Espumas
Sua formulação é baseada em polióis com baixo índice de hidroxila (OH) combinados com isocianatos com baixo teor de grupos funcionais (NCO), ligados a propulsores especiais e uma quantidade de água medida com exatidão. A fórmula é estequiometricamente projetada para obter um material de cura rápida (espumado ou não) com densidade entre 10 e 80 kg/m³.
As aplicações mais utilizadas no segmento de poliuretanos flexíveis são a fabricação de colchões, travesseiros e assentos tanto para a indústria doméstica (cadeiras e poltronas) quanto para a indústria industrial (assentos e poltronas para automóveis, ônibus, etc.). Neste segmento normalmente são utilizadas espumas entre 18-50 kg/m. Outras aplicações ocorrem na indústria de embalagens, na qual as espumas são utilizadas como protetores anti-impacto para embalagens de peças delicadas. Sua principal característica é serem células abertas e terem baixa densidade (12-15 kg/m³).
Poliuretanos rígidos com densidade de 30-60 kg/m³ são amplamente utilizados como isolantes térmicos. Suas principais aplicações são o isolamento térmico de refrigeradores (geladeiras), freezers (freezers), câmaras frigoríficas e telhas para armazéns e coberturas industriais (espuma moldada dentro de uma matriz). Também são utilizados como isolamento térmico projetado para galpões industriais já construídos (por exemplo, para isolar fazendas onde são criados frangos, porcos, etc.).
A capacidade de isolamento térmico do poliuretano se deve ao gás aprisionado nas células fechadas da estrutura polimérica.
Uma variedade de poliuretanos rígidos são os poliuretanos PIR, que graças ao seu melhor comportamento contra o fogo são utilizados em revestimentos de tubos que conduzem fluidos a altas temperaturas em áreas extremamente úmidas. Sua principal característica é a natureza ureica do polímero.
Uma variedade de poliuretanos rígidos são os poliuretanos em spray, que são formulações de alta taxa de reação, usados em revestimentos sujeitos à força da gravidade, como isolamento de edifícios, tanques de armazenamento e até mesmo tubos ou tubulações.
Outra variedade de poliuretanos rígidos são aqueles utilizados para confeccionar peças de imitação de madeira, com densidades variando entre 100-250 kg/m³. Existem também formulações com maior densidade (até 800 kg/m³) comumente chamadas de “duromeros” para produção de peças estruturais, como carcaças de máquinas industriais, acessórios para ônibus, etc.
A reatividade pode ser observada numa simples inspeção visual e, no caso das espumas, é dividida nos seguintes tempos, medidos em segundos:.
O isocianato e o poliol, quando misturados, provocam uma série de reações químicas que levam a ligações de uretanos, poliuretanos, alofanatos, ureias modificadas, cianatos, pré-polímeros, etc. No total, são cerca de 17 reações químicas simultâneas, nas quais o pacote de catalisador faz com que ele tome uma direção preferida ou outra.
É gerada uma exotérmica que pode elevar a temperatura a mais de 100 °C, o que faz com que o propulsor em solução no poliol se torne um gás. A reação do isocianato com água gera dióxido de carbono. Devido ao calor gerado, parte da água se transforma em vapor. Tudo isso faz com que a mistura se expanda, formando pequenas células após a gelificação ou creme. Embora as células CO façam parte da reticulação, elas são misturadas com aquelas que contêm fluorocarbonos para fins de estabilidade dimensional.
Alguns polióis contêm componentes anti-chama que os tornam retardadores de chama. Em alguns países o uso deste componente é obrigatório para determinadas aplicações e são classificados sob normas de segurança.
As células são formadas à medida que o tempo de rosca é atingido, terminando no tempo Tack free.
Os propulsores são fluorocarbonetos ecologicamente modificados, como R-141 B"), R-245FA ou ciclopentano, que atendem ao Protocolo de Montreal para a preservação da camada de ozônio atmosférica. Evidentemente, água e, em menor extensão, dióxido de carbono também são usados. Freon-11 (R-11"), assim como outros organoclorados, foram descartados anos atrás devido ao seu impacto na camada de ozônio.
No final da reação química, a espuma de poliuretano contém milhões de células irregulares, que – dependendo da formulação utilizada – são as que em última análise lhe conferem as características de isolamento térmico, resiliência, acústica, etc.
A estabilidade dimensional é um aspecto muito importante na qualidade da espuma formada: muitas vezes acontece que fórmulas de poliol mal balanceadas, excesso de água ou misturas pobres de poliol/isocianato produzem uma contração do polímero, deformando e perdendo sua forma. A mistura de poliol/isocianato deve ser estequiometricamente equilibrada. Em geral a mistura fica 10% acima da estequiométrica para maior segurança; Uma mistura maior de poliol e menos isocianato leva a espumas macias e instáveis, enquanto um excesso de isocianatos leva a espumas de ureia (poliuretanos PIR).
A indústria do poliuretano movimenta milhões de dólares/euros em todo o mundo, e os especialistas no assunto são escassos e altamente valorizados.
O principal mercado do poliuretano rígido é a indústria de isolamento térmico (geladeiras, etc.); em segundo lugar, as indústrias de poliuretanos flexíveis (colchões, assentos, etc.).
Uma porcentagem menor é usada para moldar peças de automóveis, peças de veículos, elementos de decoração, etc.
Uma espuma de poliuretano tem um coeficiente de transferência de calor de aproximadamente 0,0183 unidades de transferência de calor BTU.
Fonte: Norma IRAM 11601. (Argentina).
Devido à excelente facilidade de sua síntese e à relação de propriedades mecânicas e isolantes, os poliuretanos rígidos são utilizados nas indústrias de refrigeração, isolamento, moveleira, etc.