Los poliuretanos se obtienen haciendo reaccionar diisocianato o triisocianato (compuestos con dos o tres grupos –N=C=O, respectivamente) con dioles (dos grupos –OH) o polímeros que poseen dos o más grupos alcohol (polioles). La figura 6.29 muestra un ejemplo de reacción entre un diisocianato y un diol muy sencillo. Cada grupo –N=C=O del diisocianato puede reaccionar con un –OH del diol. Esto explica el encadenamiento que se puede producir, con la consiguiente formación de un copolímero.
Para obtener poliuretanos de nuevas propiedades se hacen reaccionar dioles y polioles de diverso tamaño con diisocianatos. Se pueden elegir polioles de base poliéster o de base poliéter, según los requerimientos que se exijan al material. Las diferencias entre ambos tipos de polioles se muestran en la figura 6.30.
Una característica de los poliuretanos es que se pueden sintetizar de modo que tengan propiedades termoestables o termoplásticas (apartado 6.8). Los polímeros termoplásticos se caracterizan por tener una temperatura característica a la que se produce una transición gradual y reversible desde un estado duro a un estado gomoso; es la llamada temperatura de transición vítrea ( ). En el poliuretano termoplástico esta temperatura depende de la composición del polímero, pero en cualquier caso siempre es inferior a 0 oC. Consideremos las diferencias entre el poliuretano termoplástico y el termoestable.
El poliuretano termoplástico es un copolímero en bloques, en el sentido de que sus cadenas lineales están formadas por segmentos o bloques alternantes de dos poliuretanos diferentes unidos entre sí covalentemente. Uno de los poliuretanos está formado por la unión de diisocianatos con dioles de cadena corta (los llamaremos bloques D); el otro tipo está hecho de diisocianatos con dioles de cadena larga o bien polioles, ya sean del tipo poliéster o del tipo poliéter (bloques P). Los bloques D son cristalinos o pseudocristalinos porque tienden a agregarse entre sí al contener grupos polares; eso les otorga rigidez. En cambio, los bloques P son amorfos y flexibles. Todo esto supone que el poliuretano termoplástico consiste en una matriz flexible que contiene fragmentos más o menos cristalinos, los cuales actúan como reticuladores físicos (es decir, sin enlace covalente) entre las cadenas.
Dependiendo de las proporciones de ambas fases, de los pesos moleculares de ambos bloques, de la naturaleza del diol/poliol, de la naturaleza del diisocianato (aromático o alifático), de las condiciones de reacción, etc., hay una amplísima gama de poliuretanos termoestables, desde adhesivos y elastómeros (materiales que tras ser elongados recuperan espontáneamente su tamaño original) hasta fibras. Las piezas de poliuretano termoplástico se pueden moldear por los procedimientos habituales que se aplican a los polímeros termoplásticos, como la inyección, la extrusión o el soplado (es decir, ejercer presión con aire para fabricar piezas huecas). Además, se pueden fundir y reformar, por lo que son bastante reciclables. En la figura 6.31 se muestran unos zapatos hechos con poliuretano termoplástico.
En cuanto a los poliuretanos termoestables, que son los más comunes, también existe en ellos una mezcla de fases, con segmentos duros y blandos, siendo su dureza proporcional a la relación de abundancia de ambos. La diferencia con los termoplásticos es que se someten a un proceso de curado que los endurece porque las cadenas se reticulan entre sí. Después ya no se pueden fundir con calor, sino que se degradan. Los elastómeros de poliuretano termoestable tienen mayor capacidad para soportar cargas tanto en compresión como en cizallamiento que otros de igual dureza. Son bastante resistentes a los impactos gracias a su elasticidad. Estos poliuretanos se fabrican mucho en forma de espumas, como las que se utilizan de aislante térmico y acústico en construcción. La variedad de usos de las diversas formas de los poliuretanos es notable. En la figura 6.32 se muestran algunos objetos de la vida cotidiana fabricados con poliuretano.
La espuma de poliuretano (de mayor o menor densidad, dureza y durabilidad) se emplea en la fabricación de muebles, colchones, cojines y asientos, especialmente de automóviles. La conocida gomaespuma es poliuretano. El poliuretano rígido de baja densidad se usa en aislamiento térmico de edificios, con larga vida útil sin mantenimiento. Se recurre también a este polímero como aislante térmico en las paredes de frigoríficos y congeladores.
Como elastómero es útil para la fabricación de componentes elásticos del calzado, correas o pulseras de relojes. Otro uso es como material de recubrimiento ultradelgado sobre diferentes materiales; por ejemplo, en suelos de madera. Como barniz protege a los automóviles de arañazos y daños climáticos en general. En estos revestimientos se prefieren los poliuretanos de isocianatos alifáticos porque los aromáticos se ven afectados por la luz y amarillean.
Hay adhesivos de poliuretano muy adecuados para pegar madera, con la ventaja sobre la cola de la resistencia al agua. Y selladores de alto rendimiento para evitar fugas de agua y aire. Se hacen con poliuretano preservativos, mangueras, copas de sujetadores… Las resinas de poliuretano se añaden a tintas, pinturas, adhesivos, barnices y otras capas protectoras.
Como plástico duro se usa en carcasas de aparatos electrónicos y en diversas piezas estructurales. Alguna ropa de cama y las tapicerías contienen este material. Las clásicas esponjas de baño y cocina, también (fig. 6.33-izqda.). Se emplea en botes inflables, tablas deslizadoras, embarcaciones de casco rígido, cubiertas de barcos…
El tejido llamado licra o spandex es básicamente un copolímero de uretano y urea. Se puede tratar con poliuretano un tejido de poliéster para volverlo impermeable. Además, se han investigado elastómeros de poliuretano-urea para tejer chalecos antibala. Se fabrican neumáticos y ruedas con el polímero, así como otras piezas de la industria del automóvil. Los termoestables son buenos recubrimientos contra la abrasión en minería y transporte. Se hacen esculturas en poliuretano…
Es un combustible sólido, junto al perclorato de amonio, en misiles. Algunas espumas de poliuretano funcionan bien como sustratos en suelos agrícolas porque retienen humedad que necesitan las plantas. También se emplean para nivelar caminos hechos con hormigón[5]. Muchos poliuretanos se pueden reciclar. Además, varios microorganismos pueden biodegradarlos en condiciones aeróbicas y anaeróbicas[6]. Un claro inconveniente es que arden con relativa facilidad, por lo que en su fabricación se les añaden retardantes de llama (apartado 7.3).
[1] Imágenes: Polyether Polyol Structural Formula V3.svg. Wikimedia Commons. https://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=File:Polyether_Polyol_Structural_Formula_V3.svg&oldid=681682488 y Polyester Polyol Structural Formula V.3.svg. Wikimedia Commons. https://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=File:Polyester_Polyol_Structural_Formula_V.3.svg&oldid=651300120.
[2] Imagen: Varios sitios de Internet.
[3] Imagen: Urethane sponge1.jpg. Wikimedia Commons. https://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=File:Urethane_sponge1.jpg&oldid=670780489.
[4] Imagen: Mlycra1.jpg. Wikimedia Commons. https://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=File:Mlycra1.jpg&oldid=593117619.
[5] List of polyurethane applications. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_polyurethane_applications.
[6] S. Khan et al. Environ. Pollut. 225 (2017) 469-480. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.03.012.
Este texto pertenece al libro:
Carlos Romero Muñiz, José M.ª Gavira Vallejo: Noventa materiales de ingeniería para la enseñanza de Física y Química. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/90mi/ .
