Poliuretano

A criação dos poliuretanos é atribuída ao químico industrial alemão Otto Bayer (1902–1982), que descobriu a reação de policondensação de isocianatos e polióis. O produto foi inicialmente desenvolvido como um substituto da borracha, no início da Segunda Guerra Mundial.

A principal reação de produção de poliuretanos tem como reagentes um diisocianato, disponível nas formas alifáticas ou aromáticas, e um diol (como o etileno glicol, 1,4 butanodiol, dietileno glicol, glicerol) ou um poliol poliéster, na presença de catalisador e de materiais para o controle da estrutura das células (surfactantes), no caso de espumas e tintas. Quando, na reação de polimerização, o diol é substituído por uma diamina, obtém-se uma poliureia, porque a unidade básica torna-se uma ureia e não um carbamato. O poliuretano pode ter uma variedade de densidades e de durezas, que mudam de acordo com o tipo de monômero usado e de acordo com a adição ou não de substâncias modificadoras de propriedades. Os aditivos também podem melhorar a resistência à combustão, a estabilidade química, entre outras propriedades. Embora as propriedades do poliuretano possam ser determinadas principalmente pela escolha do poliol, o diisocianato também exerce alguma influência. A taxa de cura é influenciada pela reatividade do grupo funcional, e a funcionalidade, pelo número de grupos isocianato. As propriedades mecânicas são influenciadas pela funcionalidade e pela forma da molécula. A escolha do diisocianato também afeta a estabilidade do poliuretano à exposição a luz. Os poliuretanos feitos com diisocianatos aromáticos amarelam-se à exposição a luz, enquanto que aqueles feitos com diisocianatos alifáticos são estáveis.

Os produtos do poliuretano têm muitos usos. Mais de três quartos do consumo global de poliuretano são na forma de espumas, com os tipos flexível e rígido grosseiramente iguais quanto ao tamanho de mercado. Em ambos os casos, a espuma está geralmente escondida por trás de outros materiais: as espumas rígidas estão dentro das paredes metálicas ou plásticas da maioria dos refrigeradores e freezers, ou atrás de paredes de alvenaria, caso sejam usadas como isolamento térmico na construção civil; as espumas flexíveis, dentro dos estofados dos móveis domésticos, por exemplo. Vários tipos de preservativos são feitos de poliuretano e são destinados às pessoas sensíveis ou alérgicas aos preservativos tradicionalmente feitos de látex. Muitos tipos de calçados e sapatos, sobretudo femininos, são confecionados em poliuretano. A grande maioria é confecionada utilizando-se sistemas poliéster, mais resistentes mecanicamente. Uma nova aplicação e quem vem crescendo são nos calçados de segurança pois é um material que, com a utilização de aditivos, consegue atender as normas necessárias para a utilização de EPI`s na industria.

O material deve ser escolhido de acordo com as necessidades de aplicação. Em alguns casos, aço, alumínio ou outros metais podem ser indicados. Em outros casos plásticos – ABS, poliestireno, PVC ou resinas fenólicas. No entanto, em um grande número de aplicações, os poliuretanos oferecem as características pretendidas. A variedade dos poliuretanos é substancial. Cada material tem seus atributos e deficiências. Desta forma o essencial, quando falamos em aplicações de engenharia, é verificar cada tipo de PU e então selecionar o que melhor atende às necessidades da aplicação, proporcionando melhor custo/ benefício. Há diferentes tipos de poliuretanos disponíveis, com diferentes resistências, propriedades físicas e aplicações. O termo poliuretano pode ser utilizado para diferentes tipos de materiais: Os poliuretanos fundidos têm boa aplicabilidade. As espumas, tanto rígida como flexível. As espumas rígidas são utilizadas para aplicações com isolamento térmico enquanto a flexível é utilizada como molas e amortecedores. Na indústria de calçados, os solados de poliuretano são feitos de poliuretano microcelular, que são espumas especiais.

Podem ser citadas como desvantagens sobre os produtos citados anteriormente As limitações do poliuretano são basicamente três. Poliuretanos não são bons quando trabalham em altas temperaturas. Devido à certa termoplacidade em sua natureza, as propriedades do poliuretano tendem a cair conforme a temperatura é elevada. Genericamente falando, poliuretanos são menos utilizados quando se exige uma combinação de carga e temperaturas superiores a 105/107°C simultaneamente. Outra limitação é que todos os poliuretanos estão sujeitos à hidrólise na presença de umidade a temperaturas elevadas. Esta combinação cria problemas para o poliuretano. No entanto, a baixas temperaturas, a maioria dos poliuretanos podem trabalhar por anos com a presença de umidade, mas, na presença de vapor, ou seja, umidade + temperatura não temos um poliuretano que suporte uma vida longa. Dentre os poliuretanos existentes, temos alguns que podem trabalhar certo período nestas condições, mas não é o produto adequado. Novos desenvolvimentos prometem elevar estes limites de temperatura. Existem certos ambientes químicos que são impróprios para os poliuretanos.

Uma é o di-isocianato. A maioria dos materiais comercializados são baseados em MDI (4,4.-difenilmetano di-isocianato) ou TDI (tolilenediisocianato). Cada um destes di-isocianatos oferecem diferentes propriedades ao produto final e também requer diferentes tipos de curativos, em muitos casos, diferentes formas de processamento. Existem outros di-isocianatos usados, como os alifáticos, o mais novo é o PPDI (parafenilenediisocianato), e o NDI (nafitileno di-isocianato). Outro componente é o poliol. Existem três tipos: PTMEG (politetrametileno glicol), conhecido como polieter premium, PPG (polipropileno glicol), um baixo custo, e os poliésteres. Novamente existem outros poliois, como policaprolactona, mas são usadas em menor escala. Com estas três possibilidades de poliois e duas possibilidades de isocianatos existem seis grandes classes de pré-polímeros de poliuretanos disponíveis. A outra parte do sistema é o curativo. Os poliuretanos fundidos envolvem uma reação química. Quando você mistura os dois componentes (o pré-polímero e o curativo) a reação não pode ser interrompida.

A primeira propriedade da tabela e provavelmente uma das mais importantes é a dureza. No entanto, uma vez que podemos obter todas as durezas com todos os 6 sistemas de pré-polímeros existentes, não devemos selecionar um poliuretano a partir da dureza. Em termos de resistência a tração, poliésteres possuem melhor desempenho comparado aos poliéteres. No entanto, resistência a tração é raramente a principal característica solicitada em uma aplicação. Todos os tipos de poliuretanos podem ter alongamentos elevados. Não podemos nos basear para seleção de um poliuretano na resistência a tração. O mesmo ocorre com o módulo de compressão, todos os poliuretanos podem obter altos e baixos valores do módulo. Como mencionado anteriormente, para formulações de baixa dureza, TDI poliéster são os materiais mais indicados pois aceitam grandes quantidades de plastificantes sem reduzir as propriedades físicas do material. Poliéteres geralmente não mantém suas propriedades físicas quando utilizado em formulações com grandes quantidades de plastificantes.

Existem algumas aplicações específicas onde uma característica é dominante quando comparado com os outros tipos de poliuretano. Rodas de skate de alta qualidade todas são de MDI Poliéter, em função da resiliência. Alta resiliência proporciona velocidades elevadas e uma boa dirigibilidade. TDI Poliésteres, material utilizado em rolos de pintura em função da alta resistência a solvente e por manter suas propriedades físicas em formulações de baixa dureza. Para pig’s (tampões) de tubulação de óleo é importante que o material tenha resistência a abrasão e boa resistência a óleo para prevenir suas dimensões ao longo da tubulação. Em função disso, TDI Poliéster foi escolhido, pois combina estas duas características. Por outro lado, para equipamentos para grãos MDI Poliéster foi escolhido, o composto éster possui boa resistência a abrasão e o composto MDI é o mais indicado para trabalho em contato com alimentos.

Devido ao grande número de aplicações do PU, sua produção aumenta a cada ano, bem como a quantidade de resíduos do mesmo. Por isto a reciclagem de PU se torna uma atividade cada vez mais necessária para uma sociedade mais sustentável, sendo este um problema visto que o PU é um polímero termorrígido e não pode ser derretido e fundido novamente.Neste contexto existem dois processos principais para a reciclagem de PU, reciclagem química e mecânica.