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:

A continuación detallaremos cada una de las etapas del proceso.

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

- 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.

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.

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".

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.

Deberán utilizarse dos áreas separadas para almacenar los bloques de espuma:

- Área de curado de bloques frescos.

- Área para almacenamiento prolongado.

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.

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 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.

• 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.