O Poliuretano (denominado pela sigla PU) é um polímero que compreende uma cadeia de unidades orgânicas unidas por ligações uretânicas. É amplamente usado em espumas rígidas e flexíveis, em elastómeros duráveis e em adesivos de alto desempenho, em selantes, em fibras, vedações, tapetes, peças de plástico rígido e tintas.
Os poliuretanos tem este nome porque são formados por unidades de uretano, ou carbamato.
A criação dos poliuretanos é atribuída ao químico industrial alemão Otto Bayer (1902–1982), que descobriu a reação de poliadição de isocianatos e polióis. O produto foi inicialmente desenvolvido como um substituto da borracha, no início da Segunda Guerra Mundial.
A principal reação de produção de poliuretanos tem como reagentes um diisocianato, disponível nas formas alifáticas ou aromáticas, e um diol (como o etileno glicol, 1,4 butanodiol, dietileno glicol, glicerol) ou um poliol poliéster, na presença de catalisador e de materiais para o controlo da estrutura das células (surfactantes), no caso de espumas e tintas. Quando, na reação de polimerização, o diol é substituído por uma diamina, obtém-se uma poliureia, porque a unidade básica torna-se uma ureia e não um carbamato.
O poliuretano pode ter uma variedade de densidades e de durezas, que mudam de acordo com o tipo de monómero usado e de acordo com a adição ou não de substâncias modificadoras de propriedades. Os aditivos também podem melhorar a resistência à combustão, a estabilidade química, entre outras propriedades.
Embora as propriedades do poliuretano possam ser determinadas principalmente pela escolha do poliol, o diisocianato também exerce alguma influência. A taxa de cura é influenciada pela reatividade do grupo funcional, e a funcionalidade, pelo número de grupos isocianato. As propriedades mecânicas são influenciadas pela funcionalidade e pela forma da molécula. A escolha do diisocianato também afeta a estabilidade do poliuretano à exposição da luz. Os poliuretanos feitos com diisocianatos aromáticos amarelam-se à exposição a luz, enquanto que aqueles feitos com diisocianatos alifáticos são estáveis.
Surgem poliuretanos mais macios, elásticos e flexíveis quando segmentos de polietilenoglicol difuncionais lineares, normalmente chamados de polióis poliéter, são usados nas ligações uretânicas. Esta estratégia é usada para se fazer fibras elastoméricas similares ao spandex (comercializado pela DuPont com o nome Lycra e peças de borracha macia, assim como espuma de borracha.
Produtos mais rígidos surgem com o uso de polióis polifuncionais, já que estes criam uma estrutura tridimensional emaranhada. Pode-se obter uma espuma ainda mais rígida com o uso de catalisadores de trimerização, que criam estruturas cíclicas no interior da matriz da espuma. São designadas de espumas de poliisocianurato, e são desejáveis nos produtos de espuma rígida usados na construção civil.
A espuma de poliuretano é geralmente feita com a adição de pequenas quantidades de materiais voláteis, chamados de agentes de sopro, à mistura reacional. Tais materiais podem ser substâncias químicas voláteis e simples, como a acetona ou o cloreto de metileno, ou fluorocarbonetos mais sofisticados, que conferem características importantes de desempenho, primariamente a isolação térmica.
Outra forma comum de se produzir espumas é pela adição de água a um dos líquidos precursores do poliuretano antes que sejam misturados. A água então reage com uma porção do isocianato, dando dióxido de carbono, formando bolhas relativamente uniformes que, com o endurecimento do polímero, formam uma espuma sólida. A presença de água significa que uma pequena parcela das reações resultam em ligações uréia do tipo " NC( = O)N " , em lugar das ligações uretânicas, de forma que o material resultante deveria ser tecnicamente chamado de poli(uretano-co-uréia).
O controlo cuidadoso de propriedades viscoelásticas - pela modificação do catalisador ou dos polióis utilizados, por exemplo - podem levar à formação da chamada memory foam, uma espuma que é muito mais macia à temperatura da pele humana do que à temperatura ambiente.
Quanto às espumas, há duas variantes principais: uma na qual a maior parte das "bolhas" da espuma (células) permanece fechada e o gás, preso nestas bolhas; e uma outra que são sistemas que têm, na sua maioria, células abertas, que resultam depois de um estágio crítico no processo de formação da espuma (se as células não se formam ou se se tornam abertas muito cedo, simplesmente não há formação de espuma). Este é um processo vital e importante: se as espumas flexíveis tiverem células fechadas, a sua maciez fica severamente comprometida; tem-se a sensação de ser um material pneumático em vez de uma espuma macia; por isso, em palavras mais simples, as espumas flexíveis devem ter células abertas.
Já o oposto é o caso da maioria das espumas rígidas. Aqui, a retenção do gás nas células é desejável, já que o tal gás (especialmente os fluorocarbonetos mencionados anteriormente) dá à espuma a sua característica principal: a alta isolação térmica.
Existe ainda uma terceira variante de espuma, chamada de espuma microcelular, que são os materiais elastoméricos rígidos tipicamente encontrados nos revestimentos de volantes de automóveis e em outros componentes para veículos.
Os produtos do poliuretano têm muitos usos. Mais de três quartos do consumo global de poliuretano são na forma de espumas, com os tipos flexível e rígido grosseiramente iguais quanto ao tamanho de mercado. Em ambos os casos, a espuma está geralmente escondida por trás de outros materiais: as espumas rígidas estão dentro das paredes metálicas ou plásticas da maioria dos refrigeradores e freezers, ou atrás de paredes de alvenaria, caso sejam usadas como isolação térmica na construção civil; as espumas flexíveis, dentro do estofamento dos móveis domésticos, por exemplo.
Usam-se materiais poliuretânicos em revestimentos e vernizes para mobílias, carpintaria ou trabalhos em madeira. Este acabamento final forma uma camada dura e inflexível sobre a peça. Quando submetida ao calor ou ao choque, a verniz poliuretânica pode apresentar marcas transparentes ou esbranquiçadas. Como não penetra na madeira, o poliuretano carece do brilho que aparece em outros tipos de tratamento.
O poliuretano é usado como adesivo, especialmente como uma cola para trabalhos em madeira. A sua principal vantagem sobre as colas mais tradicionais para madeira é a resistência à água. Também é difundido no segmento automóvel para a montagem de vidros frontais e traseiros. Uma aplicação típida do adesivo de poliuretano, entre tantas outras, é a montagem de paineis de isolamento térmico fazendo a união de madeira, poliestireno expandido, espuma de poliuretano e aço, conhecido estes materiais como sanduiche de substratos. Estes painéis são largamente utilizados na montagem de câmaras frigoríficas.
O poliuretano também é usado na fabricação de pneus rígidos. Os patins do tipo roller blading e as rodas de skate só se tornaram económicas e resistentes graças à introdução de peças poliuretânicas fortes e resistentes à abrasão. Outros produtos foram desenvolvidos para pneumáticos, e variantes feitas de espuma microcelular são muito usadas nos pneus para cadeiras de roda, bicicletas, entre outros. Tais espumas também são muito encontradas nos volantes de automóveis, entre outras peças para veículos, inclusive pára-choques e pára-lamas.
O poliuretano também é usado na fabricação de cantos macios para mobílias tais como mesas e painéis, dando-lhes um ar de elegância, durabilidade e prevenindo acidentes.
Denominado espuma de poliuretano flexível. O mercado de colchões em Portugal e em Espanha tem sido dominado por empresas que fabricam este tipo de produto à base de uma estrutura de molas. Sendo a referida estrutura o elemento essencial do colchão, estas indústrias estão direccionadas para a produção das molas, investindo em tecnologia metalomecânica, que permita melhorar os produtos existentes e encontrar novas soluções com maior resistência à deformação, mas mantendo o conforto.
Os produtos mais avançados destas empresas começaram por combinar as molas com o látex e atualmente colocam uma camada de espuma a envolver um miolo efetuado por uma estrutura de molas. No entanto, a tendência verificada nos últimos anos no fabrico e comercialização dos colchões, tem apontado fortemente a favor dos colchões de espuma, em detrimento dos colchões de molas e de látex. A comprovar esta alteração de hábitos de consumo está a dinamização da indústria de colchões de espuma na Europa Ocidental.
As espumas poliuretânicas flexíveis e semi-flexíveis são amplamente utilizadas nos componentes do interior de automóveis: nos assentos, no apoio de cabeça, no descanso de braços, no revestimento do teto e no painel de instrumentos.
Os poliuretanos são usados para fazer assentos de automóveis de uma maneira notável. O fabricante de assentos tem um molde para cada modelo de assento. Este molde tem uma estrutura parecida com a de uma concha de marisco, que permite a modelagem rápida da estrutura do assento, que é estofado após a remoção do molde.
É possível combinar estas duas etapas (moldagem e estofamento). Neste caso, as superfícies da parte de dentro do molde têm centenas de pequenos furos que se comunicam com uma bomba de vácuo. Isto cria um fluxo constante de ar que vai do centro do molde à fonte de vácuo. O operador de montagem coloca inicialmente um revestimento de assento completo e totalmente montado no molde e o ajusta de forma que o vácuo puxe firmemente a peça contra a superfície do molde. Depois que a peça está colocada no lugar, o operador instala a moldura de metal do assento no molde, fechando-o. Neste ponto, o molde contém o que pode-se visualizar como um "assento oco".
A próxima etapa é a injeção da mistura química de poliuretano na cavidade do molde. É uma mistura de duas substâncias, medidas exatamente na quantidade certa. O molde é então mantido a uma temperatura de reação predeterminada até que a mistura química tenha preenchido o molde e formado uma espuma macia. O tempo necessário é de cerca de dois a três minutos, dependendo do tamanho do assento, da formulação e das condições de operação. Em seguida, o molde é aberto levemente por um ou dois minutos, durante o qual ocorre a cura da espuma, até que então o assento completamente estofado seja removido do molde. O operador apenas remove os excessos de espuma e coloca a peça sobre uma esteira.
Vários tipos de preservativos são feitos de poliuretano e são destinados às pessoas sensíveis ou alérgicas aos preservativos tradicionalmente feitos de látex.
Muitos tipos de calçado e sapatos, sobretudo femininos, são confeccionados em poliuretano. A grande maioria é confecionada utilizando-se sistemas poliéster, mais resistentes mecanicamente. Uma nova aplicação e quem vem crescendo são nos calçados de segurança pois é um material que, com a utilização de aditivos, consegue atender às normas necessárias para a sua utilização.
O poliuretano, por ser um plástico de engenharia, é altamente utilizado na indústria em geral por meio de peças técnicas, como coxins, gaxetas, molas, buchas, cepos, entre outros. Neste momento estamos falando do poliuretano como um elastómero durável e abaixo seguem alguns exemplos de indústrias que utilizam o poliuretano em suas manufaturas:
Nesta indústria o poliuretano é altamente utilizado em cilindros da laminação a frio, onde estes recebem revestimentos para proteção do material a ser laminado. Estes cilindros normalmente tem a função de tracionar a linha.
Nesta indústria o poliuretano é utilizado também no revestimento de cilindros prensa e rolos guia.
O poliuretano é utilizado em larga escala e em diversas aplicações, além de revestir cilindros ele também é utilizado no revestimento de tamboreadores, utilizado em anéis separadores para máquinas slitter, as molas dos moldes de estamparia também podem ser feitas com poliuretano, entre outras aplicações.
Este é o mercado onde os maiores volumes de poliuretano são utilizados competindo de igual para igual com o mercado de mineração, e neste mercado o poliuretano é utilizado em restritores de curvatura, enrijecedores de curvatura, proteções anti-abrasivas, entre outros protetores. Numa plataforma de petróleo podemos chegar a ter mais de 20 toneladas de poliuretano distribuídos nas peças descritas acima.
Como já dito antes, este mercado compete de igual para igual com o mercado de petróleo, onde o poliuretano é altamente utilizado. A principal aplicação do poliuretano no mercado de mineração é o revestimento interno de tubulação, onde a proteção anti-abrasiva proporcionada pelo poliuretano é muito maior que a proteção que o aço oferece. O aço serve apenas para dar estrutura a tubulação.
Menor peso
Menos ruído
Melhor ajuste
Menor custo de fabricação
Resistência à corrosão
Uma das vantagens do poliuretano sobre o metal é o menor peso. Peças fabricadas em poliuretano são, de longe, mais leves que o metal e mais fáceis de manusear. Isso resulta numa diminuição de peso em máquinas e equipamentos. Para além disto, as peças de metal tendem a gerar mais ruídos que as peças de poliuretano que os absorvem.
A redução da poluição sonora no ambiente de trabalho quando substituímos metal por poliuretano pode ser dramática.
Os poliuretanos substituem metais em várias aplicações, pois podem ser facilmente fundidos em moldes mais baratos.
Poliuretanos também são resistentes à abrasão. Por exemplo, em muitas aplicações na mineração, soluções de alta corrosão causam rápida deterioração nos metais.
Quando as aplicações possuem efeitos combinados de corrosão e abrasão, o tempo de vida de peças de metal é muito inferior.
Não é quebradiço
Memória Elastomérica
Resistência a Abrasão
Uma vantagem dos elastómeros de poliuretano com relação aos plásticos é que eles não são quebradiços. Muitos plásticos, particularmente os de alta dureza, tendem a trincar ou quebrar quando recebem impactos ou um carregamento. Os poliuretanos enquanto elastómeros mantém sua resistência ao impacto mesmo com altas durezas.
Poliuretanos tem memória elastomérica, isto é, eles podem ser tencionados mesmo com altas durezas a um alongamento significante e retornam à sua dimensão original. A maioria dos plásticos, uma vez tencionados após certo ponto, não retornarão à sua dimensão original, permanecendo esticados permanentemente.
Finalmente, plásticos não possuem alta resistência à abrasão como os poliuretanos.
Resistência a abrasão
Resistência ao corte e ao rasgo
Resistência a óleo
Resistência a grandes carregamentos
Grande variedade de durezas
Claro e translúcido
Não marca, não mancha
Pode ser fundido
Resistente ao ozono
Resistente a microorganismos
Alta ou baixa histerese
Uma das maiores vantagens do poliuretano sobre a borracha são as resistências à abrasão, corte e rasgo e suporta grandes carregamentos. Adicionalmente, muitos poliuretanos fundidos tem cores naturais, ou seja, sem pigmentos, variáveis de transparentes a branco opaco e âmbar. São aptos a receberem pigmentações que variam de preto a laranjas fluorescentes, vermelho e verde. Isso é usualmente utilizado em peças codificadas por cores. Um bom exemplo da utilização de peças codificadas por cores é nas aplicações onde tem-se diversas durezas e pode-se diferencia-las pelas cores dos poliuretanos não sendo necessário a utilização de um durómetro, por exemplo.
A borracha é vulnerável ao ozono, particularmente quando disposta próximo de equipamentos elétricos onde existe alta concentração de ozono. O facto do poliuretano ser um material fundido faz com que os preços dos moldes sejam mais baratos possibilitando a fabricação de peças complicadas.