Lista de aplicaciones del poliuretano

Los productos de poliuretano tienen múltiples usos. Más de tres cuartas partes del consumo mundial de poliuretano se presentan en forma de espumas, con una cuota de mercado similar para los tipos flexibles y rígidos. En ambos casos, la espuma suele estar ubicada detrás de otros materiales: las espumas flexibles se encuentran detrás de las telas de tapicería en muebles comerciales y domésticos; las espumas rígidas se ubican entre las paredes o láminas de metal o plástico de la mayoría de los refrigeradores y congeladores, u otros materiales de superficie en el caso de los paneles de aislamiento térmico en el sector de la construcción. Su uso en prendas de vestir está en auge: por ejemplo, en el forro de las copas de los sujetadores. El poliuretano también se utiliza para molduras, como marcos de puertas, columnas, balaustres, dinteles de ventanas, frontones, medallones y rosetones.

Las formulaciones de poliuretano abarcan una gama extremadamente amplia de rigidez, dureza y densidad. ^{[ 1 ]} Estos materiales incluyen:

• Espuma flexible de baja densidad utilizada en tapicería , ropa de cama, asientos de automóviles y camiones, y nuevos sustratos inorgánicos para plantas en jardines de azotea o pared.
• Elastómeros de baja densidad utilizados en el calzado
• Plásticos duros y sólidos utilizados como biseles de instrumentos electrónicos y piezas estructurales.
• Plásticos flexibles utilizados como correas y bandas.
• Componentes fundidos y moldeados por inyección para diversos mercados, como la agricultura, el sector militar, la automoción, la industria, etc.

La espuma de poliuretano se utiliza ampliamente en asientos de espuma flexible de alta resiliencia, paneles de aislamiento de espuma rígida, sellos y juntas de espuma microcelular , ruedas y neumáticos elastoméricos duraderos, bujes de suspensión para automóviles , compuestos de encapsulado eléctrico, sellos, juntas, bases para alfombras y piezas de plástico duro (como las de instrumentos electrónicos).

La siguiente tabla muestra un ejemplo de cómo se utilizaban los poliuretanos en un país hace más de una docena de años (datos de EE. UU. de 2004):

La espuma de poliuretano flexible de celda abierta se utiliza para fabricar muchas esponjas de cocina y baño . La combinación de bajo costo, alta flexibilidad y alta resistencia a la abrasión y al desgarro hacen de los poliuretanos materiales excelentes para aplicaciones de limpieza. ^{[ 3 ]} Se ha demostrado que las esponjas de poliuretano reducen el riesgo de propagación de ciertas bacterias. ^{[ 4 ]}

La espuma rígida de poliuretano se utiliza en diversas industrias para proporcionar aislamiento térmico a instalaciones y tuberías. En particular, las tuberías de los sistemas de calefacción urbana en Europa se aíslan principalmente mediante un conjunto sándwich de tuberías preaisladas compuesto por una tubería de acero para el servicio de calefacción, una capa aislante (espuma de poliuretano) y una cubierta de polietileno (PE), unidas por el material aislante. Una de las principales ventajas de la espuma rígida de poliuretano es que ofrece una conductividad térmica muy baja (con valores tan bajos como 23 mW/m⋅K) a la vez que proporciona suficiente resistencia estructural para soportar las cargas a las que están sometidos los sistemas de tuberías enterradas. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

Debido a la naturaleza de celda cerrada de las espumas de poliuretano rígido, el aislamiento de PUR tiene una absorción de agua mínima, lo que, junto con una cubierta adecuada, lo hace particularmente apropiado en aplicaciones donde el crecimiento bacteriano es una preocupación. El aislamiento de poliuretano es adecuado para aislar tuberías con temperaturas superficiales que oscilan entre -196 °C y 148 °C. ^{[ 7 ]}

La espuma de poliuretano flexible de celda abierta (FPF) se fabrica mezclando polioles , diisocianatos , catalizadores, agentes espumantes auxiliares y otros aditivos, y dejando que la espuma resultante se expanda libremente. La mayor parte de la FPF se fabrica mediante tecnología de procesamiento continuo y también puede producirse en lotes, donde se fabrican bloques de espuma relativamente pequeños en moldes abiertos, cajas u otros recipientes adecuados. Posteriormente, la espuma se corta a la forma y el tamaño deseados para su uso en diversas aplicaciones de mobiliario y decoración.

Entre las aplicaciones de la espuma de poliuretano flexible se incluyen los cojines para muebles tapizados , los cojines para asientos de automóviles y los revestimientos interiores, los cojines para alfombras , el relleno de colchones y los núcleos de colchones de núcleo sólido.

La espuma de poliuretano flexible es un producto reciclable. ^{[ 8 ]}

Las espumas de poliuretano flexibles y semiflexibles se utilizan ampliamente en los componentes interiores de los automóviles , como asientos, reposacabezas, reposabrazos, revestimientos de techo, salpicaderos y paneles de instrumentos.

Espuma de poliuretano en la mitad inferior del molde en el que se fabricó. Al ensamblarse en un asiento de automóvil, esta espuma conforma el respaldo. La parte frontal del respaldo es la superficie de la espuma que queda hacia abajo en el molde. Los dos orificios en la espuma, en la parte superior de la imagen, son para los postes del reposacabezas.

Respaldo de espuma del asiento después de retirarlo del molde.

Los poliuretanos también se utilizan para fabricar asientos de automóviles. El fabricante de asientos dispone de un molde para cada modelo. El molde es una estructura tipo concha que se puede cerrar y que permite el rápido moldeado del cojín del asiento, la llamada espuma flexible moldeada, que posteriormente se tapiza tras retirarla del molde.

Es posible combinar estos dos pasos, en los llamados procesos de moldeo in situ , de espuma en tela o moldeo directo. Una funda de asiento completa y totalmente ensamblada se coloca en el molde y se mantiene en su lugar mediante vacío aplicado a través de pequeños orificios. A veces se utiliza una fina película plástica flexible como soporte sobre la tela para mejorar la eficacia del vacío. El armazón metálico del asiento se coloca en el molde y este se cierra. En este punto, el molde contiene lo que podría visualizarse como un "asiento hueco": una tela de asiento mantenida en la posición correcta por el vacío y que contiene un espacio con el armazón metálico en su lugar.

Los productos químicos de poliuretano se inyectan en la cavidad del molde mediante un cabezal mezclador. A continuación, el molde se mantiene a una temperatura de reacción preestablecida hasta que la mezcla química espuma, llena el molde y forma una espuma suave y estable. El tiempo necesario es de dos a tres minutos, dependiendo del tamaño del asiento, la formulación específica y las condiciones de operación. Posteriormente, el molde se suele abrir ligeramente durante uno o dos minutos para un curado adicional, antes de retirar el asiento completamente tapizado.

Las paredes y el techo (no solo el aislamiento) de la futurista Casa Xanadu en Florida, EE. UU., se construyeron con espuma de poliuretano. Los techos abovedados y otras formas irregulares son más fáciles de hacer con espuma que con madera. La espuma se utilizó para construir edificios, estatuas y decoraciones de formas inusuales en la sección Seuss Landing del parque temático Islands of Adventure (EE. UU.). Los fabricantes de espuma rígida venden espuma que reemplaza a la madera en las industrias de letreros tallados y topografía 3D. La espuma de poliuretano también se utiliza como aislante térmico en muchas casas.

La resina de poliuretano se utiliza como material estético para suelos. Al ser sin juntas y resistente al agua, está ganando popularidad en interiores (modernos), especialmente en Europa Occidental. El poliuretano también se utiliza en algunos ámbitos domésticos y comerciales para impermeabilizar zonas con filtraciones, como las de duchas y balcones.

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  El poliuretano se utiliza como aislante en la construcción de viviendas (capa amarilla).
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  Espuma de poliuretano como aislante de paredes
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  Casa Xanadu con paredes y techo de espuma de poliuretano.
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  La espuma de poliuretano utilizada como aislamiento en la cavidad de las vigas de un restaurante cerca de Filadelfia , que no estaba expuesta a la luz solar directa, presenta contracción en la interfaz de unión.
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  Prueba de llama. Arriba, la espuma de poliuretano sin tratar arde con fuerza. Abajo, con retardante de fuego.

Dos líquidos binarios , uno de los cuales es un poliuretano (T6 o 16), al mezclarse y airearse , se expanden formando un aerosol duro que llena el espacio .

Selladores para la construcción y protección contra incendios

Los selladores de poliuretano aprobados (que son diferentes de la espuma) están disponibles en sistemas de uno, dos y tres componentes, y en cartuchos, cubos o bidones. Los selladores de poliuretano se utilizan para rellenar huecos, evitando así fugas de aire y agua. También se utilizan junto con aislamiento inorgánico , como lana de roca o fibras cerámicas, para la protección contra incendios . Los selladores contra incendios pueden impedir el paso del humo y del chorro de agua a presión . La central nuclear de Browns Ferry utilizó espuma de poliuretano inflamable como sellador contra incendios, la cual se incendió accidentalmente y provocó un gran incendio.

La espuma de poliuretano se utiliza ampliamente en el sector náutico en numerosas aplicaciones:

El poliuretano se puede utilizar para zapatos, como pantuflas y chanclas . ^{[ 10 ]}

Los materiales de poliuretano se formulan comúnmente como pinturas y barnices para capas de acabado que protegen o sellan la madera. Este uso da como resultado un recubrimiento duro, resistente a la abrasión y duradero que es popular para pisos de madera dura , pero que algunos consideran difícil o inadecuado para el acabado de muebles u otras piezas detalladas. En relación con los barnices de aceite o goma laca, el barniz de poliuretano forma una película más dura que tiende a delaminarse si se somete a calor o impacto, fracturando la película y dejando manchas blancas. Esta tendencia aumenta cuando se aplica sobre maderas más blandas como el pino . Esto también se debe en parte a la menor penetración del poliuretano en la madera. Se emplean varias técnicas de imprimación para superar este problema, incluido el uso de ciertos barnices de aceite, goma laca "desencerada" específica, epoxi penetrante transparente o poliuretano "modificado con aceite" diseñado para tal fin. El barniz de poliuretano también puede carecer del brillo "frotado a mano" de aceites secantes como el aceite de linaza o el aceite de tung ; En cambio, permite una formación de película mucho más rápida y uniforme, logrando en dos capas lo que con aceite requeriría varias aplicaciones. El poliuretano también puede aplicarse sobre un acabado de aceite puro, pero debido al tiempo de curado relativamente lento de los aceites, la presencia de subproductos volátiles del curado y la necesidad de una exposición prolongada del aceite al oxígeno, es fundamental asegurarse de que los aceites estén suficientemente curados para recibir el poliuretano.

A diferencia de los aceites secantes y las resinas alquídicas , que curan tras la evaporación del disolvente por reacción con el oxígeno del aire, los recubrimientos de poliuretano curan tras la evaporación del disolvente mediante diversas reacciones químicas de la mezcla original o por reacción con la humedad del aire. Algunos productos son híbridos y combinan diferentes aspectos de sus componentes originales. Los poliuretanos modificados con aceite, ya sean de base acuosa o con disolvente, son actualmente los acabados para suelos de madera más utilizados.

El uso exterior de barniz de poliuretano puede ser problemático debido a su susceptibilidad al deterioro por exposición a la luz ultravioleta (UV). Todos los barnices transparentes o translúcidos, y de hecho todos los recubrimientos de polímeros en película (es decir, pintura , tinte , epoxi , plástico sintético , etc.) son susceptibles a este daño en diversos grados. Los pigmentos en pinturas y tintes protegen contra el daño UV, mientras que se añaden absorbentes de UV al poliuretano y otros barnices (en particular, al barniz marino ) para protegerlos de dicho daño. Los poliuretanos suelen ser los más resistentes a la exposición al agua, la alta humedad, las temperaturas extremas y los hongos o el moho, que también afectan negativamente el rendimiento del barniz y la pintura.

El poliuretano también se utiliza en la fabricación de neumáticos y ruedas macizas . Entre sus aplicaciones industriales se incluyen las ruedas motrices y de carga de carretillas elevadoras, carros de supermercado e industriales, ^{[ 11 ]} y ruedas de montañas rusas. El patinaje en línea y el monopatín modernos se volvieron económicos solo con la introducción de piezas de poliuretano resistentes a la abrasión, lo que contribuyó a popularizar lo que antes era una moda poco conocida de la década de 1960. La durabilidad de las ruedas de poliuretano permitió ampliar considerablemente la variedad de trucos y acrobacias que se realizan en monopatines . El poliuretano también se utiliza para fabricar neumáticos para equipos pequeños en la industria de jardinería, como carretillas, carros de mano, cortacéspedes, carros, etc. Ofrecen la elasticidad y la sensación de un neumático inflado con aire, con la ventaja de no sufrir pinchazos. Además, pesan aproximadamente lo mismo que los neumáticos inflados con aire, a pesar de ser de poliuretano macizo. Se han desarrollado otras construcciones para neumáticos neumáticos, y las variantes de espuma microcelular se utilizan ampliamente en neumáticos para sillas de ruedas, bicicletas y otros usos. Este último tipo de espuma también se encuentra con frecuencia en los volantes de los automóviles y otras piezas interiores y exteriores de los vehículos, incluidos los parachoques y los guardabarros.

El uso de poliuretano ha aumentado en los últimos veinte años en la industria automotriz. Se utiliza para reemplazar los bujes de goma tradicionales, que suelen fallar o desgastarse en superficies de carretera con alta concentración de sal y residuos químicos.

El uso de bujes de poliuretano puede ofrecer muchas ventajas, como mantener la alineación correcta del ángulo de avance, la caída y la convergencia, lo que aumenta el control y la maniobrabilidad generales. Además, incrementa la vida útil, proporciona mayor resistencia al desgaste y es menos permeable al aceite y otros contaminantes de la carretera. ^{[ 12 ]}

El poliuretano (PU) se ha popularizado en la fabricación de algunos de los componentes aerodinámicos/kits de carrocería de mayor calidad para diversos vehículos (automóviles, camionetas y SUV) del mercado. Estos componentes incluyen parachoques , faldones laterales, paneles traseros y cubiertas de limpiaparabrisas. El poliuretano permite la producción de componentes duraderos, a diferencia de la fibra de vidrio convencional (FRP), que se rompe fácilmente con los impactos. El poliuretano es altamente flexible, por lo que es más resistente a los daños. Además de su durabilidad, estos kits de carrocería, cuando son fabricados por un fabricante de renombre, presentan menos imperfecciones, son fáciles de instalar y mantener, y son asequibles. ^{[ 13 ]}

Cuando los kits de carrocería de fibra de vidrio comienzan a mostrar grietas y astillas por el desgaste habitual, los componentes de poliuretano bien fabricados tienen una durabilidad similar a la de un parachoques instalado de fábrica. Como se mencionó anteriormente, cuando son producidos por un fabricante de renombre, tienden a tener menos poros e imperfecciones de fundición. La flexibilidad del poliuretano hace que sean fáciles de trabajar. La instalación se puede completar individualmente como un proyecto de "hágalo usted mismo". El mantenimiento es extremadamente simple. En cuanto al precio, puede variar según el fabricante, pero se mantiene dentro de un rango asequible. Por muy bueno que parezca, los kits de carrocería de poliuretano también tienen sus desventajas. Los componentes de fibra de vidrio o fibra de carbono son más ligeros que la mayoría de los kits de poliuretano. El poliuretano, nuevamente, es flexible, pero generalmente se necesita más material y grosor para mantener una rigidez adecuada para el uso en carretera. Para los conductores que buscan velocidad para su vehículo de alto rendimiento, ^{[ 14 ]} esto puede convertirse en un problema. Además, a diferencia de la fibra de vidrio, el poliuretano no se puede parchear ni reparar. Aunque es mucho más difícil de dañar, si se produce algún daño, se debe quitar y reemplazar todo el componente. ^{[ 13 ]} Hay varias opciones al comprar kits de poliuretano.

Con frecuencia, los componentes y cables de los circuitos electrónicos se protegen de las inclemencias ambientales y los golpes mecánicos mediante su recubrimiento en poliuretano. Generalmente, se eligen los poliuretanos por su excelente resistencia a la abrasión, buenas propiedades eléctricas, excelente adherencia, resistencia al impacto y flexibilidad a bajas temperaturas. La desventaja de los poliuretanos radica en su limitada temperatura máxima de servicio (normalmente 121  °  C).

La producción de placas de circuitos electrónicos utiliza un uretano de dos componentes (resina y catalizador) que se mezcla y vierte sobre el conjunto del circuito (véase dispensación de resina ). En la mayoría de los casos, tras el curado del uretano, la placa de circuito terminada no es reparable. Debido a sus propiedades físicas y su bajo coste, el encapsulado (potting) de poliuretano es una opción popular en el sector de la fabricación de automóviles para circuitos y sensores.

El poliuretano se puede utilizar como adhesivo , especialmente como cola para madera . Su principal ventaja sobre las colas para madera más tradicionales es su resistencia al agua. Se introdujo en el mercado norteamericano en la década de 1990 con los nombres de Gorilla Glue y Excel , pero ya estaba disponible en Europa mucho antes. El poliuretano es la base de algunos adhesivos de construcción en formato de tubo de sellador . ^{[ 15 ]}

En la búsqueda de un adhesivo nuevo y mejor para encuadernadores , en 1985 se introdujo por primera vez un nuevo sistema adhesivo. La base de este sistema es el poliéter o poliéster, mientras que el poliuretano (PUR) se utiliza como prepolímero. Sus características especiales son la coagulación a temperatura ambiente y la resistencia a la humedad.

Primera generación (1988)

• Solidez inicial baja
• Alta viscosidad
• Tiempo de curado >3 días

Segunda generación (1996)

• Solidez inicial baja
• Alta viscosidad
• Tiempo de curación <3 días

Tercera generación (2000)

• Buena solidez inicial
• Baja viscosidad
• Tiempo de curado entre 6 y 16 horas

Cuarta generación (actual)

• Buena solidez inicial
• Viscosidad muy baja
• La cura se alcanzó en pocos segundos gracias a los sistemas de doble núcleo.

Ventajas del pegamento de poliuretano en la industria de la encuadernación:

• El pegamento PUR es superior a los adhesivos termofusibles o en frío para la mayoría de las aplicaciones. Gracias a su baja humedad, permite pegar sin problemas papel con dirección de fibra opuesta. Incluso el papel impreso y supercalandrado se puede unir sin dificultad. Es el adhesivo más económico, con un espesor de aplicación teórico de 0,01  mm. Sin embargo, en la práctica, no es viable aplicar menos de 0,03  mm.
• El pegamento PUR es resistente a la intemperie y estable a temperaturas de −40 °C (−40 °F) a 100 °C (212 °F) . ^{[ 16 ]}    

Los poliuretanos termoestables también se utilizan como recubrimiento protector contra la abrasión. El poliuretano fundido sobre materiales como el acero absorbe el impacto de las partículas de manera más eficiente. Se ha demostrado que los poliuretanos duran más de 25 años en entornos abrasivos, donde el acero sin recubrimiento se erosionaría en menos de 8 años. Los poliuretanos se utilizan en industrias como:

• Minería y procesamiento de minerales
• Agregar
• Transporte
• Concreto
• Procesamiento de papel
• Fuerza
• Fabricante de botes inflables

El poliuretano también se utiliza en la industria de la construcción de hormigón para crear moldes . Estos moldes sirven como soporte para el hormigón, creando una variedad de texturas y diseños artísticos.

El poliuretano se utiliza junto con perclorato de amonio como combustible sólido en los misiles Polaris lanzados desde submarinos . ^{[ 17 ]}

Investigadores del Laboratorio de Investigación del Ejército de los Estados Unidos y del Instituto Tecnológico de Massachusetts han estudiado los elastómeros de poliuretano-urea como material potencial para cascos, protectores faciales y chalecos antibalas para soldados. ^{[ 18 ]}

Las espumas de poliuretano hidrofílicas de celda semiabierta, tanto en láminas como en escamas, se han aplicado en jardines en azoteas y muros verdes verticales, y actualmente están apareciendo productos comerciales en el mercado. ^{[ 19 ]} Los sustratos de espuma de poliuretano de celda semiabierta tienen una densidad mucho menor y una capacidad de retención de agua mucho mayor que los sustratos de tierra. La estructura de celda semiabierta facilita la fijación de las raíces de las plantas, necesaria para los jardines verticales. La reducción de peso disminuye los requisitos de la estructura de soporte del edificio/muro, mientras que el aumento de la capacidad de retención de agua reduce las necesidades de riego de las plantas.

Los polímeros de celda cerrada se han utilizado para elevar y sostener carreteras y accesos a puentes de hormigón desde 1989. Desarrollado originalmente en Europa y patentado por Uretek, este método de nivelación de hormigón se utiliza ahora ampliamente en aplicaciones residenciales, comerciales y municipales. Entre las aplicaciones comunes se incluyen la reparación de aceras, entradas de vehículos, patios y pisos de garajes hundidos. ^{[ 20 ]} En EE. UU. a veces se le conoce como elevación de losas.

La espuma de poliuretano de celda cerrada puede utilizarse como relleno en aplicaciones donde no se requiere la alta densidad y resistencia a la compresión del hormigón. ^{[ 21 ]} Además de ser considerablemente más ligera que el hormigón, la naturaleza de celda cerrada del material impide la transferencia de humedad a la estructura soportada, lo que puede reducir el riesgo de pudrición o corrosión. ^{[ 22 ]}

Las variables ambientales, el desgaste natural y las condiciones climáticas pueden dañar los diques de hormigón. Estos problemas pueden erosionar la estructura con el tiempo, haciéndola más vulnerable a daños mayores. Tradicionalmente, la reparación ha requerido un proceso exhaustivo con hormigón; sin embargo, la espuma geotérmica es una sustancia ligera y duradera que se ha vuelto cada vez más popular para reparar diques dañados.