Agente espumante

Un agente de soplado es una sustancia capaz de producir una estructura celular a través de un proceso de formación de espuma en una variedad de materiales que experimentan endurecimiento o transición de fase , como polímeros , plásticos y metales . ^[1] Por lo general, se aplican cuando el material soplado está en estado líquido . La estructura celular en una matriz reduce la densidad, lo que aumenta el aislamiento térmico y acústico, al tiempo que aumenta la rigidez relativa del polímero original.

Los agentes de expansión (también conocidos como 'neumatógenos') o mecanismos relacionados para crear agujeros en una matriz produciendo materiales celulares, se han clasificado de la siguiente manera:

• Los agentes espumantes físicos incluyen los CFC (sin embargo, estos son agotadores de la capa de ozono, prohibidos por el Protocolo de Montreal de 1987), los HCFC (reemplazaron a los CFC, pero aún son agotadores de la capa de ozono, por lo que se están eliminando gradualmente), los hidrocarburos (por ejemplo, pentano , isopentano , ciclopentano ) y el CO ₂ líquido . El proceso de creación de burbujas/espuma es irreversible y endotérmico, es decir, necesita calor (por ejemplo, de un proceso de fusión o la exotermia química debido a la reticulación) para volatilizar un agente espumante líquido. Sin embargo, en el proceso de enfriamiento, el agente espumante se condensará, lo que es un proceso reversible. ^{[2] [3]}
• Los agentes de soplado químicos incluyen isocianato y agua para poliuretano , azodicarbonamida para vinilo, hidrazina y otros materiales a base de nitrógeno para espumas termoplásticas y elastoméricas, y bicarbonato de sodio para espumas termoplásticas. Los productos gaseosos y otros subproductos se forman por una reacción química del agente de soplado químico, promovida por el calor del proceso de producción de espuma o el calor exotérmico de un polímero que reacciona . Dado que la reacción de soplado ocurre formando compuestos de bajo peso molecular que actúan como gas de soplado, también se libera calor exotérmico adicional. El hidruro de titanio en polvo se utiliza como agente espumante en la producción de espumas metálicas , ya que se descompone para formar gas hidrógeno y titanio a temperaturas elevadas. ^[4] El hidruro de circonio (II) se utiliza para el mismo propósito. Una vez formados, los compuestos de bajo peso molecular nunca volverán al agente de soplado original; la reacción es irreversible.
• Los agentes de soplado físico-químicos mixtos se utilizan para producir espumas de PU flexibles con densidades muy bajas. Aquí, tanto el soplado químico como el físico se utilizan en tándem para equilibrarse entre sí con respecto a la energía térmica liberada y absorbida, minimizando el aumento de temperatura. De lo contrario, el calor exotérmico excesivo debido a la alta carga de un agente de soplado físico puede causar la degradación térmica de un material termoendurecible o de poliuretano en desarrollo. Por ejemplo, para evitar esto en los sistemas de poliuretano, se utilizan isocianato y agua (que reaccionan para formar dióxido de carbono ) en combinación con dióxido de carbono líquido (que hierve para dar forma gaseosa) en la producción de espumas de PU flexibles de densidad muy baja para colchones. ^[5]
• Las espumas y espumas fabricadas mecánicamente implican métodos de introducción de burbujas en matrices líquidas polimerizables (por ejemplo, un elastómero no vulcanizado en forma de látex líquido). Los métodos incluyen la incorporación de aire u otros gases o líquidos volátiles de bajo punto de ebullición en redes de baja viscosidad, o la inyección de un gas en un barril de extrusor o una matriz, o en barriles o boquillas de moldeo por inyección y permitir que la acción de corte/mezcla del tornillo disperse el gas de manera uniforme para formar burbujas muy finas o una solución de gas en la masa fundida. Cuando la masa fundida se moldea o se extruye y la pieza está a presión atmosférica, el gas sale de la solución expandiendo la masa fundida de polímero inmediatamente antes de la solidificación. La formación de espuma (similar a batir claras de huevo para hacer un merengue ) también se utiliza para estabilizar los reactivos líquidos espumados, por ejemplo, para evitar que se desplomen en las paredes verticales antes del curado (es decir, evitar que la espuma colapse y se deslice por una cara vertical debido a la gravedad).
• Rellenos solubles, por ejemplo, cristales de cloruro de sodio sólido mezclados en un sistema de uretano líquido, que luego se moldea en una pieza de polímero sólido, el cloruro de sodio se lava posteriormente sumergiendo la pieza moldeada sólida en agua durante algún tiempo, para dejar pequeños agujeros interconectados en productos de polímero de densidad relativamente alta (por ejemplo, materiales de cuero sintético Porvair para la parte superior del calzado).
• Las esferas huecas y las partículas porosas (por ejemplo, carcasas/esferas de vidrio, carcasas de epóxido, carcasas de PVDC, cenizas volantes , vermiculita y otros materiales reticulados) se mezclan y dispersan en los reactivos líquidos, que luego toman forma de una pieza de polímero sólida que contiene una red de huecos.
• El agente de expansión puede afectar las propiedades físicas y mecánicas del caucho natural.

Referencias

1. Wypych, George (2017). Manual de agentes espumantes y expansores. Toronto. ISBN 978-1-927885-18-5.OCLC 963394095  .{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace )
2. "Agente espumante: una descripción general".
3. Kumaran, MK; Bomberg, MT; Marchand, RG; Ascough, MR; Creazzo, JA (octubre de 1989). "Un método para evaluar el efecto de la condensación del agente de soplado en espumas de poliuretano pulverizadas". Journal of Thermal Insulation . 13 (2): 123–137. doi :10.1177/109719638901300207. ISSN  0148-8287. S2CID  110851023.
4. Banhart, John (2000). "Rutas de fabricación de espumas metálicas". JOM . 52 (12). Minerals, Metals & Materials Society: 22–27. Bibcode :2000JOM....52l..22B. doi :10.1007/s11837-000-0062-8. S2CID  137735453. Archivado desde el original el 2012-01-01 . Consultado el 20 de enero de 2012 .
5. "La tecnología CarDio CO2 avanza a pasos agigantados". Archivado desde el original el 7 de mayo de 2006. Consultado el 20 de enero de 2012 .