Dispersiones de poliuretano obtenidas con diferentes policarbonato diolesRelación estructura-propiedades

Resumen

El descubrimiento de los poliuretanos se remonta a 1937, gracias a las investigaciones desarrolladas por Otto Bayer. Se empezaron a utilizar industrialmente en la década de los 50, ya que hasta entonces no existieron máquinas capaces de procesarlos. En primer lugar se usaron prepolímeros de uretano para la unión de cuero, madera y caucho. Posteriormente, en 1955 se desarrolló uno de los primeros adhesivos de uretano biocomponente para uniones metal/metal. En 1957 se usó por primera vez un adhesivo de poliuretano como ¿hot-melt¿ (termofusible) para la unión de chapas metálicas a contenedores. Entre 1958 y 1959 se desarrollaron los adhesivos de poliuretano termoplásticos. Los poliuretanos en base acuosa aparecieron en 1961 a partir de los desarrollos de la empresa Du Pont. En años posteriores se desarrollaron nuevos adhesivos para la unión de diferentes sustratos y en 1970 aparecieron los adhesivos de poliuretano sensibles a la presión (PAS). En 1984, Bostik desarrolló los adhesivos ¿hot-melt¿ reactivos. Los poliuretanos, hoy en día, son polímeros muy versátiles y tienen una amplia gama de aplicaciones que forman parte de nuestra vida. Su uso como adhesivos o recubrimientos se extiende a diversos sectores, principalmente automóvil, calzado, muebles y construcción. Un poliuretano es un polímero que contiene un número significativo de grupos uretano (-HN-CO-O-), no necesariamente repetidos de forma regular, sin tener en cuenta el resto de la molécula. Pueden contener, por tanto, grupos hidrocarbonados aromáticos o alifáticos, grupos éster, éter, carbonato, amida, urea, etc. Los poliuretanos se obtienen a partir de alcoholes (-OH) e isocianatos (-NCO) mediante una reacción de poliadición o policondensación. Los poliuretanos son buenos adhesivos porque mojan la superficie de la mayoría de sustratos, forman enlaces de hidrógeno fácilmente, su pequeño tamaño molecular permite su introducción en las rugosidades del sustrato, y pueden formarse enlaces covalentes con materiales que tienen hidrógenos activos en su composición. Las dispersiones de poliuretano están constituidas por partículas esféricas de polímero de uretano estabilizadas mediante emulsionantes externos o por incorporación de grupos hidrófilos en la estructura que le confieren la capacidad de dispersarse en agua. Estas últimas, las dispersiones de poliuretano ionomérico son las más utilizadas en la fabricación de adhesivos, debido a que presentan un menor tamaño de partícula y, por tanto, mayor estabilidad al transcurrir el tiempo. La síntesis de dispersiones acuosas de poliuretano requiere la reacción química de los tres componentes básicos de un poliuretano: macroglicol, diisocianato y extendedor de cadena; además requiere el uso adicional de emulsionantes capaces de conferir solubilidad o dispersabilidad de las partículas en agua. El método de la acetona es uno de los más utilizados para la producción de dispersiones acuosas de poliuretano para adhesivos, siendo el que se ha utilizado en este estudio. Aunque la relación estructura- propiedades en los poliuretanos se lleva estudiando desde hace tiempo, solo recientemente se han realizado estudios para entender la relación estructura-propiedades en los poliuretanos segmentados obtenidos con policarbonato dioles. Los poliuretanos obtenidos con policarbonato dioles tienen propiedades mecánicas excelentes, además de superior resistencia a la hidrólisis y a la oxidación que los poliuretanos obtenidos a partir de otro tipo de macrodioles. Existen pocos estudios sobre los poliuretanos sintetizados con policarbonato dioles. Uno de los grupos de investigación más productivos en los últimos años es el del Prof. Ignacio Mondragón (Universidad del Pais Vasco), y sus investigaciones han mostrado el efecto de la estructura de los segmentos blandos, peso molecular y la relación segmentos blandos/segmentos duros en la separación de fases y morfología de los poliuretanos termoplásticos obtenidos con policarbonato dioles. Por otro lado, se han realizado recientemente investigaciones sobre dispersiones acuosas de poliuretano por el grupo de investigación del Prof. Da-kong Lee (Universidad de Taiwan), cuyos resultados han mostrado el efecto de la naturaleza del macrodiol y del diisocianato empleado en la síntesis de dispersiones acuosas de poliuretano. En ninguno de las investigaciones realizadas hasta ahora se ha realizado un estudio amplio sobre la relación entre los parámetros de la síntesis, la composición y las propiedades finales del poliuretano, incluyendo las propiedades de adhesión. Considerando las escasas contribuciones en la bibliografía sobre dispersiones acuosas de poliuretano obtenidas a partir de policarbonato dioles y que éstas contemplan mayoritariamente la caracterización de las dispersiones acuosas y de las propiedades térmicas y mecánicas de las películas de poliuretano, en este trabajo se han sintetizado y caracterizado tanto las dispersiones acuosas como las películas de poliuretano obtenidas empleando diferentes macroglicoles derivados de poliéster, poliéter, homopolímeros y copolímeros de policarbonato diol con diferente peso molecular. Por otra parte, se ha prestado atención especial a las propiedades reológicas y adhesivas de las dispersiones de poliuretano, las cuales no han sido consideradas hasta ahora. Principalmente, este estudio se centrará en la incidencia de la relación isocianato/macroglicol, en el efecto del contenido en sólidos del poliuretano y en la influencia del tipo de macroglicol empleado y de su peso molecular en las propiedades de diferentes dispersiones de poliuretano.