Adhesivos de poliuretano termoplásticos potencialmente biodegrables obtenidos con derivados de productos naturales

Abstract

Los adhesivos de poliuretano se han empezado a usar en medicina. Además, en la actualidad debido al desarrollo de la química verde se busca la obtención de polímeros biodegradables, y hasta donde sabemos no existen precedentes del desarrollo de adhesivos de poliuretano biodegradables. Desde el desarrollo del primer poliuretano hasta nuestros días la mayoría de los polioles y extendedores de cadena utilizados para la obtención de poliuretanos derivan de subproductos del petróleo. Una alternativa a la utilización de subproductos del petróleo, una materia prima no renovable, son los derivados naturales, tales como la colofonia (componente principal de la resina de los pinos) y de aceites vegetales, ya que son abundantes y de origen natural, los cuales además podrían proporcionar biodegradabilidad a los adhesivos de poliuretano, obteniéndose poliuretanos ecológicos. Este trabajo se centra en la síntesis y caracterización de nuevos adhesivos de poliuretano obtenidos empleando un diol de un aceite natural (el aceite de tung) y colofonia, así como el estudio de su degradación térmica y en medios biológicos. La incorporación de colofonia como extendedor de cadena en la síntesis de adhesivos de poliuretano le afecta tanto a las propiedades de los poliuretanos termoplásticos como a los adhesivos de poliuretano. Debido a la existencia de un ácido carboxílico en la estructura de la colofonia, la reacción con los grupos isocianato finales del prepolímero de uretano es factible, produciéndose el anclaje de las moléculas de colofonia en el extendedor de cadena en el extremo de las cadenas del poliuretano, proporcionando hot tack a los adhesivos de poliuretano. La incorporación de solamente colofonia como extendedor de cadena produce la aparición de cristalización fría en el poliuretano. La estabilidad térmica de los poliuretanos disminuye al adicionar colofonia en el extendedor de cadena, disminuyendo la cantidad de segmentos blandos, generando la aparición de nuevos segmentos duros uretano-amida. Se produce una mayor separación de fases entre los segmentos duros y blandos. Además, la adición de colofonia disminuye la cristalinidad de los poliuretanos, tanto más cuanto mayor es su cantidad en el extendedor de cadena. La adición de colofonia produce un aumento de la pegajosidad, particularmente a temperaturas inferiores a 60ºC. Sin embargo, las fuerzas de pelado en T de uniones serraje/adhesivo de poliuretano/serraje son bajas debido al descenso de la cristalinidad y aumento del contenido de segmentos duros uretano-amida en los poliuretanos. Sin embargo, las fuerzas de cizalla de uniones aluminio/adhesivo de poliuretano/aluminio son altas. La degradación térmica produce una disminución del módulo elástico en los poliuretanos con colofonia en el extendedor de cadena, ya que su estructura segmentada cambia produciéndose la degradación preferiblemente en los segmentos duros. Las propiedades adhesivas también disminuyen tras la degradación térmica cuando los poliuretanos contienen colofonia en el extendedor de cadena. Por otra parte, la degradación de los poliuretanos en medios biológicos produce también un cambio en la estructura de los poliuretanos disminuyendo su estabilidad térmica, aunque es menos pronunciado que el producido por la degradación térmica. La adición de diol de aceite de tung en el poliol imparte cristalización fría y disminuye la cristalinidad de los poliuretanos, tanto más cuanto mayor es su cantidad en el poliol. Además, la estabilidad térmica de los poliuretanos disminuye al adicionar diol de aceite de tung en el poliol y cambia la estructura segmentada de los poliuretanos, favoreciendo la formación de nuevos segmentos duros, de manera que dominan las propiedades elásticas en todo el rango de temperaturas estudiado. Por otra parte, la pegajosidad de los poliuretanos disminuye al adicionar diol de aceite de tung en el poliol, las fuerzas de pelado en T son bajas y las fuerzas de cizalla son altas, disminuyendo gradualmente al incrementar el contenido de diol de aceite de tung en el poliol. La adición de diol de aceite de tung en el extendedor de cadena disminuye la estabilidad térmica de los poliuretanos debido a que disminuye la cantidad de segmentos blandos en los poliuretanos y se crean nuevos segmentos duros. Por otra parte, la temperatura y entalpía de fusión de los poliuretanos disminuyen al adicionar diol de aceite de tung en el extendedor de cadena, tanto más cuanto mayor es su cantidad en el extendedor de cadena. Además, la cristalinidad de los poliuretanos disminuye y el módulo elástico aumenta al adicionar diol de aceite de tung en el extendedor de cadena, tanto más cuanto mayor es su cantidad, debido a la creación de una estructura menos reticulada, produciéndose una mayor separación de fases, lo que da lugar a una disminución de la temperatura de transición vítrea. Por último, la pegajosidad de los poliuretanos disminuye drásticamente con la adición de diol de aceite de tung en el extendedor de cadena, y las fuerzas de pelado en T y de cizalla aumentan. La adición de diol de aceite de tung como parte del extendedor de cadena facilita la degradación térmica de los poliuretanos de forma más efectiva que al introducirlo como parte del poliol. Además, la degradación térmica cambia la estructura segmentada de los poliuretanos obtenidos con diol de aceite de tung de forma diferente dependiendo de si se incorpora como parte del poliol o como parte del extendedor de cadena durante la síntesis de los poliuretanos. La degradación térmica de los poliuretanos se produce preferentemente en los segmentos duros y las propiedades adhesivas disminuyen drásticamente tras la degradación térmica.