Introducción
El presente trabajo de investigación se ha realizado con el objetivo de adquirir nuevos conocimientos acerca de las resinas fenólicas y ureicas, dando las definiciones respectivas, describiendo la formulación química y por último, dando a conocer algunas de sus aplicaciones en los diferentes campos de la industria. A continuación, se estudiarn las características de las resinas y sus propiedades, asi como los diferentes m!todos de modificación y fabricación. "ara poder presentar esta información se tuvo que recurrir a fuentes de información tales como# libros, pginas de internet, citas y videos relacionados con el tema ya mencionado.
1. Resi Resina nas s fenól fenólic icas as..
$os $os polí políme meros ros se pued pueden en agrup agrupar ar en tres tres cate catego gorí rías as según según su grado grado de reticu reticulac lación ión,, es decir decir,, atendi atendiend endo o al entrecr entrecruza uzamie miento nto entre entre sus cadenas cadenas poli polim! m!ri rica cas. s. $os $os polí políme mero ross term termop opl lst stico icoss est estn n form formad ados os por cade cadena nass independientes que tienen poco o ningún grado de reticulación, se disuelven en disolventes disolventes y funden fcilmente. fcilmente. $os elastómeros elastómeros estn formados formados por cadenas ligeramente ligadas entre ellas, característica que les da propiedades elsticas. El terce tercerr grup grupo o incl incluy uye e a los los polí políme mero ross term termoe oest stab ables les,, que que pres present entan an un entrecruzamiento total entre sus cadenas, lo que se conoce como %curado&. A este tipo de polímeros se les denomina habitualmente %resinas&. $a primera resina sint!tica fenólica fue producida por von 'aeyer en ()*+. $a reacción consistía en la policondensación de fenol con aldehídos. 'lumer, en (-+, fue el primero en proponer la reacción de condensación de resinas tipo fenol para la producción de %novolacas& resinas fenol/formaldehído cidas0 a nivel industrial. 1icha resina sirvió como sustituto del %shellac&, que es un polímero natural de origen animal. 'ae2eland 'ae2eland fabricó su primer plstico plstico termoestable termoestable a escala industrial industrial en ((-. $levó a cabo la policondensación de fenol y formaldehído en varias etapas para producir una resina termoestable dirigida a la producción de plsticos y a la sustitución de resinas de origen natural, las cuales se empleaban a gran escala para para barn barnic ices es.. 'ere 'erend nd,, en ((((-,, real realiz izó ó la poli polico cond nden ensa saci ción ón de feno fenol,l, formaldehído y %rosin& polímero natural de origen vegetal0 para la fabricación de las resinas fenólicas. Entre los a3os (+) y (4( las resinas fenólicas ganan ms importancia a trav!s de los tratamiento tratamientoss de las %resoles& con cidos grasos para la obtención obtención de barnices. 5n problema que presentaban era su incompatibilidad con las materias primas del barniz, lo que se resolvió utilizando alquilfenoles o mediante la eterificación de los grupos hidro6imetilo con alcoholes monohidratados.
$a principal rea de aplicación hasta los a3os 4- de estos barnices y de las resinas fenólicas termoestables fue como aislante el!ctrico. A partir de entonces creció el mercado de los polímeros. Autores como von Euler, 7ultzsch, 8egson y 9iegler, entre otros, estudiaron el mecanismo de reacción de las resinas fenólicas con el fin de desarrollar nuevas reas de aplicación. 1esde su introducción introducción en ((-, las resinas fenólicas fenólicas han jugado un papel vital en los sectores de la construcción, del automóvil, el!ctrico, etc. $a industria de las resinas fenólicas ha seguido en continuo desarrollo hasta nuestros días. En la :abla +.( se han recopilado los acontecimientos ms relevantes relacionados con los polímeros termoestables desde su aparición hasta la actualidad.
1.1.Materias primas.
$as resinas fenólicas son producidas por la reacción entre compuestos con carcter fenólico y aldehídos. $as representaciones ms importantes de estos compuestos son el fenol y el formaldehído. A continuación se van a describir sus propiedades y sus procesos de obtención. 1.1.1. Fenol.
El fenol pertenece a la familia de los compuestos aromticos con un grupo hidro6ilo unido directamente al anillo aromtico. 1ifiere de los alcoholes porque tiene un comportamiento de cido d!bil y se disuelve bien en hidró6ido sódico, aunque es insoluble en disoluciones de carbonato sódico. El fenol a temperatura ambiente es un sólido incoloro, pero si se e6pone al aire desarrolla un color rosceo, especialmente cuando contiene trazas de hierro y cobre. El proceso sint!tico ms importante en la producción de fenol se basa en la o6idación del cumeno o isopropilbenceno proceso 7oc20, el cual se obtiene a partir de la reacción de alquilación del benceno con propileno en presencia de cido fosfórico como catalizador ;+.(<. =eguidamente, el cumeno, en fase líquida, se o6ida con una corriente de aire para formar el hidroperó6ido de cumeno 7">0, de acuerdo con el mecanismo que se presenta en la ecuación ;+.+<#
?inalmente, el 7"> se descompone de forma rpida, en medio cido y a elevada temperatura, dando fenol y acetona según propuso =eubold y @augham en (4 ;+.4<.
Btro proceso para la obtención de fenol con menor producción a nivel mundial es la o6idación de tolueno. =e obtiene alrededor de un C D
del total, frente al m!todo anteriormente comentado, que produce sobre el D. El ( D restante obedece al fenol de origen carboquímico, sobre el que se vuelve ms adelante. El proceso de o6idación de tolueno desarrollado por 1o >hemical consta de dos etapas. En la primera, el tolueno se o6ida en fase líquida en presencia de un catalizador de cobalto obteniendo cido benzoico y varios subproductos. En la siguiente etapa, el cido benzoico se descarbo6ila en presencia de aire y de un catalizador de cobre para producir fenol, tal y como se muestra en la ecuación ;+.C<.
Aunque la producción mayoritaria del fenol provenga de la industria del petróleo, en momentos deficitarios o de precios elevados se obtiene a partir del carbón. $a primera fuente carboquímica del fenol es el producto de cabeza de la destilación del alquitrn de hulla procedente de la coquización del carbón. Esta corriente tiene hasta un + D en peso de fenol, el cual se e6trae con hidró6ido sódico. $a purificación final se lleva a cabo por e6tracción con diisopropil !ter. $a otra posible fuente carboquímica de fenol es la gasificación del carbón en lecho fijo proceso $urgi0, que proporciona entre 4 y (- 2g de este compuesto por tonelada de carbón procesado. El aislamiento y purificación del fenol del corte en que se encuentra es similar al ya descrito.
1.1.2. Formaldehído.
El formaldehído es el único compuesto carbonilo que se emplea para la síntesis de resinas fenólicas. 7ay ciertas resinas especiales que se formulan con otros aldehídos, como por ejemplo acetaldehído, furfural, glio6al, pero que no tienen tanto inter!s a nivel comercial. El formaldehído es un líquido incoloro. =e presenta en fase acuosa estabilizado con metanol formando hemiformales. En fase gaseosa es altamente irritante. El proceso de obtención del formaldehído consiste en la deshidrogenación del metanol en presencia de un catalizador de ó6ido de hierroFmolibdeno o de plata. $a reacción parte de una mezcla de metanol y aire, el cual actúa como o6idante en presencia del catalizador. El efluente del reactor pasa por una columna de absorción donde el formaldehído y otros condensables se recuperan. A continuación, el formaldehído se purifica, eliminando el metanol sin reaccionar. En los tanques de almacenamiento se adicionan inhibidores para retardar la formación de paraformaldehído. El proceso 'A=? de obtención del formaldehído se basa en la deshidrogenación del metanol en presencia de un catalizador de plata que opera en el intervalo de temperatura comprendido entre 44- y C- G>. $a conversión del proceso es de apro6imadamente un - D. El producto que se obtiene contiene un D de formaldehído y menos de un (, D de metanol. El otro proceso de obtención de formaldehído es el ?ormo6, que se lleva a cabo con una mezcla de ó6ido de hierro y ó6ido de molibdeno como catalizador y es el ms empleado en la industria actualmente. En la ?igura +.( se muestra un diagrama de flujo de dicho proceso, que opera a una temperatura comprendida entre +- y C-- G> y con un rendimiento del D. El producto final tiene un D de formaldehído y menos del ( D en metanol.
Actualmente, se siguen investigando nuevos m!todos para la obtención de formaldehído. >abe destacar el proceso de o6idación directa del metano con aire a C- G> y (-/+- bar de presión en presencia de fosfato de aluminio como catalizador.
1.2. Formulación.
$a formulación de resinas fenólicas est influida por varios factores, cuales son la relación molar fenolFformaldehído, el catalizador cido, bsico, sales metlicas o enzimas0 y el tipo de resina, termoplstica o termoestable. A continuación, se describen el mecanismo de reacción y las variables de operación de mayor influencia sobre la formulación de resinas fenólicas, tanto resoles como novolacas.
1.2.1. Resinas resoles.
$as resinas fenólicas denominadas %resol& se generan por reacción entre formaldehído y fenol, en medio bsico y con un e6ceso del primero respecto al segundo. Esta reacción fue observada por primera vez por $ederer y 8anasse ()C0, nombre por la que es conocida en general. En primer lugar se produce la etapa de adición y posteriormente la etapa de condensación o formación del prepolímero. 1urante la etapa de adición, el fenol reacciona rpidamente con el lcali para formar el ión fenó6ido, de acuerdo con la ecuación ;+.<.
$a reacción de alquilación en posición orto y para del fenol se produce durante la adición de formaldehído. El estado intermedio del grupo quinoide se estabiliza por el cambio del protón, como se muestra en las ecuaciones ;+.H< y ;+.*<#
En
la
?igura
+.+
se
muestran
los
distintos
compuestos
hidro6ifenólicos mono y polinucleares 78"0 formados en la etapa de adición de la reacción de formaldehído con fenol, estables a temperatura ambiente.
5na vez se han formado los compuestos hidro6ifenólicos o compuestos fenólicos hidro6imetilados, !stos pueden condensar consigo mismo o con el fenol directamente para dar el prepolímero. Estas alternativas se detallan en la ?igura +.4. $a formación del prepolímero requiere una temperatura de reacción comprendida entre H- y (-- G> y un p7 elevado Astarloa y col., +---bI Jardziella y col., +---0. $a cin!tica de la condensación se ve desfavorecida a temperaturas inferiores a H- G>. "or encima de (-- G> el entrecruzamiento es deficiente, lo que perjudica las propiedades finales de la resina. =i el p7 es inferior a /(-, el grado de entrecruzamiento tambi!n se resiente. >uando se opera con un p7 de (+/(4, la resina sintetizada resulta muy higroscópica y de rpido envejecimiento. $a reacción de condensación entre dos 78" se produce ms rpidamente que entre el 7"8 y el fenol Keddanapalli y ?rancies, (H+0. Este hecho se debe a que en el primer caso los grupos hidro6imetilo activan la reacción de condensación, la cual puede liberar agua sólo o agua y formaldehído, según se forme un enlace dimetil !ter o metil!nico, respectivamente.
$as resinas resoles son polímeros termoestables que se caracterizan porque su síntesis se lleva a cabo generalmente en medio bsico en condiciones muy diversas. $as relaciones molares formaldehído/fenol van de (#( a 4#(. $as variables que influyen sobre la formulación de la resina son la temperatura, la relación molar formaldehído/fenol, la concentración y el tipo de catalizador. Esta última variable tiene una gran influencia sobre la estructura molecular de la resina fenólica. $os catalizadores ms empleados son el hidró6ido sódico, el carbonato sódico, ó6idos e hidró6idos de tierras alcalinas, amonio, he6ametilentetramina 78:A0 y aminas terciarias. El criterio de selección del catalizador es función de la resina que se pretende sintetizar. En general, las resinas resol líquidas con alto contenido en posiciones orto se formulan con catalizadores de sales metlicas divalentes. $as relaciones molares fenolformaldehído empleadas en este tipo de resinas estn en el intervalo (#(,/(#(,). $a reacción es ms lenta que la de las resinas catalizadas con bases fuertes. Adems, durante su síntesis se forman grupos hemiformales debido
a la reacción del formaldehído con grupos hidro6ilo fenólicos e hidro6imetilos. Aunque las resinas resol líquidas son las ms e6tendidas, recientemente se han desarrollado otros procedimientos para preparar nuevas resinas "? en dispersión y en partículas discretas resinas resol sólidas0. $a producción de resoles solubles en medios de dispersión de fenol con formaldehído requieren el uso de, por ejemplo, polisacridos que protejan al coloide, con una base como catalizador. $a reacción consiste en la condensación del fenol y formaldehído para la obtención de una distribución de pesos moleculares específica, seguida por una transformación de la disolución acuosa fenólica en una dispersión de los componentes fenólicos en agua. El coloide %protector& se adiciona durante la fase de transformación para conseguir la estabilización de las partículas fenólicas sin aglomeración. ?inalmente, la reacción se detiene en el tiempo de gelificación deseado. Estas resinas se caracterizan por tener un contenido en sólidos de C-/- D y un intervalo de viscosidades comprendido entre .--- y ).--- c". El otro tipo de resinas resol, sólidas, se formula a partir de la reacción de fenol y formaldehído en presencia de he6ametilentetramina. Adems, se adiciona un coloide %protector& que permite una rpida sedimentación de la resina en forma de partículas discretas, esf!ricas y uniformes. A estas partículas se las conoce por el nombre de %termoesferas fenólicas& o ":=. $as resinas resol sólidas se caracterizan por un tama3o de partícula medio de (- Lm, lo que permite, en relación con las resinas convencionales, una ms fcil filtración, una menor capacidad higroscópica y una mayor temperatura de transición vítrea.
1.2.2. Resinas novolacas.
$as novolacas se obtienen por reacción del formaldehído con e6ceso de fenol en medio cido. En la primera etapa de reacción se protona el metilenglicol formaldehído hidratado0 para formar el ión hidro6imetilencarbonio, que actúa como agente hidro6ialquilante reaccionando con el fenol en posiciones orto y para. =e produce un intermedio de transición, el ión carbonio, que se transforma en una mezcla de isómeros del dihidro6idifenilmetano del tipo# o/pM, p/pM y o/ oM, como se muestra en la ?igura +.C.
En la siguiente etapa se adiciona un agente de curado 78:A0 para que el prepolímero policondense y forme una resina termoestable.
$as resinas novolacas convencionales se caracterizan por ser sintetizadas en medio cido y con una relación molar formaldehído/
fenol en el intervalo -,*#(/-,)#(. $os catalizadores ms empleados en la actualidad son el cido o6lico, el cido sulfúrico y el cido p/ tolueno sulfónico. 7istóricamente se empleaba el cido clorhídrico debido a su bajo coste, pero generaba compuestos intermedios cancerígenos como el (,(/diclorodimetil/!ter. 5n factor de importancia en las resinas novolacas es su contenido final de agua, que tiene una gran influencia sobre su plasticidad. Así, por ejemplo, la modificación en sólo un ( D del contenido de agua de una resina con un peso molecular medio entre C- y *-- 1altons puede reducir su temperatura de fusión en unos 4/C G> Nnop y col., ()0.
Btras resinas novolacas son las formuladas con una alta proporción de enlaces orto/ortoM en el intervalo de p7 C/*. Estas resinas se caracterizan fundamentalmente por tener una alta velocidad de curado con he6ametilentetramina y un interesante comportamiento reológico. Ambas características les confieren un gran atractivo en aplicaciones como la fundición y los materiales de moldeo. ?inalmente, las resinas novolacas %híbridas& se formulan en dos etapas. En la primera se emplean p7 bajos intervalo de p7 de /H0 y se adiciona el fenol y el formaldehído en presencia de un catalizador constituido por una sal de 8n, 8g, >d o >o. En la segunda, en la que se eliminan los voltiles agua y fenol0, se obtiene una resina sólida híbrida, intermedia entre una novolaca convencional y una resina con una alta proporción de enlaces orto :abla +.+0.
1.3. Aplicaciones.
El campo de aplicación de las resinas fenólicas /tanto resoles como novolacas/ es muy amplio y diverso. En la :abla +.4, que muestra una serie de aplicaciones de las mismas y sus correspondientes consumos, se ponen de manifiesto las diferencias e6istentes entre los mercados de Europa y de los Estados 5nidos. En el caso de este último, el volumen de resinas fenólicas empleadas en los sectores de materiales de madera y productos de aislamiento productos de la construcción0 supone alrededor del *+/* D del total. En el caso de Alemania, situación que es e6tensible a Europa Bccidental, sólo se emplea un volumen de un C/C* D en el rea de la construcción. El porcentaje de resinas fenólicas destinadas a compuestos de moldeo es mayor en Alemania ( D0 que en 5=A H D0.
En la ?igura +. se muestra la distribución por sectores en ?rancia del consumo de resinas fenólicas entre ()) y (). =e observa que los sectores con mayor consumo de resinas fenólicas son# aislamientos () D0, tableros (H, D0 e impregnación (H, D0. 1estacar que la industria de los tableros, englobada en el sector de la construcción, es uno de los sectores que mayor necesidad tiene de este tipo de polímeros.
$a producción mundial de resinas fenólicas fue de +, millones de toneladas m!tricas durante el +--(. En la mayoría de los países, el consumo de resinas importadas es inferior al (- D de la demanda, debido al coste tan elevado que supone el transporte de las mismas. =e estima que el consumo mundial de resinas fenólicas se incremente anualmente en un +, D hasta el +--H Jreiner, +--+0. En los Estados 5nidos, el mayor consumo de resinas fenol/formaldehído se produce en el sector de productos de la madera. $as previsiones del mercado de las resinas fenólicas en ese país arroja un crecimiento anual de (,H D hasta el +--H. El consumo de resinas fenólicas en Europa Bccidental se destina mayoritariamente a adhesivos para madera, materiales de aislamiento y lminas. El mercado para materiales abrasivos y de fricción se mantuvo relativamente estable desde (* hasta el +--(. =e estima que el crecimiento de la demanda de resinas termoestables ser del (,) D anual hasta el +--H. En Oapón, la demanda de resinas fenólicas est dirigida a la fabricación de compuestos de moldeo y lminas. Estos compuestos son empleados en la industria del automóvil y en aplicaciones el!ctricas. El
segundo sector en importancia es el de la madera. En el +--(, el consumo de resinas fenólicas en Oapón fue de ++).--- toneladas m!tricas. Po se espera un incremento de este mercado durante los pró6imos a3os.
1.3.1. Resol.
El consumo de resinas fenólicas en Europa Bccidental se destina mayoritariamente a adhesivos para madera, materiales de aislamiento y lminas. El mercado para materiales abrasivos y de fricción se mantuvo relativamente estable desde (* hasta el +--(. =e estima que el crecimiento de la demanda de resinas termoestables ser del (,) D anual hasta el +--H. En Oapón, la demanda de resinas fenólicas est dirigida a la fabricación de compuestos de moldeo y lminas. Estos compuestos son empleados en la industria del automóvil y en aplicaciones el!ctricas. El segundo sector en importancia es el de la madera. En el +--(, el consumo de resinas fenólicas en Oapón fue de ++).--- toneladas m!tricas. Po se espera un incremento de este mercado durante los pró6imos a3os. 1.3.1.1. Solubles en aua.
Adhesivos para tableros. $os productos de condensación del fenol y el formaldehído se emplean principalmente como adhesivos de la madera o de las astillas de madera. En la fabricación de contrachapados, aglomerados y tableros de fibras se usaban hace unos a3os resinas de urea/formaldehído. $as ventajas de este tipo de resinas eran su bajo coste, escasa coloración y reducido tiempo de curado. =in embargo, el encolado no era resistente al agua y las emisiones de formaldehído eran cuantiosas. $as resinas "? son caras pero presentan
alta
resistencia
al
agua
y
no
tienen
los
inconvenientes de las resinas urea/formol, al menos en esta aplicación. Adhesivos de construcción. =e utilizan resinas resorcinol/ formaldehído como pegamento. El resorcinol reacciona con una cantidad estequiom!trica de formaldehído en medio alcalino y la disolución,
estable,
se
trata
con
paraformaldehído
inmediatamente antes de su empleo. $a ventaja que presenta es que la policondensación con resorcinol es muy rpida, incluso a temperatura ambiente. =e caracterizan estos pegamentos por ser mecnicamente estables y muy resistentes al agua. $aminados o recubrimientos0. $os recubrimientos de alta calidad para equipos el!ctricos se obtienen por impregnación de papel con la resina fenólica y posterior tratamiento t!rmico curado0. Estos materiales se emplean habitualmente como aislantes y en la construcción en general. Enlace con fibras. $as fibras orgnicas o inorgnicas por impregnación o dispersión en resinas acuosas se utilizan para la fabricación de aislantes t!rmicos de similares características a las de las espumas termoplsticas. Adems, no son inflamables y presentan buenas propiedades como aislantes acústicos. Espumas plsticas. $as resinas resol solubles en agua se deben neutralizar antes de su empleo como espumas plsticas. $a ventaja de estos adhesivos reside en su baja inflamabilidad. =in embargo, el efecto corrosivo de los cidos fuertes, empleados como endurecedores, limitan su uso en general. Abrasivos. $as resinas solubles en agua se emplean tambi!n para producir materiales abrasivos como el papel de lija y las
ruedas de molienda. Estas resinas son las ms adecuadas para la fabricación de estos materiales, ya que son muy reactivas, ignífugas y tienen alta resistencia al calor.
1.3.1.2. Solubles en disolventes or!nicos.
$as resinas resol sintetizados en medio bsicos se disuelven en disolventes orgnicos despu!s de la neutralización del catalizador. =e emplean principalmente en la formulación de resinas epo6i y en la de resinas mezcladas con grasa, con las que se logra aumentar la ductilidad y estabilidad de los barnices.
1.3.1.3. Al"uilfenoles.
Este tipo de resoles, formados a partir de unidades de p/ alquilfenol, son solubles en disolventes no polares. $a solubilidad aumenta con el tama3o de los grupos alquílicos. Esta variedad de resinas resol se diferencia de las resoles convencionales por su bifuncionalidad hacia el formaldehído. Así, las resoles de p/alquilfenol no pueden entrecruzarse consigo misma, pero se emplean como agente entrecruzante de otras sustancias polifuncionales. =us aplicaciones principales son# >omo agente de la vulcanización de elastómeros. >omo resinas adhesivas. =e emplean para aumentar la untuosidad y estabilidad de otros adhesivos como el policloropreno. 1.3.2. #ovolaca.
A continuación, se describen diferentes aplicaciones de las resinas novolacas, atendiendo en este caso, al empleo o no de agentes entrecruzantes en su formulación, entre los que destaca la 78:A.
1.3.2.1. #ovolaca entrecru$ada.
$as resinas novolacas se emplean a3adiendo un agente de curado normalmente 78:A0, que permite obtener un polímero termoestable. Algunas veces incluso se usan resinas resol para curar este tipo de prepolímero. >uando a la novolaca se le a3ade un agente endurecedor, rellenos y aditivos, se obtiene un material de moldeo con buenas propiedades de fluidez y con rpido curado. $as aplicaciones ms habituales de estos materiales termoestables son# Quedas de molienda. Estas ruedas se obtienen impregnando los materiales de molienda corindón0 con una resina resolI a la mezcla
se
le
a3ade
tierra
y
se
pulveriza
con
novolacahe6ametilentetramina. Qevestimientos de fricción. $as pastillas de frenos y los discos de embrague se fabrican a partir de resinas fenólicas reforzadas con termoplsticos. =e suelen incorporar filamentos de cobre para una mejor disipación del calor. :ambi!n se a3aden alquilfenoles para ajustar las propiedades de dureza y lubricación de los materiales. Qeforzadoras de elastómeros. $a incorporación de una mezcla de novolacahe6ametilentetramina incrementa la dureza del elastómero. El efecto reforzante se debe a la fuerza intermolecular entre la resina curada y el elastómero vulcanizado. Este endurecedor es capaz de producir materiales sólidos y resistentes al moldeo.
1.3.2.2. #ovolaca sin entrecru$amiento.
El uso de novolacas sin curar est menos e6tendido que el de las novolacas curadas. =us aplicaciones ms relevantes, basadas en las propiedades de solubilidad y compatibilidad que presentan, son las siguientes# 'arnices. A pesar de ser una de las aplicaciones ms antiguas de las novolacas, su empleo como barniz ha sido poco desarrollado debido a su propensión hacia la o6idación y coloración. :ecnología
de
impresión.
$as
novolacas
se
a3aden
generalmente a las tintas de anilina por su elevada afinidad hacia estos colorantes. 8ateria prima para las resinas epo6i. $a reacción de la epiclorhidrina con una novolaca da lugar a la formación de resinas epo6is polifuncionales, caracterizadas, una vez se han curado, por soportar altas temperaturas. Espesante para elastómeros. $a mezcla de los elastómeros sin vulcanizar no tiene la suficiente viscosidad como para que adhiera. "or este motivo, se emplean como espesantes novolacas sint!ticas, aceites minerales y naturales, así como novolacas de alquilfenol, que am!n de aumentar la viscosidad de la mezcla, mejoran las propiedades adhesivas de la misma. 2. Resinas urea%formaldehído &'F(
$a urea/formaldehído 5?0, tambi!n conocido como urea/metanal, llamado así por su vía de síntesis y estructura general común, es una resina o plstico
termoestable, hecho a partir de urea y formaldehído se calienta en presencia de una base d!bil, tales como amoníaco o piridina. Estas resinas se utilizan en adhesivos, acabados, 81? tableros de densidad media0 y objetos moldeados. "or sus grupos amino en su estructura química, constituye una de las resinas denominadas comúnmente como amino/ plsticas. +.(. )istoria $as patentes de resinas termoestables duras y transparentes basados en urea y formaldehído se les concedió a los químicos alemanes y britnicos en la d!cada de (+-. En (+ la 'ritish >yanides >ompany, $td., ahora 'ritish Rndustrial "lastics, $td.0 presentó una mesa de luz irrompible hecha de su resina urea/formaldehído bajo la marca registrada 'eetle, y dentro de dos a3os, la American >yanamid >ompany había adquirido los derechos para producir 'eetleare en los Estados 5nidos Estados. >lara en su estado puro, la urea/formaldehído podría fortalecerse con celulosa y te3irse con pigmentos numerosos para hacer artículos de luz, delgado, duro, fuerte, colorido y translucidos para el hogar y la cocina. =u resistencia a muchos productos químicos lo hacía adecuado para frascos de cosm!ticos y otros recipientes, y su resistencia el!ctrica deseable para productos tales como los tomacorrientes de pared y placas de interruptores.
$a urea/formaldehído comenzó a ser sustituido en artículos moldeados en los a3os (- por resina de melamina/formaldehído y por nuevas resinas termoplsticas tales como poliestireno. Al igual que las resinas fenólicas y de melamina, la urea/formaldehído se emplean ahora sobre todo como adhesivos para madera. =on menos duraderas que las otras dos resinas y no tienen resistencia a la intemperie suficiente para ser utilizadas en aplicaciones e6teriores.
1ebido a que las resinas de urea/formaldehído son de color ms claro que las resinas de fenol/formaldehído, tradicionalmente estn reservadas para contrachapado interior y el revestimiento decorativo. "ero la preocupación por la liberación de formaldehído al aire han conducido a la sustitución, incluso allí, por resinas fenólicas. 2.2. *structura "uímica + síntesis
$a estructura química de las resinas de 5? se puede describir como la de grupos metileno unidos a los nitrógenos del grupo diamida. 1e estructura indeterminada, que puede variar entre lineal y ramificado. Sstos se agrupan por su promedio de masa molar y el contenido de grupos funcionales diferentes. $os cambios de las condiciones de síntesis de las resinas dan buenas posibilidades para el dise3o de la estructura y propiedades de la resina.
Estructura química de la resina urea- formaldehído
$as resinas de urea/formaldehído se obtienen, por condensación de la urea diamida del cido carbónico0 y el formaldehído obtenidos del amonio y el metanol respectivamente. Ambos pueden ser sintetizados a partir del gas natural. 2.3.,ropiedades- $os atributos de la resina urea/formaldehído incluyen#
Alta reactividad ?cil solubilidad con el agua cosa que lo hace ideal para trabajar con la industria de madera0 y la reversibilidad con el amino metileno, que e6plica su baja resistencia al agua y humedad sobre todo a elevadas temperaturas.
=on duras y rígidas, y tienen una gran capacidad para pegarse. Alta resistencia a la tracción, módulo de fle6ión y la temperatura de distorsión por calor
'aja absorción de agua y contracción de moldeo
Alta dureza superficial
Alargamiento a la rotura y resistencia de volumen.
=imilares a las ba2elitas
"ueden colorearse
+.C. enta/as- resistencia muy elevada a las corrientes de fuga superficiales
2.0.esventa/as
8enor resistencia a la humedad
8enor estabilidad dimensional.
$a identificación gen!rica de las melaminas y ureas como resinas induce a pensar que son materiales de naturaleza polim!rica. =in embargo, no son polímeros ya que su distribución de pesos moleculares promedio indica que son monómeros, dímeros, trímeros y e6cepcionalmente tetrmeros y pentmeros. Estos materiales no tienen adecuadas propiedades como formadores de película ya que !stas son duras y quebradizas. En consecuencia, se combinan con resinas alquídicas, acrílicas, poli!steres o epo6is para generar sistemas termoestables o termo convertibles curado químico a alta temperatura, es decir horneables0
2.. ,roceso de elaboración
El proceso de elaboración de la urea formaldehído consta de dos principales pasos# primeramente la metilación alcalina seguido de la condensación de cido. $a metilación consiste en a3adir cuatro mol!culas de formaldehído en una de urea. Este proceso es reversible, cosa que hace que sea muy poco resistente al agua y humedad a altas temperaturas. 1urante el proceso de elaboración de la resina es muy importante tener en en cuenta el p7 de la mezcla en cada momento de la reacción. Rnicialmente, se mezclan los monómeros en frío de urea y formaldehido, manteniendo un p7 entre y *. >on la mezcla del paso anterior se alimenta un reactor de polimerización que debe contar con un sistema de agitación, condensación y control de temperatura, se somete a calentamiento en un rango de +- a Gc y un tiempo de reacción de ( a 4- min es aconsejable mantener un contenido de sólidos generados en la reacción entre - y Hpor ciento y una viscosidad del producto de reacción de +- a -- cps0. =e deja enfriar el producto de reacción hasta una temperatura de C a grados >I luego se adiciona urea para provocar la degradación del polímero y generar el crecimiento de la partícula de la resina. Enfriar hasta la temperatura ambiente y ajustar el p7 a valores bsicos de * a para su estabilizaciónI finalmente la resina urea/formaldehído obtenida se filtra en una malla de + micras para eliminar impurezas.
2..Aplicaciones-
7oy en día encontramos la urea/formaldehído en muchos procesos industriales gracias a sus útiles propiedades. 5no de los procesos en el que se usa ms esta resina es para la producción de aparatos electrónicos como conmutadores, enchufes, etc. Btras aplicaciones serían para la producción de neumticos de coche, ya que mejora la unión de la goma del
neumtico y así mejorando su resistencia. Btros ejemplos son las lminas decorativas, los desinfectantes para hospitales y empresas, o hasta para pegar los muebles de madera. Apro6imadamente, ( millón de toneladas m!tricas de urea/formaldehído son producidas cada a3o. 8s del *-D de esta producción es destinada al uso de productos de la industria maderera. En la cual constituye una resina apropiada para la unión de tableros de partículas o aglomerado H(D0, tablero de fibra de densidad media +*D0, madera contrachapada de madera dura D0 y adhesivo de laminación *D0. $as resinas ureicas se especifican para lacas y barnices para maderas curado t!rmico0 y para recubrimientos plastificantes para pisos dos componentes de curado catalizado por cidos0. El producto es ampliamente elegido como una resina adhesiva debido a su alta reactividad, buen rendimiento, y bajo precio. :ambi!n se preparan adhesivos fenol/urea/formaldehído modificados con taninos "5?:0 por copolimerización a temperatura ambiente de taninos de corteza
de pino con
prepolímeros fenol/urea/formaldehído
"5?0
previamente elaborados. $a adición de taninos a los prepolímeros "5? modifica su comportamiento reológico, que pasa de prcticamente netoniano a pseudoplstico. Esta es una característica muy deseable ya que los adhesivos se vuelven ms fluidos durante su aplicación, aumentando posteriormente su viscosidad aparente. Adems, el consumo de adhesivo en la preparación de los tableros contrachapados se reduce significativamente. 2.4. Aislamiento de espuma
El aislamiento de espuma de urea/formaldehído 5??R0 puede constituir un
gran aislamiento sint!tico. =e trata bsicamente de una espuma parecida a la crema de afeitar y fcilmente inyectable en paredes con una manguera. =e hace mediante el uso de un conjunto de una bomba y manguera con una pistola de mezcla para mezclar el agente de formación de espuma y la resina. $a espuma líquida se pulveriza en las reas con necesidad de aislamiento. =e endurece en pocos minutos, pero se cura en una semana. El 5??R es generalmente visto en casas construidas antes de los a3os setenta, utilizado en los sótanos, espacios entre paredes y ticos. @isualmente parece un líquido escurrido que se ha endurecido. >on el tiempo, tiende a variar a tonos caramelo pero el 5??R nuevo es de un color amarillo claro. $as primeras formas de 5??R tendían a contraerse de manera significativa aunque con los actuales catalizadores y tecnologías de espumado han reducido el encogimiento a niveles mínimos entre +/CD0. $a espuma se seca con un color mate sin brillo. "resentando una te6tura seca y quebradiza. El aislamiento de espuma de urea/formaldehído 5??R0 comenzó a ser utilizado en la d!cada de (*-. En la d!cada de ()-, las preocupaciones comenzaron a desarrollarse sobre el vapor de formaldehído tó6ico emitido en el proceso de curado, así como por la descomposición de la espuma con el tiempo. $as tasas de emisión de ms de -,( partes por millón ppm0 causa da3os a la salud en los seres humanos. "or lo tanto, su uso fue descontinuado. $a disminución emisiones de la urea/formaldehído con el tiempo y los niveles significativos ya no debería estar presente en los hogares de hoy. Bpciones modernas, de reemplazo, incluyen resina de melamina formaldehído y poliuretano. Btras aplicaciones#
Enchapados
Encolados cara y canto
Emplacados
8ultilaminados
8ultilaminados curvos
4. Ane6os Qesinas fenólicas
Qesinas ureicas Aplicación
Producción de tableros de partículas (aglomerado)
Recubrimiento plastificante de UF para pisos de madera
UFFI
C. >onclusiones
los polímeros son un material que se encuentra presente en un sinfín de objetos de uso cotidiano.
las resinas fenólicas han jugado un papel vital para la industria que conocemos hoy en día.
Estados 5nidos es el país que ms emplea resinas fenólicas para la fabricación de productos para la construcción.
. 'ibliografía
