🧪 Espumas aislantes sin productos tóxicos
Las espumas de poliuretano se utilizan ampliamente para aislar edificios, fabricar colchones o proteger objetos durante el transporte. Su estructura ligera y llena de pequeñas burbujas les confiere excelentes propiedades aislantes. Para fabricarlas, la industria suele utilizar dos ingredientes principales: un poliol y un poliisocianato.
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Cuando estas dos sustancias reaccionan, forman una red sólida de moléculas que constituye el esqueleto de la espuma. Al mismo tiempo, los isocianatos también reaccionan con el agua y producen dióxido de carbono. Este gas crea las burbujas que hacen que el material se expanda mientras el polímero se solidifica.
Los isocianatos, por tanto, desempeñan dos funciones esenciales: participan en la formación del material sólido y producen parte del gas que crea la espuma. Pero estos compuestos también son conocidos por su toxicidad antes de haber reaccionado, especialmente para la piel y las vías respiratorias. Por ello, su uso está cada vez más regulado.
Para encontrar una alternativa, investigadores del Instituto Charles Sadron (CNRS), en colaboración con la empresa SOPREMA, han estudiado otra reacción química llamada reacción de aza-Michael. Esta se basa en la reacción entre dos tipos de moléculas, una amina y un acrilato.
Estos dos líquidos reaccionan fácilmente entre sí, sin disolvente ni catalizador. Su reacción forma progresivamente una red sólida de polímeros, comparable en su función a la de las espumas de poliuretano. La ventaja es que no se necesita ningún isocianato.
Sin embargo, esta reacción no produce dióxido de carbono. Para formar las burbujas características de una espuma, los investigadores utilizan por tanto un agente expansor llamado ciclopentano. Bajo el efecto del calor de la reacción química, este compuesto se evapora y crea las cavidades en el material.
Todo el desafío consiste entonces en sincronizar dos fenómenos. La reacción química debe liberar suficiente calor para evaporar el agente expansor, pero no demasiado rápido, para que la estructura tenga tiempo de solidificarse y atrapar las burbujas.
Para resolver este problema, los investigadores han ideado una fabricación en dos etapas. Comienzan con una pre-reacción con un exceso de amina. Esta etapa permite controlar mejor la viscosidad de la mezcla, la velocidad de reacción y el calor producido.
Ajustando esta primera etapa, el equipo logró fabricar una espuma rígida capaz de recuperar hasta el 95 % de su altura después de haber sido fuertemente comprimida. La estructura obtenida presenta mayoritariamente células abiertas.
Las prestaciones aislantes siguen siendo un poco inferiores a las de las mejores espumas comerciales. Pero los investigadores estiman que una optimización de la estructura interna y de los agentes expansores podría mejorar estos resultados.
Este enfoque demuestra que es posible fabricar espumas poliméricas rígidas sin utilizar isocianatos. A largo plazo, podría permitir producir materiales aislantes más seguros para la salud y más duraderos.