O Poliuretano

O que é o Poliuretano?

Poliuretano é um polímero produzido pela reação de poliadição de um isocianato (di ou polifuncional) com um poliol e outros reagentes como: agentes de cura ou extensores de cadeia.

Neste polímero o uretano é a molécula que se repete, sendo que sua estrutura é composta por 4 tipo de átomos (2 oxigênios, 1 nitrogênio, 1 carbono e 1 hidrogênio) distribuídos de uma certa forma.

Na tecnologia dos PUs existem cinco reações principais dos isocianatos com:

  1. polióis formando poliuretanos;
  2. aminas dando poliuréias;
  3. água originando poliuréia e liberando gás carbônico que é o principal agente de expansão nas espumas de PU;
  4. grupos uretano
  5. uréia resultando na formação de ligações cruzadas alofanato e biureto, respectivamente:

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História do poliuretano

Apesar de a tecnologia do poliuretano ser recente, a química da uretana data de 1849, quando Wurtz e Hoffmann divulgaram reações envolvendo um isocianato e um composto hidroxílico. Essas reações ficaram por muito tempo limitadas a experiências de laboratório, até que em 1937, na Alemanha, Dr. Otto Bayer e colaboradores deu início à indústria de poliuretanos, explorando o uso comercial dos isocianatos e começando a trabalhar no desenvolvimento de polímeros à base de poliésteres, que se tornariam competitivos com o nylon.

layout_10Com o advento da II Guerra mundial e a consequente carência de materiais de borracha, incentivou-se o desenvolvimento de produtos a base de uretana, para aplicações como fibras, cerdas, adesivos, revestimentos, elastômeros e espumas. Trabalhos intensivos realizados nos Estados Unidos e Inglaterra fizeram com que a tecnologia da uretana tornasse mundialmente conhecida.

Utilizado em diversas aplicações e em diversas formas, o Poliuretano é hoje um dos materiais que mais proporcionam desenvolvimentos na área industrial por possuir uma gama de características físicas, mecânicas, químicas e térmicas. Podemos encontra-lo como espuma semi-flexível, espuma semi-rígida, termoplástico ou termofixo.

NO BRASIL, as primeiras fábricas de Poliuretano foram instaladas, na região sudeste, entre 1961 e 1965, atendendo principalmente a indústria automotiva.

Nos anos 80, o crescimento de importância comercial foi a moldagem por injeção e reação (RIM), dando ímpeto aos estudos das relações entre estrutura molecular e propriedades dos PU’s.

Atualmente o consumo brasileiro de Poliuretano se divide em diversos setores, estratégicos e importantes da economia, como: Mineração, Petróleo e Gás, Siderurgia, Ferrovia, Naval, Agronegócio, Automobilístico, Metal-Mecânica, Calçadista e Equipamentos.

Não há nenhuma dúvida de que nos últimos 35 anos o poliuretano avançou de simples curiosidade de laboratório até produtos comerciais de grande importância, saltando de uma produção total de meio milhão de toneladas nos Estados Unidos em 1970 para 4,1 milhões de toneladas em 2010. Novos produtos e novos processos continuarão a surgir devido ao trabalho incessante de pesquisa e desenvolvimento nesse campo.

Por que usar Poliuretano

Existem duas principais razões: desempenho e custo benefício.

Para um produto ter sucesso é necessária a correta seleção do material de acordo com as necessidades exigidas pela aplicação do mesmo. Em alguns casos aço, alumínio ou outros metais são os materiais escolhidos, em outros casos plásticos – ABS, poliestireno, PVC ou resinas fenólicas são a melhor escolha, no entanto, em um grande número de aplicações os poliuretanos oferecem melhores características.

A variedade dos poliuretanos é substancial. Cada material tem seus atributos e deficiências. Desta forma o essencial, quando falamos em aplicações de engenharia, é verificar cada tipo de PU e então selecionar o que melhor atende às necessidades da aplicação em questão proporcionando melhor custo benefício.

layout_14Poliuretanos fundidos são obtidos pela mistura de dois produtos – um pré-polímero e um curativo – que são “derramados”.

Estes dois produtos são homogeneizados por meio de mistura manual ou automatizada, posteriormente esta mistura é derramada em um molde que vai para estufa para cura e finalização da reação, finalmente podemos dar acabamento obtendo as medidas finais da peça. A maior característica destes materiais são suas extraordinárias propriedades físicas. Os poliuretanos fundidos são atualmente considerados como plásticos de engenharia e são selecionados com base nas propriedades de cada tipo de poliuretano fundido.

O desempenho dos poliuretanos fundidos nos permite utiliza-los em aplicações onde outros materiais mais simples não atenderão as necessidades da aplicação em questão.

Isso normalmente é resultado de suas propriedades como resistência a abrasão, tenacidade, que é resistência à quebra por impacto ou carga, alta resistência à corte e alta capacidade de carga. Estas quatro propriedades, que certamente não são as únicas propriedades dos poliuretanos, são as que distanciam os poliuretanos de longe de outros materiais em muitas aplicações.

Custo benefício é a segunda razão: apesar de o poliuretano ser normalmente mais caro que outros materiais, incluindo borracha, o custo extra é frequentemente justificado em termos de menor inatividade proporcionando melhor custo benefício. Isso é predominante nas indústrias de mineração e papel. Inatividade nestas indústrias é muita cara. Caso uma mineração pare para reposição de uma peça que falhou, os custos podem atingir milhares de reais por hora.

Principais características do Poliuretano

  • Menor peso
  • Menos ruído
  • Melhor ajuste
  • Menor custo de fabricação
  • Resistência à corrosão
  • Não é quebradiço
  • Memória Elastomérica
  • Resistência a Abrasão
  • Resistência ao corte e ao rasgo
  • Resistência a óleo
  • Resistência a grandes carregamentos
  • Grande variedade de durezas
  • Claro e translúcido
  • Não marca, não mancha
  • Pode ser fundido
  • Resistente a ozônio
  • Resistente à micro-organismos
  • Alta ou baixa histerese
  • Alta ou baixa resiliência

Algumas limitações do Poliuretano?

  • Altas temperaturas
  • Ambientes úmidos e quentes
  • Alguns ambientes químicos

Aplicações Específicas

Aplicação PU Maior exigência
Rodas de skate e patins MDI Poliéster Alta Resiliência
Rolos de Pintura TDI Poliéster Resistência a solvente, boas propriedades físicas a baixas durezas
Molas TDI Poliéster Baixa deformação e Alta resiliência
Roda para empilhadeira TDI Poliéter Baixa geração de calor
Martelo TDI Poliéster Resistência ao rasgo e Baixa Resiliência
Rolos para papel TDI Poliéter Resistência a Hidrólise, Propriedades Dinâmicas e Estabilidade de Dureza
Tubulações para polpa de minério TDI Poliéter Resistência à abrasão e Resistência a Hidrólise

layout_17Existem algumas aplicações específicas onde uma característica é dominante quando comparado com os outros tipos de poliuretano. Rodas de skate de alta qualidade todas são de MDI Poliéter, em função da resiliência. Alta resiliência proporciona velocidades elevadas e uma boa dirigibilidade.

Para pig’s de tubulação de óleo é importante que o material tenha resistência a abrasão e boa resistência a óleo para prevenir suas dimensões ao longo da tubulação. Em função disso, TDI Poliéster foi escolhido, pois combina estas duas características.

Para rodas de empilhadeiras, TDI poliéster foi escolhido, pois possuem baixo desenvolvimento de calor e alta resistência a rolamento com cargas elevadas.

Para martelos, TDI Poliéster é o material mais indicado pois combina resistência a corte e baixa resiliência. Resistência a corte é necessário para prevenir a deterioração da face do martelo e a baixa resiliência faz com que a energia do impacto seja absorvida pelo material evitando danos ao trabalhador.

layout_20TDI poliéster é desejável para rolos da indústria de papel em função da combinação entre resistência a hidrólise e estabilidade de dureza. Nesta aplicação é importante que a dureza e as propriedades dinâmicas do rolo sejam mantidas consistentes durante a operação em uma determinada faixa de temperatura, isso é importante para que a performance do rolo seja constante ao longo da utilização do mesmo.

TDI poliéster é o material indicado para o revestimento interno de tubulações que conduzem a polpa do minério em função da combinação da resistência à hidrolise e resistência à abrasão. Nesta aplicação é muito importante a resistência à abrasão porque a polpa de minério tem em sua composição minerais extremamente abrasivos que muitas vezes são bombeados a velocidades de até 12m/s.