Aplicaciones insólitas de las espumas poliméricas

La mayor parte de las espumas poliméricas se utilizan en los campos que sacan partido de su capacidad aislante, en el caso de las rígidas, o de absorción de solicitaciones en el de las flexibles. Así, los contenedores fijos y móviles de productos refrigerados y la construcción sandwich o el respaldo de moquetas, calzado y juntas absorben la mayor parte de la producción. Pero existen otros campos de aplicación en que las espumas tienen funciones totalmente distintas.

En el nº 29 de Plásticos Universales presentamos un amplio informe sobre la fabricación de plásticos celulares, enfocado básicamente a las espumas de más amplio uso industrial como son las de PUR, PVC, EPS y otras, sus procesos de transformación y equipos, y sus principales aplicaciones.

En esta ocasión preferimos proponer unas cuantas ideas sobre aplicaciones o espumas que no tienen un uso tan universal. Las menos conocidas industrialmente son las espumas sintácticas, nombre que las diferencia de las sintéticas en tanto que sus cavidades no se forman por generación de gas dentro del polímero, sino por la incorporación a su masa de microesferas huecas de distintos materiales. Las más frecuentes son las de vidrio o resina fenólica, pero existen también metálicas, de carbono y otras que confieren características especiales al conjunto.

Protección contra el fuego mediante espumas sintácticas

Una de sus aplicaciones es la fabricación de materiales ablativos. Se entiende por tales aquellos que necesitan un aporte de calor para continuar su combustión. La carrera espacial ha generado un considerable desarrollo técnico de estos materiales usados como recubrimiento en misiles balísticos, que deben conservar temperaturas límite en su interior durante el reingreso en la atmósfera. Al entrar en ignición la capa externa por rozamiento solicitan calor para continuarla, con lo que se convierten en la protección deseada.

Esta aplicación militar se ha trasladado al campo civil para la protección térmica de, por ejemplo, tuberías que transportan materiales peligrosos en caso de incendio de los locales en que estén instaladas. Aerospatiale ofrece materiales de este tipo en que está calculado un tiempo de protección en función del espesor y material del recubrimiento, suficiente para tomar las medidas necesarias para evitar los riesgos derivados del siniestro.

Las espumas sintácticas bajo el mar

Su elevadísima resistencia a la compresión hace que estos materiales se utilizan ampliamente en la construcción de elementos destinados a la inmersión profunda, como elementos de submarinos, boyas, aparatos para rescate submarino y equipo para reflotar barcos hundidos.

Una de las más interesantes, aún en sus inicios, es la minería submarina. Es sabido que muchos materiales estratégicos, como el cobalto, se encuentran en los grandes fondos oceánicos en forma de glóbulos. El gobierno francés ha patrocinado la construcción de una lanzadera no tripulada de 5 m de eslora con una capacidad de carga de 250 T que ha hecho varios cientos de inmersiones en el Pacífico a profundidades de 6.000 m, con lo que soporta presiones de hasta 60 bar. El cuerpo de la lanzadera se construyó en 20 secciones de espuma sintáctica encoladas a un bastidor metálico y está en construcción una lanzadera capaz de cargar 1.000 T usando el mismo diseño.


Figura 1 Las espumas integrales permiten la fabricación de piezas muy complejas, como como esta carcasa para la conducción de aire acondicionado para camión, en que aportan una rigidez estructural suficiente y el necesario aislamiento térmico, todo con el mismo material.

La industria petrolífera ha utilizado estas espumas para construir elementos flotadores para tubos para la exploración petrolífera a profundidades de 450 m en el Mar del Norte, sistema que se usa también en el Mediterráneo. Pero uno de los proyectos más ambiciosos en que se utilizan es en un sistema de conversión de energía térmica oceánica patrocinado por el Departamento US de energía, constituído por un manguito de flotación de Ø5,5 x3 m que pesa 23 T y proporciona una flotación de 32 T, que recubre tubos de agua fría y que ha sido ensayado en Hawaii a profundidades de 915 m.

Las espumas epoxi

En los primeros diseños de palas para aerogeneradores de gran tamaño se utilizaban espumas sintácticas de matriz epoxi para rellenar los huecos entre el núcleo sandwich y garantizar su asociación con las facies composite. Sin embargo, su elevada densidad, que para que sean materiales de colada suele exceder los 600 kg/m³, hizo buscar otras soluciones para aplicaciones de este tipo.

La proscripción de los CFC’s hace necesario incorporar como espumantes a la resina epoxi, normalmente sistemas epoxi-amina, materiales que se descompongan dando nitrógeno a temperaturas del orden de 70º C, como sulfonil-hidracida o 2,2’-azobis(isobutironitrilo) o, más recientemente, un siloxano hidrógeno-activo. Reacciona con la amina produciendo hidrógeno como gas espumante y es posible emplear en lugar de aminas otros endurecedores como alcoholes, fenoles, mercaptanos y ácidos carboxílicos que reaccionan también con el siloxano.

El problema de estas espumas, las más resistentes a compresión después de las sintácticas, es su capacidad aislante térmica que dificulta la evacuación del calor de reacción del centro del espumado, lo que proscribe su empleo en grandes masas. Sin embargo, para suplir a las espumas sintácticas en la aplicación citada antes, permite obtener importantes ahorros de peso, tiempo y coste

Actualmente, la fabricación de las palas de rotor se hace en tres etapas en lugar de las 5 antes necesarias; se aplica gel coat al molde, se colocan dentro del mismo las barras de soporte y el material de núcleo y los materiales de refuerzo exterior. Al inyectar la epoxi con agente espumante, solidariza el conjunto impregnando el refuerzo y rellenando las eventuales diferencias de espesor.

El proceso se utiliza en la fabricación de spoilers de automóvil o planchas de wind-surfing, en que se ha obtenido una reducción de peso de 22 a 12 kg en las planchas estándar conservando la misma rigidez.

Las despreciadas espumas de urea-formaldehído

Las espumas de PUR desplazaron a las de UF en toda Europa Occidental como aislamiento, donde llegaron a estar prohibidas, en tanto que, como indicábamos en el Informe citado, en Europa Oriental se consideró un material de bajo coste, energéticamente económico y ambientalmente inocuo y se continuaron utilizando con profusión. Para demostrar su falta de toxicidad se efectuó un ensayo un tanto brutal; se alimentó a un grupo de perros de ensayo durante 14 años con unos 12 kg de espuma UF mezclada con su pienso seco. A la autopsia después de muerte por causas naturales no se encontró ningún indicio de ataque o cambio en sus órganos internos.

Sin embargo, no son sus propiedades o aplicaciones en aislamiento sino otras las que conciernen a este artículo. Por ejemplo, la minería ha hecho uso de estos materiales fácilmente espumables in situ (1/5 de m³/minuto) para rellenar sin problemas cavidades, eliminando el riesgo de acumulación de metano y el desprendimiento de carbón o piedras.

En agricultura se utiliza como acondicionador de suelos y para cultivos sin tierra, por ejemplo en zonas desérticas donde la erosión ha eliminado el suelo vegetal y su utilidad se extiende a la obtención de abonos con un contenido de nitrógeno del 15,33% mediante su mezcla y fermentación con los desperdicios de granja avícola.

Su gran capacidad de absorción de aceites se ha utilizado para eliminar manchas grasas o de fuel tanto en pisos de fábricas o carreteras como en aguas contaminadas de ríos o mar. Una plancha extendida sobre la mancha recoge la grasa como si fuera una red. Esta cualidad se emplea también para la separación previa de las grasas en el tratamiento de efluentes. Otro uso es la recuperación de disolventes usados en el lavado en seco de textiles, en que la espuma se encarga de separar y absorber las impurezas del disolvente..


Figura 2 Las combinaciones de espuma hacen posible la creación de diseños avanzados que unen a la comodidad la calidad estructural y excelente transición de caracterí,sticas mecánicas de los elastómeros semirígidos para los elementos de soporte.

Pero su uso menos conocido es en la medicina. Se aprovecha su esterilidad y compatibilidad con la piel para varios usos, entre ellos para el tratamiento con apósitos sobre quemaduras y heridas. Su principal ventaja es el libre acceso de aire a la herida y el drenaje por absorción del exudado. Naturalmente, se utiliza en una formulación sin formaldehído libre, obtenida mediante precursores modificados.

Aunque estas espumas pertenecen al grupo de los plásticos biodegradables y se conocen desde hace más de cincuenta años, la disponibilidad de los PUR y EPS, que la han relegado a un segundo término en nuestro panorama industrial, hace que se desconozcan muchas de sus características y ventajas de aplicación.

Espumas de alto valor

En contraste con las anteriores, las espumas producidas a partir de fluoropolímeros son las más costosas y dedicadas a aplicaciones de alto valor añadido. Nuestros montañeros se sorprenderán al saber que su apreciado Gore-Tex, usado en tiendas de campaña, ropas y botas transpirables pero resistentes a la humedad, no es otra cosa que una espuma plástica en matriz tridimensional constituida por nódulos interconectados por fibrilos de PTFE que tiene células abiertas contiguas distribuidas regularmente en toda la estructura.

El mismo material, pero metalizado, se convierte en catalítico y tiene aplicaciones de mayor valor, como la ropa protectora contra gases utilizada en la guerra del Golfo, ropa conductora, filtros conductores o para la extracción de NO y SO.

Otras espumas de fluoropolímeros constituyen los perfiles de sellado de puertas de aviones o los cables coaxiales utilizados en la industria espacial.

Espumas deportivas

Independientemente de la aplicación de las espumas de poliolefina en coquillas para aislamiento de tubería, su uso industrial se inició en el Japón para aplicaciones en el automóvil pero la introducción en Europa de las de PE reticulado se ha hecho en el campo de los deportes acuáticos.

Su suavidad y flexibilidad se aprovechan en una amplia variedad de equipos como chalecos salvavidas, cinturones de esquí acuático y otras, como el recubrimiento del agua de las piscinas con una lámina de espuma azul que conserva energía y agua. También se utiliza en gimnasia, pistas de atletismo y en otras aplicaciones menos conocidas, como los toboganes de superficie blanda húmeda de los parques acuáticos. Introducidos desde Italia como piste morbide, se fabrican termosoldando a la superficie de la lámina un tejido de vidrio que servirá de soporte para una superficie de elastómero de poliuretano de colada, estando el conjunto fijado a la base de hormigón o composite mediante un adhesivo adecuado.

Naturalmente, sus características les proporcionan otras aplicaciones en mobiliario, calzado, juguetería o embalaje reutilizable que capitalizan su capacidad de absorción de energía.

Conclusión

Sin pretender ser exhaustivos, se ofrecen unos cuantos ejemplos de aplicaciones de las espumas que trascienden del concepto habitual de aplicación de estos materiales. Nuevamente constituyen una confirmación de que sin los materiales poliméricos, en una presentación u otra, espumados o no, no sería posible nuestro actual nivel de vida, ni siquiera nuestra expectativa de vida, salud y esparcimiento.

Resulta impresionante la cantidad de aplicaciones médicas de nuestros materiales -y un día volveremos sobre ello- en los campos más avanzados de la cirugía cardiaca, trasplantes, reconstitución ósea, de tejidos y piel, y otras muchas, que hacen más lamentable que unos políticos desinformados intentan barrer de un plumazo materiales tan valiosos como el PVC.