Idea clave: la elección entre una química base de poliéter o de poliéster es la decisión de formulación de mayor alcance para una pieza de poliuretano colado. Determina un conjunto de propiedades derivadas, resistencia a la hidrólisis, comportamiento dinámico, flexibilidad a baja temperatura, resistencia química, modo de abrasión, que ningún ajuste de agente de curado o aditivo puede compensar por completo. Acertar en la fase de selección del prepolímero es lo que separa una pieza que alcanza su objetivo de vida útil de otra que falla antes de tiempo.
Todo elastómero de poliuretano colado parte de la misma arquitectura básica: un poliol, un isocianato y un agente de curado. Pero bajo esa estructura común, la elección de la química base del poliol, poliéter o poliéster, provoca una divergencia fundamental en el comportamiento del elastómero curado en servicio. Ambas químicas presentan esqueletos moleculares distintos, respuestas distintas a la humedad y a la temperatura, y perfiles mecánicos distintos. En la aplicación adecuada, cada una supera a la otra. En la equivocada, cualquiera de las dos puede fallar.
Para los formuladores que especifican un sistema de prepolímero, y para los equipos de compras que necesitan entender por qué se recomienda un grado concreto, esta guía aborda la decisión en su conjunto. Explica la química, las consecuencias en rendimiento, la interacción entre la elección del isocianato y la del poliol, y cómo las gamas de prepolímeros HYPERLAST™ y DIPRANE™ de Dow responden a cada requisito.
Para un marco de decisión más amplio que cubre los ensayos de abrasión, el coste total de propiedad y el aprovisionamiento, consulte nuestro artículo sobre elastómeros de alto rendimiento en entornos exigentes. Para un tratamiento detallado de la metodología de ensayo de abrasión y de cómo se traducen los datos de desgaste en vida útil real, consulte nuestro artículo sobre la resistencia a la abrasión de los elastómeros de poliuretano.
Por qué la elección del poliol pesa tanto
En un elastómero de poliuretano colado, el poliol forma el segmento blando de la red polimérica, la parte flexible de la cadena situada entre los segmentos rígidos creados por el isocianato y el agente de curado. El segmento blando determina la respuesta del elastómero a las solicitaciones ambientales: su comportamiento en agua, en frío, bajo carga cíclica y en contacto con productos químicos.
La elección del poliol define la mayor parte de las características de rendimiento a largo plazo de un elastómero de PU colado. Los ajustes mecánicos realizados mediante la elección del agente de curado, la estequiometría o las condiciones de procesado actúan dentro de la envolvente que crea la química del poliol. No pueden desplazar el elastómero a un régimen de rendimiento fundamentalmente distinto.
En los prepolímeros de PU colado industriales se emplean dos grandes familias de polioles.
Polioles poliéter. El esqueleto contiene enlaces éter (–C–O–C–). Los dos más utilizados en sistemas colados industriales son:
- el PTMEG (politetrametilen éter glicol), también llamado PTMG o politetrahidrofurano, que ofrece la mayor resiliencia y las mejores propiedades dinámicas;
- el PPG (polipropilenglicol), un poliéter de menor coste que ofrece buena resistencia a la hidrólisis con propiedades mecánicas más modestas.
Polioles poliéster, incluidos los poliésteres de adipato y la policaprolactona (PCL). El esqueleto contiene enlaces éster (–COO–).
Estas dos estructuras de esqueleto reaccionan de forma muy distinta al agua, a la temperatura y a la solicitación mecánica. Ahí empieza la divergencia de rendimiento.
Los sistemas de base poliéter: cuándo utilizarlos
La resistencia a la hidrólisis, la ventaja decisiva
La propiedad más importante del poliuretano colado de base poliéter es su resistencia a la hidrólisis, es decir, a la degradación por agua o humedad. El enlace éter del esqueleto polimérico es químicamente estable en presencia de agua, incluso a temperatura elevada. Los poliuretanos de poliéter pueden mantenerse estables en agua a 50 °C durante periodos prolongados y se recomiendan allí donde la humedad elevada o la exposición al agua sean una preocupación.
En términos cuantitativos, los sistemas de poliéter superan claramente a las formulaciones de poliéster en condiciones húmedas sostenidas: los datos de semivida hidrolítica muestran que los sistemas de poliéter conservan sus propiedades mecánicas mucho más tiempo en inmersión a temperatura elevada. La temperatura es un modificador crítico: en agua a 90 °C, la degradación se acelera bruscamente en ambos sistemas, pero los materiales de poliéter conservan sus propiedades notablemente más tiempo que sus equivalentes de poliéster.
Para aplicaciones en entornos húmedos, offshore o sumergidos, revestimientos de tuberías y bombas, rigidizadores de curvatura offshore, hidrociclones, componentes de protección submarina, la química de poliéter es un requisito de partida, no una mejora opcional.
Rendimiento dinámico y flexibilidad a baja temperatura
Los sistemas de poliéter basados en PTMEG ofrecen una combinación de alta resiliencia y baja acumulación de calor bajo carga cíclica que los sistemas de poliéster no pueden igualar. Los materiales de poliéter PTMEG ofrecen excelente flexibilidad a baja temperatura y excelentes propiedades dinámicas, con resistencia al ataque microbiano y a la hidrólisis. Esto los convierte en la especificación preferente para rodillos de alta velocidad, juntas dinámicas y cualquier pieza cuya deformación cíclica genere calor interno.
Los poliuretanos de poliéter son mucho menos sensibles a la acumulación de calor dinámica, y esa es precisamente la razón por la que se eligen para rodillos de alta velocidad, donde la flexión rápida genera calor. Un sistema de poliéster en la misma aplicación acumulará calor más rápido, acelerando la degradación y reduciendo finalmente la vida útil. La decisión final depende del modo de fallo: si el desgaste es el factor dominante, un poliéster puede seguir siendo la elección correcta.
A temperaturas bajo cero, los sistemas de poliéter también conservan su flexibilidad allí donde los grados de poliéster pueden empezar a endurecerse. Esto importa en piezas que operan en cámaras frigoríficas, en exteriores durante el invierno o en procesos industriales refrigerados.
La gama HYPERLAST™
La gama HYPERLAST™ de Dow se basa en polioles poliéter. Los sistemas HYPERLAST producen elastómeros con fuerte rendimiento dinámico, buena resiliencia, resistencia a la hidrólisis y comportamiento a baja temperatura, lo que los hace adecuados para aplicaciones de alta velocidad y alta capacidad de carga en entornos fríos o húmedos.
La gama incluye la serie HYPERLAST™ 153, desarrollada para permitir una reformulación conforme al REACH prescindiendo de los sistemas curados con MbOCA, una cuestión importante para los transformadores europeos. Este punto se trata íntegramente en nuestro artículo dedicado al cumplimiento de MbOCA y REACH. Los sistemas HYPERLAST™ están disponibles a través de Safic-Alcan en Europa.
Los sistemas de base poliéster: cuándo utilizarlos
Allí donde el poliéter se elige por su estabilidad ambiental, el poliéster se elige por sus propiedades mecánicas. En entornos secos o químicamente exigentes constituye la referencia.
Abrasión y resistencia mecánica
Los sistemas de base poliéster ofrecen una resistencia superior a la tracción y al desgarro, y el mejor comportamiento en abrasión por deslizamiento en condiciones secas. Su tenacidad y su resistencia al corte los convierten en la especificación preferente para aplicaciones en las que la superficie soporta contacto abrasivo continuo: paneles de cribado, rodillos de transportadores, ruedas industriales y rascadores.
Resistencia química
Los poliuretanos de poliéster resisten mejor los aceites, los combustibles y los disolventes químicos que sus equivalentes de poliéter. El esqueleto éster interactúa de forma más favorable con los compuestos orgánicos apolares, lo que convierte a los sistemas de poliéster y policaprolactona en la especificación preferente para piezas en contacto directo con lubricantes, fluidos hidráulicos o productos de proceso a base de hidrocarburos.
La gama de prepolímeros DIPRANE™
La gama DIPRANE™ de Dow se basa en polioles poliéster. Los prepolímeros DIPRANE producen elastómeros tenaces y duraderos con excelente resistencia al desgaste y al desgarro, a los cortes, a la fatiga por flexión y a los productos químicos orgánicos, adecuados para ruedas, rodillos y equipos de minería, incluidas cribas, rascadores y transportadores. La gama cubre variantes de TDI y MDI, lo que permite a los formuladores ajustar el rango de dureza y los requisitos de procesado de cada aplicación.
Los sistemas DIPRANE™ pueden formularse para alcanzar una excelente resistencia a los disolventes y están disponibles en grados que van del Shore A blando al Shore D duro, lo que los hace muy versátiles en todo el ámbito seco y químicamente exigente.
La dimensión del isocianato: TDI o MDI
La elección del poliol define la envolvente de rendimiento ambiental. La elección del isocianato, TDI (tolueno diisocianato) o MDI (metilendifenil diisocianato), configura el perfil mecánico y de procesado dentro de esa envolvente. Ambas elecciones interactúan, por lo que conviene entender qué aporta cada una.
TDI: menor viscosidad, mejor comportamiento dinámico, mayor vida de mezcla
El TDI produce prepolímeros de menor viscosidad que el MDI, una ventaja directa de procesado para operaciones de colada manuales o semiautomatizadas, especialmente a baja temperatura. Los sistemas de base TDI ofrecen excelentes propiedades dinámicas y buena flexibilidad a baja temperatura, y su mayor vida de mezcla da a los transformadores más tiempo de trabajo antes de que el aumento de viscosidad impida un llenado limpio del molde.
MDI: mayor potencial de dureza, mejor estabilidad térmica
Los sistemas de base MDI abren la vía a niveles de dureza más altos y a un mejor comportamiento a temperatura elevada. Los prepolímeros de MDI combinan un procesado sencillo con buena fluidez y están disponibles en series éter y éster.
La contrapartida es una vida de mezcla más corta y, en el caso del MDI 4,4’ puro, un punto de fusión más alto que exige una gestión más rigurosa de la temperatura en producción. Las variantes de MDI modificado con mayor contenido en isómero 2,4’ presentan puntos de fusión más bajos, velocidades de reacción más lentas y mejores características de procesado, un aspecto importante para los formuladores que pasan del TDI al MDI.
Los sistemas cuasiprepolímero VORASTAR™
Algunas aplicaciones imponen combinaciones de requisitos situadas entre las envolventes de rendimiento del poliéter y del poliéster. Los sistemas cuasiprepolímero VORASTAR™ de Dow amplían el rango de formulación más allá de lo que permiten los prepolímeros estándar de una u otra química, posibilitando perfiles de propiedades intermedios gracias a un mayor contenido en NCO y a una mayor libertad de formulación.
Resultan especialmente útiles para transformadores que necesitan ajustar combinaciones concretas de dureza, resiliencia y resistencia química más allá de lo alcanzable solo con prepolímeros completos.
Tomar la decisión: el marco de cuatro variables
En la práctica, la elección de la química base se reduce a una evaluación estructurada de cuatro variables.
1. Requisito principal de rendimiento. ¿Cuál es el modo de fallo dominante: abrasión, hidrólisis, fatiga dinámica o ataque químico? La abrasión en condiciones secas apunta al poliéster. La hidrólisis o la carga dinámica apuntan al poliéter. La exposición química apunta al poliéster o a la PCL.
2. Entorno de servicio. ¿Está la pieza en un entorno húmedo, sumergido o frío? Estas condiciones favorecen claramente al poliéter. Los entornos secos, químicamente expuestos o a temperatura elevada favorecen al poliéster.
3. Rango de dureza requerido. Ambas químicas cubren un amplio rango de durezas, del Shore A blando al Shore D duro. Los sistemas de poliéster combinados con MDI alcanzan con mayor facilidad los grados Shore D más duros, como muestra la tabla comparativa anterior. La dureza por sí sola rara vez decide la química base, pero sí orienta la elección del isocianato: MDI para los grados más duros y el comportamiento a temperatura, TDI cuando el rendimiento dinámico y la libertad de procesado priman sobre la dureza máxima.
4. Condiciones de procesado. ¿De cuánta vida de mezcla dispone? ¿La colada es manual o mecanizada? Los sistemas de base TDI ofrecen mayor vida de mezcla y menor viscosidad para las operaciones de colada más exigentes. Los sistemas de MDI exigen una gestión más estricta de la temperatura pero pueden ofrecer propiedades fuera del alcance del TDI.
¿Necesita ayuda para elegir la química de poliol adecuada para su pieza?
Envíenos sus condiciones de servicio, su objetivo de dureza y su configuración de procesado. Nuestro equipo técnico de poliuretano le recomendará los grados adecuados y organizará el envío de muestras.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre un poliuretano de poliéter y uno de poliéster?
Los poliuretanos de poliéter se basan en un esqueleto de poliol con enlaces éter (–C–O–C–), lo que aporta una resistencia sobresaliente a la hidrólisis, excelente flexibilidad a baja temperatura y fuerte rendimiento dinámico. Los poliuretanos de poliéster utilizan un esqueleto de poliol con enlaces éster (–COO–), lo que aporta mayor resistencia a la tracción y al desgarro, mejor resistencia a la abrasión por deslizamiento en entornos secos, y mejor comportamiento frente a aceites y productos químicos orgánicos. La elección depende del requisito principal de rendimiento y del entorno de servicio.
¿Qué poliuretano conviene para aplicaciones húmedas o sumergidas: poliéter o poliéster?
El poliuretano de base poliéter es claramente superior en aplicaciones húmedas o sumergidas. El esqueleto éter es químicamente estable en presencia de agua y conserva sus propiedades mecánicas durante largos periodos de exposición a la humedad. Los sistemas de poliéster son sensibles a la escisión hidrolítica de sus enlaces éster, lo que degrada progresivamente sus propiedades mecánicas en condiciones húmedas sostenidas. Para aplicaciones offshore, submarinas, de tratamiento de aguas o de alta humedad, los sistemas de poliéter son la especificación estándar.
¿Qué es HYPERLAST™ y cuándo utilizarlo?
HYPERLAST™ es una gama de sistemas de prepolímero de poliuretano poliéter fabricada por Dow Polyurethanes. Produce elastómeros colados con excelente resistencia a la hidrólisis, fuerte rendimiento dinámico, alta resiliencia y buena flexibilidad a baja temperatura. HYPERLAST™ es la especificación preferente para aplicaciones industriales de alta velocidad y alta capacidad de carga en entornos húmedos o fríos: rodillos, rigidizadores de curvatura offshore, revestimientos de tuberías, hidrociclones y juntas dinámicas. La gama está disponible a través de Safic-Alcan en Europa.
¿Qué es DIPRANE™ y cuándo utilizarlo?
DIPRANE™ es una gama de sistemas de prepolímero de poliuretano poliéster de Dow. Produce elastómeros tenaces y duraderos con excelente resistencia a la abrasión por deslizamiento, alta resistencia a la tracción y al desgarro, y buena resistencia a aceites y productos químicos orgánicos. DIPRANE™ es la especificación preferente para aplicaciones industriales secas o químicamente expuestas: cribas de minería, rodillos de transportadores, ruedas industriales y rascadores. La gama está disponible a través de Safic-Alcan en Europa.
¿Cuál es la diferencia entre TDI y MDI en el poliuretano colado?
El TDI (tolueno diisocianato) produce prepolímeros de menor viscosidad, con mayor vida de mezcla y excelente comportamiento dinámico y a baja temperatura. Se prefiere en aplicaciones de carga dinámica y en colada manual o semiautomatizada. El MDI (metilendifenil diisocianato) ofrece mayor potencial de dureza y mejor estabilidad térmica, y se prefiere para grados Shore D muy duros o aplicaciones a temperatura elevada.
¿Dónde comprar los prepolímeros HYPERLAST™ y DIPRANE™ en Europa?
Safic-Alcan es el distribuidor europeo autorizado de la gama completa Dow Polyurethanes, que incluye HYPERLAST™, DIPRANE™, VORASTAR™ y DURAMOULD™, en Francia, Reino Unido, Alemania, Suiza, Benelux, Italia, España, Portugal, los países nórdicos, Chequia, Hungría, Bulgaria, Rumanía y la región del Adriático. Contacte con su equipo técnico local de Safic-Alcan para fichas técnicas, muestras y asesoramiento en formulación.