Compartilhar artigo
A história dos poliuretanos
Em 1937, o químico alemão Otto Bayer (1902–1982) inventou a versátil classe de plásticos que chamamos de poliuretanos. Os poliuretanos estão disponíveis em inúmeras formas – eles são usados em vários produtos, desde revestimentos e adesivos até solas de sapatos, colchões e isolamento de espuma. Apesar da variedade nas suas características, a química subjacente destas diferentes formas é surpreendentemente semelhante.
Durante a Segunda Guerra Mundial, o uso de poliuretanos popularizou-se como substituto da borracha, que na época era cara e difícil de obter. Por volta da década de 1950, os poliuretanos começaram a ser utilizados em adesivos, elastômeros, espumas rígidas, e espumas de amortecimento flexíveis como os usados hoje.
Hoje em dia é difícil imaginar uma vida sem poliuretano, pois você pode encontrá-lo facilmente em todos os lugares ao seu redor.
Como o poliuretano é criado?
Os poliuretanos são formados pela reação de polióis (ou seja, álcoois contendo mais de dois grupos hidroxila reativos em cada molécula) com diisocianatos ou isocianatos poliméricos. Catalisadores e aditivos adequados são usados sempre que necessário. Como uma variedade de diisocianatos e uma ampla variedade de polióis podem ser usados para produzir poliuretano, um amplo espectro de materiais de poliuretano pode ser produzido para atender aos requisitos específicos de diferentes aplicações. Os poliuretanos podem aparecer em diversas formas, incluindo espumas rígidas, espumas flexíveis, adesivos especiais, revestimentos resistentes a produtos químicos, selantes e elastômeros.
Propriedades físicas e químicas dos poliuretanos
As propriedades dos poliuretanos são altamente dependentes do seu processo de produção. Quando a cadeia de poliol (figura 1) for longo e flexível, o produto final será macio e elástico. Por outro lado, se a extensão da reticulação for muito elevada, o produto final de poliuretano será tenaz e rígido. A estrutura reticulada dos poliuretanos geralmente consiste em redes tridimensionais que resultam em pesos moleculares muito elevados. Esta estrutura também é responsável pela natureza termoendurecível do polímero, uma vez que o poliuretano normalmente não amolece nem derrete quando exposto ao calor.
Uma das formas mais populares de poliuretano é a espuma. Esta forma é criada facilitando a produção de gás dióxido de carbono durante o processo de polimerização do uretano.
Aplicações típicas de poliuretano
A principal aplicação do poliuretano é na produção de espumas (rígidas e flexíveis). Outras aplicações e usos importantes do poliuretano estão listados abaixo.
- As espumas flexíveis de poliuretano de baixa densidade são amplamente utilizadas em colchões e assentos de automóveis.
- Esponjas de banheiro e cozinha são geralmente feitas de poliuretano. Também é utilizado no processo de fabricação de almofadas de assentos e sofás.
- O poliuretano também é usado para produzir têxteis utilizados em algumas roupas e estofados.
- Devido às suas boas propriedades isolantes, os materiais de poliuretano são comumente utilizados em trabalhos de construção.
- Molduras de poliuretano também são utilizadas em colunas e caixilhos de portas.
- O poliuretano flexível é utilizado na fabricação de tiras e faixas parcialmente elásticas.
- Os elastômeros de poliuretano de baixa densidade são amplamente utilizados na indústria calçadista.
Em tabela 1 uma variedade de propriedades do poliuretano são comparadas a outros materiais convencionais, como borracha, metal e plástico.
| PU vs. Borracha | PU vs. Metal | PU vs. Plástico |
| Alta resistência à abrasão | Leve | Alta resistência ao impacto |
| Alta resistência a cortes e rasgos | Redução de ruído | Memória elástica |
| Rolamento de carga superior | Resistência à abrasão | Resistência à abrasão |
| Moldagem de seção espessa | Fabricação menos cara | Redução de ruído |
| Colorabilidade | Resistência à corrosão | Coeficiente de atrito variável |
| Resistência ao óleo | Resiliência | Resiliência |
| Resistência ao ozônio | Resistência ao impacto | Moldagem de seção espessa |
| Resistência à radiação | Flexibilidade | Ferramentas de baixo custo |
| Faixa de dureza mais ampla | Facilmente moldável | Resistência a baixas temperaturas |
| Natureza moldável | Não condutor | Resistência ao fluxo frio |
| Ferramentas de baixa pressão | Não produz faíscas | Resistência à radiação |
Espectroscopia no infravermelho próximo como ferramenta para avaliar a qualidade de poliuretanos
Espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS) tem sido um método estabelecido para controle de qualidade rápido e confiável na indústria de poliuretano há mais de 30 anos. No entanto, muitas empresas ainda não consideram consistentemente a implementação do NIRS nos seus laboratórios de QA/QC. As razões podem ser a experiência limitada em relação às possibilidades de aplicação ou uma hesitação geral na implementação de novos métodos.
Existem várias vantagens no uso do NIRS em relação a outras tecnologias analíticas convencionais. Por um lado, o NIRS é capaz de medir vários parâmetros em apenas 30 segundos, sem qualquer preparação de amostra! A interação luz-matéria não invasiva utilizada pelo NIRS, influenciada pelas propriedades físicas e químicas da amostra, torna-o um excelente método para a determinação de ambos os tipos de propriedades.
No restante desta postagem, é apresentada uma breve visão geral das aplicações de poliuretano, seguida de soluções prontas para uso disponíveis para poliuretano. análise desenvolvida de acordo com as diretrizes de implementação do NIRS de ASTM E1655.
Aplicações e parâmetros para poliuretanos com NIRS
Na produção de diferentes tipos de poliuretanos, é importante verificar alguns parâmetros para garantir a qualidade dos produtos acabados. Os parâmetros típicos incluem número de hidroxila, índice de acidez, umidade e cor em polióis, bem como o teor de NCO (isocianatos), índice de acidez (total) e teor de umidade em poliuretanos. As aplicações mais relevantes para análise NIRS na produção de poliuretano estão listadas posteriormente neste artigo em mesa 2.
Onde o NIRS pode ser usado no processo de produção de poliuretano?
Figura 2 mostra as etapas individuais do produtor de plástico, passando pelo compostor e conversor de plástico, até o produtor de peças plásticas e espuma.
Fácil implementação de espectroscopia NIR para produtores de plástico
A Metrohm possui ampla experiência em análise de poliamidas e oferece uma solução chave na mão na forma do Analisador de poliol DS2500. Este instrumento é uma solução pronta para uso para a determinação de múltiplos parâmetros de qualidade em polióis e poliuretanos. Para a análise de pellets e peças de poliuretano, o Analisador Sólido Metrohm DS2500 é recomendado.
Saiba mais sobre as possibilidades de análise de polímeros com os Analisadores Metrohm DS2500 em nosso folheto gratuito.
Exemplo de aplicação: Pré-calibrações e modelo inicial para a indústria de PU no Analisador de Poliol DS2500
A determinação dos parâmetros listados abaixo em mesa 2 é um processo demorado e desafiador com métodos laboratoriais convencionais. Para medi-los todos são necessárias diversas técnicas diferentes, o que leva um tempo significativo, não só para analisar a amostra, mas também para o gerenciamento e manutenção do instrumento.
| Parâmetro | Método primário | Tempo até o resultado (método principal) | Notas de aplicação relevantes do NIRS | Benefícios do NIRS |
| Número de hidroxila em polióis | Titulação | 90 minutos. preparação + 1 min. Viscosímetro |
Todos os três parâmetros são medidos simultaneamente dentro um minuto, sem preparação de amostra ou a necessidade de quaisquer reagentes químicos |
|
| Conteúdo de NCO (isocianato) em PU | HPLC | 20 minutos. preparação + 20 min. HPLC | ||
| Teor de umidade | Titulação Karl Fischer | 25 minutos. preparação + 5 min. Titulação KF |
O Modelos de previsão NIRS criados para polióis são baseados em uma grande coleção de espectros de produtos reais e são desenvolvidos de acordo com Práticas padrão ASTM E1655 para análise quantitativa multivariada infravermelha. Para informações mais detalhadas sobre este tema, baixe o whitepaper gratuito abaixo.
Espectroscopia no infravermelho próximo: Análise quantitativa de acordo com ASTM E1655
Para saber mais sobre pré-calibrações para polióis, baixe nosso folheto e visite nossa página dedicada.
Folheto: Controle de qualidade de polióis – Resultados rápidos com pré-calibrações NIR
Um exemplo de padrão ASTM dedicado referente ao NIRS é Prática padrão ASTM D6342 para matérias-primas de poliuretano: determinação do número de hidroxila de polióis por espectroscopia de infravermelho próximo (NIR). O exemplo de aplicação a seguir demonstra que o Analisador de Poliol DS2500 operando na região espectral do visível e do infravermelho próximo (Vis-NIR) fornece um solução econômica e rápida para a determinação do número de hidroxila em polióis e do teor de NCO (isocianato) em poliuretanos. Sem necessidade de preparação de amostras ou produtos químicos, a espectroscopia Vis-NIR permite a análise de todos os três parâmetros de qualidade listados em mesa 2 em menos de um minuto. Os resultados são mostrados em Figura 4 e Figura 5.
Este exemplo de aplicação demonstra que a espectroscopia NIR é excelentemente adequada para a análise de múltiplos parâmetros em polióis e poliuretanos em menos de um minuto, sem preparação de amostra ou usando quaisquer reagentes químicos.
Outras parcelas desta série
Este blog é uma visão geral detalhada do uso da espectroscopia NIR como a ferramenta de controle de qualidade ideal para Polióis e Isocianatos para produzir Poliuretano (PU). Outras parcelas desta série são dedicadas a:
Visão geral do NIRS na produção de polímeros
Polietileno e Polipropileno (PE e PP)
