Las espumas de poliuretano son un grupo de plásticos rellenos de gas a base de poliuretanos , que consisten en un 85-90% de una fase de gas inerte. Según el tipo de poliuretano original, pueden ser rígidos o elásticos (“ gomaespuma ”). Se utilizan muy ampliamente: rígidos, como aislamiento térmico y acústico y elementos moldeadores de luz, elásticos, como revestimientos blandos y rellenos en la vida cotidiana y la industria, por ejemplo, esponjas artificiales para lavar y filtros de polvo, material para rodillos de pintura e inserciones en prendas. , embalaje acolchado. Los compuestos autoespumantes y autoendurecibles son populares para usar directamente en el sitio en construcción, ingeniería mecánica, tanto multicomponente industrial como espuma de montaje doméstica . Resistente a todos los solventes orgánicos comunes, la mezcla endurecida solo puede eliminarse mecánicamente. En aplicaciones prácticas, se requiere protección contra la luz solar y otras fuentes de UV . En comparación con otros polímeros espumados utilizados en áreas limitadas (espuma de poliestireno rígido , espuma de polietileno flexible , espuma de látex, caucho microporoso, esponja de celulosa hinchable), el área de uso de las espumas de poliuretano suele ser más amplia.
En 1937, un pequeño grupo de científicos del laboratorio IG Farben en Leverkusen , dirigido por Otto Bayer, logró sintetizar por primera vez una nueva sustancia con propiedades muy inusuales. Dependiendo de la velocidad de la reacción y del coeficiente de mezcla de poliol y poliisocianato, las propiedades del material resultante también diferían drásticamente. Por un lado, es flexible, resistente, pero no resistente al desgarro (el nombre de laboratorio es Perlon U, de ahí el nombre de “goma espuma”), y por otro lado, es denso, duro, fuerte, pero al mismo tiempo al mismo tiempo quebradizo cuando se dobla (Igamid U). Los horizontes para la implementación económica de este descubrimiento científico eran prometedores y muy amplios. Ya en 1940 se inicia en Leverkusen la producción industrial de poliuretano como estuco. Pero el comienzo de la Segunda Guerra Mundial hizo sus propios ajustes: los problemas de escasez de materias primas y la reestructuración general de la economía por necesidades militares ralentizaron significativamente el desarrollo de los poliuretanos. De hecho, hasta la década de 1960, la espuma de poliuretano, como muchos otros polímeros, se desarrolló muy lentamente; sin embargo, con el final de la guerra, la recuperación económica y la rápida construcción de la posguerra, el interés comercial por las espumas de poliuretano aumentó considerablemente. Así, para 1960, varias empresas fabricaban más de 50.000 toneladas de espuma.
La espuma blanda de poliuretano ( goma espuma ), se generalizó en la década de 1960 a pesar de los importantes inconvenientes inherentes a la goma espuma. Su producción misma es peligrosa y dañina, ya que la composición de los componentes iniciales incluye un compuesto altamente tóxico: el diisocianato de tolueno . Además, la gomaespuma es higroscópica, absorbe olores, tiene un rango de temperatura de uso limitado y, como resultado, una vida útil relativamente corta. Pero la mayor desventaja de la gomaespuma es su riesgo de incendio [1] . La introducción de retardadores de llama en la composición de los componentes iniciales en la producción de gomaespuma para aumentar la resistencia al fuego del material conduce a un fuerte deterioro de sus características físicas y mecánicas y a un aumento del costo. Las primeras muestras de espumas de poliuretano tenían una vida útil relativamente corta y se descomponían gradualmente en el aire. Con el desarrollo de la química de los estabilizadores, este inconveniente se ha superado hasta cierto punto. Sin embargo, las propiedades de peligro de incendio de este material se han conservado.
Para que se produzca la reacción de adición y la formación de cadenas poliméricas, deben estar presentes al menos dos componentes diferentes: un poliol y un poliisocianato . La reacción en sí tiene lugar en varias etapas. Primero, el diol y el diisocianato forman moléculas de isocianato bifuncionales que tienen un grupo ( -N=C=O ) y grupos hidroxilo ( -OH ). Como resultado de la reacción en cadena, se forman cadenas cortas de polímeros estructuralmente idénticos y homogéneos en ambos extremos de los grupos moleculares, que pueden polimerizarse con otros monómeros.
Se añade una pequeña cantidad de agua a la mezcla de reacción y, como resultado de la reacción con una parte de los grupos isocianato, se forma dióxido de carbono , que es el principal factor de formación de espuma. Al mismo tiempo, el grupo amino primario reacciona con el isocianato, reemplazando a la urea, logrando así la estabilidad de la cadena.
Dependiendo de la longitud de la cadena de microgránulos llenos de gas, las propiedades mecánicas del poliuretano también difieren. Por lo tanto, la densidad típica es de 5 a 40 kg/m³ para bloques de espuma blanda, que se usan ampliamente como varios tipos de rellenos para muebles, etc. Las espumas rígidas de poliuretano, con una densidad de 30 a 86 kg/m³, se usan ampliamente en construcción como material de aislamiento térmico y acústico.
Los productos de la industria petroquímica (polioles y poliisocianatos) se suelen utilizar como componentes iniciales de la espuma de poliuretano, sin embargo, no estará de más señalar que los componentes se pueden producir a partir de aceites de origen vegetal. En particular, los aceites de ricino son excelentes para este propósito . También es posible obtener polioles a partir de aceites de soja , colza y girasol . Sin embargo, este método de producción de componentes de espuma de poliuretano no es económicamente factible debido a la diferencia significativa en el costo de las materias primas petroquímicas y de la planta. Es por eso que los componentes de espuma biogénica no han encontrado una amplia aplicación y su uso está limitado a una gama muy estrecha de tareas específicas.
El ámbito de aplicación de las espumas de poliuretano es muy amplio. En la industria automotriz se utiliza como relleno para asientos de automóviles e insonorización del interior de los vehículos, para la fabricación de paneles interiores semirrígidos, reposabrazos, manijas y parachoques. En la industria del mueble y la industria ligera , la gomaespuma se usa principalmente como relleno y material de amortiguación para muebles tapizados, almohadas , colchones , al moldear maniquíes , en juguetes blandos para niños, la gomaespuma también se usa a menudo como relleno. En la industria del calzado , las espumas de poliuretano se utilizan como plantillas y otros elementos del calzado.
Las espumas rígidas de poliuretano se utilizan como aislante del frío en refrigeradores domésticos y comerciales, refrigeradores grandes y en equipos de refrigeración de transporte. Otra aplicación importante de las espumas rígidas de poliuretano es como aislantes térmicos en tuberías principales, para el aislamiento de tuberías de baja temperatura de la industria química, como aislamiento térmico, así como acústico e impermeabilizante en la construcción, revisión de almacenes, hangares, casas de campo privadas, producción talleres, garajes, como calentador, en paneles sándwich metálicos para la construcción de edificios prefabricados, así como cámaras frigoríficas. Los adhesivos de carpintería de uretano se utilizan bastante, forman una ligera espuma cuando se solidifican y rellenan las fugas en las piezas de ajuste.
El uso de espumas rígidas de poliuretano con estructura de celda cerrada para la construcción está motivado por una conductividad térmica muy baja (0,029 - 0,041 W / ( m * K) [2] , baja permeabilidad al vapor , buena adherencia y características de impermeabilización. Se utilizan como espumas viscosas compuestos autoespumantes para verter o aplicar en el sitio, como y en forma de láminas terminadas. Los altos coeficientes de adherencia hacen que este material sea muy versátil, se puede aplicar con igual éxito a papel , metal , madera , yeso , ladrillo , material para techos , tejas , tuberías metálicas y mucho más, el sitio reduce significativamente los costos asociados.
Las composiciones de un componente curadas por la humedad del aire ( espuma de instalación ) también han encontrado su aplicación y, a menudo, se usan en la vida cotidiana para trabajos domésticos menores de insonorización y aislamiento térmico, así como donde se requiere el relleno de huecos (por ejemplo, al instalar ventanas de plástico y puertas). También proporcionan una resistencia mecánica y un engaste satisfactorios del elemento montado.