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