Poliurea

Introducción

Las poliureas son una familia de polímeros sintéticos que se obtienen de la reacción de un diisocianato con una diamina, es una reacción de polimerización por condensación similar a la del poliuretano, excepto porque en este caso el enlace formado corresponde al enlace urea, por esto es llamada poliurea. Poliurea, no constituye un único polímero, sino un nombre genérico para los polímeros que presentan en su estructura química grupos urea o carbamida. Las poliureas han cobrado gran importancia como recubrimiento comúnmente aplicado sobre hormigón y acero para protección contra la corrosión y resistencia a la abrasión.

Historia
A continuación se observa la cronología de los poliuretanos y poliureas:
1937: Otto Bayer fue precursor en el uso de polímeros de poliuretano.
1952: se inicia la comercialización de espuma de poliuretano.
1960: más de 45.000Tn de espuma de poliuretano fueron producidas durante esta década.
1969: se desarrolla un nuevo proceso denominado RIM (reaction injection molding) con poliuretanos modificados, sin espumado, que dio origen a las primeras poliureas.
1970: durante esta década, las compañías desarrollaron y probaron innumerables formulaciones de poliureas.
1980: comienza la comercialización de poliureas tal como las conocemos actualmente.

Estructura química y síntesis La poliurea es un tipo de elastómero producto de la reacción de un diisocianato y una resina sintética con grupos amidas a través de una polimerización denominada por crecimiento en etapas. El diisocianato puede ser de naturaleza aromática o alifática.

Estructura de una poliurea

La poliurea palabra se deriva de las palabras griegas poli-que significa "muchos" y urea, "orina". Este último término se refiere a la sustancia urea se encuentra en la orina, en vez de la orina en sí. La urea o carbamida es un compuesto orgánico con la fórmula química (NH2)2CO. La molécula tiene dos grupos amina (-NH2) unidos por un grupo funcional carbonilo (C=O). En una poliurea, unidades alternadas de monómeros de isocianatos y aminas reaccionan entre sí para formar enlaces de urea. Las ureas se pueden formar también a partir de la reacción de isocianatos y el agua que forma un ácido carbámico intermediario de reacción. Este ácido se descompone rápidamente por la división de dióxido de carbono dejando tras de sí una amina. Esta amina reacciona entonces con otro grupo isocianato para formar el enlace de poliurea. Esta reacción de dos etapas se utiliza en lo que comúnmente, pero inadecuadamente, se llama espumas de poliuretano. El dióxido de carbono que es liberado en esta reacción es la principal agente de espumado (formador de espuma) en espumas de poliuretano que mucho más precisamente debe ser llamadas espumas de poli-uretano-urea.

Síntesis de una poliurea

Propiedades y características

Las poliureas pueden ser clasificadas en alifáticas o aromáticas según sea su estructura química. Mientras una poliurea aromática es de menor costo, presenta decoloración frente a la radiación UV y son más rígidas por la naturaleza de los anillos aromáticos; mientras que las poliureas alifáticas son de precio mayor pero son resistentes a la radiación UV.

Como se ha dicho, dependiendo de su composición se obtendrán diferentes polímeros cuyas cualidades variarán. Pudiendo ser aromáticas o alifáticas, pero también puras o modificadas.

Alifáticas:
- Resistencia a la decoloración por UV.
- Mayor resistencia a la hidrólisis
- Gran resistencia a elevadas temperaturas
- Costo elevado
Aromáticas:
- Decolora aunque reteniendo propiedades mecánicas. Puede cubrirse con alifáticos
- Mejor rango de propiedades mecánicas
- Gran resistencia a la abrasión
- Menor costo

Las poliureas puras tienen gran dureza y excelente resistencia a los productos químicos, pero al ser muy reactivas (1-2 segundos) resulta muy complicada su aplicación y obtener acabados de calidad utilizándolas en recubrimientos.

Las modificadas son más elásticas y tienen mayor elongación. Incorporan cadenas que ralentizan la reacción entre sus componente (5-9 segundos) mejorando así la adherencia, facilitando el trabajo de proyección y permitiendo recubrimientos con mejores acabados.

En ambos casos el material tiene elevada resistencia a la tracción, al desgaste y al rasgado.

Otra ventaja de las poliureas es que no requieren solventes y no presentan componentes volátiles orgánicos (V.O.C.). También presentan poco o ningún olor.

Los recubrimientos de poliurea, con una elongación de hasta un 500%, permiten copiar extremas dilataciones y contracciones del sustrato garantizando la impermeabilidad.

Entre las desventajas de la poliurea se encuentran el costo y ratio de mezcla crítico: no puede ser aplicada a rodillo o pincel.

Fabricantes
Algunos de los fabricantes de poliurea son: - Specialty Products Inc. (SPI) - EE.UU: Polyshield HT-F100, Polythiourea PTU, Dragonshield HT.
- Dow Chemical Co. - EE.UU: Envirolastic AR 425, Envirolastic AR 200 HD, Envirolastic AR 520 PW.
- Sika - EE.UU: Sikalastic 841 ST, Sikalastic 830 N.
- Purcom - Brasil: Elastopur 34.003, Elaspur 32.002

Aplicaciones Recubrimientos

La nueva tecnología para recubrimientos de poliurea está lista para sustituir a los materiales tradicionales para recubrimientos que dominan la industria hoy en día. Se aplica más fácil y rápidamente, es más económica y ofrece mayor duración. La Poliurea no es afectada por la humedad ni el agua, siendo además poco afectada por las superficies frías. Puede aplicarse en variados espesores en una sola aplicación, inclusive en superficies verticales, evitando los tiempos muertos que inevitablemente se tienen en la aplicación de múltiples capas como el caso de las pinturas y revestimientos convencionales. Estos poseen estabilidad a altas temperaturas siendo la máxima de trabajo continuo de +120ºC.

Preparación del sustrato
Una de las tantas virtudes de las poliureas, es su formidable adhesión sobre una gran variedad de superficies. Para las superficies más problemáticas, se puede incrementar aún más su adhesividad sobre distintos tipos de sustratos mediante el uso de primer.

Ejemplos de sustratos

Las superficies deben estar minuciosamente preparada antes de cada aplicación: limpias, sin restos de polvo, grasas u otros componentes ajenos al sustrato que puedan ser agentes de contaminación. Las superficies deben ser recubiertas con un material de imprimación (Primer) previamente, a fin de ocluir porosidades y aumentar las propiedades de adhesión al sustrato. Existen distintos tipos de “Primers”, que ofrecen diferentes grados de adhesión o son específicos para distintos tipos de superficies en particular.
Al aplicar la poliurea a un substrato viejo, se debe limpiarse con chorro de arena (Sandblast) y aplicarse un primer epóxico, para lograr una adherencia adecuada. La adherencia sobre espuma rígida de poliuretano es excelente. La superficie a aplicar, deberá de estar completamente seca y libre de polvo, para evitar la formación de burbujas bajo la superficie y evitar los “Puntos de alfiler” (Pin Holes). Los espesores más comunes van de 1 a 2 mm en una sola mano y de curado instantáneo.

Tratamiento de la superficie a recubrir

Para un trabajo de calidad es esencial una adecuada preparación del sustrato antes de la proyección, para conseguir que el producto forme un enlace permanente con el soporte.
Además han de seguirse unas estrictas pautas de aplicación para que el producto resultante tenga todas sus cualidades químicas y mecánicas, por lo que solo puede realizar el trabajo personal altamente cualificado.

Equipos de aplicación
La proyección ha de hacerse con equipos especiales cuyas características garanticen el calentamiento y mezcla homogénea de los componentes y las presiones necesarias para un buen pulverizado, y su buen mantenimiento es indispensable.

Equipo de aplicación de poliurea

La mezcla es instantánea, se realiza en la cámara de la pistola esplayadora (proyección atomizada), generado a través de equipos de proyección, neumáticos o hidráulicos de alta presión, con mangueras calefaccionadas, preparados para trabajar en relación 1:1, garantizando presiones y temperaturas de trabajo constante superiores a los 1.000 psi y 65-75°C.

Aplicación de poliurea en piscina

Tiempos de curado
Gel: 2 segundos
Curado al tacto: 8 - 10 segundos
Curado para tránsito peatonal: 10 - 15 minutos
Curado total, para cualquier tipo de exposición: 10 - 12 horas
Los tiempos de curado pueden variar de acuerdo a la formulación. 

Campos de aplicación
Recubrimientos

Los recubrimientos de poliureas son utilizados en diferentes sectores presentando las siguientes características:

- Automoción
Beneficios: Protección anticorrosiva y anti-impacto

Sellado de carrocería de pick-ups, furgonetas, camiones, vehículos blindados, tráileres de caballos, ambulancias, Pavimento de alta resistencia

Recubrimiento de poliurea en caja de pick-ups

- Industria
Beneficios: Resistencia química, impermeable y anticorrosivo, resistente a la abrasión e impacto, no poroso, bacteriológicamente estable

Piso de fábrica con recubrimiento de poliurea

- Construcción (Edificación - Obra Civil – Rehabilitación)
Beneficios: Es membrana elástica, continua y sin juntas, recubrimiento adherido, impermeable y transitable, adaptable a las superficies más irregulares, alta resistencia al desgaste y al impacto, permeable al vapor de agua, aplicable sobre casi cualquier sustrato, resistente al intemperismo, rápido curado permite un uso casi inmediato, se puede recubrir y reparar, aplicable en paños verticales, horizontales y techos, excelente comportamiento bacteriológico

Impermeabilización de azotea con poliurea

- Decoración  
Beneficios: Membrana continua y adaptable, adhiere sobre diversos materiales, aplicable en varios colores y re-pintable, ligero y resistente

Usos en escultura y arte

- Sector Naval
Beneficios: Resistencia a la inmersión en agua de mar, tratamiento anticorrosivo, resistencia al impacto, contenedores, cubiertas y boyas

Usos marítimos

Lubricantes
La poliurea es utilizada como espesante en grasas recomendadas para la lubricación de rodamientos, cojinetes, correderas, cremalleras, funcionando a alta temperaturas, en presencia o no de agua y la lubricación de cojinetes de motores eléctricos, de generadores, de ventiladores de gas caliente, de vapores, de cintas transportadoras de hornos, de secaderos y toda otra aplicación a alta velocidad y alta temperatura. El rango de trabajo, dependiendo de la formulación, puede ir de -40 a 180°C.

Grasas de poliurea de alto rendimiento

Las grasas a base de poliurea presentan las siguientes ventajas:
Duración de vida excepcional y alargamiento de los intervalos de reengrase
Muy buena estabilidad en uso y en el almacenamiento
Fácilmente bombeable e inyectable
Excelente adherencia con los metales
Excelentes propiedades antiherrumbre y anticorrosión
Excelente estabilidad térmica asociada a una perfecta reversibilidad
Pueden ser formuladas sin plomo, ni ningún otro metal considerado como nocivo para la salud humana o para el entorno.

Copolímeros
El elastano, spandex o lycra son fibras sintéticas elásticas de un copolímero de urea-uretano, utilizado, junto a otras fibras como el algodón y el nylon, para hacer ropa y prendas de vestir estirables. Cabe destacar que algunos poliuretanos llevan en su estructura química enlaces urea pero igualmente se los conoce con la denominación genérica de poliuretanos. 

Fuentes:
http://www.gragus.com.ar
http://www.basf.com
http://www.poliurea.com
http://www.es.total.com
http://www.dayky.es
http://www.oscarcasabianca.com.ar
http://www.poliurea.net
http://www.movicenter.com.ar
http://www.waterplas.com
http://www.velis.com.mx