Resinas de poliuretano a base de agua a base de poliéster y a base de poliéter: una comparación del rendimiento de resistencia al calor

Desde una perspectiva química, la resina de poliuretano a base de agua es esencialmente un líquido de viscosidad compuesto de partículas de gel uniformemente dispersas en agua. Durante el crecimiento de la cadena, la viscosidad de la emulsión generalmente mantiene un estado de equilibrio, y su variación proviene principalmente del aumento del peso molecular de las propias partículas. En aplicaciones prácticas, cuando la temperatura para la formación de la película excede el punto de fusión de las partículas de polímero, se forma una capa de película continua uniformemente distribuida entre las partículas. En el caso de temperaturas más bajas, el recubrimiento seco exhibe un estado discontinuo de adhesión de partícula a partícula.

Cuando se habla de la resistencia al calor de los polímeros, se deben mencionar dos indicadores de temperatura importantes: la temperatura de reblandecimiento y la temperatura de descomposición térmica. La temperatura de reblandecimiento, como su nombre indica, se refiere a la temperatura crítica a la que el polímero pasa del estado elástico al estado de flujo viscoso, es decir, el punto más bajo en el que las cadenas del polímero comienzan a deslizarse. La deformación que se produce a esta temperatura es irreversible. Esta temperatura no sólo determina el rango de procesamiento hasta el moldeo del polímero sino que también establece el límite de temperatura para el uso de productos poliméricos. La temperatura de descomposición térmica es la temperatura más baja a la que los enlaces químicos del polímero se rompen durante el calentamiento, y la temperatura de funcionamiento a largo plazo de los productos poliméricos debe ser inferior a esta temperatura. Vale la pena señalar que la relación entre la temperatura de descomposición térmica y la temperatura de reblandecimiento no es fija y puede ser mayor o menor que la temperatura de reblandecimiento. Para el poliuretano a base de agua, la temperatura de descomposición térmica suele ser más baja que la temperatura de reblandecimiento, y el proceso de descomposición térmica a menudo se entrelaza con otros procesos de degradación, como la oxidación y la hidrólisis, promoviéndose mutuamente.

La temperatura de descomposición térmica de la emulsión de poliuretano a base de agua está muy influenciada por la resistencia al calor de varios grupos funcionales en su estructura macromolecular. Por ejemplo, la temperatura de descomposición térmica de la urea dímera y del metacrilato de uretano es significativamente menor que la del uretano y la urea. Según los registros de la literatura, la temperatura de descomposición térmica de la urea dímera es de 120 °C, mientras que la temperatura de descomposición del metacrilato de uretano es de solo 106 °C. La temperatura de descomposición térmica del uretano está estrechamente relacionada con la estructura de su compuesto original, teniendo los diisocianatos alifáticos generalmente mejor resistencia al calor que los diisocianatos aromáticos, y los alcoholes alifáticos tienen mejor resistencia al calor que los alcoholes aromáticos (como el fenol). En los diisocianatos aromáticos, el orden de resistencia al calor suele ser PPDI > NDI > MDI > TDI.

Además, existen diferencias significativas en la temperatura de descomposición térmica del uretano-acrilato obtenido de la reacción de diferentes estructuras de alcoholes grasos con el mismo isocianato. Entre ellos, el alcohol primario tiene la temperatura de descomposición térmica más alta, mientras que el alcohol terciario tiene la más baja, y algunos incluso pueden comenzar a descomponerse a 50°C. Esto se debe principalmente a que los enlaces cerca del átomo de carbono terciario y del átomo de carbono cuaternario son más frágiles y propensos a romperse. La estructura del segmento blando también afecta la temperatura de descomposición térmica. Debido a la buena estabilidad térmica de los grupos carbonilo y la susceptibilidad a la oxidación del hidrógeno en el átomo de carbono α de los grupos éter, los materiales a base de poliéster suelen tener mejor resistencia al envejecimiento térmico por aire que los materiales a base de poliéter. Además, la presencia de dobles enlaces en el segmento blando reducirá la resistencia al calor del elastómero, mientras que la introducción de anillos de isocianurato y elementos inorgánicos puede mejorar eficazmente la resistencia al calor del elastómero. Los poliéster polioles generalmente tienen un mejor rendimiento de degradación por calor que los poliéter polioles debido a las mayores fuerzas intermoleculares entre las moléculas. La estabilidad térmica de los polímeros se ve significativamente mejorada por la presencia de enlaces silicio-oxígeno debido a sus características de alta energía de enlace. Los materiales inorgánicos se utilizan a menudo para mejorar la resistencia al calor de los polímeros debido a su excelente estabilidad térmica y resistencia mecánica.