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Espuma de poliuretano

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Espuma de poliuretano con isocianatos, que ha sido expuesta a la luz ultravioleta. La coloración se produce tras un tiempo de exposición.
«Gomaespuma» redirige aquí. Para el programa de radio español, véase Gomaespuma (programa de radio).

La espuma de poliuretano es una espuma polimérica sólida basada en la química de los poliuretanos. Este material sintético especializado tiene aplicaciones muy diversas y se utiliza principalmente para el aislamiento térmico y como material de acolchado en colchones, muebles tapizados o asientos de vehículos. Su baja densidad y conductividad térmica, combinadas con sus propiedades mecánicas, la convierten en un excelente aislante térmico y acústico, así como en un material estructural y de confort.

Las espumas de poliuretano son polímeros termoestables. No pueden fundirse ni remodelarse después de su formación inicial, ya que los enlaces químicos entre las moléculas del material son muy fuertes y no se descomponen con el calor. Una vez endurecidas y enfriadas, conservan su forma y propiedades.[1]​

Clasificación de las espumas de poliuretano

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Las espumas de poliuretano son las más ampliamente utilizadas entre las espumas termoestables. Según su estructura celular, pueden clasificarse en espumas de celdas abiertas o de celdas cerradas. Desde el punto de vista mecánico, se distinguen dos tipos principales: espumas flexibles y espumas rígidas.[2]​ Generalmente, las espumas flexibles tienen una estructura de celdas abiertas, con poros interconectados, de menor tamaño y forma irregular; mientras que las espumas rígidas poseen una estructura de celdas cerradas, sin interconexión entre poros.[3]​ La cuota de mercado entre ambos tipos es globalmente equivalente.[4]​

Existen diversas tecnologías para producir espumas de poliuretano. Según las propiedades deseadas en la aplicación final, los dos procesos más comunes a gran escala son el moldeo y la producción en bloques.[5]​ Otros tipos incluyen las espumas de relleno de cavidades (como el aislamiento acústico en vehículos) y las espumas proyectadas (como el aislamiento térmico de tejados). Estas últimas se conocen como espumas semiflexibles cuando están recubiertas con una capa adecuada.[6]​

Espuma de poliuretano flexible

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La espuma de poliuretano flexible se produce por la reacción entre polioles e isocianatos, un proceso desarrollado en 1937.[7]​ Según la aplicación deseada, se añaden diversos aditivos para obtener espumas de alta calidad. Es un material versátil cuyas propiedades pueden ajustarse según las necesidades. Ofrece buena compresión, capacidad de carga y resiliencia, lo que proporciona un efecto amortiguador. Gracias a estas características, a su ligereza y eficiencia de fabricación, se utiliza ampliamente en muebles, colchones, asientos de automóviles, equipamiento deportivo, embalajes, calzado y alfombras[7]​

Las espumas flexibles con alta porosidad abierta también son eficaces como materiales absorbentes acústicos, y se emplean en aislamiento sonoro en sectores como la construcción o el transporte.[8]​ Es un material resistente que no se deteriora con el tiempo; su vida útil equivale generalmente a la de la aplicación en la que se emplea.[9]​

Tipos de espumas flexibles según la tecnología de fabricación

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Las espumas flexibles pueden producirse mediante un proceso continuo (slabstock) o por moldeo. En el proceso continuo, los ingredientes se vierten sobre una cinta transportadora. La reacción química ocurre de inmediato, provocando una expansión rápida que se solidifica en segundos. En teoría, podrían producirse bloques de varios kilómetros, pero en la práctica se cortan en bloques de 15 a 120 metros, que se curan y almacenan para su posterior procesamiento.[10]​

En cambio, el moldeo es un proceso discontinuo. Los artículos se fabrican uno por uno, inyectando la mezcla en moldes. La espuma se expande y llena el molde, solidificándose casi al instante. Luego puede desmoldarse, ya sea manual o mecánicamente.[11]​ La gran ventaja del moldeo es que las piezas pueden fabricarse directamente en la forma deseada, sin necesidad de cortes ni residuos. También pueden integrarse zonas de dureza variable y refuerzos, facilitando su uso en conjuntos más complejos.[12]​ Por ello, esta tecnología es común en la fabricación de cojines de asientos para el transporte.

Según el proceso, también pueden obtenerse espumas aglomeradas (recicladas), reticuladas o auxéticas.

Sostenibilidad de las espumas flexibles de poliuretano

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Desde su invención, la industria ha innovado constantemente para reducir la toxicidad de las sustancias empleadas. Ejemplos incluyen la reducción de emisiones de compuestos orgánicos volátiles (COV) y el uso de agentes espumantes con menor potencial de calentamiento global (GWP) y menor impacto sobre la capa de ozono (ODP).[13]​

En décadas recientes, el principal enfoque ha sido reducir la huella ambiental de productos y procesos. Un análisis “de la cuna a la puerta” (cradle-to-gate) de espumas flexibles a base de TDI muestra que la producción de materias primas representa alrededor del 90 % de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI).[14]​

Tradicionalmente, casi todas las materias primas para espumas flexibles provienen de fuentes fósiles. Hoy en día, es posible usar fuentes no fósiles como bio-polioles, polioles reciclados o polioles a base de CO₂, reduciendo así la huella ambiental.[15]​

Al ser termoestables, las espumas PU no pueden fundirse para hacer nuevos productos. Existen varias tecnologías de reciclaje que ya se usan ampliamente:

  • Reciclaje físico (o mecánico): modifica las propiedades físicas sin alterar la composición química.[16]​ El método más común es el aglomerado (rebonding), donde se tritura la espuma y se reconstituye para fabricar productos como moquetas, colchonetas, aislantes acústicos o rellenos.
  • Reciclaje químico (o despolimerización): busca recuperar los monómeros para fabricar nuevos polímeros, alterando la composición química.[17]​ Se usa en Europa desde 2013 para residuos postindustriales.[18]​ Las principales técnicas incluyen la hidrólisis, aminólisis, alcoholólisis y glicólisis.
  • Valorización material (o recuperación termoquímica): consiste en descomponer residuos complejos mediante calor para obtener gas de síntesis o combustible, que pueden usarse en la industria petroquímica.[19]​ Requiere un sistema de balance de masas para rastrear el contenido reciclado.[20]​ Es útil para productos difíciles de desmontar o contaminados.

A nivel global, los métodos de gestión de residuos más comunes siguen siendo el vertido y la valorización energética (combustión, incineración, degradación térmica). Estas opciones deben reservarse solo cuando el reciclaje no es posible o viable económicamente.

Referencias

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  1. ↑ EURO-MOULDERS (2023) 'What is polyurethane foam' https://euromoulders.org/polyurethane-in-automobiles/what-is-polyurethane-foam/
  2. ↑ Skleničková, Kateřina; Abbrent, Sabina; Halecký, Martin; Kočí, Vladimír; Beneš, Hynek (17 de enero de 2022). «Biodegradability and ecotoxicity of polyurethane foams: A review». Critical Reviews in Environmental Science and Technology (en inglés) 52 (2): 157-202. ISSN 1064-3389. doi:10.1080/10643389.2020.1818496. 
  3. ↑ Huang, C.H.; Lou, C.W.; Chuang, Y. C.; Liu, C.F.; Yu, Z.C.; Lin, J.H. (2015). «Rigid/flexible polyurethane foam composite boards with addition of functional fillers: Acoustics evaluations». Sains Malays 44 (12): 1757-1763. 
  4. ↑ Kemona, Aleksandra; Piotrowska, Małgorzata (5 de agosto de 2020). «Polyurethane Recycling and Disposal: Methods and Prospects». Polymers (en inglés) 12 (8): 1752. ISSN 2073-4360. PMC 7464512. PMID 32764494. doi:10.3390/polym12081752. 
  5. ↑ «What is Polyurethane Foam? – Euromoulders» (en inglés estadounidense). Consultado el 18 de noviembre de 2024. 
  6. ↑ Ullmann's encyclopedia of industrial chemistry. 19: A (5th rev. edición). Weinheim: VCH Verl.-Ges. 1991. ISBN 978-0-89573-169-2. 
  7. ↑ a b «What Is Flexible Polyurethane Foam?». Consultado el 1 de febrero de 2023. 
  8. ↑ Gwon, Jae Gyoung; Kim, Seok Kyeong; Kim, Jung Hyeun (January 2016). «Sound absorption behavior of flexible polyurethane foams with distinct cellular structures». Materials & Design 89: 448-454. ISSN 0264-1275. doi:10.1016/j.matdes.2015.10.017. 
  9. ↑ Kylili, Angeliki; Seduikyte, Lina; Fokaides, Paris A. (2018), «Life Cycle Analysis of Polyurethane Foam Wastes», Recycling of Polyurethane Foams (Elsevier): 97-113, ISBN 978-0-323-51133-9, doi:10.1016/b978-0-323-51133-9.00009-7, consultado el 25 de noviembre de 2024 .
  10. ↑ «Foam Production | Recticel Flexible Foams». recticelflexiblefoams.com. Consultado el 25 de noviembre de 2024. 
  11. ↑ Mark, Frank E.; Kamprath, Axel (26 de abril de 2000). «Recycling & amp; Recovery Options for PU Seating Material: A Joint Study of ISOPA /Euro-Moulders». SAE Technical Paper Series (Warrendale, PA, United States: SAE International) 1. doi:10.4271/2000-01-1514. 
  12. ↑ Dounis, Dimitrios V.; Wilkes, Garth L. (May 1997). «Structure-property relationships of flexible polyurethane foams». Polymer 38 (11): 2819-2828. ISSN 0032-3861. doi:10.1016/s0032-3861(97)85620-0. 
  13. ↑ «Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry:  Sixth, Completely Revised Edition. Volumes 1−40 Edited by Wiley-VCH. Wiley-VCH:  Weinheim. 2003. 30 000 pp. $5500. ISBN 3-527-30385-5.». Journal of the American Chemical Society 125 (35): 10768-10768. 18 de junio de 2003. ISSN 0002-7863. doi:10.1021/ja0335566. 
  14. ↑ EUROPUR (2015). «Flexible Polyurethane (PU) Foam - Eco-profiles and Environmental Product Declarations of the European Plastics Manufacturers». 
  15. ↑ Marson, Alessandro; Masiero, Massimiliano; Modesti, Michele; Scipioni, Antonio; Manzardo, Alessandro (7 de enero de 2021). «Life Cycle Assessment of Polyurethane Foams from Polyols Obtained through Chemical Recycling». ACS Omega 6 (2): 1718-1724. ISSN 2470-1343. PMC 7818590. doi:10.1021/acsomega.0c05844. hdl:11577/3364329. 
  16. ↑ Datta, Janusz; Włoch, Marcin (1 de enero de 2017), «Chapter 14 - Recycling of Polyurethanes», en Thomas, Sabu; Datta, Janusz; Haponiuk, Józef T. et al., eds., Polyurethane Polymers (Amsterdam: Elsevier): 323-358, ISBN 978-0-12-804039-3, doi:10.1016/b978-0-12-804039-3.00014-2, consultado el 4 de diciembre de 2024  .
  17. ↑ Mehta, Rajesh; Golkaram, Milad (2022). «Sustainability Evaluation of Pyrolysis of Waste Mattresses: A Comparison with Alternative End-of-Life Treatments». E3S Web of Conferences (en inglés) 349: 01001. ISSN 2267-1242. doi:10.1051/e3sconf/202234901001. 
  18. ↑ EUROPUR (2024). «RePoliol®: More than a Decade of Production of Recycled Polyols». 
  19. ↑ Skleničková, Kateřina; Abbrent, Sabina; Halecký, Martin; Kočí, Vladimír; Beneš, Hynek (17 de enero de 2022). «Biodegradability and ecotoxicity of polyurethane foams: A review». Critical Reviews in Environmental Science and Technology (en inglés) 52 (2): 157-202. ISSN 1064-3389. doi:10.1080/10643389.2020.1818496. 
  20. ↑ EUROPUR (2021). «The End-of-Life of Flexible Polyurethane Foam from Mattresses and Furniture». 

Enlaces externos

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