tecnologías permiten una fabricación económica.

Los sistemas de construcción progresan y las necesidades de conservar la energía aumentan, la espuma rígida de poliuretano puede ser el producto óptimo para llegar a estos objetivos. Proporcionan el aislamiento más eficiente a disposición de la industria de la construcción y refrigeración. El poliuretano se combina fácilmente con los materiales de acabado superficial disponibles, ofreciendo la posibilidad de producir diferentes compuestos. Desde cámaras frigoríficas hasta generadores de energía (donde se debe eliminar cualquier posibilidad de condensación de agua en el techo), son algunos ejemplos. En la técnica de la calefacción y refrigeración los poliuretanos se usan para aislar tuberías, para el caso de tener que aislar grandes superficies se utiliza el método de aplicación por aspersión. La espuma rígida puede ser obtenida en forma de placas aislantes para techos y paredes o se puede inyectar para llenar cavidades. Ahí donde se requiera un aislamiento de baja conductividad, alta resistencia y bajo peso, se puede usar una espuma rígida de poliuretano.A diferencia de la espuma rígida, la espuma flexible de poliuretano posee una estructura celular abierta, es un material muy elástico, que cuando se retira la carga a la que haya sido sometida, recupera instantáneamente su forma original. Es un material sumamente ligero y con una alta permeabilidad al aire, escogiendo las materias primas en su fabricación y variando la formulación, podemos regular sus propiedades: la amortiguación, la característica elástica, la estructura celular, la densidad aparente y la dureza.

Campos de aplicación importantes se encuentran en las industrias fabricantes de asientos para coche, sillas y colchones, también se aplican para embalar equipos delicados, en artículos para hospitales, etc.

Adhesivos

Los poliuretanos se forman por un mecanismo en el que el agua reacciona (en la mayoría de los casos) con un aditivo formulado que contiene grupos isocianato. Al igual que en el caso de las siliconas, la molécula de agua ha de migrar al interior del adhesivo, donde se produce el enlace. Su comportamiento de curado es por ello el mismo que el de las siliconas, pero sin liberar

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subproductos al medio ambiente. La velocidad de curado también depende de la humedad relativa, al igual que en el caso de la silicona.Para conseguir la mejor y más duradera adhesión se recomienda el uso de productos apropiados de limpieza e imprimación (promotores de la adhesión). Se utilizan diferentes imprimaciones en función de los sustratos.La aplicación de espuma de poliuretano mediante spray no sólo brinda una excelente aislación térmica y anticondensante, sino también una perfecta impermeabilización. Esto se debe a que el 90% de las celdas son cerradas y actúan como una barrera continua a la penetración del agua. Mientras que en las cubiertas planas convencionales es preciso instalar por superposición gran número de capas, con diversas funciones para cada una, en los recubrimientos por proyección se utiliza, en principio, solo un material, que por su resistencia mecánica y su adherencia sobre toda la superficie, mejora la rigidez estructural de todo tipo de estructura.Este sistema tiene especial importancia para el saneamiento y la renovación de la protección termohidrófuga de techados deteriorados, como así también para edificaciones nuevas de hormigón o chapa.

Lacas, pinturas y esmaltes

Las lacas y pinturas de poliuretano se han convertido en una garantía de durabilidad, resistencia y belleza ampliamente aceptadas hoy.Los poliuretanos son una amplia variedad de polímeros con diferencia total en su composición y sus correspondientes propiedades. La multitud de estructuras y la posibilidad de diseñar polimeraciones está ligada a la necesidad que exija el fabricante de muebles o piezas en madera. Así, un mueble que tenga como protección pinturas de poliuretano garantiza su resistencia al calor, al rayado, a sustancias químicas y al manchado de agua, ya que revisten la pieza con una película de tal dureza, que en condiciones naturales puede mantener su estado original durante diez años sin ninguna alteración; que no es el caso de los otros productos que garantizan solo la mitad del tiempo.En la actualidad, aproximadamente el 95 por ciento de la industria nacional del mueble da sus acabados con catalizadas y la razón es su costo, son mucho más económicas que las de poliuretano. La causa de la diferencia de precios obedece a que las resinas que componen los productos de poliuretano son muy caras y encarecen considerablemente los productos. De aquí, que son pocas las empresas que fabrican muebles con acabados en poliuretano todavía aunque es una empresa en auge.

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No hay duda que las ventajas que ofrece el poliuretano superan ampliamente a otras del mercado que ofrecen un servicio similar. De hecho, las ventajas en resistencia a la abrasión y al rayado le permiten ser usado en pisos muy transitados sin que se deteriore por tráfico continuo. En la actualidad, el poliuretano se aplica con éxito en otros materiales como el metal. Los aviones, equipos, maquinaria y estructuras son recubiertos con esta película para protegerlos de los cambios bruscos de temperatura, aprovechando que su proceso de catálisis es por reacción química y no por contacto con el aire. En este momento la línea poliuretano ofrece una amplia gama de productos de acuerdo a la necesidad. Cada uno tiene una composición que puede mezclar hasta tres componentes y brindar distintos grados de dureza, brillo, resistencia a temperaturas e intemperie, agentes químicos y otros.

Tipos:

Lacas uretánicas de dos componentes para madera uso interior y exterior. Se componen de poliol elaborado a partir de resinas hidroxiladas que pueden ser acrílicas, poliestéricas libres de aceites y modificaciones, y endurecedor, elaborados a partir de TDI, MDI, IPDI y un glicol.

Barniz mono componente para pisos de madera. De excelente dureza y flexibilidad, elaboradas a partir de TDI - glicol. El secado de este se produce por reacción con la humedad ambiente la cual actúa como su catalizador.

Barniz alquídico - uretánico. Se elabora a partir de resinas alquídicas uretanizadas con TDI - IPDI y aceites tales como linaza y soya. Su manejo es muy generalizado en Europa y Estados Unidos para usos domésticos. Su resistencia es mucho menor a las anteriores e igualmente su costo, pero supera en cualidades físicas y químicas de secado a los esmaltes y barnices alquídicos disponibles en el mercado suramericano. Laca Exterior.

Tipo: Laca grado uretano, de un componente. Se recomienda para maderas expuestas a la intemperie como cabañas, puertas, ventanas.Propiedades y características: Excelente brillo, resistente al rayado, detergentes, abrasión, intemperie y solventes. Protege y embellece.

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Laca Intemperie.

Tipo: Laca en poliuretano de acabado. Todo tipo de madera. Puede utilizarse en exteriores e interiores. Protege objetos o accesorios de madera.Propiedades y características: Gran dureza y resistencia mecánica y química. Posee alto brillo, dejando superficies tersas con sólo dos o tres capas de pintura.

Laca Pisos

Tipo: Laca de poliuretano para máxima protección de pisos de madera en interiores.Propiedades y características: Protege contra la abrasión, solventes, soluciones ácidas, soda cáustica, productos químicos con un excelente brillo. No necesita encerar ni se craquela.

Lacas Bolos

Tipo: Laca dos componentes para máxima protección de pisos.Propiedades y características: Protege contra la abrasión resistiendo solventes y soluciones ácidas. Resiste cambios de temperatura conservando su brillo. Fácil mantenimiento. No se encera.

Selladores de dos y tres componentes

Para la aplicación de pinturas de poliuretano se utilizan los equipos tradicionales aunque es necesario acondicionarlos colocando trampas para agua o filtros sílicos, que tiene como función retener el agua que va del tanque a la pistola. En este sentido, los equipos HVLP son adecuados pues no presentan problemas de humedad. Los equipos de aire directo no son recomendables para la aplicación de este producto pues dan malos acabados y se registra en la aplicación un desperdicio de hasta un 40 por ciento. En materia de secado, el proceso puede hacerse al aire libre y preferiblemente en uno libre de contaminación. El resultado será mejor si se utilizan cámaras con una temperatura de 40 grados centígrados. Igualmente, se recomienda el transporte o manipulación pasadas 6 u 8 horas de secado.

Aplicaciones de los TPU (poliuretanos termoplásticos)

Los poliuretanos termoplásticos (TPU) poseen una estructura que les proporciona unas propiedades que otros tipos de polímeros no poseen y que los hacen muy útiles para aplicaciones de altas prestaciones:

Excelente resistencia a la abrasión.

Excelentes propiedades mecánicas, combinadas con gran elasticidad.

Gran resistencia al desgarre.

Muy buena resistencia a aceites y grasas.

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Muy buena elasticidad a bajas temperaturas.

Tradicionalmente los TPU se clasifican en dos grandes grupos en función de su naturaleza:

TPU basado en poliéter (generalmente politetrahidrofurano).

TPU basado en poliéster (generalmente derivado del ácido adípico).

El TPU basado en poliéter posee mejor resistencia a la hidrólisis, mejor resistencia a los microorganismos y mejor flexibilidad a bajas temperaturas. Por su parte, el TPU basado en poliéster presenta mejor resistencia a la termooxidación y mejor resistencia a los aceites y grasas.

Hay un nuevo TPU base poliéter para aplicaciones donde es necesaria una gran resistencia a la hidrólisis y TPU de diferente dureza basado en copolímero de poliéter que reúnen las mejores prestaciones de los TPU basado en poliéter y en poliéster: buena resistencia a la hidrólisis combinado con una buena resistencia a la termooxidación y excelentes propiedades mecánicas.

Nuevas tendencias y desarrollos:

Las mejores perspectivas para los TPU están centradas en el área entre el caucho convencional y los termoplásticos rígidos. Las aplicaciones tecnológicas y los nuevos diseños se esfuerzan para sacar provecho de sus propiedades únicas para crear productos innovadores a precios razonables.

TPU más blandos:

Por debajo de una dureza de 80 Shore A, los TPUs tienden a largos tiempos de ciclo de inyección y, consecuentemente, la producción es menos rentable. Estos productos se pueden obtener por la adición de plastificantes a TPUs más duros pero siempre es un compromiso por los problemas que dicho aditivo comporta (exudación y pérdida de propiedades mecánicas). Un mercado potencialmente interesante es el de TPUs blandos sin plastificantes para artículos que precisan altas propiedades mecánicas y buena resistencia a disolventes.

TPU con alta resistencia a la temperatura:

Los desarrollos en este campo son interesantes en dos sectores de aplicación:Films. El mercado requiere productos que, una vez procesados, posean un alto punto de fusión por estar en contacto continuado con zonas calientes. Es el caso de films de poliuretano utilizados en la industria del automóvil (para insonorización de motor). Juntas. Este sector requiere alta elasticidad y muy buena resistencia a la temperatura. La propiedad más valorada en este caso es el compression set, que debe ser

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lo más bajo posible a altas temperaturas. Los TPUs base policaprolactona copoliéster están especialmente recomendados para esta aplicación.

TPU altamente estables a la luz:

El amarilleo por exposición a la luz es un gran inconveniente en algunas aplicaciones. La utilización de combinaciones efectivas de absorbentes UV y el uso de isocianatos alifáticos permiten obtener TPUs con alta estabilidad a la luz. Estos productos presentan peores propiedades mecánicas y son más caros, pero son también buenos candidatos para aplicaciones biomédicas por su baja toxicidad. El reto está en obtener productos de alta calidad, con muy buena estabilidad a la luz y a precios competitivos.

TPU como alternativa al PVC plastificado. "Slush moulding":

Se trata de formulaciones especiales de TPU en polvo aplicadas por sinterización rotacional en la industria del automóvil. Se utiliza para recubrir partes interiores del automóvil que precisan tacto imitación a piel.

Fases del proceso:

Colocación del polvo en el molde previamente calentado.

Aplicación de vacío y rotación o vibración del molde para repartir el polvo uniformemente por su superficie caliente donde funde y la cubre en forma de piel.

Enfriado del molde.

Traspaso de la "piel" a la superficie de la pieza a recubrir (a menudo espuma de polietileno).

El producto aplicado por este sistema debe tener unos requisitos básicos:

Fusión homogénea.

Viscosidad del fundido adecuada.

Granulometría muy fina (50-500μm).

Fácil desmoldeo.

Alta resistencia a la luz.

Color estable.

El TPU, además, posee muy buena adhesión a la espuma de polietileno, se comporta mejor a temperaturas extremas y es más agradable al tacto que otros polímeros utilizados en esta aplicación.

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El deporte y los poliuretanos termoplásticos

Muchísimos fabricantes de artículos deportivos utilizan hoy en día los poliuretanos. Debido a su resistencia y duración, son ideales para las cámaras de aire que se utilizan en balones, cascos de ciclistas, y en productos laminados sobre tejido como los compensadores de lastrado para submarinistas, e incluso como capas antirasguños de las que se colocan en el fondo de las embarcaciones inflables. La resistencia a la tensión y a la abrasión de estos poliuretanos y su facilidad de fabricación explican su duradero rendimiento.

Las cámaras de aire que se usan en balones, cascos, calzados y otros equipos tienen que ser sólidas por mucho tiempo y mantenerse intactas contra "malos tratos" de todo tipo como golpes, presiones, estrujamientos y flexiones. Además de estos "malos tratos", tienen que resistir las inclemencias naturales, incluyendo las temperaturas extremas y la humedad. Los poliuretanos termoplásticos dan a estas cámaras de aire la necesaria resistencia a la tracción y al reventamiento, junto con la elasticidad y la flexibilidad que hacen falta para aguantar los golpes. Tienen una excelente resistencia a la fatiga por flexión y conservan sus propiedades en toda clase de condiciones excesivas, incluyendo calor y frío extremos. Y como no contienen plastificantes, conservan sus propiedades durante una larga vida útil.

Otra ventaja es su facilidad de fabricación. Es un material con el que se trabaja fácilmente, lo que simplifica la producción y reduce los costos. Puede fabricarse de muchas maneras: en sacabocados, o bien sellado a altas frecuencias, termopegado, formado en vacío, laminado en caliente o bien como adhesivo pegado con otros poliuretanos u otras materias. Puede estamparse o serigrafiarse. Las cámaras de aire de poliuretanos termoplásticos se suelen usar en balones de fútbol, de voleibol o de rugby y para conformar los cascos de ciclismo, los patines de hockey y el calzado de atletismo. Las cámaras de gel se usan para plantillas ortopédicas o antichoques en el calzado.

Otras aplicaciones deportivas, en las cuales se los utilizan, son las compresas de agua fría aplicadas a las heridas que sufren los atletas en las articulaciones. Este tipo de productos no sólo se beneficia de las cámaras de TPU para contener y hacer circular los fluidos en cuestión sino que utiliza poliuretanos termoplásticos laminados sobre tejido para proteger las heridas con un envoltorio que no pierde flexibilidad a temperaturas muy bajas.

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Laminados

La resistencia y durabilidad del TPU lo convierte en un excelente material para laminarlo sobre diversos tipos de tejidos, combinación que se utiliza en una gran variedad de artículos deportivos. En función de las necesidades, se aplica una capa muy fina que proporciona resistencia a la tensión y a la abrasión así como impermeabilidad. Además, sirve de adhesivo versátil para pegar juntos varios materiales.

Los laminados para compensadores de lastrado en el deporte submarino utilizan los poliuretanos por su resistencia a la abrasión y a la fatiga causada por la flexiones. Por otro lado, los laminados de TPU facilitan el diseño de sistemas impermeables, lo que es esencial para equipos submarinos y otras aplicaciones.

Pueden ser sellados dieléctricamente en vez de tener que coserse, lo que explica que se trate de productos sin suturas (que tienen que ser obturados luego con un revestimiento impermeable). Además, hay artículos de protección como, por ejemplo, almohadillas de cascos de rugby, que usan poliuretanos termoplásticos como adhesivo entre una capa de tejido y la espuma aislante para una mejor protección exterior. Se usan también estos laminados para pegatinas, calcomanías o parches con números o nombres que se imprimen en un tejido con una plancha.

Los laminados de TPU se suelen usar también en material de camping. Son impermeables pero dejan pasar el aire y dan protección, durabilidad e impermeabilidad a los tejidos de las tiendas de campaña y de mochilas y prendas para la lluvia. Hay colchones inflables de camping que llevan una capa antigolpes de espuma pegada al tejido o al nylon con TPU. Los poliuretanos termoplásticos proporcionan a esos colchones resistencia y durabilidad para mantener inseparables sus distintas capas y evitar los agujeros por los que se escapa el aire.

Versatilidad y posibilidades de diseño

Los poliuretanos termoplásticos son un material sumamente polifacético que ofrece una amplia gama de opciones de diseño. Su facilidad de fabricación, su durabilidad, su resistencia a la tensión y a la flexión y demás propiedades de alto rendimiento explican que sean ideales para las duras exigencias del deporte y de los productos de recreación.

Los poliuretanos son perfectos para situaciones rigurosas y usos exigentes en que el material no puede ni debe fallar. Se pueden fabricar en películas o láminas en espesores desde 0,025 mm a 3,2 mm y a anchuras de hasta 203 cm. Este material está disponible con durezas de 75 a 95 Shore A, en muy diversos colores y en varios grados de opacidad y de texturas de superficie.

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Inconvenientes

El inconveniente principal que tienen las espumas de poliuretano, es que son degradadas por los rayos ultravioletas, por lo cual no pueden quedar expuestas a la radiación solar, debiendo ser protegidas de los mismos en el caso de aplicaciones exteriores. También hay que tener en cuenta que para que se produzca la reacción deseada es necesario que el sustrato a aplicar tenga una temperatura mínima de 10ºC.

Reciclaje

En la actualidad debido a la gran cantidad de residuos existentes el reciclado resulta necesario y de gran importancia. El 7 % de los residuos totales son plásticos pero debido a su volumen ocupan un 20 % del total de los mismos. Dentro de los residuos plásticos un 5 % de los mismos pertenece al poliuretano. Por esta razón, las técnicas de reciclado de poliuretano han evolucionado de forma importante.

Dependiendo del tipo de espuma de poliuretano (propiedades y aplicación) y de factores de tipo económico, logístico, ecológico,... podemos hablar de tres tipos de técnicas de reciclado a emplear:

Reciclado mecánico

Reciclado químico

Recuperación de energía mediante incineración.

La viabilidad de cada técnica depende del tipo de poliuretano, del uso posterior y de su coste. Si los materiales a reutilizar están contaminados se deben incinerar necesariamente.

RECICLADO MECÁNICO

El reciclado mecánico por sí solo no es suficiente en muchos casos, se necesita también reciclado químico e incineración.

Los métodos que se pueden englobar en este apartado son:

1. Adhesive pressing (proceso, procedencia propiedades y aplicaciones).

2. Moldeo por compresión (proceso, propiedades y aplicaciones).

3. Espuma flexible enlazada (proceso, propiedades y aplicaciones).

4. Pulverización (proceso, propiedades y aplicaciones).

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Adhesive pressing

Esta técnica no solo se aplica a los poliuretanos sino también a otros residuos como, por ejemplo, papel, goma. El porcentaje de contenido de residuo en el producto final es muy elevado (en muchos casos llega hasta un 90 %) y el proceso consiste en cuatro pasos principales:

Proceso

Granulación de la espuma de poliuretano.

Adición de 5-10 % de MDI.

Formación del nuevo material a altas temperaturas (100-200 ºC) y presiones entre 30-200 bares.

Corte y pulido de la pieza.

Procedencia,:

El poliuretano utilizado en esta técnica puede proceder de:

Moldeado mediante la técnica RIM (reaction injection mouled) o RRIM (reinforced reaction injection mouled),

Espuma empleada en los parachoques (energy-absorbing),

Espuma termo formable,

PUR integrable (volantes),

PUR empleado en las moquetas de los coches (insonorización)

Espuma semi-rígida empleada en paneles de instrumentación, refrigeradores, paneles de puerta.

Propiedades

Los paneles de espuma rígida fabricados con este tipo de método poseen excelente propiedades mecánicas:

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Aplicaciones

El material resultante de esta técnica se emplea en:

Restauración de edificios antiguos (en el caso del PUR que proviene en origen de automóvil)

Muebles para embarcaciones (ya que no les afecta el agua)

Alfombrado de gimnasios (debido a su elasticidad)

Muebles de cocina, este último en fase de investigación.

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Moldeo por compresión

Proceso, mediante esta técnica el poliuretano es molido en partículas muy finas y sometido a presiones y temperaturas altas con objeto de generar un material de características ideales para aplicaciones automovilísticas. Tanto el molido como la compresión deben ser altamente controlados para cada tipo de aplicación.

Propiedades

Las propiedades originales del poliuretano pueden ser mantenidas empleando unos valores de tiempo, presión y temperatura óptimos.

Debido a la escasa variación en la característica de elongación, estos materiales son adecuados para múltiples aplicaciones (moldeado mediante técnica RIM).

Las ventajas que presenta esta técnica son:

El material resultante está exento de tensiones internas, presenta una mejor resistencia al calor y sag factor.

El material contiene 100 % de material reciclado.

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Espuma flexible enlazada

La espuma enlazada es un producto moldeado hecho de espuma de poliuretano flexible triturada que se mantiene adherida gracias a un enlazador.

La relativa alta densidad y excelente resiliencia conseguida con esta técnica la hace adecuada para aplicaciones como apoya codos, apoyacabezas, insonorizantes, alfombrado así como muebles de oficina. Hasta 20.000 Tm. de este material es empleado en Europa y constantemente nuevas aplicaciones son descubiertas.

PROCESO

Recogida de la espuma.

Trituración.

Recubrimiento del PUR con el enlazador.

Colocación en el molde.

Compresión hasta conseguir la densidad deseada.

Activación del enlazador.

Curado del enlazador.

Producción del material.

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Secado.

En la trituración de la espuma se obtienen trozos de aproximadamente 1 cm. La activación y curado se realiza por vapor.

Propiedades

Las propiedades de las piezas obtenidas vienen determinada por varios factores:

Tipo y densidad de la espuma usada

Tamaño y uniformidad de la partícula

Densidad final a obtener

Tipo de enlazador

Relación enlazador/ espuma.

Pulverización

Esta tecnología es extremadamente versátil en un amplio rango de aplicaciones del poliuretano. Consiste en la transformación de la espuma en polvo fino que es mezclado con el poliol y usado para la fabricación de nuevos productos de poliuretano.

Proceso:

El tamaño final de partícula óptimo es 50-200 micras y es alcanzado gracias a 2 cilindros que giran en sentido contrario.

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Propiedades y aplicaciones

Esta técnica se emplea para el reciclado de asientos de PUR observándose que los nuevos asientos, (15-20% de material reciclado), presentan excelentes características y dependiendo del tipo de espuma las propiedades físicas están afectadas en mayor o menor medida.

El desarrollo comercial de esta tecnología en áreas como espuma de bloque y moldeada se anticipa a un futuro cercano, mientras que se exploran otras aplicaciones potenciales.

RECICLADO QUÍMICO

Este tipo de reciclado no se utiliza en grandes proporciones hoy en día. Las diferentes técnicas que están incluidas dentro del reciclado químico se basan en la aplicación de diversos procesos químicos y térmicos que rompen los materiales poliméricos en fracciones de bajo peso molecular.

Las técnicas más empleadas son:

1. hidrólisis

2. aminólisis

3. glicólisis

4. pirólisis

5. hidrogenación

6. gasificación.

Siendo estas tres últimas de carácter termoquímico.

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La hidrólisis, glicólisis y aminólisis emplean agua, alcoholes y aminas, respectivamente para romper el polímero y así obtener poliol y diaminas aromáticas (producto de hidrólisis del diisocianato). De estas últimas se regenera el diisocianato que junto al poliol son empleados en la fabricación de poliuretano de calidad.

Hidrólisis

En la hidrólisis el polioléter y diaminas son obtenidas por aplicación de vapor a altas presiones; después de las operaciones de separación, purificación y conversión de las diaminas en isocianato. Ambos materias (polioléter e isocianato) son utilizados en la fabricación de PUR flexible. Compañías como Ford y General Motors han concentrado todos sus esfuerzos en el desarrollo de este tipo de proceso.

La glicólisis (alcohólisis) es un proceso en el cual se utilizan glicoles para convertir el polímero en un líquido a una temperatura de 200ºC y a presión atmosférica. El proceso consiste en romper el polímero reemplazando las moléculas de poliol por glicol. Esto produce una mezcla de poliol original, un poliol nitrogenado, diisocianato y glicol sobrante de la reacción que debe ser tratada para separación y purificación.

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Los polioles obtenidos en la glicólisis de espuma flexible pueden ser reutilizados en la fabricación de espuma semi-rígida sustituyendo el 40 % de poliol virgen sin una pérdida de propiedades significativa. Para reutilizar el poliol en espuma de PUR flexible se necesitan polioles de bajo número de grupos hidroxilo. Esto se consigue con pequeñas cantidades de glicol.

pirólisis

Hidrogenación y gasificación se transforma la espuma de poliuretano en fracciones de hidrocarburos de bajo peso molecular.

La pirólisis consiste en aplicar calor bajo atmósfera inerte para dar lugar a hidrocarburos líquidos y gaseosos.

La hidrogenación consiste en el tratamiento de residuos con hidrogeno a temperaturas y presiones elevadas.

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Gasificación

En la gasificación se produce la oxidación parcial de los hidrocarburos para producir una mezcla de monóxido de carbono, gas e hidrógeno.

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INCINERACIÓN

Esta técnica es ecológica, económica y factible desde el punto de vista técnico.La incineración es la forma más efectiva de reducir los materiales orgánicos que de otra forma irían a para a un vertedero. Sin embargo, tiene el problema de que en la misma se genera C02 perjudicial para el medio ambiente ya que es el responsable del efecto invernadero. De todas formas, si la energía generada se emplea se evita el consumo de combustibles fósiles ayudando así a la conservación de los recursos naturales sin aumento adicional de las emisiones de C02 al medio. Esto es de gran importancia para la consecución del "desarrollo sostenible".

Los residuos generados en la incineración son inertes con gran resistencia a elución cuando son almacenados en vertederos controlados e incluso se pueden utilizar como material de construcción. La energía recuperada es equivalente a la obtenida con carbón y de hecho, la incineración de muchos poliuretanos conlleva unas emisiones inferiores a las del carbón propiamente dicho.

Otra ventaja de este método es el hecho de que ningún plástico puede ser reciclado indefinidamente debido al progresivo deterioro que tiene lugar en los repetidos procesos de reciclado.

Por consiguiente, la incineración es un método efectivo y en muchas ocasiones el más apropiado ya que elimina materiales tóxicos. Además, la tecnología ha avanzado a pasos agigantados asegurando emisiones controladas.

Sin embargo, según el principio NBMY (not in my back yard = no en mi jardín trasero) la opinión pública es reacia a la implantación de incineradoras debido al miedo generado por las antiguas incineradoras que causaban graves problemas de contaminación.

Actualmente, políticos y público en general se están dando cuenta de que las plantas incineradoras no son solo seguras sino esenciales. En conclusión, la incineración con recuperación de energía es una solución responsable desde el punto de vista medioambiental en la gestión de los residuos de poliuretano.

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Ofrece la mejor solución tanto en cuanto las otras opciones de reciclado son más costosas desde el punto de vista ecológico y económico.Aunque queda mucho por hacer para el establecimiento de la infraestructura necesaria en Europa, no hay duda que esta técnica es la llave para la gestión adecuada de los residuos de poliuretano.

Punto de vista ecológico

Desde que tuvieron lugar los acuerdos del Protocolo de Montreal, los sistemas de poliuretano cumplen la normativa y exigencias respecto a la utilización de productos clorados que ataquen la capa de ozono. De esta forma, y desde 1 de enero de 2004, los sistemas de poliuretano no utilizan los llamados HCFC´s, sino productos alternativos (hidrocarburos, HFC´s, agua, entre otros.), que son productos totalmente permitidos.

Consumo mundial de poliuretano

Hoy día se estima el consumo mundial de poliuretano es cerca de siete millones de toneladas anuales. En el "Polyurethanes World Congress" de Amsterdam, alrededor de 1.400 congresistas del mundo entero se informaron, en más de 150 conferencias, de los últimos adelantos y de las perspectivas futuras de este material de dos componentes. Allí supieron, entre otras cosas, de que el poliuretano es uno de los materiales con mayores perspectivas de crecimiento entre la gama de polímeros.

Los líderes en la fabricación de materias primas, como Bayer, Dow o ICI, parten de un crecimiento del 6 %en los próximos años. La demanda en Europa y Norteamérica continuará a un alto nivel. Se espera un incremento casi explosivo en Latinoamérica y en el continente asiático.

La dinámica de la tendencia expansiva es consecuencia de la creciente industrialización de grandes regiones en el mundo entero y también de nuevas tecnologías encaminadas a ahorrar energía optimizando el aislamiento térmico y frigorífico, así como del afán con que la industria de automoción procura ahorrar peso y, por consiguiente, combustible. El sector de poliuretanos espera recibir nuevos impulsos en virtud del aprovechamiento de materias primas renovables. No sólo reforzando la matriz de piezas especiales con esparto, paja o sisal sino empleando aceite de tales plantas para producir directamente polioles, una de las materias primas del poliuretano.