¿ Qué son los polímeros ?

La materia esta formada por moléculas que pueden ser de tamaño normal o moléculas gigantes llamadas polímeros. Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las formas más diversas. Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones. algunas más se asemejan a las escaleras de mano y otras son como redes tridimensionales.

Existen polímeros naturales como el algodón, formado por fibras de celulosas. La celulosa se encuentra en la madera y en los tallos de muchas plantas, y se emplean para hacer telas y papel. La seda y la lana son otros ejemplos. El hule de los árboles de hevea y de los arbustos de Guayule, son también polímeros naturales importantes.

Sin embargo, la mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas. Lo que distingue a los polímeros de los materiales constituídos por moléculas de tamaño normal son sus propiedades mecánicas. En general, los polímeros tienen una excelente resistencia mecánica debido a que las grandes cadenas poliméricas se atraen. Las fuerzas de atracción intermoleculares dependen de la composición química del polímero y pueden ser de varias clases.

Polimero Poliuretano

El poliuretano es una resina sintética que se obtiene mediante condensación de poliésteres; se caracteriza por su baja densidad y son muy utilizados como aislantes térmicos y espumas resilientes, elástómeros durables, adhesivos y selladores de alto rendimiento, pinturas, fibras, sellos, empaques, juntas, preservativos, partes automotrices, en la industria de la construcción, del mueble y múltiples aplicaciones más.

La resilencia es la "capacidad de memoria" de un poliuretano flexible, es decir, a la resistencia a la deformación por compresión mecánica.

Se pueden mezclar con pigmentos tales como el negro de humo u otro pigmento para aplicaciones en automóviles y muebles modernos.

Su formulación se basa en poliuretanos de bajo número de hidróxilo combinados con isocianatos de bajo contenido en funciones NCO, unido a propelentes especiales y una elevada relación de agua, toda la fórmula está estequiométricamente diseñada para lograr una espuma de curado rápido y con una densidad entre 18 y 80kg/m³.

Algunas aplicaciones de poliuretanos flexibles abarca la industria del packing en que se usan poliuretanos anti-impacto para embalajes de piezas delicadas, su principal característica es que son de celdas abiertas y baja densidad(12-15 kg/m³).

También existen los poliuretanos rígidos o RIM (de Rigid Inyection Molding), son rígidos y de densidad más elevada( 30-50 kg/m³) que las anteriores, pero tienen características muy parecidas.

La capacidad de aislación térmica del poliuretano se debe al gas aprisionado en las celdillas cerradas del entramado del polímero.

Un poliuretano de 25 mm de espesor puede aislar térmicamente un ambiente interno que permanercerá a 20 °C por una cara, mientras que por el lado exterior de la cara pueden fluctuar -5 °C.

Una variedad de los poliuretanos rígidos son los poliuretanos Spray que son formulaciones de alta velocidad de reacción y son usados en revestimientos sujetos a la fuerza de gravedad, tales como aislaciones de edificios, estanques de almacenamiento e incluso Tubos o cañerías.

Otra variedad de rígidos son los poliuretanos PIR que son usados en el revestimientos de cañerías en zonas extremadamente húmedas y además conducen fluidos a alta temperatura, su principal característica es la naturaleza ureíca del polímero.

Poliuretanos rígidos de densidad más elevada (60-200 kg/m³ son usados para elaborar partes de automóviles, yates, muebles y decorados.

Poliuretano

Los poliuretanos son los polímeros mejor conocidos para hacer espumas. Si en este momento usted está sentado en una silla tapizada, el almohadón está hecho probablemente, de una espuma del poliuretano. Los poliuretanos son más que espumas.

Los poliuretanos componen la única 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. Un poliuretano maravillosamente extraño es el spandex.

Por supuesto, los poliuretanos se llaman así porque en su cadena principal contienen enlaces uretano.

La figura muestra un poliuretano simple, pero un poliuretano puede ser cualquier polímero que contenga un enlace uretano en su cadena principal. Incluso existen poliuretanos más sofisticados, por ejemplo:



Los poliuretanos se sintetizan haciendo reaccionar diisocianatos con dialcoholes.




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.


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.

Spandex

Un elastómero termoplástico poliuretánico inusual 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.

Poliuretano termoplástico

Es una de las variedades existentes dentro de los poliuretanos. Es un elastómero termoplástico, que no requiere de vulcanización para su proceso; al contrario, puede ser conformado por algunos de los procesos de conformado para termoplásticos, como inyección y extrusión. El poliuretano termoplástico (TPU, Thermoplastic Polyurethane) se caracteriza por su alta resistencia a la abrasión, al desgaste, al desgarre, al oxígeno, al ozono y a las temperaturas muy bajas.

Reactividad del Poliuretano

La reactividad se puede observar en una simple inspección visual y está dividida en los siguientes tiempos, medidos en segundos:

• Tiempo de crema: 5 - 15 s. Formación de monómeros y polímeros.
• Tiempo de hilo: 30 - 70 s. Estructuración, formación de redes cristalinas.
• Tacto Libre: 10 - 50 s después del tiempo de hilo. Formación de piel, finalización de la reacción.

El isocianato y el poliol al mezclarse ocasionan una serie de reacciones químicas que conducen a la producción química de uretanos, poluretanos, alofanatos, ureas modificadas, cianatos prepolimeros etc. en total unas 17 reacciones químicas simultáneas,en que el paquete de catalizadores hace que tome una dirección determinada.

Se genera una exotermia que puede elevar la temperatura hasta 70 °C, que hace que el propelente en disolución en el poliol se convierta en un gas por la exotermia generada, el agua en parte se convierte en dióxido de carbono, esto hace que expanda la mezcla, formándose pequeñas celdas despúes del gelado o cremado. Aunque las celdas de CO2 son parte del reticulado, se entremezclan con las que contienen fluorocarbonos para efectos de la estabilidad dimensional.

Algunos polioles llevan componentes antiflama que hace que sean no-comburentes o no-inflamables. En algunos países es obligatorio el uso de este componente para determinadas aplicaciones y son clasificados bajo normas de seguridad.

Las celdas se van formando a medida que se alcanza en tiempo de hílo, para finalizar en el tiempo de Tack free (toque libre).

Los propelentes son flurocarbonos modificados ecológicamente tales como el Freón R-141 B, el R-245FA, o el Ciclopentano y que cumplen elProtocolo de Montreal para la preservación de la capa de Ozono atmosférico. También se utilizan en menor medida, propelentes como agua y dióxido de carbono

El freón R-11 así como otros organoclorados fueron descartados debido a su incidencia en la capa de Ozono.

Al terminar la reacción química, la espuma de poliuretano contiene millones de celdas regulares que son las que al final le dan las características de aislamiento térmicas, resilentes y acústicas. Una espuma de poliuretanos tiene un coeficiente de transferencia térmica de aprox. 0.0183 unidades BTU de transferencia de calor.

La estabilidad dimensional es un aspecto muy importante en la calidad de la espuma formada, muchas veces ha sucedido que fórmulas de polioles mal balanceadas, exceso de agua, mezclas poliol/isocianato deficientes, produzcan contracción del polímero, pandeándose y perdiendo su forma.

La mezcla poliol/isocianato debe ser estequiométricamente balanceada, en general la mezcla esta por un 10% por sobre lo estequiométrico para mayor seguridad; una mezcla mayor en poliol y menor en Isocianato lleva a espumas blandas e inestables; un exceso de Isocianatos conduce a espumas ureícas(Poliuretanos PIR).

Esta industria mueve millones de dólares en todo el mundo y los especialistas en el tema son muy restringidos en número.

El principal mercado es para el rígido en la industria de la aislación térmica(Refrigeradores)y en segundo lugar, la industrias de los flexibles.

Un pequeño porcentaje se usa para moldeado de piezas de automóviles, partes de vehículos, elementos de decoración etc.