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