Poliureas
Las poliureas se refieren a polímeros con grupos ureileno (NHCONH) en su cadena polimérica. Las poliureas lineales son productos de policondensación termoplástica, que presentan estructuras aromáticas (R = arileno) o alifáticas (R = alquileno).
Las poliureas alifáticas muestran una diferencia de 50 a 100 °C entre el inicio de la descomposición y el punto de reblandecimiento. Son adecuados para su uso como molduras.
Las poliureas aromáticas poseen puntos de reblandecimiento cercanos a sus temperaturas de descomposición y son solubles en solventes orgánicos, particularmente en solventes dipolares apróticos como DMF, N-metilpirrolidinona (NMP) y DMSO.
Se emplean en la producción de lacas, barnices y revestimientos.
Tabla de contenido
1. Producción de poliureas
La producción de poliureas implica reacciones entre poliaminas, predominantemente diaminas, con estructuras alifáticas, aromáticas o heterocíclicas, y diversas sustancias como dióxido de carbono, sulfuro de carbonilo, ésteres carbónicos, fosgeno, urea, uretano e isocianatos.
Las únicas reacciones técnicamente significativas son las que se producen entre poliaminas y poliisocianatos, así como entre isocianatos y agua.
1.1. De diisocianatos y diaminas
Las poliureas se producen directamente mediante una reacción de poliadición entre diisocianatos y diaminas.
Los grupos isocianato unidos a un anillo aromático exhiben una mayor reactividad en comparación con los unidos a una cadena alifática.
Numerosas aminas alifáticas muestran una alta reactividad frente a isocianatos, incluso a bajas temperaturas. Las aminas alifáticas secundarias y aromáticas primarias demuestran una reactividad similar, mientras que las aminas aromáticas secundarias exhiben una reactividad menor.
En la reacción de isocianatos de amina, se emplea un catalizador tal como una amina, urea o ácido carboxílico, que funciona como aceptor/donador de protones.
Las reacciones entre isocianatos y aminas son generalmente autocatalíticas, pero pueden ser catalizadas por otros catalizadores, aminas o ácidos. Generalmente se realizan mediante poliadición interfacial o en solución.
1.2. De diisocianatos y agua
Esta reacción se utiliza en la fabricación de espumas, en las que el dióxido de carbono producido sirve como agente espumante.
Como catalizadores se pueden utilizar diferentes aminas o complejos de aminas de sales metálicas.
2. Propiedades químicas de las poliureas
Estabilidad térmica
Las poliureas poseen una mayor estabilidad térmica que los poliuretanos pero una menor estabilidad térmica en comparación con las poliamidas. La estabilidad térmica del grupo de la urea es una cuestión multifacética.
Por ejemplo, la polihexametilenurea (pf = 300 °C) se puede calentar a 260 °C sin sufrir descomposición, mientras que la polidecametilenourea (pf = 230 °C) se descompone rápidamente a 260 °C en estado fundido.
El mecanismo subyacente a esta descomposición térmica implica la transferencia de hidrógeno que conduce a la producción de isocianatos y aminas.
Estabilidad hidrolítica
Las poliureas poseen una excelente estabilidad frente a la hidrólisis en condiciones ácidas y alcalinas.
3. Usos de las poliureas
Las poliureas tienen una amplia gama de aplicaciones, incluido su uso como espumas.
La producción de poliureas mediante moldeo por inyección de reacción (RIM) es un proceso bien establecido que ofrece varias ventajas para la producción de grandes volúmenes de piezas grandes.
Estas ventajas incluyen baja presión (< 343 kPa), bajas temperaturas (54–60 °C) y el uso de intermedios líquidos reactivos.
Al formular diferentes polímeros con polioles, isocianatos y extensores, se puede lograr una amplia gama de propiedades, desde elastómeros flexibles hasta plásticos rígidos. El producto final puede ser sólido, microcelular o espuma modificada con varios rellenos.
El RIM reforzado con fibra de vidrio (RRIM) proporciona estabilidad dimensional y alta resistencia al impacto.
Para reducir el peso de los automóviles, se han desarrollado materiales RIM y RRIM de alto módulo adecuados para paneles externos de la carrocería a partir de elastómeros de poliurea, que son resistentes a la corrosión y a los impactos.
Los avances en la tecnología RIM incluyen el desarrollo de nuevos sistemas de poliurea para la producción de paneles de carrocería de automóviles.
En los paneles de carrocería de automóviles, los materiales RIM de poliurea ofrecen una mayor resistencia al impacto con un refuerzo de escamas de vidrio equivalente, una mejora en la estabilidad térmica para una menor distorsión durante los ciclos de curado de la pintura y una menor absorción de agua para una mejor resistencia ambiental.
Los elastómeros RIM de poliurea tienen varias ventajas, incluida la reacción autocatalítica más rápida del isocianato con amina, lo que da como resultado polímeros de alto módulo para aplicaciones automotrices, la eliminación de la necesidad de catalizadores y la posibilidad de automatización. El producto final no se descompone ni amarillea, y su mayor termoestabilidad amplía su utilidad práctica.
Los materiales de revestimiento también pueden prepararse a partir de poliureas en solución o emulsión.
Las poliureas aplicadas mediante pulverización muestran una excelente adhesión a una variedad de sustratos, incluidos acero, aluminio y hormigón arenados o imprimados.
Los productos incluyen elastómeros de poliurea pulverizados de dos componentes, preparados a partir de resinas de poliéter terminadas en amina y poliisocianatos. Los sistemas de elastómeros en aerosol de poliurea no requieren catalizador y tienen una reactividad y un curado extremadamente altos.
En otras aplicaciones, se pueden usar dispersiones acuosas de poliurea para recubrimientos con dureza y resistencia a los disolventes mejoradas.
Referencia
- Polyureas; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/14356007.d21_d01.pub2
