Fabricación de tubos de catéter biocompatibles Producción sostenible de poliuretano sin isocianato tóxico

Los poliuretanos se encuentran en muchos productos, como los muebles tapizados, los materiales de espuma o aislantes, los suelos, los barnices e incluso en los catéteres médicos. En la fabricación de estos plásticos tan demandados se utiliza isocianato tóxico. Investigadores del Fraunhofer han desarrollado ahora un proceso de producción alternativo con dicarbamato, que no es nocivo.

Los compuestos químicos del tipo isocianato son tóxicos y provocan alergias o asma. Sin embargo, siguen siendo indispensables para la industria química: se necesitan, sobre todo, para la fabricación de poliuretanos (PUR). Estos plásticos son extremadamente versátiles y, por ello, se utilizan en numerosos productos. Aunque el producto final ya no contiene isocianatos, durante su fabricación es necesario adoptar medidas de seguridad especiales para mantenerlos alejados de las personas y evitar riesgos para la salud. Los investigadores del Fraunhofer han logrado por primera vez, en el marco del proyecto «CO2NIPU» (poliuretanos sin isocianatos, NIPU), fabricar poliuretanos sin utilizar isocianatos.

El dicarbamato como sustituto del isocianato

Para ello, el director del proyecto, el Dr. Christoph Herfurth, del Instituto Fraunhofer de Investigación Aplicada en Polímeros (IAP), y su equipo sustituyeron el isocianato por el dicarbamato, una sustancia inocua. El nuevo proceso hace que la producción de plásticos sea más sencilla y segura, y los trabajadores no necesitan recibir formación específica para protegerse de la sustancia tóxica. Otras ventajas: se generan menos emisiones de gases de efecto invernadero, ya que los investigadores utilizan dióxido de carbono para la producción de dicarbamato. Además, están desarrollando métodos de reciclaje para reutilizar los materiales de PUR usados. En el proyecto conjunto «CO2NIPU» participaron, además del Fraunhofer IAP, el Instituto Fraunhofer de Tecnologías Químicas (ICT), el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Fabricación e Investigación Aplicada de Materiales (IFAM) y el Instituto Fraunhofer de Tecnología Medioambiental, de Seguridad y Energética (UMSICHT). Herfurth destaca las ventajas del proyecto: «Los poliuretanos a partir de dicarbamatos tienen estructuras moleculares idénticas a las de los PUR clásicos a partir de isocianatos. Por eso, se puede partir de los conocimientos técnicos ya existentes para conseguir las propiedades del material que se desean para el producto final o la aplicación».

Sistema modular para las propiedades de los materiales

Los investigadores han perfeccionado el proceso para que sea viable a escala industrial. Se mezclan diferentes sustancias químicas en una proporción determinada, lo que da lugar a las propiedades deseadas. Los denominados «extensores de cadena» ayudan a reticular los grupos moleculares y aportan propiedades elásticas o adhesivas. Los polimeriolios ablandan el plástico, mientras que el dicarbamato, como sustituto del isocianato, pone en marcha el proceso químico. Tras la mezcla, estos productos químicos se funden y se agitan a temperaturas comprendidas entre 180 y 190 grados Celsius. Tras el enfriamiento, los expertos comprueban características como la resistencia a la tracción o la elasticidad. Los isocianatos son altamente reactivos, por lo que los poliuretanos se forman a menudo en pocos minutos. Si se utilizan dicarbamatos menos reactivos, el mismo proceso tarda entre seis y ocho horas, pero a cambio 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 fabrican en las instalaciones de Fraunhofer UMSICHT, socio del proyecto, mediante un proceso de alta presión. A una presión de 50 bar, el metanol y el CO₂, un gas de efecto invernadero, se sintetizan con diaminas para formar dicarbamatos. El Fraunhofer ICT desarrolla procesos de reciclaje para poliuretanos usados, por ejemplo, procedentes de espumas viejas, que luego se transforman de nuevo en nuevos productos de PUR. «De este modo, contribuimos al objetivo de una economía circular sostenible sin emisiones de gases de efecto invernadero», resume Herfurth. Como primera aplicación, los investigadores del Fraunhofer se han centrado en la fabricación de tubos de catéter biocompatibles para la tecnología médica. El Fraunhofer IFAM utiliza el sistema modular variable para el desarrollo de adhesivos con los que fijar las cánulas al tubo.

La tecnología para la producción de poliuretanos sin isocianatos ya no se limita al ámbito del laboratorio. «Ya somos capaces de producir varios kilogramos de NIPU en nuestro centro técnico. En la siguiente fase, se podrán fabricar varios cientos de kilos de NIPU en el Centro de Plantas Piloto Fraunhofer para la Síntesis y el Procesamiento de Polímeros (PAZ) de Schkopau», afirma Herfurth.