Poliuretano para niños

El poliuretano es un tipo de polímero, que es como una cadena muy larga de moléculas unidas. Se fabrica combinando dos tipos de sustancias principales: bases hidroxílicas y diisocianatos.

Los poliuretanos se pueden clasificar en dos grandes grupos, según cómo se comportan con el calor:

• Poliuretanos termoestables: Una vez que se forman, no se pueden derretir ni cambiar de forma con el calor sin dañarse. Un ejemplo son las espumas que se usan para aislar del frío o el calor.
• Poliuretanos termoplásticos: Estos sí se pueden derretir y moldear varias veces con el calor. Se usan en cosas como suelas de zapatos, adhesivos, pinturas y fibras para ropa.

A menudo, se mezclan con pigmentos, como el negro de carbón, para darles color.

¿Cómo se descubrió el poliuretano?

La idea de usar los isocianatos, que son clave para el poliuretano, se estudió por primera vez en la década de 1840. Pero fue mucho después, en 1937, cuando un científico llamado Otto Bayer creó el primer poliuretano en Alemania. Él quería hacer un material que pudiera competir con el Nailon, que se había inventado poco antes en Estados Unidos.

Otto Bayer y su equipo patentaron el poliuretano en 1937, y la producción industrial comenzó en 1940. Al principio, la producción fue lenta debido a la Segunda Guerra Mundial. Años después, en 1959, se desarrolló una fibra muy elástica de poliuretano llamada Spandex, conocida comercialmente como Lycra.

¿De qué está hecho el poliuretano?

La base de la química del poliuretano es un grupo químico llamado isocianato. Este grupo es muy reactivo y puede unirse con otras sustancias que tienen hidrógenos especiales, como los grupos hidroxilo. Al unirse, forman los enlaces de uretano que dan nombre al material.

Una reacción interesante es cuando el isocianato se une con agua. Esta reacción libera dióxido de carbono (CO₂), un gas que es muy útil para crear las espumas de poliuretano.

¿Cómo se forma el poliuretano?

La formación del poliuretano se llama polimerización. Imagina que tienes muchas piezas de LEGO con dos puntos de unión en cada extremo. Los diisocianatos son una pieza y los dioles (otra sustancia) son la otra. Cuando se mezclan en la proporción correcta, estas piezas se unen por ambos lados, formando una cadena muy larga y grande, que es el polímero.

Fig. 2. Los poliuretanos tienen segmentos rígidos y flexibles que les dan diferentes propiedades.

Los polioles: la parte flexible

Los polioles son uno de los componentes principales del poliuretano. Suelen ser líquidos viscosos, a veces con un olor fuerte. Son como la parte "blanda" o "flexible" del poliuretano. Se mezclan con otras sustancias para ayudar a la reacción y dar las características finales a la espuma.

Los polioles más comunes son los poliéteres, poliésteres y policarbonatos. La resistencia del poliuretano al agua depende mucho del tipo de poliol que se use.

Los diisocianatos: la parte que une

Los diisocianatos son el otro componente clave. Algunos son sólidos a temperatura ambiente, mientras que otros son líquidos transparentes. La forma de la molécula del diisocianato es muy importante, ya que afecta las propiedades finales del poliuretano, como su resistencia y cómo se comporta.

Los diisocianatos también son muy buenos adhesivos. Por eso, se usan para unir diferentes materiales, incluso para hacer bloques que protegen las costas.

Los diisocianatos más usados en la industria son el TDI y el MDI, que forman la mayoría de los poliuretanos que vemos. Sin embargo, estos pueden volverse amarillos con el tiempo si les da mucho el sol.

Existen otros diisocianatos que se usan para aplicaciones especiales, como en medicina, o los que se obtienen de fuentes naturales, como el ácido linoleico.

El extendedor de cadena

A veces, se añade una sustancia llamada "extendedor de cadena". Son moléculas pequeñas que ayudan a que las cadenas del poliuretano sean más largas y fuertes. Junto con el diisocianato, forman lo que se llama el "segmento rígido" del poliuretano, que influye mucho en sus propiedades finales.

¿Para qué se usa el poliuretano?

La forma en que se fabrica el poliuretano depende mucho de para qué se va a usar. La reacción principal siempre es la misma: se unen las moléculas para formar cadenas largas con enlaces de uretano.

Normalmente, se combinan los polioles (que dan elasticidad y flexibilidad) con los diisocianatos (que dan rigidez). Dependiendo de lo que se quiera lograr, se pueden añadir otras moléculas para crear una estructura con diferentes propiedades.

Espumas de poliuretano

Las espumas de poliuretano son muy comunes. Se hacen con polioles e isocianatos, y se les añade un poco de agua y otros agentes que ayudan a que la mezcla se expanda y forme burbujas.

• Espumas flexibles: Se usan mucho para hacer colchones, almohadas y asientos para casas y vehículos. También se utilizan para proteger objetos delicados en los embalajes, ya que absorben los golpes. Son ligeras y tienen muchas celdas abiertas.
• Espumas rígidas: Son excelentes aislantes térmicos. Se usan en refrigeradores, congeladores, cámaras frigoríficas y para aislar techos y paredes de edificios, como granjas. Su capacidad de aislamiento se debe al gas que queda atrapado en sus pequeñas celdas cerradas.

Hay espumas rígidas especiales, como las PIR, que resisten mejor el fuego y se usan para tuberías con líquidos calientes. También están las espumas de poliuretano en aerosol, que se aplican para aislar edificios o tanques.

Algunas espumas rígidas se usan para hacer piezas que imitan la madera o para fabricar partes estructurales de máquinas o vehículos.

¿Cómo reacciona la espuma?

Cuando se mezclan los componentes para hacer espuma, ocurren varias reacciones químicas al mismo tiempo. Se puede ver cómo la mezcla cambia en diferentes etapas:

• Tiempo de crema: La mezcla empieza a cambiar, formando las primeras moléculas.
• Tiempo de hilo: Se empiezan a formar las redes de burbujas.
• Tiempo de subida: La espuma deja de crecer.
• Tacto libre: La superficie de la espuma ya no está pegajosa, la reacción ha terminado.

Durante estas reacciones, se genera mucho calor, lo que hace que los gases dentro de la mezcla se expandan y formen las burbujas. El dióxido de carbono que se produce también ayuda a que la espuma crezca.

Algunos polioles tienen componentes que hacen que la espuma sea resistente al fuego, lo cual es muy importante para la seguridad en ciertas aplicaciones.

Los gases que se usan para expandir la espuma son seguros para el medio ambiente y cumplen con acuerdos internacionales para proteger la capa de ozono.

Al final, la espuma de poliuretano tiene millones de pequeñas celdas irregulares que le dan sus propiedades de aislamiento, elasticidad y sonido. Es muy importante que la mezcla de los componentes sea la correcta para que la espuma no se encoja ni pierda su forma.

La industria del poliuretano es muy grande y sus productos se usan en todo el mundo. El mercado principal es el aislamiento térmico, seguido de las espumas flexibles para colchones y asientos. También se usa para piezas de automóviles y decoración.

El poliuretano como aislante térmico

El poliuretano es un excelente aislante térmico. Esto significa que no deja pasar fácilmente el calor o el frío.

Fuente: Norma IRAM 11601. (Argentina)

Como puedes ver en la tabla, el poliuretano rígido tiene una conductividad térmica muy baja, lo que lo hace uno de los mejores aislantes.

Materiales sólidos de poliuretano

Los poliuretanos rígidos y densos se usan para fabricar piezas de automóviles, suelas de zapatos, partes de monopatines o muebles. También se usan para hacer fibras textiles muy elásticas, como el elastano o la licra, que se encuentran en la ropa deportiva.

Materiales líquidos de poliuretano

Algunos poliuretanos se usan como pinturas protectoras, recubrimientos que resisten el desgaste o adhesivos muy fuertes que se venden en estado líquido.

Poliuretano industrial

En la industria, el poliuretano suele venir en dos partes que se mezclan justo antes de usar. También hay poliuretanos de un solo componente, que son más fáciles de aplicar, como los que se usan en la construcción.

Rodillo de poliuretano

También se usa para recubrir rodillos industriales.

Poliuretano termoplástico (TPU)

El Poliuretano Termoplástico, o TPU, es un tipo especial de poliuretano que es muy elástico y resistente. Soporta muy bien el desgaste, el desgarro, el oxígeno y el ozono, y mantiene sus propiedades elásticas incluso a temperaturas muy bajas.

Poliuretano segmentado

Casi todos los poliuretanos son "segmentados" porque están hechos de al menos dos componentes diferentes. Pero se les llama "poliuretanos segmentados" de forma especial cuando se usan dos tipos de polioles diferentes que se combinan de forma específica. Esto crea un material con "segmentos rígidos" (formados por el diisocianato y un poliol pequeño) y "segmentos flexibles" (formados por un poliol más grande). Esta combinación les da propiedades muy variadas.

Galería de imágenes

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  Esponja de poliuretano flexible

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  Fig. 1. Grupo uretano, un eslabón en las cadenas de los poliuretanos

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  Reacciones comunes del grupo isocianato (-NCO)

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  Lista de diisocianatos más comunes

Véase también

En inglés: Polyurethane Facts for Kids