miércoles, 28 de noviembre de 2012

Historia de las fibras artificiales y sintéticas

Introducción
Por miles de años, el uso de la fibra estaba limitado por las cualidades inherentes disponibles en el mundo natural. El algodón y el lino se arrugan por el uso y los lavados. La seda requiere un manejo delicado. La lana se contrae, era irritante al tacto, y era comida por las polillas. Luego, apenas un siglo atrás, el rayón (la primera fibra manufacturada) fue desarrollado. Los secretos de la química de la fibra para un sinnúmero de aplicaciones habían comenzado a emerger.
Las fibras manufacturadas ahora se usan en la ropa moderna, muebles para el hogar, la medicina, la aeronáutica, la energía, la industria, y más. Hoy en día se puede combinar, modificar y adaptar las fibras de manera mucho más allá de los límites de rendimiento de la fibra extraída del capullo del gusano de seda, que se cultiva en los campos o bien surgido a partir de la lana de los animales.

Los primeros intentos
El primer registro publicado de un intento de crear una fibra artificial se llevó a cabo en 1664. El naturalista inglés Robert Hooke sugirió la posibilidad de producir una fibra que sería "tan buena, o mejor" que la seda. Su objetivo seguiría siendo inalcanzable hasta más de dos siglos después.
La primera patente de "seda artificial" fue concedida en Inglaterra en 1855 por un químico suizo llamado Audemars. El disolvió la corteza fibrosa interior de un árbol de morera, modificándolo químicamente para producir celulosa. El formó hilos por inmersión de agujas en esta solución y atrayéndolos hacia fuera; pero nunca se le ocurrió a emular al gusano de seda extrudando el líquido de celulosa a través de un pequeño agujero.
A principios de la década de 1880, Sir Joseph W. Swan, un químico Inglés y electricista, fue impulsado a la acción por la nueva lámpara eléctrica incandescente de Thomas Edison. Él experimentó forzando un líquido similar a la solución de Audemars a través de orificios finos en un baño de coagulación. Sus fibras trabajaban como filamento de carbono, y ellos encontraron uso en la invención de Edison.
También se le ocurrió a Swan que su filamento se podría utilizar para hacer textiles. En 1885 expuso en Londres algunos tejidos de punto de su nueva fibra hechos por su esposa. Pero las lámparas eléctricas seguía siendo su principal interés, y pronto abandonó su trabajo en aplicaciones textiles.

Primera producción comercial

La primera producción a escala comercial de una fibra manufacturada fue alcanzado por el químico francés conde Hilaire de Chardonnet. En 1889, sus tejidos de "seda artificial" causaron sensación en la Exposición de París. Dos años más tarde se construyó la primera planta de rayón comercial en Besancon, Francia, y aseguró su fama como el "padre de la industria del rayón".
Varios intentos para producir "seda artificial" en los Estados Unidos se hicieron durante el 1900, pero ninguno fue un éxito comercial hasta que la American Viscose Company (Sociedad Americana de viscosa), formado por Samuel Courtaulds and Co. Ltd., comenzó la producción de su producción de rayón en 1910.
En 1893, Arthur D. Little de Boston, inventó otro producto celulósico (acetato) y lo desarrolló como una película. En 1910, Camille y Henry Dreyfus estaban haciendo films para cine de acetato y artículos de tocador en Basilea, Suiza. Durante la Primera Guerra Mundial, ellos construyeron una planta en Inglaterra para producir dope de acetato de celulosa para alas de los aviones y otros productos comerciales. Al entrar en la guerra, el gobierno de Estados Unidos invitó a los hermanos Dreyfus para construir una planta en Maryland para hacer el producto para los aviones de guerra estadounidenses. El primer tejido comercial utilizando el acetato en forma de fibra fueron desarrolladas por la empresa Celanese en 1924.
Mientras tanto, la producción de rayón en EE.UU. aumentó para satisfacer la demanda creciente. A mediados de la década de 1920, los fabricantes de textiles podrían comprar la fibra por la mitad del precio de la seda cruda. Así comenzó la conquista gradual de las fibras artificiales en el mercado estadounidense.

Nylon (la fibra milagrosa)

En septiembre de 1931, el químico estadounidense Wallace Carothers se informó sobre la investigación llevada a cabo en los laboratorios de la compañía DuPont de las "gigantes" moléculas llamadas polímeros. Se enfocó su trabajo en una fibra conocida simplemente como "66", una serie derivada de su estructura molecular. El nylon, la "fibra milagrosa", había nacido.
En 1938, Paul Schlack de la empresa IG Farben en Alemania, polimeriza caprolactama y creó una forma diferente del polímero, identificado simplemente como nylon "6".
El advenimiento del nylon creó una revolución en la industria de la fibra. El rayón y el acetato habían derivado de la celulosa de las plantas, pero el nylon fue sintetizado por completo de los productos petroquímicos. Esto estableció las bases para el posterior descubrimiento de todo un mundo nuevo de fibras manufacturadas.
DuPont comenzó la producción comercial de nylon en 1939. La primera prueba experimental del nylon fue utilizarlo como hilo de tela de paracaídas y en las medias de las mujeres. Las medias de nylon, se mostraron en febrero de 1939 en la Exposición de San Francisco teniendo una rápida acogida entre los consumidores.

Los Estados Unidos entraron en la Segunda Guerra Mundial en diciembre de 1941 y de la Junta de Producción de Guerra asigno toda la producción de nylon para uso militar.
Durante la guerra, el nylon reemplazo a la seda asiática en paracaídas. También ha encontrado uso en neumáticos, tiendas de campaña, cuerdas, ponchos y otros suministros militares, y aún se utiliza en la producción de un papel de alto grado para la moneda de EE.UU. Al comienzo de la guerra, el algodón era el rey de las fibras, lo que representa más del 80% de todas las fibras utilizadas. Las fibras de lana y las manufacturadas compartían el restante 20%. Para el final de la guerra en agosto de 1945, el algodón se situó en el 75% del mercado de la fibra. Las fibras manufacturadas se habían elevado a 15%.

La industria de la post-guerra

Después de la guerra, se convirtió la producción de nylon para usos civiles y cuando las primeras cantidades pequeñas de medias de nylon posguerra fueron anunciadas, miles de mujeres frenéticas se alinearon en grandes almacenes de Nueva York para comprarlas.
En la inmediata posguerra, la producción de la mayoría de nylon se utiliza para satisfacer esta enorme demanda reprimida de calcetería. Pero a finales de la década de 1940, también se utilizaba en las alfombras y la tapicería del automóvil. Al mismo tiempo, tres nuevas fibras manufacturadas genéricas comenzaron la producción. La empresa Dow Badische (hoy, BASF Corporation) introduce las fibras metalizadas, Union Carbide Corporation desarrolló las fibras modacrílicas, y Hércules, Inc. las fibras de olefina. Las fibras manufacturadas continuaron su crecimiento.
En la década de 1950, una nueva fibra, "acrílico", se añadió a la lista de nombres genéricos, como DuPont comenzó la producción de este producto símil lana.

Aparición del poliéster

Mientras tanto, el poliéster, se examinó por primera vez como parte de la investigación de Wallace Carothers, estaba atrayendo a un nuevo interés en la Asociación Calico Printers en Gran Bretaña. Allí, JT Dickson y JR Whinfield produjeron una fibra de poliéster mediante polimerización por condensación de etilenglicol con ácido tereftálico. DuPont posteriormente adquirió los derechos de patente para los Estados Unidos y la Imperial Chemical Industries para el resto del mundo.

Revolución Wash and Wear

En 1952, el término “wash and wear” (lavar y usar) fue acuñado para describir una nueva mezcla de algodón y acrílico. El término finalmente se aplicó a una amplia variedad de mezclas de fibras manufacturadas. La producción comercial de fibra de poliéster transformo la novedad "wash and wear" en una revolución en el rendimiento del producto textil. La comercialización de poliéster en 1953 fue acompañada por la introducción del triacetato. La mayoría de las fibras sintéticas básicas del siglo 20 ya había sido descubierta. Los consumidores de la década de 1960 y 1970 compraron ropa cada vez más, hechas con poliéster. Los tejidos se hicieron más resistentes y de color más permanente. Nuevos efectos de teñido se estaban logrando ofreciendo mayor comodidad y estilo.

Posibilidades infinitas

Las nuevas fibras revolucionarias fueron modificadas para ofrecer una mayor comodidad, resistencia a la llama, reducir el apego, la suciedad, lograr una mayor blancura, opacidad especial o brillo, capacidad de teñido más fácil y mejores cualidades de mezcla. Nuevas formas de fibra y espesores se introdujeron para satisfacer necesidades especiales. El Spandex, una fibra estirable y la aramida, una fibra resistente a alta temperatura, se introdujeron en el mercado.
Una nueva gama de usos para las fibras sintéticas vino con el establecimiento del programa espacial de los EE.UU. La industria proveyó la fibra especial para usos que van desde la ropa para los astronautas a los conos de ojiva de la nave espacial. Cuando Neil Armstrong dio "un pequeño paso para el hombre, un salto gigante para la humanidad" sobre la Luna el 20 de julio de 1969, su traje espacial lunar incluía varias capas de telas de nylon y aramida. La bandera que plantó estaba hecha de nylon.
Las toberas de escape de los dos grandes cohetes propulsores que levantan el transbordador espacial en órbita contienen 30.000 libras de rayón carbonizado. Materiales compuestos de fibra de carbono se utilizan como componentes estructurales en los últimos aviones comerciales, añadiendo resistencia y la reducción de peso y costes de combustible.

En la actualidad

Hoy en día, la innovación es el sello distintivo de la industria de fibras manufacturadas. Las fibras más numerosas y diversas que los encontradas en la naturaleza son ahora rutinariamente creadas en los laboratorios de la industria.
Variantes de nylon, poliéster y olefina se utilizan para producir alfombras que pueden ser fácilmente lavadas, incluso 24 horas después de haber sido manchada. Spandex elástico y poliésteres símil seda lavables a máquina ocupan lugares sólidos en el mercado de prendas. Los mejores microfibras están rehaciendo el mundo de la moda.
Para usos industriales, las fibras manufacturadas implacablemente reemplazan a los materiales tradicionales; desde los pañales super-absorbentes hasta los materiales de construcción de trajes espaciales. También tienen lugar las telas no tejidos de fibras sintéticas cuyas aplicaciones se encuentran en batas quirúrgicas y la ropa desechable entre otros usos. Las telas no tejidas, rígidas como el papel o suaves y cómodas como el paño, se hacen sin tricotar o tejer.
Como siempre lo han hecho, las fibras manufacturadas seguirán significando, un mejor estilo de vida.

Tipos de fibras
Cronología de la producción comercial de algunas fibras
1889 - Celulosa regenerada
1890 - Rayón cupramonio
1892 - Rayón viscosa
1924 - Acetato
1930 - Acrilonitrilo
1936 - Vidrio
1939 - Nylon
1939 - Vinyon
1939 - Vinylon
1941 - Saran
1946 - Metálicas
1949 - Modacrílica
1949 - Olefinas
1950 - Acrílico
1953 - Poliéster
1959 - Spandex
1960 - Modal
1961 - Aramidas
1968 - Carbono
1972 - Aramidas
1979 - Dyneema/Spectra
1983 - PBI
1983 - Sulfar
1992 - Lyocell
2002 - PLA
Nota: pueden existir incongruencias en la cronología de la producción de fibras dependiendo la fuente.

Fuentes:
http://www.fibersource.com
http://www.woodheadpublishing.com
http://en.wikipedia.org
http://indumentariaymoda.com

miércoles, 21 de noviembre de 2012

Policaprolactona (PCL)

Introducción
La policaprolactona (PCL) es un poliéster alifático biodegradable con un bajo punto de fusión de alrededor de 60°C y una temperatura de transición vítrea de alrededor de -60°C. Es obtenido a partir de la polimerización de la caprolactona. Su nombre según IUPAC es 1,7-polioxepan-2-ona. Otros nombres podrían ser homopolímero de 2-oxepanona o polímero de 6-caprolactona. Su fórmula molecular es (C6H10O2)n. El PCL a menudo es utilizado como aditivo para otros polímeros. Y al tener un bajo punto de fusión, es utilizado como un plástico capaz de ser moldeado a mano, útil para la fabricación de prototipos, reparación de piezas plásticas y confección de artesanías. También ha recibido una gran atención para su uso como un biomaterial para implantes en el cuerpo humano.

Síntesis y estructura química
El PCL se prepara por polimerización de apertura de anillo de ε-caprolactona utilizando un catalizador como por ejemplo el octoato estannoso. Recientemente una amplia gama de catalizadores para la polimerización de apertura de anillo de caprolactona han sido estudiados.
Polimerización de apertura de anillo de ε-caprolactona a policaprolactona
Características y propiedades
La policaprolactona (PCL) es un plástico biodegradable elaborado a partir de derivados del petróleo. Se compone de una secuencia de unidades de metileno, entre los que se forman grupos éster.
A través de esta estructura muy simple, una rotación ligeramente limitada de los segmentos individuales de la cadena es posible, lo que lleva a un punto de transición vítrea muy bajo (-60°C). Se trata de un polímero semicristalino con punto de fusión de 58-60ºC, baja viscosidad y fácil procesabilidad. A temperatura ambiente, la policaprolactona de cadena corta es amorfa y correspondientemente blanda y gomosa. Debido a la estructura uniforme, sin embargo, se cristaliza fácilmente, lo que resulta en el refuerzo del material. La policaprolactona cristalina se asemeja al polietileno en la estructura cristalina.
La PCL es altamente miscible y se combina bien con otros plásticos, así como con la lignina y almidón. Además, se adhiere bien a un gran número de superficies. Su obtención es más simple que otros biopolímeros, funde fácilmente y no es tóxico.
Su aplicación principal es en el campo médico como hilo para suturas. Debido a que el homopolímero se bioabsorbe en aproximadamente 2 años, se han desarrollado copolímeros para acelerar la velocidad de bioabsorción, por ejemplo copolímeros con DL- Lactida.

Usos y aplicaciones
Los poliésteres alifáticos de PLC son suministrados por Solvay bajo el nombre comercial CAPA (Bélgica), Dow Chemical Company (EEUU) bajo el nombre comercial de TONE y Daicel Chemicals Indus. (Japón) bajo el nombre comercial de PLACEEL.

Aditivo para polímeros
El uso más común de policaprolactona como aditivo es en la fabricación de poliuretanos especiales. Las policaprolactonas imparten buena resistencia al agua, aceites, a los disolventes y al cloro en el poliuretano producido.
Este polímero también se usa a menudo como un aditivo para las resinas, para mejorar sus características de procesamiento y sus propiedades de uso final (por ejemplo, resistencia al impacto). Siendo compatible con una amplia gama de otros materiales, la PCL se puede mezclar con almidón para reducir su costo y aumentar la biodegradabilidad o se puede añadir como un polímero plastificante al PVC.
Encuentra aplicaciones en adhesivos, agentes compatibilizantes y películas así como en medicina. La PCL se usa mayoritariamente en mezclas con almidón tales como el Mater Bi producido por Novamont, en el que la policaprolactona mejora su resistencia a la humedad, aumenta la resistencia en estado fundido y ayuda a plastificar el almidón.
Cubiertos fabricados con Mater Bi

Aplicaciones biomédicas
La PCL es degradada por hidrólisis de sus vínculos ésteres en condiciones fisiológicas (tales como en el cuerpo humano) y por lo tanto ha recibido una gran atención para su uso como un biomaterial implantable. En particular, es especialmente interesante para la preparación de dispositivos implantables de largo plazo, debido a su degradación, que es incluso más lenta que la de polilactida.
la PCL ha sido aprobada por la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE.UU. (FDA) en aplicaciones específicas utilizadas en el cuerpo humano como, por ejemplo, un dispositivo para suministro de fármaco, sutura (vendido bajo la marca Monocryl) o barrera de adhesión. El Monocryl es una sutura quirúrgica sintética y absorbible, fabricada y patentada por Ethicon Inc. Se compone de poliglecaprona 25, que es un copolímero de glicólida y Ɛ-caprolactona.
Sutura quirúrgica bioabsorbible

La biocompatibilidad de la PCL ha sido muy estudiada, especialmente del Capronor que es un dispositivo anticonceptivo válido durante 18 meses. El agente activo es el progestágeno levonorgestrol, se presenta en cápsulas sub-cutáneas que se colocan por medio de una cirugía menor. Se ha demostrado que el polímero no es tóxico, excepto por una pequeña irritación en el lugar del implante.
Láminas de policaprolactona también son utilizadas como bolus (equivalente a tejido ceroso colocado en la superficie de la piel) en radioterapia para homogeneizar o modular el rango de la dosis de radiación de haces externos. Como las láminas de PCL se ablandan con agua caliente y se vuelven moldeables, se pueden aplicar en áreas difíciles como pared torácica, nariz, parótida o cualquier superficie anatómica irregular.
Bolus de PCL para radioterapia

Hobbies y prototipos
La PCL también tiene muchas aplicaciones en el mercado de los hobbies. Algunos nombres de marca comerciales usados ​​en este mercado son Hand Moldable Plastic, Mold-Your-Own Grips, Simple-Plastic, InstaMorph, Shapelock, Missing Link y Friendly Plastic en los EE.UU., Polymorph en el Reino Unido, Plastimake en Australia, Protoplast en los Países Bajos, y Plastiform en Francia. Tiene propiedades físicas de un de plástico muy duro, como nylon, que se funde a una consistencia similar a la masilla a 60°C. El calor específico y la conductividad de la PCL son tan bajos que no es difícil de manejar a esta temperatura. Esto lo hace ideal para pequeños modelados, fabricación de piezas, reparación de objetos de plástico, y el prototipado rápido, donde la resistencia al calor no sea necesaria. Aunque la PCL fundida se adhiere fácilmente a muchos otros plásticos, si la superficie se enfría, la pegajosidad se puede minimizar al mismo tiempo que deja la masa flexible.

InstaMorph
Instrucciones de uso del InstaMorph
Perno moldeado manualmente con PCL


Fuentes:
Synthesis of polycaprolactone: a review - Labet, Marianne; Thielemans, Wim
Chemical syntheses of biodegradable polymers - M. Okada.
Aliphatic Polyesters: Synthesis, Properties and Applications - C. Albertsson, I.K. Varma.
Controlled Ring-Opening Polymerization: Polymers with designed Macromolecular Architecture - K.M. Stridsberg, M. Ryner and C. Albertsson.
Biodegradable Polymers- D. Platt.
http://en.wikipedia.org
http://www.arhp.org
http://www.eis.uva.es
http://www.designinsite.dk
http://www.leia.es
http://www.instamorph.com
http://www.instructables.com
http://shapelock.com
http://www.bio-plastics.org
http://www.baycanmedikal.com.tr
http://www.alquienvas.com
http://www.novamont.com

miércoles, 14 de noviembre de 2012

Resinas urea-formaldehído (UF)

Introducción
La urea-formaldehído (UF), también conocido como urea-metanal, llamado así por su vía de síntesis y estructura general común, es una resina o plástico termoestable, hecho a partir de urea y formaldehído se calienta en presencia de una base débil, tales como amoníaco o piridina. Estas resinas se utilizan en adhesivos, acabados, MDF (tableros de densidad media) y objetos moldeados. Por sus grupos amino en su estructura química, constituye una de las resinas denominadas comúnmente como amino-plásticas.
Historia
Las patentes de resinas termoestables duras y transparentes basados ​​en urea y formaldehído se les concedió a los químicos alemanes y británicos en la década de 1920. En 1925 la British Cyanides Company, Ltd., (ahora British Industrial Plastics, Ltd.) presentó una mesa de luz irrompible hecha de su resina urea-formaldehído bajo la marca registrada Beetle, y dentro de dos años, la American Cyanamid Company había adquirido los derechos para producir Beetleware en los Estados Unidos Estados. Clara en su estado puro, la urea-formaldehído podría fortalecerse con celulosa y teñirse con pigmentos numerosos para hacer artículos de luz, delgado, duro, fuerte, colorido y translucidos para el hogar y la cocina. Su resistencia a muchos productos químicos lo hacía adecuado para frascos de cosméticos y otros recipientes, y su resistencia eléctrica deseable para productos tales como los tomacorrientes de pared y placas de interruptores.
La urea-formaldehído comenzó a ser sustituido en artículos moldeados en los años 1950 por resina de melamina-formaldehído y por nuevas resinas termoplásticas tales como poliestireno. Al igual que las resinas fenólicas y de melamina, la urea-formaldehído se emplean ahora sobre todo como adhesivos para madera. Son menos duraderas que las otras dos resinas y no tienen resistencia a la intemperie suficiente para ser utilizadas en aplicaciones exteriores. Debido a que las resinas de urea-formaldehído son de color más claro que las resinas de fenol-formaldehído, tradicionalmente están reservadas para contrachapado interior y el revestimiento decorativo. Pero la preocupación por la liberación de formaldehído al aire han conducido a la sustitución, incluso allí, por resinas fenólicas.

Estructura química y síntesis
La estructura química de las resinas de UF se puede describir como la de grupos metileno unidos a los nitrógenos del grupo diamida. Esta descripción deja los detalles de la estructura indeterminada, que puede variar entre lineal y ramificado. Éstos se agrupan por su promedio de masa molar y el contenido de grupos funcionales diferentes. Los cambios de las condiciones de síntesis de las resinas dan buenas posibilidades para el diseño de la estructura y propiedades de la resina.
Estructura quimica de la resina urea-formaldehído
 Las resinas de urea-formaldehído se obtienen, como se ha dicho, por condensación de la urea (diamida del ácido carbónico) y el formaldehído obtenidos del amonio y el metanol respectivamente. Ambos pueden ser sintetizados a partir del gas natural.
Síntesis de resina urea-formaldehído

Propiedades
Los atributos de la resina urea-formaldehído incluyen alta resistencia a la tracción, módulo de flexión y la temperatura de distorsión por calor, baja absorción de agua y contracción de moldeo, alta dureza superficial, alargamiento a la rotura y resistencia de volumen.
La identificación genérica de las melaminas y ureas como resinas induce a pensar que son materiales de naturaleza polimérica. Sin embargo, no son polímeros ya que su distribución de pesos moleculares promedio indica que son monómeros, dímeros, trímeros y excepcionalmente tetrámeros y pentámeros.
Estos materiales no tienen adecuadas propiedades como formadores de película ya que éstas son duras y quebradizas. En consecuencia, se combinan con resinas alquídicas, acrílicas, poliésteres o epoxis para generar sistemas termoestables o termo convertibles (curado químico a alta temperatura, es decir horneables).

Producción
En la producción industrial, las resinas están hechas por la condensación de formaldehído y urea en una solución acuosa, utilizando amoniaco como un catalizador alcalino. La reacción de condensación da una solución incolora, como melaza, que puede ser secada por pulverización para dar un polvo para su posterior uso en revestimientos o adhesivos, también puede ser mezclado con celulosa como relleno para producir polvos para el moldeo de objetos sólidos. Bajo la influencia de calor y presión, la resina, que en este punto se compone en gran parte de polímeros intermedios o prepolímeros de bajo peso molecular, se cura a su estado final, que consiste en una red tridimensional de polímeros interrelacionados.

Obtención de resinas UF y MF a partir del gas natural
Aproximadamente, 1 millón de toneladas métricas de urea-formaldehído son producidas cada año. Más del 70% de esta producción es destinada al uso de productos de la industria maderera. En la cual constituye una resina apropiada para la unión de tableros de partículas o aglomerado (61%), tablero de fibra de densidad media (27%), madera contrachapada de madera dura (5%) y adhesivo de laminación (7%).
Producción de tableros de partículas (aglomerado)

Usos generales
La urea-formaldehído está en todas partes y se utiliza en muchos procesos de fabricación debido a sus propiedades útiles. Los ejemplos incluyen laminados decorativos, textiles, papel, moldes de fundición de arena, telas antiarrugas, mezclas de algodón, rayón, pana, etc. También se utiliza para pegar madera juntos. La urea formaldehído se utiliza habitualmente cuando se producen revestimiento de aparatos eléctricos (por ejemplo, lámparas de escritorio).
La UF también ha sido utilizada como resina de moldeo de adornos y otros utensilios similares, aunque hoy en día se utiliza en muy poca medida siendo reemplazado por materiales termoplásticos.
Articulos moldeados de resina UF

Las resinas ureicas se especifican para lacas y barnices para maderas (curado térmico) y para recubrimientos plastificantes para pisos (dos componentes de curado catalizado por ácidos). El producto es ampliamente elegido como una resina adhesiva debido a su alta reactividad, buen rendimiento, y bajo precio.

Recubrimiento plastificante de UF para pisos de madera
 También se preparan adhesivos fenol-urea-formaldehído modificados con taninos (PUFT) por copolimerización a temperatura ambiente de taninos de corteza de pino con prepolímeros fenol-urea-formaldehído (PUF) previamente elaborados. La adición de taninos a los prepolímeros PUF modifica su comportamiento reológico, que pasa de prácticamente newtoniano a pseudoplástico. Esta es una característica muy deseable ya que los adhesivos se vuelven más fluidos durante su aplicación, aumentando posteriormente su viscosidad aparente. Además, el consumo de adhesivo en la preparación de los tableros contrachapados se reduce significativamente.

Adhesivo de urea-formaldehido para trabajos de carpintería
Uso agrícola
La urea-formaldehído también se usa en la agricultura como fuente de liberación controlada de fertilizantes de nitrógeno. La tasa de descomposición de la urea-formaldehído en CO2 y NH3 está determinada por la acción de los microbios que se encuentran naturalmente en la mayoría de los suelos. La actividad de estos microbios, y, por lo tanto, la velocidad de liberación de nitrógeno, es dependiente de la temperatura. La temperatura óptima para la actividad microbiana es de aproximadamente 70-90°F (20-30°C aproximadamente).

Aislamiento de espuma
El aislamiento de espuma de urea-formaldehído (UFFI) puede constituir un gran aislamiento sintético. Se trata básicamente de una espuma parecida a la crema de afeitar y fácilmente inyectable en paredes con una manguera. Se hace mediante el uso de un conjunto de una bomba y manguera con una pistola de mezcla para mezclar el agente de formación de espuma y la resina. La espuma líquida se pulveriza en las áreas con necesidad de aislamiento. Se endurece en pocos minutos, pero se cura en una semana. El UFFI es generalmente visto en casas construidas antes de los años setenta, utilizado en los sótanos, espacios entre paredes y áticos. Visualmente parece un líquido escurrido que se ha endurecido. Con el tiempo, tiende a variar a tonos caramelo pero el UFFI nuevo es de un color amarillo claro. Las primeras formas de UFFI tendían a contraerse de manera significativa aunque con los actuales catalizadores y tecnologías de espumado han reducido el encogimiento a niveles mínimos (entre 2-4%). La espuma se seca con un color mate sin brillo. Presentando una textura seca y quebradiza.
UFFI
El aislamiento de espuma de urea-formaldehído (UFFI) comenzó a ser utilizado en la década de 1970. En la década de 1980, las preocupaciones comenzaron a desarrollarse sobre el vapor de formaldehído tóxico emitido en el proceso de curado, así como por la descomposición de la espuma con el tiempo. Las tasas de emisión de más de 0,1 partes por millón (ppm) causa daños a la salud en los seres humanos. Por lo tanto, su uso fue descontinuado. La disminución emisiones de la urea-formaldehído con el tiempo y los niveles significativos ya no debería estar presente en los hogares de hoy. Opciones modernas, de reemplazo, incluyen resina de melamina formaldehído y poliuretano.
Aplicación de UFFI


Fuentes:
http://www.scielo.cl
http://www.chm.bris.ac.uk
http://www.nsc.org
http://www.plastiquarian.com
http://www.cmhc-schl.gc.ca
Urea-formaldehyde (UF) adhesive resins for wood - Dunky, M.
http://www.bostik.com.au
http://www.britannica.com
http://www.edutecne.utn.edu.ar
http://www.energyhack.com
http://www.cotopaxi.com.ec

martes, 6 de noviembre de 2012

Resinas melamina-formaldehído (MF)

Introducción
La resina melamina, resina MF o resina melamina-formaldehído (a veces también acortada a simplemente melamina) es un material termoendurecible duro, hecho por condensación de melamina y formaldehído. En su forma butilado, este se disuelve en n-butanol y xileno. Se utiliza entonces para reticulación con resina alquídica, epoxi, acrílica y poliéster, usados en revestimientos de superficies. Existen muchos tipos, variando desde resinas de curado muy lento a muy rápido. Fue descubierto inicialmente por William F. Talbot. Tanto la urea-formaldehído como la melamina-formaldehído tienen propiedades generales muy similares, aunque existe mucha diferencia en sus aplicaciones. A ambas resinas se les conoce como amino-resinas o resinas amínicas. Las amino-resinas se usan principalmente como adhesivos para hacer madera aglomerada y contrachapado, usados en la construcción residencial, fabricación de muebles (laminados decorativos).

Síntesis y estructura química
Las resinas de melanina-formaldehido se forman por condensación de la melamina y del formaldehído.

Síntesis de resina de melanina-formaldehído
La identificación genérica de las melaminas como resinas induce a pensar que son materiales de naturaleza polimérica. Sin embargo, no son polímeros ya que su distribución de pesos moleculares promedio indica que son monómeros, dímeros, trímeros y excepcionalmente tetrámeros y pentámeros.
Estos materiales no tienen adecuadas propiedades como formadores de película ya que éstas son duras y quebradizas. En consecuencia, se combinan con resinas alquídicas, acrílicas, poliésteres o epoxis para generar sistemas termoestables o termo convertibles (curado químico a alta temperatura, es decir horneables).

Melamina
La melamina es un compuesto orgánico que responde a la fórmula química C3H6N6, y cuyo nombre por IUPAC es 2,4,6-triamino-1,3,5-triazina. Es levemente soluble en agua, y naturalmente forma un sólido blanco.

La melamina es un trímero (está constituida por tres moléculas iguales) de cianamida, formando un heterociclo aromático que puede reaccionar con el formaldehído, dando la resina melamina-formaldehído.
La melamina fue sintetizada por primera vez por el químico alemán Justus von Liebig en 1834. Inicialmente, en la producción de melamina, primero cianamida de calcio se convertía en diciandiamida, después se calentaba por encima de su temperatura de fusión para producir melamina. Sin embargo, los fabricantes de hoy en día, utilizan la urea en la siguiente reacción para producir melamina:

6 (NH2) 2CO → C 3H6N6 + 6 NH3 + 3 CO2

Se puede entender como dos pasos.
En primer lugar, la urea se descompone en ácido cianhídrico y amoníaco en una reacción endotérmica:

(NH2)2CO → HCNO + NH3

Entonces, el ácido cianhídrico se polimeriza para formar melamina y dióxido de carbono:

6 HCNO → C3H6N6 + 3 CO2

La segunda reacción es exotérmica, pero el proceso global es endotérmico.
La reacción anterior puede llevarse a cabo por cualquiera de dos métodos: producción en fase gaseosa catalizada o producción en fase líquida de alta presión. En el primer método, urea fundida se introduce en un lecho fluidizado con el catalizador para la reacción. Gas caliente de amoníaco está también presente para fluidificar el lecho e inhibir la deamonización. El efluente luego se enfría. El amoníaco y el dióxido de carbono en los gases residuales se separan de la suspensión de melamina. La suspensión se concentra y cristaliza aún más para producir melanina. Los principales fabricantes y proveedores de licencias, como Orascom Construction Industries, BASF y Eurotecnica han desarrollado algunos métodos patentados.
El gas contiene grandes cantidades de amoníaco. Por lo tanto, la producción de melamina, a menudo se integra en la producción de urea, que utiliza amoníaco como materia prima.
La cristalización y el lavado de melamina generan una cantidad considerable de aguas residuales, lo cual es un contaminante si se descargan directamente en el medio ambiente. El agua residual puede ser concentrada en un sólido (1,5 a 5% del peso) para facilitar su eliminación. El sólido puede contener aproximadamente 70% de melamina, oxitriazinas 23% (amelina, amelida y ácido cianúrico), 0,7% policondensados ​​(Melem, melam y melon). En el proceso Eurotecnica, sin embargo, no hay residuos sólidos y los contaminantes se descomponen en amoníaco y dióxido de carbono y se envía como suministro de gas a la planta de urea, en consecuencia, el agua residual puede ser reciclada a la planta de melamina o se utiliza como agua de refrigeración limpia.

Formaldehido
El formaldehído o metanal es un compuesto químico, más específicamente un aldehído (el más simple de ellos) es altamente volátil y muy inflamable, de fórmula H2C=O. Fue descubierto en 1867 por el químico alemán August Wilhelm von Hofmann. Se obtiene por oxidación catalítica del alcohol metílico.

La síntesis industrial del metanal se basa en la oxidación catalítica y semiparcial del metanol (H3COH), óxidos de metales (habitualmente una mezcla de óxido de hierro, molibdeno y vanadio) o la conversión de metanol en hidrógeno elemental y formaldehído en presencia de plata elemental.

H3COH → H2CO + H2

Características y propiedades
Existen resinas sólidas con las características y propiedades generales de las resinas en polvo. Entre sus principales características se encuentran:
- Alto punto de reblandecimiento.
- Insolubles en los disolventes comunes.
- Resistencia a los álcalis.
- Bajo factor de pérdidas a alta frecuencia.
- Excelente resistencia al aislamiento.
- Alta frecuencia sintética de valor agregado.
- Rigidez dieléctrica.
- Termoestable.
- No es reciclable.
Resina de melamina-formaldehído
Estas resinas se usan en compuestos de moldeo. Por otro lado, existen muchas aplicaciones para las resinas líquidas de la reacción de melamina y formaldehído que son solubles al agua. Además, las resinas base para las pinturas automotrices son resinas metiladas (reaccionadas con metanol) y butiladas o isobutiladas (reaccionadas con butanol o isobutanol). Estas resinas son incoloras, cristalinas y de alto contenido en sólidos (más del 95%). Esta reacción se lleva a cabo en dos etapas, primero se hace una metilolación y después la metilación o butilación.

Aplicaciones
Hogar
La resina de melamina se utiliza a menudo en utensilios de cocina y platos (como Melmac). Utensilios de resina de melamina y cuencos no sirven para microondas. Al igual que con todos los materiales termoestables, la resina de melamina no puede ser fundida y, por tanto, no se pueden reciclar a través de fusión.
Durante la década de 1950 y 1960, la vajilla de melamina estuvo muy de moda. Con la ayuda crucial por los elegantes diseños modernos de A.H. Woodfull y la Unidad de Diseño de Producto de la British Industrial Plastics, se pensó que era una amenaza para la posición dominante de la cerámica en el mercado. La tendencia de las tazas y los platos de melamina de mancharse y rayarse hizo disminuir las ventas en la década de 1960.
Vajilla de melamina-formaldehido

Cucharon de melamina-formaldehido

Material de construcción
La resina de melamina es el componente principal de laminados de alta presión (HPL), como Formica y Arborite y de suelos laminados. Los paneles de pared de resina de melamina también se pueden utilizar como pizarras (blancas).
Laminado con resina de melamina

Laminados de melamina-formaldehído
Formica, es una marca de materiales compuestos fabricados por la Corporación Formica. En el uso común, el término se refiere al producto clásico de la compañía, un laminado de papel o de tela con resina de melamina resistente al calor y fácil de limpiar. Si bien inicialmente se utilizaba resinas de fenol-formaldehido, alrededor de 1937 se empezó a utilizar resina de melamina.
Arborite, es el nombre comercial de un material laminado compuesto de melamina similar a la formica, desarrollado en Canadá en 1940.

Fabricación de muebles y gabinetes
La resina de melamina a menudo se utiliza para saturar papel decorativo que se lamina bajo calor y presión y luego pegado en los tableros de aglomerado, el panel resultante es a menudo llamado melamina y se utiliza comúnmente en muebles listos para ensamblar y muebles de cocina baratos.
La melamina se encuentra disponible en diferentes tamaños y espesores, así como un gran número de colores y patrones. Los laminados son pesados. La resina es propensa a saltar al ser cortado con sierras de mesa convencionales
Mesa con tablero de resina de melamina

Laminado de melamina fundida térmicamente TFM (Coveright)

Melamina espumada
Es una forma especial de resina de melamina. Se utiliza principalmente como material aislante y de insonorización y más recientemente como un abrasivo de limpieza.
La espuma melamina es una material espumado que consiste de un copolímero formaldehído - melamina - bisulfito de sodio.
La espuma es manufacturada por BASF bajo el nombre Basotect. Se ha utilizado por más de 20 años como aislamiento térmico de tuberías y conductos, y tiene una larga historia como un material de insonorización para los estudios, escenarios, auditorios, y similares. La baja emisión de humos y las propiedades anti llama de la espuma de melamina evita que sea un peligro de incendio
En principios del siglo 21 se descubrió que la melamina espuma era un limpiador abrasivo eficaz debido a la dureza de su estructura polimérica microporosa de celda abierta.
Estructura al microscopio de la espuma de melamina

Las espumas son suministradas en barras a los elaboradores de producto específico.
La conversión de las barras en piezas acabadas se lleva a cabo con la ayuda de máquinas especiales similares a las utilizadas en la fabricación de espumas flexibles de poliuretano. La resina de melamina espumada admite sin problemas conformación mediante corte de cuchilla, cable, sierra y otras herramientas. Estos métodos hacen posible la fabricación precisa de piezas de dimensiones y formas adecuadas, listas para instalar, tales como paneles acústicos, perfiles tubulares, etc.

Debido a una bajísima densidad de tan solo 9 kg / m3, la espuma de resina de melamina (junto con las espumas de poliamida, mucho más expansibles) es uno de los materiales de mayor ligereza que se puede adquirir en el mercado. Lo cual convierte a Basotect en un producto ideal para aplicaciones con ahorro de peso y materia prima. Su estructura a base de celdas abiertas hace que esta espuma sea capaz de absorber grandes cantidades de líquido. Por ejemplo, un metro cúbico de Basotect, con un peso en seco de 9 kilogramos de espuma, sería capaz de absorber hasta 990 litros de líquido. Por el contrario, Basotect también puede ser sometida a un tratamiento de impregnación con silicona o fluorocarbonos que la hagan impermeable tanto al agua como al aceite
Revestimiento de espuma a base de resinas de melamina reduce la transmisión sonora desde el compartimento del motor (Fabricante: Carcoustics)
Posibles aplicaciones de la espuma de melamina en la industria automotriz
Elementos de limpieza hechos de y con espuma de melamina
Hombreras de espuma de melamina
Goma de borrar

Pinturas y recubrimientos
Las resinas aminadas están basadas en los productos de condensación de la melamina-formaldehído o urea-formaldehído. Estas resinas no son materiales de naturaleza polimérica; son sólo monómeros, dímeros, etc. Por lo tanto, se combinan con resinas alquídicas, acrílicas, poliésteres o epoxis para generar sistemas termoestables (curado químico a alta temperatura, horneables). Las resinas melamínicas horneables se emplean para autopiezas, esmaltes para línea blanca, artefactos de iluminación, envases metálicos, barnices aislantes, maquinaria industrial, esmaltes para automóviles, muebles metálicos.
La melamina-formaldehído butilada o isobutilada se utiliza también como resina modificadora de lacas y pinturas, como por ejemplo, son utilizadas en pinturas de nitrocelulosa con la finalidad de promover:
- alta flexibilidad
- brillo
- durabilidad
- resistencia al calor
- resistencia a la luz
Se emplean principalmente en lacas de nitrocelulosa para repintura automotriz. Se utilizan con mayor frecuencia en sistemas cuaternarios en combinación con resinas alquídicas y un plastificante, adicionadas en una proporción de hasta un 10%.

Melamina-formaldehído sulfonada (SMF)
Es un polímero que se usa como aditivo del cemento para reducir el contenido de agua en el hormigón, mientras que aumenta la fluidez y la trabajabilidad de la mezcla durante su manipulación y vertido. Resultando en un hormigón con una menor porosidad y una mayor resistencia mecánica, exhibiendo una resistencia mejorada a ambientes agresivos y una vida más prolongada.
La melamina también entra en la fabricación de polisulfonato de melamina usado como superplastificante para hacer hormigón de alta resistencia.




Fuentes:
http://www.prowoodworkingtips.com
http://www.msue.msu.edu
http://www.plastiquarian.com
http://www.prowoodworkingtips.com
Melamines and derivatives of melamine - Bann y Miller
Othmer encyclopedia of chemical technology – Kirk
http://www.elmundo.es
http://sinoyqx.com
http://home.howstuffworks.com
http://household-tips.thefuntimesguide.com
http://www.formica.com
http://www.interempresas.net
http://www.basotect.com
http://www.gammaexport.com