Espectroscopia NIR en la industria de los polímeros: la herramienta ideal para el control de calidad y la detección de productos: parte 5
26 jul. 2021
Artículo
Compartir el artículo
La historia de los poliuretanos.
En 1937, el químico alemán Dr. Otto Bayer (1902–1982) inventó la clase versátil de plásticos que llamamos poliuretanos. Los poliuretanos están disponibles en innumerables formas: se utilizan en numerosos productos, desde revestimientos y adhesivos hasta suelas de zapatos, colchones y aislamiento de espuma. A pesar de la variedad de sus características, la química subyacente de estas diferentes formas es sorprendentemente similar.
Durante la Segunda Guerra Mundial, se popularizó el uso de poliuretanos como reemplazo del caucho, que en ese momento era costoso y difícil de obtener. Alrededor de la década de 1950, los poliuretanos comenzaron a usarse en adhesivos, elastómeros, espumas rígidas, y espumas amortiguadoras flexibles como los que se usan hoy en día.
Hoy en día, una vida sin poliuretano es difícil de imaginar, ya que puede encontrarlo fácilmente en todas partes a su alrededor.
¿Cómo se crea el poliuretano?
Los poliuretanos se forman haciendo reaccionar polioles (es decir, alcoholes que contienen más de dos grupos hidroxilo reactivos en cada molécula) con diisocianatos o isocianatos poliméricos. Siempre que sea necesario, se utilizan catalizadores y aditivos adecuados. Dado que se puede usar una variedad de diisocianatos y una amplia gama de polioles para producir poliuretano, se puede producir un amplio espectro de materiales de poliuretano para cumplir con los requisitos específicos de diferentes aplicaciones. Los poliuretanos pueden aparecer en una variedad de formas que incluyen espumas rígidas, espumas flexibles, adhesivos especiales, revestimientos resistentes a productos químicos, selladores y elastómeros.
Propiedades físicas y químicas de los poliuretanos.
Las propiedades de los poliuretanos dependen en gran medida de su proceso de producción. Cuando la cadena de poliol (Figura 1) es largo y flexible, el producto final será suave y elástico. Por otro lado, si el grado de entrecruzamiento es muy alto, el producto de poliuretano final será resistente y rígido. La estructura reticulada de los poliuretanos generalmente consiste en redes tridimensionales que dan como resultado pesos moleculares muy altos. Esta estructura también explica la naturaleza termoendurecible del polímero, ya que el poliuretano normalmente no se ablanda ni se funde cuando se expone al calor.
Una de las formas más populares de poliuretano es la espuma. Esta forma se crea al facilitar la producción de gas dióxido de carbono durante el proceso de polimerización del uretano.
Aplicaciones típicas del poliuretano
La principal aplicación del poliuretano es en la producción de espumas (rígidas y flexibles). A continuación se enumeran otras aplicaciones y usos importantes del poliuretano.
- Las espumas de poliuretano flexibles de baja densidad se utilizan ampliamente en colchones y asientos de automóviles.
- Las esponjas de baño y cocina suelen estar hechas de poliuretano. También se utiliza en el proceso de fabricación de cojines de asientos y sofás.
- El poliuretano también se usa para producir textiles que se usan en algunas prendas de vestir y tapicería.
- Debido a sus buenas propiedades aislantes, los materiales de poliuretano se utilizan comúnmente en trabajos de construcción.
- Las molduras de poliuretano también se utilizan en columnas y marcos de puertas.
- El poliuretano flexible se utiliza en la fabricación de correas y bandas parcialmente elásticas.
- Los elastómeros de poliuretano de baja densidad son muy utilizados en la industria del calzado.
En tabla 1 una variedad de propiedades de poliuretano se comparan con otros materiales convencionales como el caucho, el metal y el plástico.
| PU contra caucho | PU frente a metal | PU frente a plástico |
| Alta resistencia a la abrasión | Ligero | Alta resistencia al impacto |
| Alta resistencia al corte y al desgarro | Reducción de ruido | Memoria elástica |
| Cojinete de carga superior | Resistencia a la abrasión | Resistencia a la abrasión |
| Moldeo de sección gruesa | Fabricación menos costosa | Reducción de ruido |
| Colorabilidad | Resistencia a la corrosión | Coeficiente de fricción variable |
| Resistencia al aceite | Resiliencia | Resiliencia |
| Resistencia al ozono | Resistencia al impacto | Moldeo de sección gruesa |
| Resistencia a la radiación | Flexibilidad | Herramientas de menor costo |
| Rango de dureza más amplio | Fácilmente moldeable | Resistencia a baja temperatura |
| naturaleza moldeable | No conductivo | Resistencia al flujo en frío |
| Herramientas de baja presión | antichispa | Resistencia a la radiación |
La espectroscopia de infrarrojo cercano como herramienta para evaluar la calidad de los poliuretanos
La espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS) ha sido un método establecido para el control de calidad rápido y confiable dentro de la industria del poliuretano durante más de 30 años. Sin embargo, muchas empresas aún no consideran de manera consistente la implementación de NIRS en sus laboratorios de QA/QC. Las razones pueden ser una experiencia limitada con respecto a las posibilidades de aplicación o una duda general sobre la implementación de nuevos métodos.
Hay varias ventajas de usar NIRS sobre otras tecnologías analíticas convencionales. Por un lado, NIRS puede medir múltiples parámetros en solo 30 segundos sin ninguna preparación de muestra. La interacción luz-materia no invasiva utilizada por NIRS, influenciada por las propiedades físicas y químicas de la muestra, lo convierte en un método excelente para la determinación de ambos tipos de propiedades.
En el resto de esta publicación, se presenta una breve descripción general de las aplicaciones de poliuretano, seguida de soluciones llave en mano disponibles para poliuretano. análisis desarrollado de acuerdo con las pautas de implementación de NIRS de ASTM E1655.
Aplicaciones y parámetros para poliuretanos con NIRS
Al producir diferentes tipos de poliuretanos, es importante verificar ciertos parámetros para garantizar la calidad de los productos terminados. Los parámetros típicos incluyen el índice de hidroxilo, el índice de acidez, la humedad y el color en los polioles, así como el contenido de NCO (isocianatos), el índice de acidez (total) y el contenido de humedad en los poliuretanos. Las aplicaciones más relevantes para el análisis NIRS en la producción de poliuretano se enumeran más adelante en este artículo en Tabla 2.
¿Dónde se puede utilizar NIRS en el proceso de producción de poliuretano?
Figura 2 muestra los pasos individuales desde el productor de plástico pasando por el compuesto de plástico y el convertidor de plástico hasta el productor de espuma y piezas de plástico.
Fácil implementación de la espectroscopia NIR para productores de plástico
Metrohm tiene una amplia experiencia en el análisis de poliamidas y ofrece una solución llave en mano en forma de Analizador de polioles DS2500. Este instrumento es una solución lista para usar para la determinación de múltiples parámetros de calidad en polioles y poliuretanos. Para el análisis de gránulos y piezas de poliuretano, el Analizador de sólidos Metrohm DS2500 es recomendado.
Obtenga más información sobre las posibilidades del análisis de polímeros con los analizadores Metrohm DS2500 en nuestro folleto gratuito.
Ejemplo de aplicación: Precalibraciones y modelo de inicio para la industria de PU en el analizador de polioles DS2500
La determinación de los parámetros enumerados a continuación en Tabla 2 es un proceso largo y desafiante con métodos de laboratorio convencionales. Para medirlos todos, se requieren varias técnicas diferentes, lo que requiere una cantidad significativa de tiempo, no solo para analizar la muestra, sino también para la gestión y el mantenimiento del instrumento.
| Parámetro | Método principal | Tiempo hasta el resultado (método principal) | Notas de aplicación NIRS relevantes | Beneficios NIRS |
| Número de hidroxilo en polioles | Valoración | 90 minutos preparación + 1 min. viscosímetro |
Los tres parámetros se miden simultáneamente dentro un minuto, sin preparación de muestras ni la necesidad de cualquier reactivo químico |
|
| Contenido de NCO (Isocianato) en PU | HPLC | 20 minutos. preparación + 20 min. HPLC | ||
| Contenido de humedad | Titulación de Karl Fischer | 25 minutos preparación + 5 min. Titulación KF |
los Modelos de predicción NIRS creados para polioles se basan en una gran colección de espectros de productos reales y se desarrollan de acuerdo con Prácticas estándar de ASTM E1655 para análisis cuantitativo multivariante infrarrojo. Para obtener información más detallada sobre este tema, descargar el libro blanco gratuito debajo.
Espectroscopia de infrarrojo cercano: análisis cuantitativo según la norma ASTM E1655
Para obtener más información sobre las precalibraciones para polioles, descarga nuestro folleto y visite nuestra página web dedicada.
Folleto: Control de calidad de los polioles: resultados rápidos con precalibraciones NIR
Un ejemplo de un estándar ASTM dedicado que se refiere a NIRS es Práctica estándar ASTM D6342 para materias primas de poliuretano: determinación del número de hidroxilo de polioles mediante espectroscopia de infrarrojo cercano (NIR). El siguiente ejemplo de aplicación demuestra que el analizador de polioles DS2500 que funciona en la región espectral visible e infrarroja cercana (Vis-NIR) proporciona una solución rentable y rápida para la determinación del índice de hidroxilo en polioles y el contenido de NCO (isocianato) en poliuretanos. Sin necesidad de preparación de muestras ni productos químicos, la espectroscopia Vis-NIR permite el análisis de los tres parámetros de calidad enumerados en Tabla 2 en menos de un minuto. Los resultados se muestran en Figura 4 y Figura 5.
Este ejemplo de aplicación demuestra que la espectroscopia NIR es excelente para el análisis de múltiples parámetros en polioles y poliuretanos en menos de un minuto sin preparación de muestras ni uso de reactivos químicos.
Otras entregas de esta serie
Este blog es una descripción detallada del uso de la espectroscopia NIR como la herramienta de control de calidad ideal para Polioles e Isocianatos para producir Poliuretano (PU). Otras entregas de esta serie están dedicadas a:
Descripción general de NIRS en la producción de polímeros
Polietileno y Polipropileno (PE & PP)
Tus conocimientos para llevar
NIRS para laboratorio y NIRS para soluciones de proceso
Folleto: Análisis de polímeros mediante espectroscopia NIR y Raman
Espectroscopia de infrarrojo cercano y Raman para el análisis de polímeros: una introducción
Técnicas avanzadas como la espectroscopia Raman y la espectroscopia de infrarrojo cercano (NIR) mejoran el control de calidad al proporcionar análisis rápidos y no destructivos. Descubra cómo estas técnicas espectroscópicas pueden optimizar los procesos de fabricación y control de calidad en nuestro completo libro electrónico. Descargue el libro electrónico ahora para descubrir todo el potencial de la espectroscopia NIR y Raman para su análisis de polímeros.
Compartir el artículo