Nuevos adhesivos sensibles a la presión basados en poliuretanos termoplásticos

Resumen

Los adhesivos sensibles a la presión (PSAs) se emplean para la fabricación de cintas adhesivas, etiquetas y vendajes médicos, entre otras aplicaciones. Si bien los PSAs actuales cumplen la mayoría de sus funciones de manera satisfactoria, en el campo de los vendajes médicos no se ha conseguido el desarrollo de PSAs que se adhieran con buena fuerza adhesiva y que se puedan separar sin causar dolor (lo que se conoce como low-trauma PSAs). El desarrollo de los low-trauma PSAs requiere conseguir un buen balance entre adhesión y cohesión, un aspecto que aún no está completamente resuelto en la literatura científica. Por otra parte, la mayoría de los PSAs empleados en vendajes médicos producen irritación y alergia cuando se mantienen en contacto durante un tiempo prolongado con la piel. En esta tesis doctoral se han elegido los poliuretanos como materialesinnovadores para preparar low-trauma PSAs. Por una parte, los poliuretanos son biocompatibles y no causan alergias y, por otra parte, sus propiedades pueden diseñarse a partir de su estructura (relación estructura-propiedades). Además, existen muy pocos estudios en la literatura sobre adhesivos sensibles a la presión de poliuretano (PU PSAs), debido fundamentalmente a que carecen de pegajosidad o adhesión inmediata a temperatura ambiente. En los últimos años se han desarrollado diferentes estrategias para impartir pegajosidad a los PU PSAs (adición de resinas, síntesis de híbridos acrílico-uretánicos, adición de agentes reticulantes), sin conseguirse un buen balance entre adhesión y cohesión. Por ello, en esta tesis doctoral se propone una estrategia diferente para desarrollar low-trauma PSAs que consiste en emplear poliuretanos termoplásticos y diseñar su estructura para que cambien sus propiedades notoriamente en un rango estrecho de temperatura (20-37 ºC); de esta manera, se puede conseguir buena pegajosidad a 37 ºC pero nula pegajosidad a 20 ºC, lo que supone que los nuevos PU PSAs se podrían separar de la piel sin dolor. Como estrategia inicial se prepararon poliuretanos termoplásticos (TPUs) mediante el método del prepolímero reaccionando diisocianato de 4,4´difenilmetano (MDI) con mezclas de polioles de polipropilen glicol (PPGs) de diferentes pesos moleculares, usando 1,4-butanodiol como extendedor de cadena. Los PU PSAs obtenidos con mezclas de PPGs de pesos moleculares 1000 y 2000 (PPG2000) g/mol y con el 50% en peso o más de PPG2000 exhiben buena pegajosidad a 10–37 °C, y sus propiedades como adhesivos sensibles a la presión se relacionan con su menor contenido de grupos de uretano enlazados por enlaces de hidrógeno y con un importante grado de separación de fases. Además, los PU PSAs siguen el criterio de Dahlquist, tienen temperaturas de transición vítrea bajas, alta pegajosidad y aceptable valor de fuerza de pelado a 180º. Sin embargo, no se consiguió un buen balance entre adhesión y cohesión. Para aumentar la cohesión de los PU PSAs se consideró otra estrategia diferente, que consistió en preparar PU PSAs con diferente contenido de segmentos rígidos (12.5-38.7 %) fijando la relación NCO/OH en 1.1 y usando mezclas de polioles de PPGs con pesos moleculares de 450 y 2000 Da. En general, los TPUs con un contenido de segmentos rígidos inferior al 21 % presentan características de PSAs de uso general y los que tienen un mayor contenido de segmentos rígidos presentan características de PSAs de alto esfuerzo. A pesar de mejorar la cohesión de los PU PSAs aumentando el contenido en segmentos rígidos no se consiguió tener un buen balance de propiedades. Se propuso otra estrategia que consistió en preparar PU PSAs usando mezclas de poliuretanos termoplásticos de diferentes características. Para ello, se usó un procedimiento simple que consistió en la mezcla en diferentes proporciones de disoluciones en metil etil cetona (MEK) de dos poliuretanos termoplásticos con propiedades muy diferentes, TPU1 (con alta pegajosidad y baja cohesión) y TPU2 (con baja pegajosidad y alta cohesión), empleándose dos procedimientos de mezcla diferentes. Los PU PSAs obtenidos presentaron buena pegajosidad, valores adecuados de fuerza de pelado a 180º y suficiente cohesión, particularmente usando una mezcla del 70 % en peso de TPU1 y 30 % en peso de TPU2. En este trabajo de tesis doctoral se ha demostrado que se pueden obtener adhesivos sensibles a la presión basados en poliuretanos termoplásticos mediante el diseño adecuado de su estructura segmentada basado en el uso de mezclas de polioles de diferentes pesos moleculares (450-2000 g/mol) con buena pegajosidad en el rango de temperaturas 37 ºC, y menor adhesión o nula a temperaturas inferiores a 20 ºC. Además, se han preparado PSAs con buen balance de adhesión y cohesión mediante la mezcla física de dos TPUs con propiedades muy diferentes; concretamente, la mezcla que contiene 70 % del TPU con excelente pegajosidad y pobre cohesión presenta mejores propiedades que las de los dos TPUs de partida, y además muestra un buen balance de las propiedades de pegajosidad, adhesión y cohesión.