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Poliuretanos são uma classe de polímeros formados, basicamente, por meio da reação entre grupos hidroxila de polióis com grupos isocianatos. São bastante versáteis por conta das diversas rotas de produção, bem como da variedade de aditivos utilizados em sua produção industrial, o que dá origem a produtos finais com propriedades físicas e químicas distintas.
Poliuretanos apresentam alta demanda comercial, visto que podem ser aplicados em muitos setores, como naval, médico, de construção civil, automobilístico, entre outros. Além da alta aplicabilidade e do baixo custo, também podem ser reciclados, contudo, são materiais inflamáveis e que, por conta dos isocianatos, podem apresentar certa toxicidade.
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Tópicos deste artigo
- 1 - Resumo sobre poliuretano
- 2 - O que é poliuretano?
- 3 - Características do poliuretano
- 4 - Obtenção do poliuretano
- 5 - Aplicações do poliuretano
- 6 - Tipos de poliuretano
- 7 - Poliuretano é tóxico?
- 8 - Vantagens e desvantagens do uso do poliuretano
- 9 - Reciclagem do poliuretano
Resumo sobre poliuretano
- Poliuretanos são uma classe de polímeros que é formada, basicamente, pela reação entre hidroxilas de polióis com grupos isocianato.
- Suas características são consequência direta da sua forma de produção, podendo então ser flexíveis ou rígidos.
- Diversas são as rotas de obtenção de poliuretanos, pois, industrialmente, diversos aditivos são colocados, os quais impactam diretamente nas propriedades do produto final.
- Os poliuretanos têm larga aplicação, sendo muito úteis na indústria de construção civil, naval, automobilística, na fabricação de instrumentos médicos, revestimentos, eletrodomésticos, entre outros usos.
- São materiais que carecem de cuidado, dada sua inflamabilidade e por conta da toxicidade dos isocianatos.
- Os poliuretanos podem ser reciclados.
O que é poliuretano?
Poliuretano é uma classe de polímeros que é formada pela reação entre os grupos hidroxila (OH) de um poliol (podendo também ser um diol ou um triol) com os grupos isocianato (NCO) de um poli-isocianato (também podendo ser um di-isocianato), dando origem a uma ligação carbamato, também conhecida como uretano.
Características do poliuretano
Dadas as diferentes formas de obtenção e produção de poliuretano, as características finais do polímero serão consequência direta da maneira que foi sintetizado. De modo geral, o poliuretano é sintetizado por meio da reação de um poliol com um poli-isocianato na presença de um catalisador ou por ativação pela luz ultravioleta.
Contudo, é comum a utilização de agentes reticulantes ou extensores de cadeia, que têm baixo peso molecular e se ligam aos grupos formadores do poliuretano, sendo usados com o intuito de oferecer melhorias mecânicas para o polímero, bem como aprimoramento das propriedades do material.
Quando os poli-isocianatos reagem com esses extensores de cadeia, dá-se origem a uma parte que garantirá maior rigidez ao poliuretano, justamente pelo fato de as cadeias envolvidas serem menores. Já a parte do poliuretano originada por meio da reação de longas cadeias de polióis com os poli-isocianatos é considerada mais flexível e elástica. Assim, a concentração dessas seções rígidas ou flexíveis é que dá o tom das propriedades finais do poliuretano formado.
Nos segmentos mais rígidos do poliuretano, os grupos uretanos (−NHCOO−) estão muito próximos e com a presença de anéis aromáticos, o que dificulta mudanças de configuração. Já nos segmentos mais flexíveis, as longas cadeias carbônicas de polióis, com grande número de –CH2−, permitem a rotação da ligação carbono-caborno.
Os tipos de poliuretano obtidos serão, então, consequência direta da presença ou da ausência de grupos rígidos ou flexíveis. Por exemplo, os poliuretanos termoplásticos apresentam de 30% a 50% de seções rígidas. No aumento dessa seção para níveis acima de 60%, o poliuretano se torna duro e quebradiço. Já um poliuretano com maiores seções flexíveis pode ser propício para produção de espumas.
Os poliuretanos têm boas propriedades abrasivas e com boa resistência à propagação de rachaduras. Podem ser usados em um grande intervalo de temperaturas (−40 °C até 80 °C) por um longo tempo. A formação de poliuretanos reticulados propicia maior resistência à alta temperatura, mas também à biodegradação, além de alterar a resistência química e as propriedades mecânicas.
Obtenção do poliuretano
Os poliuretanos podem ser obtidos por diferentes rotas. O método mais significativo e útil é por meio da reação entre um poliol (um álcool com dois ou mais grupos hidroxila) e um di-isocianato (ou um poli-isocianato).
Contudo, na indústria, outros aditivos e catalisadoress são comumente adicionados ao processo de síntese. A ideia é conseguir fabricar diversas modalidades de poliuretano, com propriedades distintas, como cor, rigidez, densidade, por exemplo, apenas alterando a quantidades e os tipos de polióis, poli-isocianatos e aditivos. A tabela a seguir traz os principais componentes e aditivos usados nas sínteses de poliuretano.
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Principais componentes e aditivos usados nas sínteses de poliuretano |
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Aditivo |
Função |
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Isocianato |
Responsável pela reatividade do poliuretano, assim como pelas propriedades físicas. |
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Polióis |
Contribui com cadeias longas e flexíveis, que permitem a produção de polímeros macios e elásticos. |
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Catalisadores |
Aceleram a reação de síntese do poliuretano, assim como permitem que ela ocorra em menores temperaturas. |
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Plastificantes |
Reduzem a dureza do material. |
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Pigmentos |
Para produção de poliuretanos de diferentes cores e tonalidades. |
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Agentes reticulantes/extensores de cadeia |
Garantem alteração estrutural da molécula de poliuretano, assim como auxílio na parte mecânica, o que incrementará as propriedades do material. |
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Agentes de expansão/surfactantes |
Para auxiliar na produção de espumas de poliuretano, para auxiliar no controle de formação de bolhas durante a síntese e, assim, controlar a estrutura da espuma. |
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Enchimentos |
Para minimizar o custo, bem como melhorar as propriedades do material, como a rigidez e a resistência à tração. |
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Retardantes de chama |
Para reduzir a flamabilidade do material. |
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Retardantes de fumaça |
Para reduzir a taxa de possível geração de fumaça do material quando este for incendiado. |
Aplicações do poliuretano
As propriedades finais, tanto químicas quanto físicas, do poliuretano formado são consequência dos reagentes de partida. Geralmente, as propriedades dos polióis, assim como o número de grupos funcionais reativos de cada molécula, sua estrutura molecular e a massa molecular, definem as características finais do poliuretano e a forma que ele será utilizado. A seguir, são listadas algumas aplicações de poliuretano.
→ Aplicações do poliuretano na construção civil
Os avanços na construção civil e nos empreendimentos imobiliários exigem materiais cada vez mais fortes, mas também leves, de fácil instalação, duráveis e versáteis. A incorporação de poliuretano nas construções vai de encontro a essas demandas, oferecendo grande conservação dos recursos naturais e no auxílio do meio ambiente, pois reduz o consumo de energia.
Os poliuretanos na construção civil apresentam grande relação força/peso, versatilidade, durabilidade, além de grande capacidade de isolamento térmico. Os poliuretanos podem ser aplicados em diversos pontos da casa, como no chão e no telhado, onde o poliuretano atua na forma de refletor de calor e luz, auxiliando no isolamento térmico da casa. Além disso, é um material barato e que pode apresentar diversas cores, tendo assim boa aceitação do consumidor.
→ Aplicações do poliuretano na indústria automotiva
Os usos de poliuretano na indústria automotiva são extensos. Tudo isso por conta de ser um material de boa resistência mecânica e leve, entregando um veículo com menor taxa de consumo de combustível e maior segurança para possíveis colisões. Além do fato de que os poliuretanos são utilizados para formar as espumas dos assentos, tornando-os mais confortáveis, eles também podem ser utilizados em partes do carro, como para-choques, portas, janelas e teto.
Os poliuretanos também são usados no revestimento dos veículos, provendo resistência à corrosão para as partes metálicas da estrutura do automóvel. O poliuretano também provê isolamento térmico e acústico ao veículo. Também dá um efeito de brilho ao veículo, incrementando-o em termos estéticos e também aumentado sua resistência ao clima e sua durabilidade.
→ Aplicações do poliuretano na indústria marinha
Os poliuretanos são muito importantes para a indústria de embarcações. Resinas epóxi de poliuretano são usadas no revestimento dos cascos dos navios, navios ou plataformas de petróleo, entregando maior resistência ao clima, corrosão e água, além de quaisquer outras substâncias que entrem em contato com essas estruturas. Espumas de poliuretano também servem para garantir maior isolamento térmico e acústico, além de maior resistência a rachaduras e abrasão.
→ Aplicações do poliuretano na medicina
Diversos são os usos médicos possíveis para o poliuretano, como: instrumentos cirúrgicos, catéteres, camas hospitalares, curativos para feridas, entre outros. Há a vantagem pelo fato de terem alta disponibilidade, boas propriedades mecânicas e físicas, além de boa biocompatibilidade.
O uso mais frequente, entretanto, é de implantes de curto tempo. O uso de poliuretano na medicina é favorável em termos de relação custo-benefício, além de prover materiais de alta resistência e longevidade, substituindo materiais tradicionalmente usados, como metais e cerâmicas.
→ Aplicações do poliuretano em eletrodomésticos, em pisos e em embalagens
Muitos eletrodomésticos atuais utilizam poliuretano, por exemplo, sendo isolante térmico para geladeiras e refrigeradores. Mais uma vez, a vantagem está relacionada ao custo-benefício, auxiliando na eficiência energética desses aparelhos.
Em pisos, a utilização de poliuretano está associada aos revestimentos ou às camadas inferiores de carpetes. O poliuretano auxilia na maior durabilidade do piso e facilita a sua manutenção. Carpetes com camadas de poliuretano são eficientes para isolamento acústico.
Em termos de pacotes, o poliuretano pode ser usado tanto para tintas de impressão, quanto para espumas de empacotamento.
Veja também: Silicone — outro polímero muito versátil e de grande usabilidade
Tipos de poliuretano
Existem os seguintes tipos de poliuretano:
- Rígidos: amplamente utilizados na forma de espumas como materiais isolantes, com boa versatilidade e economia de energia. São sintetizados de polióis de fonte fóssil (petróleo) ou de fonte biológica, como óleos vegetais.
- Flexíveis: também muito aplicados como espumas, são copolímeros em blocos cuja flexibilidade é consequência da separação entre os segmentos duros e macios presentes na molécula. Por isso, são usados como materiais amortecedores.
- Termoplásticos: são flexíveis e elásticos, com boa resistência a impacto, abrasão e intemperismo. A incorporação dessa classe de poliuretano pode estender a vida útil de diversos produtos. E, sendo um termoplástico, pode ser moldado quando fundido.
- Ionômeros: são poliuretanos que apresentam grupos iônicos, tendo, assim, maior dispersão em solventes polares, dada maior hidrofilicidade, além de apresentarem boas propriedades mecânicas e térmicas, assim como biocompatibilidade.
- Ligantes: são poliuretanos responsáveis por ligarem diferentes tipos de fibras e outros materias entre si.
- À base de água: são poliuretanos que usam água como solvente primário.
- Revestimentos, adesivos, selantes e elastômeros: são tipos de poliuretanos empregados para diversos fins, por conta das propriedades mecânicas, químicas e físicas bem versáteis dos poliuretanos.
Acesse também: Quais são os tipos de polímero?
Poliuretano é tóxico?
O poliuretano, em sua forma final, é quimicamente inerte, mas há riscos de sintomas asmáticos, mesmo em baixas concentrações, por conta da volatilidade dos isocianatos. Vale lembrar que os isocianatos são muito tóxicos, sendo irritantes aos olhos, pele, mucosas e trato respiratório. A inalação de isocianatos pode causar alergia, asma e dificuldades de respiração como resultado da irritação ao sistema respiratório. Em contato com a pele, o isocianato pode causar coceiras, urticária, erupções cutâneas ou até mesmo inchaço.
Quando exposto a chamas, há também o risco associado à ignição, pois é um material inflamável. Um caso emblemático e trágico de nosso país relacionado ao incêndio com poliuretano foi o da Boate Kiss, na cidade gaúcha de Santa Maria, no ano de 2013.
Os peritos químicos ouvidos pela justiça afirmaram que o incêndio e a consequente queima da espuma fizeram com houvesse a liberação de gases tóxicos, como monóxido de carbono e gás cianídrico. Tais gases, inclusive, são dados como os responsáveis pelas mortes do dia.
Vantagens e desvantagens do uso do poliuretano
→ Vantagens do uso do poliuretano
Entre as vantagens do uso do poliuretano, podemos destacar:
- baixo custo, apresentando boa relação custo-benefício;
- produtos finais com boa diversidade de propriedades físicas e químicas, podendo ser rígidos ou flexíveis;
- boa resistência térmica, sendo úteis para isolamento térmico;
- boa biocompatibilidade;
- boa resistência mecânica;
- aplicabilidade distinta em diversos produtos e bens de consumo;
- possibilidade de reciclagem.
→ Desvantagens do uso do poliuretano
Entre as desvantagens possíveis do uso do poliuretano, temos:
- inflamabilidade;
- liberação de gases tóxicos e letais mediante queima;
- riscos associados à presença de isocianatos, mesmo em baixa concentração.
Reciclagem do poliuretano
A grande utilização de poliuretano e seu sucesso comercial fazem sua demanda aumentar cada vez mais, e, consequentemente, aumenta-se a quantidade de resíduos desse material. Nesse resíduo estão incluídos materiais em fim de vida útil, assim como materiais pós-consumo e poliuretanos com defeitos de fabricação (os quais podem chegar a até 10% do poliuretano produzido). Mesmo assim, os mais preocupantes são resíduos no fim da vida útil ou de pós-consumo, pois, em geral, estão contaminados ou deformados, sendo menos propensos à reutilização.
Obviamente que é melhor pensar na redução ou na reutilização do material, mas nem sempre isso é possível. Nas situações em que é possível fazer a reciclagem do poliuretano, ele pode então ser reciclado por alguns métodos, como:
- Mecânico: é o método mais simples e fácil, em que os resíduos de poliuretano são transformados em poeira ou pequenos grânulos sólidos, o quais podem ser usados em preenchimento de brinquedos, travesseiros etc., ou como substrato em um processo subsequente.
- Químico: a ideia é transformar, quimicamente, o polímero em moléculas menores. Dentre as técnicas possíveis para o poliuretano, estão a hidrólise, pirólise, glicólise, aminólise, gasificação, entre outros. Isso porque a polimerização do poliuretano é reversível, conseguindo restabelecer quimicamente seus monômeros.
Quando não é possível haver reciclagem do poliuretano, é possível uma recuperação em termos de energia, em que o poliuretano é incinerado. Apesar do material incinerado não ser recuperável, é uma técnica esssencial para poliuretanos contaminados, diminuindo substancialmente os resíduos sólidos de poliuretano presentes em aterros ou lixões.
Mesmo assim, infelizmente, a principal forma de deposição dos resíduos de poliuretano é em aterros, contemplando mais de 50% dos resíduos gerados.
Crédito de imagem
Fontes
AKINDOYO, J. O.; BEG, M. D. H.; GHAZALI, S.; ISLAM, M. R.; JEYARATNAM, N.; YUVARAJ, A. R. Polyurethane types, synthesis and applications. RSC Advances. v. 6, p. 114453-114482, 2016.
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UOL. Gás tóxico liberado na queima de espuma é a causa de mortes na Boate Kiss. UOL. 25 set. 2015. Disponível em: https://noticias.uol.com.br/cotidiano/ultimas-noticias/2015/09/25/gas-toxico-liberado-na-queima-de-espuma-e-a-causa-de-mortes-na-boate-kiss.htm.
