Producción sostenible de poliuretano sin isocianato tóxico
Los investigadores sustituyen un producto químico tóxico por un dicarbamato inocuo y utilizan CO2 como materia prima para la producción sostenible de plásticos
Los poliuretanos (PUR) se encuentran en muchos productos, como muebles tapizados, espumas o materiales aislantes, suelos, pinturas e incluso tubos de catéteres médicos. Sin embargo, la producción de estos plásticos tan demandados depende del isocianato tóxico. Ahora, investigadores del Instituto Fraunhofer han desarrollado un proceso de producción alternativo que utiliza dicarbamato inocuo.
Los compuestos químicos como el isocianato son tóxicos y provocan alergias o asma. Sin embargo, siguen siendo indispensables para la industria química. Son necesarios sobre todo en la producción de PUR. Estos plásticos son muy versátiles, por lo que se utilizan en muchos productos. Aunque el producto final ya no contiene isocianatos, es necesario tomar precauciones especiales de seguridad durante la fabricación para mantenerlos alejados de las personas y evitar riesgos para la salud.
Por primera vez, investigadores del Instituto Fraunhofer han conseguido producir poliuretanos sin utilizar isocianatos en el proyecto CO2NIPU (poliuretano sin isocianato, NIPU).
Dicarbamato como sustituto del isocianato
Para lograrlo, el director del proyecto, Christoph Herfurth, del Instituto Fraunhofer de Investigación Aplicada de Polímeros IAP, y su equipo sustituyeron el isocianato por el inofensivo dicarbamato. El innovador proceso facilita y hace más segura la producción de plásticos. Los empleados ya no tienen que seguir una formación especial para protegerse de la sustancia tóxica. Otra ventaja: el proceso reduce las emisiones de gases de efecto invernadero. Esto se debe a que los investigadores utilizan dióxido de carbono para producir dicarbamato. También están desarrollando métodos de reciclaje para los materiales PUR usados.
Además del Fraunhofer IAP, participaron en el proyecto CO2NIPU el Instituto Fraunhofer de Tecnologías Químicas ICT, el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Fabricación y Materiales Avanzados IFAM y el Instituto Fraunhofer de Tecnología Medioambiental, Seguridad y Energía UMSICHT. Herfurth señala las ventajas de este innovador proyecto: "Las estructuras moleculares de los poliuretanos fabricados con dicarbamatos son idénticas a las de los PU convencionales fabricados con isocianatos. Esto significa que se puede aprovechar la experiencia existente para conseguir las propiedades del material requeridas para el producto final o la aplicación."
Sistema modular para las propiedades del material
Los investigadores han seguido desarrollando el proceso con vistas a su viabilidad industrial. Se mezclan distintos productos químicos en proporciones específicas para obtener las propiedades deseadas. Los llamados extensores de cadena ayudan a entrecruzar los grupos moleculares y garantizan propiedades elásticas o adhesivas. Los dioles poliméricos sirven para ablandar el plástico, mientras que el dicarbamato, como sustituto del isocianato, inicia el proceso químico. Una vez mezclados, estos productos químicos se funden y agitan a temperaturas de entre 180 y 190 grados centígrados. Tras enfriarse, los expertos comprueban características como la resistencia a la tracción y la elasticidad.
Los isocianatos son muy reactivos, por eso los poliuretanos suelen formarse en pocos minutos. Aunque el uso de dicarbamatos menos reactivos alarga el mismo proceso de seis a ocho horas, resulta mucho más fácil de controlar y regular. Esto reduce los desechos y las fluctuaciones de calidad en la producción.
Economía circular para la industria del plástico
Los dicarbamatos se producen mediante un proceso de alta presión en el socio del proyecto Fraunhofer UMSICHT. El metanol y elCO2 reaccionan con diaminas a una presión de 50 bares para sintetizar dicarbamatos. Fraunhofer ICT desarrolla procesos de reciclado de poliuretanos usados, por ejemplo a partir de viejos materiales de espuma, que luego se reprocesan para fabricar nuevos productos de PUR. "Contribuimos así al objetivo de una economía circular sostenible sin emisiones de gases de efecto invernadero", resume Herfurth.
Como aplicación inicial, los investigadores del Fraunhofer han puesto sus miras en la fabricación de tubos de catéter biocompatibles para aplicaciones médicas. El Fraunhofer IFAM utiliza el sistema modular variable para desarrollar adhesivos que permitan unir las cánulas al tubo.
La tecnología de producción de poliuretanos sin isocianato ya funciona también fuera del laboratorio. "Ahora somos capaces de producir varios kilogramos de NIPU en nuestra planta piloto. En el siguiente paso, será posible producir varios cientos de kilogramos de NIPU en el Centro Fraunhofer de Planta Piloto para la Síntesis y Procesamiento de Polímeros PAZ en Schkopau", dice Herfurth.
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