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INDUSTRIA DE POLÍMEROS: POLIURETANO

Integrantes:

Steeven Altamiranda González

Jaime David Leal Navarro

Cartagena de Indias D. T y C.

Mayo 16 del 2015

Desde el descubrimiento de los poliuretanos realizadopor Otto Bayer en la década de los 30, estos plásticos“mutables” han hecho parte de la vida cotidianaestando presentes en muchos de los productos que hoyen día utilizamos, desde los colchones y sillasinyectadas, fabricadas en espuma flexible, hasta laespuma rígida utilizada en refrigeradores y paneles,debido a su asilamiento térmico superior; pasando poradhesivos capaces de unir una amplia variedad desustratos y elastómeros utilizados para suelas de zapatoso timones de autos.

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INTRODUCCIÓN

1. ¿Qué es el poliuretano?

2. Procesos de obtención

3. Materias primas para la producción de poliuretano

4. proceso de producción de las materias primas

5. clasificación

6. Prcocesos de transformación

7. empresas productoras de poliuretano y sus derivados

CONTENIDO


1. ¿QUÉ ES EL POLIURETANO?

El una resina sintética que se caracteriza por su escasa permeabilidad a los gases, alta resistencia química, excelente aislamiento eléctrico (Manfred Kappset et al, 2004)

Se obtiene por polimerización de determinados compuestos que contienen el grupo isocianato (N=C=O) con compuestos que contengan el grupo hidroxilo OH-R

Grupo uretano



Los poliuretanos forman parte de los llamados polímeros termoestables,estos se caracterizan por tener cadenas poliméricas entrecruzadas,formando una red tridimensional que no funde. Esto los diferencia de lospolímeros termoplásticos.

1.1 Química del poliuretano y características


2. SÍNTESIS QUÍMICA

La obtención de poliuretano se basa en la alta reactividad del doble enlace del

isocianato que adiciona facilmente compuestos con hidrógenos activos en

reacciones de condensación (Becker, 1993)


2.1 MECANISMO DE REACCIÓN


SPANDEX O LYCRA: POLÍMERO URETÁNICO


REACCIONES DEL GRUPO ISOCIANATO

La química del poliuretano tiene como principal protagonista al

grupo isocianato (-NCO). Este grupo contiene un átomo de carbono altamente

electrofílico que puede ser atacado por diferentes grupos nucleófilos provistos

de hidrógenos lábiles


2.1 MÉTODOS DE OBTENCIÓN

PREPOLIMERO MEZCLADO POLIMERIZACIÓN

PTMEG

MDI

BDO

MEZCLADO

PTMEG

MDI

BDO

POLIMERIZACIÓN

MÉTODO DEL PREPOLÍMERO

MÉTODO ONE-SHOT


Etapa de formación del prepolímero

Etapa de extensión de la cadena


Capado final del polímero extendido


2.2 Equipamiento a gran escala para la prepolimerización

A. Regulador de gas 𝑁2B. Válvula de alivio de presión

C. Entrad auxiliar

D. Mezclador

E. Disco de ruptura de presión

F. Entrada de isocianato

G. Entrada de poliol

H. Puerto de reciclo

I.Salidad de agua refrigerante

J. entrada de agua refrigerante

K. Reactor

L. Válvula de contro de presión

M. Termocuplas

N.V Salida de fluido de calentamiento

O. Válvula

P.W. Entrada de fluido de calentamiento

Q. Bomba con válvula de alivio de presión

R. Puerto de muestra

S. Puerto de descarga

Para la producción de poliuretano es necesario utilizar diversas materias primas, estas son:

Isocianatos

Polioles

Agentes Soplantes

Catalizadores

Retardantes de llama

Agentes entrecruzantes y extensores en Cadena

3. MATERIAS PRIMAS PARA LA PRODUCCIÓN DE POLIURETANO


Los isocianatos son compuestos que se caracterizan por su grupo químico –NCO, este cumple un papel muy importante en la reacción de poliuretanodebido a la facilidad que posee para reaccionar con el poliol y con el agua.Estos se dividen en dos tipos:

ALIFÁTICOS

AROMÁTICOS

ISOCIANATOS


ALIFÁTICOS

los alifáticos son principalmenteutilizados para recubrimientos yelastómeros especiales.

AROMÁTICOS

Los aromáticos son utilizados para la

producción de espumas y la mayoría de

elastómeros.

ISOCIANATOS ALIFÁTICOS Y AROMÁTICOS


los agentes soplantes son compuestos que facilitan la formación deespuma de poliuretano. principalmente se utilizaba 𝐶𝑂2 que seobtenía de la reacción de isocianatos y agua, con el descubrimientodel CFC y al visto de su efectividad como agente soplante remplazoal 𝐶𝑂2, pero debido a su potencial de agotamiento tuvo que serremplazado por otros agentes, tales como el HCFC y hidrocarburoscomo el pentano.

AGENTES SOPLANTES


RETARDANTES DE LLAMAS

Los agentes retardantes de llamas tienen como función reducir laflamilidad del poliuretano, la cantidad de llama y los humos productosde combustión cuando se somete a pruebas de ignición.

TCPP

TEP

DEEP

DIETILBIS (2-HIDROXIETIL) AMINO ETIL FOSFONATO

AGENTES RETARDANTES


AGENTES ENTRECRUZANTES Y EXTENSORES EN CADENA

EXTENSORES EN CADENA

Los extensores de cadena reaccionan con los isocianatos produciendosegmentos de poliuretano o poliúrea dentro de la matriz de la espuma.Los compuestos que generalmente se utilizan en espumas,elastómeros y sistemas moldeados de inyección son:

glicoles disfuncionales

diaminas

hidroxiaminas

AGENTES ENTRECRUZANTES Y EXTENSORES EN CADENA


Los agentes entrecruzantes son compuestos de bajo peso molecular quepueden reaccionar con los isocianatos, su función es incrementar lasramificaciones y el entrecruzamiento de la red de poliuretano a través de laformación de uretano. Entre estos agentes encontramos:

Glicerina

Trimetilol-propano

Dietanolamina

Trietanolamina

AGENTES ENTRECRUZANTES


Los polioles son compuestos que tienen en suestructura grupos esteres (también conocidocomo polioles poliéster), estos de dividen en dosgrupo esenciales :

lineales

aromáticos

POLIOLES


DIISOCIANATO DE TOLUENO (TDI)

Este isocianato conocido como 2,4’-TDI, tiene dos grupos NCO conreactividades diferentes; la posición 4 es aproximadamente cuatro vecesmás reactiva que la posición 2. temperatura ambiente, el diisocianato detolueno, más comúnmente llamado TDI, es un líquido incoloro oligeramente amarillento, y su olor es fuerte y picante.


ETAPAS DE PRODUCCIÓN:

1. Formación de dinitrotolueno (DNT): Se da en un medio sulfúrico en un reactor continuo a temperatura controlada

𝐶6𝐻5 + 2𝐻𝑁𝑂3 → 𝑁𝑂2 2𝐶6𝐻3𝐶𝐻3 + 2𝐻2𝑂

2. Reducción de DNT a Toluendiamin (TDA): Se hace en disolución de metanol en presencia de un catalizador de níquel

𝑁𝑂2 2𝐶6𝐻3𝐶𝐻3 + 6𝐻2 → 𝑁𝐻2 2𝐶6𝐻3𝐶𝐻3 + 4𝐻2𝑂

PROCESO DE PRODUCCIÓN DE TDI


3. Fabricación de fosgeno: se obtiene sobre carbón de leña activado a 50°C

𝐶𝑂 + 𝐶𝑙2 → 𝐶𝑂𝐶𝑙2

4. Reacción del fosgeno con TDA para producir TDI: La conversión en esta reacción puede alcanzar el 80% con un 100% de fosgeno en exceso

𝑁𝐻2 2𝐶6𝐻3𝐶𝐻3 + 2𝐶𝑂𝐶𝑙2 → 𝑂𝐶𝑁 2𝐶6𝐻3𝐶𝐻39 + 4𝐻𝐶𝑙


NITRACIÓN

Ácido sulfúrico

Tolueno

Ácido nítrico

REFORMADO DESCARBONATACIÓN

SEPARACIÓN DE GASES

Gas natural

FABRICACIÓN DE FOSGENO

REACCIÓN DE TDI

TRATAMIENTO PURIFICACIÓN

HIDROGENACIÓN

Dinitrotolueno

Hidrógeno

Fosgeno

Gases residuales

Ácido clorhídricoDTI

MetatoludinaMonóxido de

carbono

Cloro

OCB


ESQUEMA DE PRODUCCIÓN

Su síntesis se basa principalmente en la hidrólisis del óxido de etileno,aunque este es el proceso más comercial, también puede obtenersemediante otras vías como la oxidación directa de etileno a etilenglicol.

ETILENGLICOL

Formación de subproductos

Composición del producto obtenido en la hidrólisis de óxido de etileno como una función de la relación

de agua a óxido de etileno

a) monoetilenglicol; b) dietilenglicol; c) Trietilenglicol; d) polietilenglicoles mayores.

Monoetilenglicol: 90%

Dietilenglicol: 9,1%

Trietilenglicol y polietilenglicoles <1%

PROCESO DE PRODUCCIÓN ACTUAL: HIDRÓLISIS DE ÓXIDO DE ETILENO

Óxido de etileno

Agua

Reciclado

monoetilenglicol

Dietilenglicol

Trietilenglicol

Pesados

a

b

c

d

e

b

Esquema general de producción a) Reactor; b) evaporadores (normalmente 2-4 columnas); c,

d, e) columnas de destilación de productos.

PLANTA DE PRODUCCIÓN DE ETILENGLICOL

DESVENTAJAS Y POSIBLES MEJORES

1. La selectividad de la primera etapa - la producción de óxido de etileno- es relativamente baja (alrededor de 80%).

2. La selectividad de la hidrólisis de óxido de etileno es baja alrededor de 10% se convierte en di- y trietilenglicol.

3. El consumo de energía para la destilación de la gran cantidad de agua en exceso es alta.

LINEALES

Estos polioles también puedentener ramificaciones, usualmentese usan para la fabricación deelastómeros como las suelas delos zapatos.

AROMÁTICOS

Los polioles aromáticos usualmente

presentan tienen funcionalidades entre

2 y 3 con números de hidroxilo entre

200 y 330 mg KOH/g. Este tipo de

materiales se utilizan en algunas

formulaciones para espumas rígidas.

POLIOLES LINEALES Y AROMÁTICOSPOLIOLES LINEALES Y AROMÁTICOS


BDO es un producto químico orgánico con la fórmula molecular 𝐶4𝐻10𝑂2. También es un diol con sus dos grupos hidroxilo situados en los carbonos terminales, se produce a partir de hidrogenación de algunos ácidos carboxílicos

𝐶4𝐻6𝑂4 + 4𝐻2 → 𝐶4𝐻10𝑂2 + 2𝐻2𝑂


1,4-Butanodiol (BDO)


Esquema de producción general

Prereacción: se bombean las materias primas principales: hidrógeno y ácido succínico a una presión de 150 atm, y son precalentadas antes de ingresar al reactor.


Etapas del proceso de obtención de BDO

Reacción: la reacción se produce en un reactor de lecho empaquetado, con uncatalizador compuesto de 0,4% de Fe, 1,9% de Na, 2,66% Ag, 2.66% de Pd, 10,0%en Re. Como productos secundarios se obtienen tetrahidrofurano (THF) y

𝛾 − 𝐵𝑢𝑡𝑖𝑟𝑜𝑙𝑎𝑐𝑡𝑜𝑛𝑎 (𝐺𝐵𝐿), se obtienen conversiones de casi 99%, la presiónde trabajo está entre 2000-4000 Psi y la temperatura es de aprox. 165°C


Destilación: se hace en dos columnas: una de 10 etapas y otra de 15, en la primera se extrae casi todo el THF y en la segunda se separa GBL.



Segunda etapa de destilación

Clasificación del poliuretano

Los poliuretanos se clasifican en dos tipos:

espumas: las espumas se obtienen luego del proceso de soplado, estas sedividen en:

espumas de poliuretano flexibles de baja densidad

espumas de poliuretano rígidas de baja densidad

espumas de poliuretano rígidas de alta densidad

Solidos: los solidos se obtienen directamente en la reacción depolimerización, debido a que no es muy bien comerciada en el mercado suproceso de producción en mas bajo

CLASIFICACION DE LOS POLIMEROS


• Extrusión

• Moldeo por inyección

• Moldeo por inserción

• Fundición de resina líquida

• Reacción de moldeo por inyección

• Polimerización en extrusor continuo

• Patentes ilustrativos

6. PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN DEL POLIURETANO

Extrusión Extrusión es un proceso en estado estacionario para la conversión de un(TPU) materia prima en un producto terminado o casi terminado. Lamateria prima es generalmente en forma de bolitas de plástico o polvo.

6.1 EXTRUSIÓN


• Equipo. Los principales componentes de un sistema de extrusión sonlos elementos de accionamiento , tolva , tornillos, sistema de matriz, yde calentamiento y enfriamiento . La unidad consta de una unidad demotor o la correa , que debe estar vinculado a la extrusora a través deuna caja de cambios de doble reducción.


• Materiales

A diferencia de otros procesos de transformación de termoplásticos, al extrusióntrabaja con TPU de alta viscosidad, esto permite que el platico que sale por lamatriz (o cabezal) mantenga su estructura lineal cuando es sometida a unproceso de enfriamiento.

• Parámetros del proceso

Temperatura de la resina

Presión de la resina

Contenido de humedad

Velocidad de rotación del tornillo


El moldeo por inyección se utiliza comúnmente para la fabricación de piezas engrandes cantidades con consistencia fiable. En este proceso de transformacióntambién se tratan los TPU y generalmente se utilizan para la fabricación de objetoscon forma especifica, como fundas de celulares y suelas de zapatos.

6.2 INYECCIÓN


• Materiales

En el proceso de inyección se puede trabajar con una alta gama de TPU, laelección del material depende de las especificaciones para su uso final, sinembargo los parámetros de procesamiento varían para cada familia de TPU.


Velocidad de inyección

Temperatura del plástico

Presión del plástico

Temperatura de enfriamiento

Tiempo


Inserción

El moldeo por inserción se puede considerar un moldeo por inyección en el cualexiste una ligera variación en el molde, agregando un sistema roscado (molde deinserción) que puede ser de metal o de otro plástico.

6.3 INSERCIÓN


• Equipo. Un mecanismo de moldeo por inserción es fácilmenteacoplable a un sistema de moldeo por inyección por lo tanto unaespecificación de equipo puede ser similar, sin embargo hacerlo puedeocasionar que el paso critico de la carga y la retención de la pieza deinserción dificulte la operación en la cavidad.


• Materiales

Al igual que el moldeo por inyección este tipo de moldeo tiene bajaselectividad en cuento el tipo de TPU requerido, con la excepción de esteademás trabaja con EPU.


Pieza de inserción



Presión del plástico


Tiempo


Fundición de resina líquida

• Para el proceso de fundición de resinas se utiliza principalmente para el diseño depiezas de poliuretano con alta resistencia a la abrasión, con diferentes tipo dedureza, dependiendo de la pieza o molde que se requiera utilizar.

6.4 FUNDICIÓN DE RESINA LÍQUIDA


• Equipo. Equipo especial para la colada de resina líquida incluyeequipos de mezclado y dispensación para las resinas de manipulación, equipo de desgasificación para eliminar el aire atrapado dentro de laresina , y hornos de curado para materiales .


• Materiales

En este proceso en particular se pueden utilizar EPU, también PU deformación de espumas, ya sean espumas blandas o rígidas.


Viscosidad del PU




Tiempo

Mantenimiento


• PRODUCTOS

aislante para neveras y congeladores recubrimientos

adhesivos

rodillos y ruedas

paneles de madera compuesta

suelas

ropa deportiva

productos aislantes para construcción

acolchado para muebles

Colchones

componentes de automóviles


PRODUCTOS DERIVADOS DEL POLIURETANO Y PROCESOS

Dentro de los residuos plásticos un5 % de los mismos pertenece alpoliuretano. Por esta razón, lastécnicas de reciclado de poliuretanohan evolucionado de formaimportante.


RECICLAJE DE POLIURETANO

• El reciclaje del poliuretano se puede llevar a cabo mediante 3 métodos principales:


6.5 RECICLAJE DE POLIURETANO

Reciclaje mecánico

Reciclaje químico

Recuperación de energía mediante incineración

1. Adhesive pressing

Procedencia de las materias primas:

• moldeado mediante la técnica RIM (reaction injection mouled) espuma empleada en los parachoques

• espuma termo formable,

• PUR integrable (volantes),

• PUR empleado en las moquetas de los coches (insonorización),

• espuma semi-rígida empleada en paneles de instrumentación, refrigeradores,

• paneles de puerta.


6.5.1 RECICLAJE MECÁNICO

Trozos de PUR

Granulación

Adición de MDI

Presión

Pulido

Aplicaciones, el material resultante de esta técnica se emplea en:

restauración de edificios antiguos (en el caso del PUR que proviene en origen de automóvil),

muebles para embarcaciones (ya que no les afecta el agua),

alfombrado de gimnasios (debido a su elasticidad)

muebles de cocina, este último en fase de investigación.


Moldeo por compresión

mediante esta técnica el poliuretano es molido en partículas muy finas ysometido a presiones y temperaturas altas con objeto de generar unmaterial de características ideales para aplicaciones automovilísticas.Tanto el molido como la compresión deben ser altamente controladospara cada tipo de aplicación.


Este tipo de reciclado no se utiliza en grandes proporciones hoy en día. Lasdiferentes técnicas que están incluidas dentro del reciclado químico se basanen la aplicación de diversos procesos químicos y térmicos que rompen losmateriales poliméricos en fracciones de bajo peso molecular.

1. hidrólisis

2. aminólisis

3. glicólisis

4. pirólisis

5. hidrogenación

6. gasificación.


6.5.2 RECICLAJE QUÍMICO

• Glicólisis: es un proceso en el cual se utilizan glicoles para convertir elpolímero en un líquido a una temperatura de 200ºC y a presiónatmosférica. El proceso consiste en romper el polímero reemplazandolas moléculas de poliol por glicol. Esto produce una mezcla de polioloriginal, un poliol nitrogenado, diisocianato y glicol sobrante de lareacción que debe ser tratada para separación y purificación.


• Pirólisis: En la pirólisis, hidrogenación y gasificación se transforma laespuma de poliuretano en fracciones de hidrocarburos de bajo pesomolecular. La pirólisis consiste en aplicar calor bajo atmósfera inertepara dar lugar a hidrocarburos líquidos y gaseosos.

24/05/2015 Universidad de Cartagena, Mayo de 201561

La hidrogenación consiste en el tratamiento de residuos con hidrogeno a temperaturas y presiones elevadas.


Esta técnica es ecológica, económica y factible desde el punto de vista técnico.


6.5.3 INCINERACIÓN

EMPRESAS PRODUCTORAS DE POLIURETANO Y SUS DERIVADOS

PanelMET :

EMPRESA PRODUCTORA DE POLIUTERATANO Y SUS DERIVADOS


Tapivan.

ESPUMADOS S.A.


Espumlatex


Pintuco


Malaca


Calorcol


Pinturas Super


• Los productos derivados del poliuretano presentan una alta gama enel mercado, los productos espumados y los productos termoplasticos(TPU) debido a sus diversas apliaciones a nivel industrial, ya sea el lafabricacion de muebles, pinturas, cojines, recubrimientos e inclusopara la fabricacion de suela de algunos zapatos. Sus propiedades lohacen un producto factible para la fabricacion de dicho productos, yaque pueden tener propiedades elastomeras, termoplasticas ytermpoestables.


conclusiones


GRACIAS...

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