Poliuretano Espumoso

Introducción
Este trabajo consiste en investigar acerca de un polímero especifico llamado Poliuretano Espumoso y aprender
sobre sus usos y características más comunes. Comenzaremos explicando que es en si un poliuretano y luego
analizaremos mas a fondo el poliuretano espumoso.
El poliuretano... es una resina sintética que se caracteriza por su escasa permeabilidad a los gases, alta
resistencia química, excelente aislamiento eléctrico.
Se obtiene por polimerización de determinados compuestos que contienen el grupo isocianato (_N=C=O). Los
poliuretanos son resinas que van desde las formas duras y aptas para recubrimientos resistentes a los
disolventes hasta cauchos sintéticos resistentes a la abrasión y espumas flexibles. La obtención de los
poliuretanos se basa en la gran reactividad del enlace doble del grupo isocianato que adiciona fácilmente
compuestos con hidrógenos activos en reacciones de condensación como la siguiente:
R1_N=C_O + R2_H ! R1_NH_CO_R2
Las espumas... comunes son de poliestireno o poliuretano, pero cualquier termoplástico puede ser espumado.
Se pueden preparar espumas flexibles, semirígidas y rígidas en densidades que van desde 1.6 hasta 960
Kg/m3. Los principales usos para las espumas flexibles, con densidades menores de 100 Kg/m3, son
colchones, muebles y aplicaciones automotrices. Las espumas rígidas se utilizan generalmente como aislantes.
Estos se pueden aplicar haciendo la espuma en el lugar donde se usarán, o empleando planchas de material ya
espumado. Se forman espumas estructurales de servicio pesado fusionando recubrimientos sólidos de plástico
con un centro de espuma rígida.
DESARROLLO
La creación del poliuretano espumoso debe seguir las siguientes etapas en orden, para obtener el resultado
esperado. El proceso es el siguiente:
1
A continuación detallaremos cada una de las etapas del proceso.
• FORMACION DE ESPUMAS FLEXIBLES DE POLIURETANO
Para producir espumas de poliuretano existen varias técnicas, entre las cuales se encuentra el proceso de una
etapa (ONE SHOT). Esta técnica emplea la dosificación y bombeo simultáneo de las materias primas, las
cuales se preparan en un número de componentes líquidos o caudales que van al cabezal de mezcla y
posteriormente son descargadas como un líquido viscoso que se esparce sobre una banda transportadora, en
donde se da comienzo al crecimiento de la espuma hasta su altura final.
Las maquinarias espumadoras operan los siguientes principios básicos:
− Bombeo exacto de los componentes que van al mezclador
− Mezclado eficiente de los componentes en el cabezal mezclador
2
− Descarga de la mezcla sobre la banda transportadora que debe estar forrada por los tres lados con papel,
llevando la espuma en crecimiento por un plano inclinado y dentro de un túnel bien ventilado.
Generalmente se trabaja con una máquina espumadora de alta presión, en la que los componentes se inyectan
en el cabezal mezclador, con una presión que varía entre 21 a 250 Kg/cm2, en un rango de 2000 a 6000 rpm,
para asegurar la mezcla adecuada de los componentes que se bombean en forma continua.
• DOSIFICACION Y MEZCLADO
Los ingredientes se dosifican y se mezclan en cantidades y proporciones adecuadas; generalmente, se arranca
con la corriente de Poliol. Seguida del Agente de Expansión, la silicona y los catalizadores y por último el
Isocianato.
Durante el mezclado se generan pequeñas burbujas de aire en la mezcla líquida que actúan como agentes
iniciadores de la espumación.
• CREMADO Y CRECIMIENTO
Después de un corto periodo de inducción los gases de expansión (CO2 y/o cloruro de metileno), empiezan a
expandirse dentro de las pequeñas burbujas de aire, agarrándolas y dándole a la mezcla de espuma una
apariencia "cremosa". El tiempo que transcurre desde que se empieza la mezcla hasta que aparece la crema y
empieza a crecer, se conoce con el nombre de "tiempo de crema", que suele fluctuar entre 6 a 15 segundos.
A medida que se van generando más gases de expansión, la espuma sigue creciendo y simultáneamente se
hace más viscosa con la polimerización en la fase líquida. El número total de burbujas permanece
razonablemente constante mientras la espuma crece.
La reducción de la tensión superficial, producida por el surfactante de silicona, hace que la mezcla de
componentes sea más homogénea y evita que las burbujas coalescan.
Pasados unos 100 a 200 segundos después de empezada la mezcla, la reacción de expansión cesa, mientras
que la de gelificación continúa. El tiempo transcurrido desde el inicio hasta que la espuma sube
completamente, se denomina "tiempo de crecimiento".
• GELIFICACION Y CURADO
La reacción de gelificación y polimerización continúa hasta el punto conocido como tiempo de gel, que es el
transcurrido desde la descarga de los ingredientes en el cabezal mezclador, hasta el momento en el que la
espuma se sostiene por sí misma, por lo general 20 a 120 segundos después del tiempo de crecimiento.
Los bloques de espuma se llevan luego al área de curado donde deben permanecer por lo menos 24 horas, para
asegurar una reacción de polimerización total.
• MANIPULACION DE LOS BLOQUES DE ESPUMAS
Deberán utilizarse dos áreas separadas para almacenar los bloques de espuma:
− Área de curado de bloques frescos.
− Área para almacenamiento prolongado.
• CURADO DE BLOQUES FRESCOS
3
El calor de la reacción alcanza su punto máximo usualmente entre los 30 a 60 minutos después del proceso de
producción. En el área de curado los bloques de espuma recién hechos deben colocarse separadamente uno del
otro durante por lo menos 24 horas.
Durante esta etapa, el calor generado basta para que se vaporicen las aminas y parte del isocianato no
reaccionado, es por esto que se debe tener en cuenta el encogimiento del bloque después del enfriamiento.
El área de almacenamiento debe tener:
− Buena ventilación, que incluya sistema eficiente de extracción
− Un sistema de rociado de agua de gran potencia
• Distribución adecuada para que el personal pueda evacuarse fácilmente en caso de fuego.
• ALMACENAMIENTO PROLONGADO
Aunque el diseño de esta área es menos crítico, se necesita de un lugar amplio, con buena ventilación y
suficiente para evitar incendios.
Usos mas comunes del poliuretano espumoso...
• El RUBITHERM WS 18008 es un poliol formulado con catalizadores y tensioactivos, apto para ser
utilizado con el isocianato RUBINATE 5005 para la fabricación de espuma rígida de poliuretano por
el método de aspersión (spray). Esta espumas debe ser protegida con una barrera al fuego al ser usada
en interiores y por una membrana anti−rayos UV en exteriores.
• Bayer reportó el trabajo realizado para desarrollar una nueva tecnología de espumado para sillas de
automotores, que obtiene espumas MDI flexibles, de baja densidad y de curado en frío. Las espumas
ofrecen excelente elongación y propiedades de rasgado, junto a características buenas de desempeño
en húmedo. Se afirmó que el secreto recae en el balance cuidadoso de la funcionalidad de los polioles
e isocianatos a los elevados niveles de agua requeridos para rebajar la densidad de la espuma.
Densidades en los centros inferiores a 2.5 libras por pie cúbico se pueden obtener sin desmejorar el
buen desempeño de la espuma, afirma Bayer. La tecnología es adecuada para hacer también las
cubiertas de las sillas, además de las sillas mismas, cabeceras de descanso, y recubrimientos de
alfombras con eliminación de ruido.
• Air Products & Chemicals reveló su trabajo con una familia de catalizadores propietarios para
sistemas espumantes, no fugitivos para la formación de celdas abiertas. Estos catalizadores
experimentales se unen químicamente a la matriz de la espuma, evitando que puedan migrar con el
tiempo. Se afirma que los nuevos catalizadores proporcionan mejoras significativas con respecto a la
formación de neblinas y al manchado de productos vinílicos. También proporcionan buenas
propiedades físicas (estabilidad dimensional, flujo de aire, compresión y aplastamiento) que son
iguales o mejores que los estándares de la industria.
Existe una derivación de este material llamada Espuma de Poliuretano Reticulada. La espuma de poliuretano
reticulada es un material versátil que puede ser cortado o combinado con otros materiales en cualquier
configuración. Ud puede encontrar espuma de poliuretano reticulada en productos que van desde
electrodomésticos hasta filtros de aire e impresoras de tipo inkjet.
¿Cómo se reticula la espuma de poliuretano? Se somete a un proceso especial dentro de una cámara
especialmente diseñada, usando calor y presión para crear espumas con estructuras flexibles sin membranas
4
en los poros.
• La espumas de poliuretano reticuladas FilterCrest son usadas en miles de productos, sirviendo a
consumidores, empresas, industrias, la salud,
centros de investigaciones y fuerzas armadas alrededor del mundo. Aplicaciones típicas de filtración
se pueden encontrar en la industria automovilística, electrodomésticos, pequeños motores y filtros
cerámicos, entre otros. Se usan también en las grillas para micrófonos, cubiertas para estantes
refrigerados en supermercados, aplicación de fluídos, vaporizadores, coalescencia, tratamiento de
esgotos (substrato para microorganismos), y en cientos de otros productos y procesos.
• La mayoría de las aplicaciones con FeltCrest son para filtración,
reservorios, dosaje, capilaridad, empaques, soporte, acolchonamiento y absorción acústica. Una de las
propiedades que se desea obtener en estas aplicaciones es que los diámetros de las células (tamaños de
poros más finos) aumenten el efecto de capilaridad o atrapen partículas pequeñas. Las espumas con
tamaños de poros más finos también presentan filamentos más finos en su estructura y mayores
superficies de área específicas que mejoran las propiedades de la espuma.
5
• Existe un sin número de aplicaciones que usan espuma de poliuretano reticulada. Algunas son más
conocidas que otras, como ser aplicadores de pomada de calzado y lustradores, grillas para
micrófonos, escobillones de fregar pisos, odorizadores, filtros de aire acondicionado y esponjas. En
usos industriales, la resistencia física, facilidad de corte y resistencia química de las espumas de
poliuretano reticuladas permite que sean usadas en filtración, protección, sellado, absorción de
sonidos, amortiguación de vibraciones, paños de limpieza y otros procesos especializados.
• En piezas metálicas moldadas, esta espuma constituye el material usado en la fabricación de filtros
cerámicos para eliminar impurezas en el proceso de moldaje metálico. En este caso, funciona como
un substrato catalítico que se sacrifica en el proceso, el cual se impregna primero con una pasta
cerámica y después se somete a una cocción para remover la espuma y fusionar la cerámica. De esta
manera, se crea una pieza de cerámica rígida que ofrece pasajes rigurosos apta para remover las
impurezas cuando el metal fundido es vertido a través del filtro durante el proceso de moldaje
metálico.
• Además, la espuma se usa también en sistemas hidráulicos y neumáticos para eliminar impurezas en
líneas de aire o de fluídos, válvulas y otros componentes. Es útil también para filtros de aire en
humidificadores, filtros bacteriales, filtros de aire para vehículos y prefiltros de entrada para motores.
• La espuma de poliuretano reticulada se usa extensivamente para mejorar la seguridad en aviones
militares, en vehículos terrestres y en barcos. Se la encuentra en los tanques de combustible de
aviones de combate así como en aviones de reconocimiento y transporte C−130 y P−3, donde evita
explosiones catastróficas en caso de ataques por armas de fuego hostiles o cuando se genera alguna
chispa estática que pueda encender los vapores del combustible durante reabastecimiento sobre el ala.
Se usa inclusive en los tanques de combustible de los autos de carrera para evitar explosiones en caso
de accidente.
• También se usan en la fabricación de almohadones de uso a la intemperie, la cual se seca casi
inmediatamente luego de ser mojada por la lluvia, nieve que se derrite, rocío de la mañana, lavado y
otras formas de humedad. Sus poros grandes y abiertos permiten un drenaje rápido y circulación de
aire, permitiendo su uso enseguida de haberse mojado e inclusive empapado.
6