Los polímeros sintéticos son materiales comunes que se utilizan para fabricar componentes y equipos en muchas industrias. Estos materiales son populares por su tolerancia a los factores estresantes ambientales que degradan las sustancias naturales. En este artículo, analizamos el poliuretano termoplástico y la silicona como ejemplos de dos de estos materiales sintéticos.
TPU y silicona como polímeros sintéticos
extraídos de productos petroquímicos. En algunos casos, estas moléculas se derivan de fuentes renovables.
Los polímeros sintéticos pueden ser termoplásticos o plásticos termoendurecibles. Los termoplásticos se deforman fácilmente varias veces, pero los termoendurecibles solo se pueden moldear una vez. En este caso, el TPU es un termoplástico, mientras que la silicona es un elastómero. Además, los elastómeros se consideran, en términos generales, polímeros termoendurecibles.
¿Qué es el TPU (poliuretano termoplástico)?
El poliuretano termoplástico es a la vez un elastómero y un termoplástico, lo que significa que posee propiedades tanto de caucho como de plástico. Estas propiedades hacen que el TPU sea fiable en aplicaciones en las que se necesita elasticidad y durabilidad, lo que explica por qué este material es siempre demandado por varios fabricantes.
El TPU es amorfo o semicristalino.
- TPU amorfo
El tipo amorfo de TPU tiene características como suavidad, flexibilidad y elasticidad. Su estructura polimérica se caracteriza por la aleatoriedad de las moléculas. Esta configuración aleatoria es lo que proporciona la estructura amorfa del material.
La disposición aleatoria del TPU amorfo hace que el material sea suave y elástico. Esto facilita los procesos de moldeo, lo que significa que es fácil moldearlo en muchas piezas. Este material es uno de los más elásticos en comparación con otros tipos de TPU.
Debido a la naturaleza suave del material, resulta útil en la producción de calzado y equipamiento deportivo. La suavidad es importante en esta aplicación, ya que garantiza que los atletas tengan un material suave que sea cómodo y seguro. Esto significa que las industrias textiles pueden beneficiarse enormemente de este material.
- TPU semicristalino
En comparación con el TPU amorfo, el semicristalino es mucho más duradero y rígido, lo que significa que tiene una mejor resistencia física. Estas características se sustentan en la disposición de las moléculas en una estructura cristalina.
Debido a propiedades como la rigidez y la durabilidad, este material se utiliza en aplicaciones donde la resistencia es una prioridad, como en la industria automotriz. También se puede utilizar para fabricar componentes externos para maquinaria de gran tamaño.
¿Qué es la silicona?
El nombre científico de silicona es polisiloxano. Esto implica que el material es una sustancia y es un polímero de monómeros de siloxano. Los siloxanos son compuestos formados por átomos de silicio y oxígeno en su estructura molecular.
Una de las características principales de la silicona es que es un compuesto inorgánico. Esto significa que su estructura polimérica está formada por sustancias que no existen en la naturaleza. Se sabe que los elementos inorgánicos tienen una gran durabilidad, y esto explica por qué la silicona se encuentra entre los cauchos más duraderos.
La silicona puede existir en forma de líquido, gel, pasta o elastómero (caucho). Cada uno de estos tipos de silicona tiene un uso específico. En otros casos, también tienen diferentes composiciones en la estructura molecular del polímero. Esto es importante ya que ayuda en el proceso de clasificación del compuesto. Es por eso que existen diferentes tipos de silicona, como adhesivos, LSR, etc.
TPU vs Silicona: Composición química
No sería un artículo detallado si no se detallara la composición química de estos dos polímeros sintéticos. La composición química viene indicada por los monómeros que componen el material. Esto también implica el proceso de síntesis de los polímeros.
La química del TPU (poliuretano termoplástico)
La forma más básica de TPU contiene segmentos blandos y duros en la estructura molecular. Cada segmento tiene un elemento o compuesto particular que lo compone. En este caso, el segmento blando está hecho de poliéter o poliamida, mientras que el duro está hecho de polibutadieno o poliéster.
Ambos segmentos desempeñan un papel crucial en las propiedades del TPU. Mientras que el segmento duro le otorga resiliencia y rigidez al TPU, el segmento blando controla el módulo de elasticidad del material.
Para equilibrar estas dos características del material (dureza y elasticidad), es necesario controlar las proporciones de los compuestos. Además, las proporciones se pueden ajustar en consecuencia para controlar un aspecto. Por ejemplo, los fabricantes pueden aumentar la proporción de polibutadieno o poliéster para hacer que el TPU sea mucho más duro y menos elástico. Todo esto depende del caso de uso del material.
¿Cómo se sintetiza el poliuretano termoplástico?
La síntesis de TPU se lleva a cabo en dos pasos. El primer paso se conoce como policondensación y luego se produce la extensión de la cadena.
En el primer paso, policondensaciónLos monómeros reaccionan entre sí para formar un prepolímero. Los monómeros utilizados para el TPU son típicamente dioles y diisocianatos. Los dioles son moléculas de cadena larga con dos grupos hidroxilo y los diisocianatos son moléculas de cadena larga con dos grupos isocianato.
El primer paso implica la formación de un prepolímero, lo que implica la reacción de monómeros en condiciones específicas. Los monómeros más comunes que se utilizan en esta reacción son dioles y diisocianatos.
Los dioles contienen grupos hidroxilo y son moléculas de cadena larga. Esto es importante porque significa que es fácil formar polímeros a partir de ellos. Por otro lado, los diisocianatos contienen grupos isocianato, que también son de cadena larga. Estos dos compuestos deben ser de alta calidad sin impurezas para que un prepolímero sea de calidad.
En el segundo paso, el prepolímero formado se hace reaccionar con un extensor de cadena. El propósito del extensor de cadena, como su nombre lo indica, es extender las cadenas de los prepolímeros. Esto se debe a que los polímeros son típicamente compuestos de cadena larga. Esto da como resultado la formación de un polímero de cadena larga que se conoce comercialmente como TPU.
La química de la silicona
La polimerización de compuestos de siloxano es bastante sencilla. Lo que hay que tener en cuenta es que el tipo de técnica de polimerización se conoce como polimerización por apertura de anillo (ROP). Este tipo de reacción transforma el ciclosiloxano en polímeros de siloxano lineales.
Sin embargo, la magia de la silicona se ve influenciada durante el proceso de curado. Hay catalizadores, potenciadores y otras sustancias que se mezclan con el látex para resaltar las propiedades del material. Esto es bastante esencial y es lo que hace que el material sea tan duradero.
Fabricación de elastómero de silicona
Para fabricar el caucho se utiliza un proceso llamado hidrosililación. Este proceso implica la reacción del silicio con un hidrohaluro. Es una especie de hidrosis más avanzada. Los hidrohaluros más comunes que se utilizan en este proceso son el cloruro de hidrógeno o el bromuro de hidrógeno.
Esta reacción de hidrosililación conduce a la formación de silanol. Posteriormente, el silanol se hace reaccionar con un alcohol para formar un siloxano, un monómero que luego se polimeriza como hemos visto para producir un compuesto polimérico conocido como polisiloxano o silicona.
TPU vs Silicona: Propiedades y características
Comparar el TPU y la silicona como polímeros nos ayuda a comprender estos materiales a nivel molecular. Es muy importante hacerlo, ya que nos permitirá comprender cómo funcionan estos materiales. Una de las mejores formas de estudiar estas comparaciones es observar las propiedades de estas sustancias.
Propiedades del TPU
El TPU es un material versátil con una amplia gama de propiedades, entre las que se incluyen:
Alta resistencia a la abrasión
La estructura molecular del TPU hace que el material sea duradero. Esta es una propiedad física necesaria para los materiales que se supone que tienen una alta resistencia a la abrasión. La resistencia a la abrasión es la capacidad de soportar el desgaste que se produce debido a la abrasión repetida. Esto lo experimentan principalmente los componentes que se utilizan en aplicaciones de protección o sellado.
La resistencia y la rigidez del material también influyen en la resistencia a la abrasión. Las moléculas de uretano que se encuentran en los monómeros de base mejoran esta propiedad. Por lo tanto, el TPU puede soportar aplicaciones en las que se espera fricción.
Rendimiento a baja temperatura
Se dice que los materiales que pueden mantener su forma y estructura en ambientes fríos tienen tolerancia a bajas temperaturas. Eso significa que pueden permanecer rígidos y flexibles en estas condiciones. Como la mayoría de los elastómeros, el TPU tiene esta capacidad.
La mayoría de los cauchos pierden su rigidez en condiciones de baja temperatura. Se vuelven frágiles y rígidos, algo que no se espera del caucho a temperatura ambiente. Esto es diferente para la mayoría de los tipos de plásticos. Sin embargo, esto puede cambiar durante el proceso de fabricación del compuesto.
Alta resistencia al corte
La resistencia al impacto es un producto de la gestión del estrés. El estrés incluye todo lo relacionado con la tensión, la fricción, la tracción y otros elementos. Se dice que los materiales que pueden permanecer indeformados en estas condiciones tienen una alta resistencia al corte.
Una alta resistencia al corte resulta de gran utilidad en aplicaciones en las que hay mucho movimiento, ya que el material puede permanecer inalterado y ofrecer una larga vida útil. Esto, junto con el hecho de que el TPU tiene una alta resistencia a la fricción, hace que el material sea ideal para muchas aplicaciones.
Alta elasticidad
Como la mayoría de los elastómeros, el TPU también es elástico. La elasticidad se define como la capacidad de estirarse y volver a su forma original sin deformarse. La mayoría de los plásticos se rompen cuando se tira de ellos. Esto es lo que diferencia al TPU de otras clases de plásticos.
La elasticidad del TPU está influenciada principalmente por la estructura molecular del compuesto. Además, los enlaces cruzados de las moléculas juegan un papel importante en el módulo elástico del material. Por ello, el TPU es muy útil en aplicaciones en las que se desea elasticidad.
Transparencia
Si alguna vez has visto algo hecho con TPU, es posible que hayas notado la naturaleza transparente del material. Algunas variantes de TPU son transparentes por diseño. Esto sucede cuando se agregan burbujas de aire durante el proceso de fabricación del compuesto. En la mayoría de los casos, el material suele ser translúcido, lo que significa que puede pasar algo de luz.
Resistencia al aceite y la grasa
El aceite y la grasa son los culpables de la destrucción de muchas sustancias. Sin embargo, el TPU está diseñado para hacer frente a los efectos dañinos de estos compuestos.
El aspecto más dañino del aceite y la grasa es la reducción de la tensión superficial. Estos compuestos corroen la superficie al descomponer las cadenas de polímeros del TPU. Esto puede acabar provocando muchos accidentes en diversas aplicaciones.
Además, las propiedades de resistencia al petróleo y al gas se deben a que el compuesto tiene propiedades hidrófobas. La estructura principal de uretano es responsable de esto. Como ya sabes, los aceites y el agua no se mezclan. Por lo tanto, los aceites no podrían dañar el TPU, ya que se protege a sí mismo al ser repelente al agua.
Propiedades de la silicona
Veamos ahora las propiedades mecánicas y químicas comunes de la silicona. Tratemos de compararlas con las del TPU y veamos si existen similitudes o diferencias.
Alta elasticidad
Como todos los cauchos, la silicona es bastante elástica. Además, es uno de los cauchos más elásticos que existen. Esto se debe a que tiene un módulo elástico de 0,0167 GPa. Para tener una idea de lo grande que es, GPA significa gigapascales, es decir, miles de millones.
Un módulo elástico alto hace que la silicona sea bastante confiable en aplicaciones como la fabricación de juntas y sellos. Estas aplicaciones requieren elasticidad como propiedad para garantizar que los componentes puedan soportar la tensión. Puedes pensar en todas las aplicaciones en las que esto podría aplicarse.
Alta resistencia mecánica
Cuando una sustancia puede resistir la deformidad, la deformación por compresión y otras fuerzas externas, se dice que tiene una alta resistencia mecánica. Esto se observa en la mayoría de los tipos de silicona y explicaría por qué se utiliza en entornos hostiles. Por ejemplo, juntas tóricas de silicona requieren resistencia mecánica para que sean lo suficientemente fuertes como para soportar la resistencia.
Excelente resistencia química
El ejército es uno de los principales consumidores de material de silicona. En concreto, la Marina utiliza juntas tóricas y sellos a base de silicona para sus equipos, ya que el material no se daña con los productos químicos presentes en el agua. Lo mismo se aplica a las plantas químicas, donde se requieren componentes duraderos.
Baja conductividad térmica
La silicona también es un material muy utilizado en cuanto a conductividad térmica. Una conductividad térmica baja significa que el material no puede transferir calor de una zona a otra. En otras palabras, no puede permitir que el calor se escape. Esto explica por qué se utiliza silicona para fabricar utensilios de cocina. Se trata de las propiedades aislantes del compuesto.
Baja toxicidad
Existen muchos polímeros sintéticos tóxicos, pero la silicona no es uno de ellos. Tóxico significa la presencia de sustancias extrañas que suponen una amenaza para la vida humana y el medio ambiente en general. Si fuera tóxico, la silicona nunca sería tan fiable en la industria médica.
Excelente estabilidad térmica
No confunda la estabilidad térmica con la conductividad térmica. Son propiedades diferentes y cada una tiene un significado particular. La estabilidad térmica es la capacidad de permanecer inalterada independientemente del nivel de calor. Esto significa que la silicona mantiene sus propiedades químicas y físicas tanto en condiciones de calor bajo como alto.
TPU vs Silicona: Clasificación y grados
Tanto el TPU como la silicona se pueden clasificar en varias categorías en función de varios factores. En la mayoría de los casos, se utiliza la estructura del polímero. En otros casos, las categorías se ven influenciadas por factores externos como los métodos de curado y vulcanización. Conozcamos estos grados y tipos comunes.
Clasificación de TPU
Existen dos tipos principales de TPU. Por un lado, tenemos los que están basados en poliéster y los que están basados en poliéter. Conozcamos las diferencias.
TPU a base de poliéster
Como se puede deducir del nombre, los TPU a base de poliéster contienen una cadena principal de poliéster en su estructura molecular. Los demás elementos del compuesto provienen del extensor de cadena utilizado en el proceso de fabricación.
Una de las características distintivas de un TPU a base de poliéster son sus propiedades mecánicas generales. Estas sustancias son bastante rígidas, lo que las hace deseables en muchas aplicaciones, entre ellas, las industrias automotriz y aeroespacial.
TPU a base de poliéter
Los éteres son compuestos que tienen oxígeno unido a un grupo alquilo o arilo. La estructura principal de los TPU de poliéter está formada por poliéteres y extensores de cadena de poliol. Esto hace que el material sea bastante duradero en muchos sentidos.
Si los analizas detenidamente, te darás cuenta de que tanto los TPU a base de poliéter como los de poliéster no varían tanto. Ambos comparten una estructura similar, solo que difieren entre sí en cierta medida. Esto es importante, ya que puede ayudarte a elegir teniendo en cuenta los dos tipos de TPU.
Tipos de elastómeros de silicona
La silicona también se puede clasificar según ciertos parámetros. Esto dependerá de las especificaciones del fabricante o del cliente. Además, existen grados especiales que son exclusivos y solo el fabricante conoce su composición.
- Metilsiliconas (polidimetilsiloxano):Las metilsiliconas son bastante comunes en muchos ámbitos. Uno de los indicadores clave de estos materiales es el alto grado de hidrofobicidad, es decir, repelencia al agua. Aun así, pueden soportar altas temperaturas. Este tipo de silicona puede considerarse básica.
- Siliconas vinílicas: Los grupos vinilo se consideran grupos funcionales en la mayoría de los compuestos. En este tipo de silicona, estos grupos vinilo mejoran la resistencia a la hidrólisis del material. Como resultado, las siliconas vinílicas son mucho más tolerantes a la humedad y al calor elevado en comparación con las siliconas de metilo.
- Fluorosiliconas: ¿Has oído hablar de los fluoroelastómeros? Se trata de elastómeros sintéticos que tienen una estructura fluorada. Se sabe que el flúor prolifera en muchos productos químicos, por lo que es un elemento ideal para fabricar elastómeros de alto rendimiento. Por tanto, este tipo de silicona tiene excelentes propiedades químicas y físicas.
- Amino siliconas: Una de las características de las aminosiliconas es la sensación al tacto que se obtiene al tocar el material. Suele ser suave al tacto, pero eso no quiere decir que carezca de rigidez. Por este motivo, se utilizan en la industria textil para producir prendas de alto rendimiento.
- Siliconas fenil: La característica principal de la fenilsilicona es la estructura anular que forman sus moléculas durante el proceso de curado. Se parece más a los anillos de benceno. Por supuesto, esto se ve facilitado por el grupo fenilo en la cadena principal molecular.
Todos los tipos de silicona mencionados anteriormente se pueden conseguir fácilmente a través de un fabricante de silicona de confianza. Lo que hay que tener en cuenta es que cada uno de los tipos tiene propiedades ligeramente diferentes a las de su homólogo. En todo caso, están diseñados para tener propiedades particulares que le ayuden a elegir en función del uso previsto.
TPU vs Silicona: Comparación de similitudes y diferencias
Otro punto de comparación entre el TPU y la silicona son las similitudes y diferencias. En otras palabras, ¿cuán similares o diferentes son estos materiales? Para ello, nos basamos principalmente en las propiedades mecánicas y químicas de estos materiales.
Similitudes entre el TPU y la silicona
Empecemos por las similitudes. Como verás, ambos compuestos tienen muchas similitudes. Algunas de ellas son:
Versatilidad
La versatilidad es la capacidad de adaptarse a diferentes condiciones. En la mayoría de los casos, esto es esencial, ya que significa que los materiales pueden tener una amplia gama de aplicaciones, entre otras cosas. Los materiales versátiles también tienen una gran demanda, ya que tienen más valor en sus estados reciclados.
Naturaleza del polímero
La naturaleza del polímero de estos materiales está relacionada de alguna manera. Por un lado, ambos son materiales sintéticos. Por otro lado, ambos son inorgánicos. Estas características resultan esenciales en la producción de varios materiales.
Resistencia al desgaste
Tanto el TPU como la silicona tienen un alto grado de resistencia al desgaste. Los monómeros que componen estos compuestos poliméricos tienen elementos especiales que mejoran esta propiedad. La resistencia al desgaste es una característica importante ya que amplía las posibles aplicaciones de estos compuestos.
Propiedades
Las propiedades de la silicona y el TPU no coinciden del todo. Sin embargo, la similitud se produce porque ambos se pueden identificar por sus propiedades. Además, ambos tienen propiedades químicas y físicas como la mayoría de los polímeros. Esto es esencial en la fabricación, ya que ayuda a elegir materiales que puedan soportar los factores estresantes.
Diferencias entre TPU y silicona
Las diferencias entre el TPU y la silicona son como el día y la noche. En otras palabras, es bastante fácil identificarlos tanto física como químicamente. Algunas de estas diferencias incluyen:
Métodos de procesamiento
La silicona se fabrica mediante métodos muy específicos, como el moldeo por inyección, el moldeo por compresión y otros. Hasta cierto punto, los mismos métodos se pueden utilizar para producir componentes de TPU.
El procesamiento del TPU es más complicado que el de la silicona. Una de las razones es la clase de polímero de cada material. Los termoestables y los termoplásticos tienen propiedades y comportamientos muy diferentes en presencia de calor. Mientras que los termoestables no se pueden fundir, los termoplásticos pueden desintegrarse fácilmente cuando se exponen al calor.
Facilidad de procesamiento
También podemos comparar estos dos materiales en función de la facilidad de fabricación. Se sabe que el TPU es más difícil de procesar que la silicona. Esto se debe a que el TPU es generalmente un termoplástico, lo que significa que los técnicos deben tener cuidado de no destruirlo con el calor.
Además, el TPU tiene una viscosidad mayor que la silicona, por lo que presenta dificultades para fluir a través de los moldes durante el proceso de moldeado. Estos desafíos son la razón por la que el TPU es mucho más difícil de procesar que el caucho.
Calidad del material
La calidad del material es de suma importancia para usted. Esto significa que siempre tiene en cuenta la calidad del material al tomar la mayoría de las decisiones.
La silicona y el TPU tienen diferentes calidades de materiales cuando se comparan uno al lado del otro. El caucho y el plástico no son el mismo material. Sin embargo, cuando los comparas en sus categorías más amplias, verás que no hay mucha diferencia.
Esperanza de vida
La vida útil es el tiempo que transcurre desde que se fabrica un material hasta que pierde todas sus propiedades. Esta es una definición que se utiliza para referirse a estos compuestos.
La silicona tiene una vida útil más larga que el TPU. La protección contra los rayos ultravioleta de la silicona hace que dure más en la mayoría de los entornos. No se puede decir lo mismo del TPU, que tiende a desintegrarse más rápido que la silicona.
Aplicaciones
La elección del material en muchas aplicaciones se basa en varios factores. La silicona y el TPU pueden cumplir muchos requisitos, pero la elección final del compuesto podría depender de muchos factores externos. Por un lado, la silicona es un elastómero, mientras que el TPU es un termoendurecible.
Las aplicaciones de la silicona son bastante específicas y particulares. Se trata de aplicaciones que se han elegido cuidadosamente después de recopilar mucha información sobre los casos de uso. Algunas de ellas incluyen:
- Dispositivos médicos: La silicona se utiliza para fabricar implantes médicos, lentes, catéteres y otros insertos biocompatibles.
- Productos domésticos:En nuestros hogares, hay muchos productos fabricados con silicona. Entre ellos se incluyen: utensilios de cocina, selladores para electrodomésticos y Juguetes para niños y adultosLa mayoría de estos juguetes aprovechan la naturaleza no tóxica de la silicona.
- Aplicaciones automotrices: La industria automotriz colapsaría si no fuera por cauchos resistentes como la silicona. Se utiliza para fabricar juntas, Mangueras, focas, etcétera.
Solicitud adicional relacionada
- funda de telefono
- Correa de reloj
- cubierta del teclado
- Botella de agua
- tabla de cortar
- marco de matrícula
Por otro lado, el TPU tiene usos específicos en función de muchos factores. Por ejemplo, la durabilidad del material lo hace ideal para calzado, equipamiento deportivo y, en cierta medida, piezas de automóviles.
TPU vs Silicona: ¿cuál considerar?
Cuando te encuentras ante el dilema de elegir entre silicona y TPU, necesitas una guía para encontrar el material perfecto. Después de leer este artículo, ahora tienes una mejor comprensión de los dos materiales. Sin embargo, el dilema aún puede existir.
Uno de los puntos clave a tener en cuenta son las especificaciones del caso de uso previsto. ¿Qué tipo de propiedades se buscan? Teniendo en cuenta que algunas de estas propiedades se superponen, hay que tener mucho cuidado en este punto. Por lo tanto, hay que guiarse por los requisitos específicos, como la resistencia a una sustancia química específica.
No habría una respuesta directa a ¿Cuál considerar? Sin embargo, si tiene en cuenta las consideraciones adecuadas, podrá sortear el dilema y tomar la decisión correcta. Esto es importante, ya que existe la garantía de que encontrará el material adecuado para el trabajo.
Conclusión
El poliuretano termoplástico y la silicona han demostrado ser polímeros sintéticos bastante fiables. A medida que aumenta la demanda de más polímeros, estos materiales se seguirán fabricando para satisfacer la demanda. Para su beneficio, ahora los conoce mejor si planea utilizarlos en su próximo proyecto.
Más recursos:
Silicona vs policarbonato – Fuente: LEGENDAY
¿La silicona es tóxica? – Fuente: LEGENDAY
EPDM frente a silicona – Fuente: LEGENDAY
Recubrimiento de techo de silicona versus acrílico – Fuente: LEGENDAY
¿La silicona es un caucho, un elastómero o un polímero? – Fuente: LEGENDAY