La espuma viscoelástica se compone principalmente de poliuretano con sustancias químicas adicionales que aumentan su viscosidad y densidad . A menudo se la denomina espuma de poliuretano " viscoelástica " o espuma de poliuretano de baja resiliencia ( LRPu ). Las burbujas o "celdas" de la espuma están abiertas, lo que crea de manera efectiva una matriz a través de la cual puede circular el aire. La espuma viscoelástica de mayor densidad se ablanda en reacción al calor corporal, lo que le permite amoldarse a un cuerpo cálido en unos minutos. Las espumas más nuevas pueden recuperar su forma original más rápidamente. [1]
La espuma viscoelástica obtiene sus propiedades viscoelásticas de varios efectos, debidos a la estructura interna del material. El efecto red es la fuerza que actúa para restaurar la estructura de la espuma cuando se deforma. Este efecto se genera cuando el material poroso deformado empuja hacia afuera para restaurar su estructura contra una presión aplicada. Tres efectos actúan contra el efecto red, lo que ralentiza la regeneración de la estructura original de la espuma:
Los efectos dependen de la temperatura, por lo que el rango de temperatura en el que la espuma viscoelástica conserva sus propiedades es limitado. Si hace demasiado frío, se endurece. Si hace demasiado calor, actúa como las espumas convencionales, recuperando rápidamente su forma original. La física subyacente de este proceso puede describirse como fluencia polimérica . [2] [3]
Los efectos neumáticos y adhesivos están estrechamente relacionados con el tamaño de los poros de la espuma viscoelástica. Los poros más pequeños dan lugar a una mayor superficie interna y a un menor flujo de aire, lo que aumenta la adhesión y los efectos neumáticos. Por tanto, las propiedades de la espuma se pueden controlar modificando su estructura celular y su porosidad . Su temperatura de transición vítrea también se puede modular utilizando aditivos en el material de la espuma. [2]
Las propiedades mecánicas de la espuma viscoelástica pueden afectar la comodidad de los colchones fabricados con ella. También existe un equilibrio entre comodidad y durabilidad. Algunas espumas viscoelásticas pueden tener una estructura celular más rígida, lo que da lugar a una distribución más débil del peso, pero una mejor recuperación de la estructura original, lo que conduce a una mejor ciclabilidad y durabilidad. Una estructura celular más densa también puede resistir la penetración de vapor de agua , lo que conduce a una menor erosión y una mejor durabilidad y apariencia general. [4]
La espuma viscoelástica se desarrolló en 1966 en virtud de un contrato con el Centro de Investigación Ames de la NASA para mejorar la seguridad de los cojines de los aviones. La espuma viscoelástica sensible a la temperatura se denominó inicialmente "espuma de recuperación elástica lenta"; la mayoría la llamaba "espuma templada". [5] Creada mediante la introducción de gas en una matriz de polímero, tenía una estructura sólida de celdas abiertas que se adaptaba a la presión ejercida sobre ella, pero que volvía lentamente a su forma original. [6]
La comercialización posterior de la espuma incluyó su uso en equipos médicos, como almohadillas para mesas de rayos X, y en equipos deportivos, como revestimientos para cascos de fútbol americano y canadiense .
Cuando la NASA lanzó la espuma viscoelástica al dominio público a principios de los años 80, Fagerdala World Foams fue una de las pocas empresas dispuestas a trabajar con ella, ya que el proceso de fabricación seguía siendo difícil y poco fiable. Su producto de 1991, el colchón sueco Tempur-Pedic, dio lugar finalmente a la empresa de colchones y cojines Tempur World.
Posteriormente, la espuma viscoelástica se utilizó en el ámbito médico. Por ejemplo, cuando se exigía a los pacientes que permanecieran inmóviles en la cama, sobre un colchón duro, durante un período de tiempo poco saludable, la presión sobre algunas de las regiones de su cuerpo perjudicaba el flujo sanguíneo, lo que provocaba úlceras por presión o gangrena . Los colchones de espuma viscoelástica redujeron significativamente este tipo de incidencias, al igual que los colchones de aire de presión alterna. [5] [7]
Al principio, la espuma viscoelástica era demasiado cara para su uso generalizado, pero luego se fue abaratando. Sus usos domésticos más habituales son los colchones, las almohadas, los zapatos y las mantas. Tiene usos médicos, como cojines para sillas de ruedas, almohadas para camas de hospital y relleno para personas que sufren dolores crónicos o problemas posturales.
La retención de calor puede ser una desventaja cuando se usa en colchones y almohadas, por eso, en la espuma viscoelástica de segunda generación, las empresas comenzaron a utilizar una estructura de celdas abiertas para mejorar la transpirabilidad.
En 2006, se introdujo la tercera generación de espuma viscoelástica. La viscoelástica en gel o espuma viscoelástica en gel consiste en partículas de gel fusionadas con espuma viscoelástica para reducir el calor corporal atrapado, acelerar el tiempo de recuperación elástica y ayudar a que el colchón se sienta más suave. Esta tecnología fue desarrollada y patentada originalmente por Peterson Chemical Technology, [8] y los colchones de gel se hicieron populares con el lanzamiento de la línea iComfort de Serta y la línea Beautyrest de Simmons en 2011. A continuación, se desarrolló la espuma viscoelástica con gel con lo que se describió como "perlas" que contenían el gel que, como material de cambio de fase , logró la estabilización de temperatura deseada o el efecto de enfriamiento al cambiar de un "estado" sólido a un "estado" líquido dentro de la cápsula. Cambiar los estados físicos puede alterar significativamente las propiedades de absorción de calor de un elemento.
Desde el desarrollo de la espuma viscoelástica en gel, se han añadido otros materiales. Se han combinado con aloe vera , extracto de té verde y carbón activado para reducir los olores e incluso proporcionar aromaterapia mientras se duerme. El rayón se ha utilizado en fundas de colchones tejidos sobre camas de espuma viscoelástica para absorber la humedad del cuerpo y aumentar la comodidad. Los materiales de cambio de fase (PCM) también se han utilizado en fundas de almohadas, camas y protectores de colchón de espuma viscoelástica. Otros materiales además del poliuretano también tienen las propiedades necesarias para fabricar espuma viscoelástica. El tereftalato de polietileno , uno de esos materiales poliméricos, proporciona ciertos beneficios sobre el poliuretano, como la reciclabilidad, la ligereza y el aislamiento térmico . [9]
Un colchón de espuma viscoelástica suele ser más denso que otros colchones de espuma, lo que lo hace más resistente y pesado. Los colchones de espuma viscoelástica suelen venderse a precios más altos que los colchones tradicionales. La espuma viscoelástica que se utiliza en los colchones se fabrica habitualmente en densidades que van desde menos de 24 kg/m3 ( 1,5 lb/ft3 ) hasta 128 kg/m3 ( 8 lb/ft3 ) . La mayoría de las espumas viscoelásticas estándar tienen una densidad de 16 a 80 kg/m3 ( 1 a 5 lb/ft3 ) . La mayoría de la ropa de cama, como las almohadillas para la parte superior y las capas de confort de los colchones, tienen una densidad de 48 a 72 kg/m3 ( 3 a 4,5 lb/ft3 ) . Las densidades altas, como 85 kg/m3 ( 5,3 lb/ft3 ) , se utilizan con poca frecuencia.
La propiedad de firmeza (dura a blanda) de la espuma viscoelástica se utiliza para determinar la comodidad. Se mide mediante la clasificación de fuerza de indentación y deflexión (IFD) de la espuma. Sin embargo, no es una medida completa de una sensación "suave" o "firme" . Una espuma con mayor IFD pero menor densidad puede sentirse blanda cuando se comprime.
El IFD mide la fuerza en newtons (o libras-fuerza ) necesaria para hacer una abolladura de 1 pulgada en una muestra de espuma de 500 mm × 500 mm × 100 mm (19,7 pulgadas × 19,7 pulgadas × 3,9 pulgadas) mediante un disco de 323 cm 3 (50 pulgadas cuadradas, 8 pulgadas de diámetro), conocido como IFD a una compresión del 25 %. [10] Las clasificaciones IFD para espumas viscoelásticas varían entre supersuaves (IFD 10) y semirrígidas (IFD 12). La mayoría de los colchones de espuma viscoelástica son firmes (IFD 12 a IFD 16).
Las espumas viscoelásticas de segunda y tercera generación tienen una estructura de celdas abiertas que reacciona al calor y al peso corporal moldeándose al cuerpo del durmiente, lo que ayuda a aliviar los puntos de presión, previniendo las úlceras por presión, etc. [11] [ se necesita una mejor fuente ] Los fabricantes afirman que esto puede ayudar a aliviar los puntos de presión para aliviar el dolor y promover un sueño más reparador, aunque no hay estudios objetivos que respalden los supuestos beneficios de los colchones. [12]
Los colchones de espuma viscoelástica retienen el calor corporal, por lo que pueden resultar excesivamente cálidos en climas cálidos. Sin embargo, las espumas viscoelásticas de tipo gel tienden a ser más frescas debido a su mayor transpirabilidad. [13]
Las emisiones de los colchones de espuma viscoelástica pueden causar directamente más irritación respiratoria que otros colchones. La espuma viscoelástica, al igual que otros productos de poliuretano , puede ser combustible. [14] En varias jurisdicciones se han promulgado leyes que exigen que toda la ropa de cama, incluidos los artículos de espuma viscoelástica, sea resistente a la ignición por una llama abierta, como una vela o un encendedor. Las leyes sobre ropa de cama de EE. UU. que entraron en vigor en 2010 modifican el Boletín Cal-117 para las pruebas de resistencia al fuego. [15]
Existe la preocupación de que los altos niveles de PBDE , un retardante de fuego que se usa comúnmente en la espuma viscoelástica, podrían causar problemas de salud a algunos usuarios. [16] Los PBDE ya no se usan en la mayoría de las espumas de cama, especialmente en la Unión Europea.
Los fabricantes advierten sobre el riesgo de dejar a bebés y niños pequeños sin supervisión en colchones de espuma viscoelástica, ya que les puede resultar difícil darse vuelta y pueden asfixiarse. [13]
La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos publicó dos documentos que proponen Estándares Nacionales de Emisiones para Contaminantes Atmosféricos Peligrosos (HAP) en relación con las emisiones peligrosas producidas durante la fabricación de productos de espuma de poliuretano flexible. [17] Las emisiones de HAP asociadas con la producción de espuma de poliuretano incluyen cloruro de metileno , diisocianato de tolueno , metilcloroformo , diisocianato de metileno difenilo , óxido de propileno , dietanolamina , metiletilcetona , metanol y tolueno . Sin embargo, no todas las emisiones químicas asociadas con la producción de estos materiales han sido clasificadas. El cloruro de metileno representa más del 98 por ciento de las emisiones totales de HAP de esta industria. La exposición a corto plazo a altas concentraciones de cloruro de metileno también irrita la nariz y la garganta. Los efectos de la exposición crónica (a largo plazo) al cloruro de metileno en humanos involucran el sistema nervioso central e incluyen dolores de cabeza, mareos, náuseas y pérdida de memoria. Los estudios en animales indican que la inhalación de cloruro de metileno afecta el hígado, los riñones y el sistema cardiovascular. No se han informado efectos del cloruro de metileno sobre el desarrollo o la reproducción en humanos, pero estudios limitados en animales han informado de menores pesos corporales fetales en ratas expuestas. [18]