Látex de espuma

Imagen de las burbujas en un plástico espumado.

La espuma de látex o goma espuma de látex es una forma liviana de látex que contiene burbujas conocidas como células, creadas a partir de látex líquido . La espuma se crea generalmente mediante el proceso de Dunlop o Talalay en el que se hace espuma con un látex líquido y luego se cura en un molde para extraer la espuma. ^[1]

Las mejoras estructurales se aplican a una espuma eligiendo diferentes polímeros utilizados para la espuma o mediante el uso de rellenos en la espuma. Históricamente, el látex de caucho natural se utiliza para la espuma, pero un competidor comercial similar es el látex de estireno-butadieno, que está especialmente diseñado para su uso en espumas de látex. ^[2] Los rellenos minerales también pueden usarse para mejorar propiedades como estabilidad, soporte de carga o resistencia al fuego, pero estos rellenos a menudo tienen el costo de reducir la resistencia a la tracción y la extensión a la rotura, que generalmente son propiedades deseables en el producto. ^[3]

La espuma de látex tiene propiedades de absorción de energía, conductividad térmica y compresión que la hacen adecuada para muchas aplicaciones comerciales como tapicería, insonorización, ^[4] aislamiento térmico (especialmente en la construcción) y transporte de mercancías. ^{[5] [6]}

El látex de espuma también se usa en máscaras y prótesis faciales para cambiar la apariencia externa de una persona. El mago de Oz fue una de las primeras películas en hacer un uso extensivo de las prótesis de látex de espuma en la década de 1930. ^[7] Desde entonces, ha sido un elemento básico de las producciones cinematográficas, televisivas y teatrales, además de utilizarse en varios otros campos.

Los plásticos de un solo uso y las espumas poliméricas a menudo se eliminan en vertederos, y existe una preocupación creciente sobre la cantidad de espacio que ocupan estos desechos. ^[8] En un esfuerzo por hacer que las espumas sean más respetuosas con el medio ambiente, se están investigando los rellenos que pueden lograr las mismas mejoras que los minerales y, al mismo tiempo, aumentar la biodegradabilidad del producto. Ejemplos de tales cargas incluyen polvos de cáscara de huevo ^[9] y polvos de cáscara de arroz. ^[8]

Estructura

La espuma de látex es una forma de látex que es liviana y expandida. Las burbujas de aire celular se crean dentro del látex líquido y se pueden moldear en diferentes formas y tamaños. La extensión de la espuma se define por la cantidad de aire dentro de estas celdas. ^[5] Las espumas de menor densidad y más extendidas tienden a tener celdas que son más poliédricas , mientras que las espumas menos extendidas tienden a tener celdas más esféricas. ^[10]

Si bien se puede medir la densidad de la espuma ( ), una propiedad más importante es la densidad relativa de la espuma a la densidad de la base de látex original ( ). Esto se expresa como . Las espumas poliméricas también tendrán una relación de celdas cerradas a celdas abiertas (burbujas de aire que se han abierto de par en par), que se puede medir a través de la permeabilidad al agua de la espuma. ^[10]${\displaystyle \rho _{f}}$${\displaystyle \rho _{s}}$${\displaystyle \phi ={\dfrac {\rho _{f}}{\rho _{s}}}}$

Creación

Para crear espuma de látex, se mezcla una base de látex líquido con varios aditivos y se bate para formar una espuma , luego se vierte o se inyecta en un molde y se hornea en un horno para curar. Los componentes principales del látex de espuma son la base de látex, un agente espumante (para ayudar a que se convierta en espuma), un agente gelificante (para convertir la espuma líquida en un gel) y un agente de curado (para convertir el látex de espuma gelificado en un sólido cuando se hornea). También se pueden agregar varios aditivos adicionales dependiendo del uso requerido de la espuma. ^[11]

Proceso Dunlop

El proceso Dunlop se puede realizar por lotes y de forma continua. La siguiente es una descripción del proceso por lotes. ^[1]

1. Se preparan diferentes ingredientes para la espuma de látex, incluida la elección de látex líquido, agentes de composición y estabilizadores, que se preparan para su uso.
2. El látex líquido demoniado se mezcla con estabilizador y otros ingredientes, ya sea como dispersiones o emulsiones dependiendo de la solubilidad en agua.
3. El compuesto se agita suavemente y se deja mezclar. En este punto, se pueden agregar rellenos. El compuesto se puede dejar madurar durante 24 horas.
4. Un mezclador Hobart bate el compuesto para hacer que forme espuma, incorporando burbujas de diferentes tamaños y permitiendo que se expanda al tamaño deseado.
5. La velocidad de batido se reduce y las burbujas adquieren un tamaño más regular. Ahora se puede agregar un estabilizador de espuma.
6. A continuación, se puede agregar un agente gelificante y luego se vierte el compuesto en un molde donde se deja gelificar y curar con el tiempo.

La uniformidad es una propiedad muy buscada comercialmente, y realizar el proceso Dunlop de manera continua en lugar de por lotes ayuda a aumentar la uniformidad de las espumas producidas. Otras ventajas del proceso continuo es la reducción del costo de mano de obra y la reducción del producto de desecho del molde. El proceso continuo incluye el uso de una máquina con diferentes cámaras para la creación y espumación de la mezcla, adición de masillas, moldeado y curado. ^[1]

Proceso Talalay

1. Se preparan diferentes ingredientes para la espuma de látex, incluida la elección de látex líquido, agentes de composición y estabilizadores, que se preparan para su uso.
2. El látex líquido demoniado se mezcla con estabilizador y otros ingredientes, ya sea como dispersiones o emulsiones dependiendo de la solubilidad en agua.
3. El compuesto se agita suavemente y se deja mezclar. En este punto, se pueden agregar rellenos. El compuesto se puede dejar madurar durante 24 horas.
4. A través de la descomposición del peróxido de hidrógeno por la levadura, se crean burbujas que provocan la formación de espuma del compuesto dentro del molde especializado.
5. Se aplica vacío al molde para promover la expansión.
6. Luego, el compuesto se congela rápidamente para crear burbujas de aire.
7. Finalmente, se deja curar el compuesto y se retira del molde. ^[12]

El desuso de un agente gelificante en lugar de dióxido de carbono hace que el proceso sea más respetuoso con el medio ambiente, pero el proceso Talalay todavía no se utiliza ampliamente para espumas de látex especializadas industrialmente. ^[12]

Propiedades

Expansión y densidad

En general, las espumas de látex tienen una densidad más baja que el polímero original del que están hechas. Esta densidad se puede medir con regularidad midiendo el volumen y la masa del material. Para una medición de volumen de espuma de forma irregular, las piezas de espuma se pueden recubrir con cera e insertar en un volumen conocido de agua para medir el cambio de volumen en el recipiente. El propósito de la cera es evitar que el agua penetre en la espuma, lo que puede conducir a un volumen percibido más bajo (y como resultado a una densidad percibida más alta) si no se tiene en cuenta. La densidad de una espuma disminuye a medida que aumenta la expansión de la espuma. La expansión, a su vez, se relaciona con la cantidad de aire dentro de las celdas de la espuma. Cuanto más aire haya dentro de las células, mayor será la expansión. ^[5]

Esquema de una curva de tensión-deformación habitual para una espuma de látex. La región 1 muestra un aumento del estrés de Hookian. La región 2 muestra la meseta aplastante. La región 3 muestra densificación.

Compresión

Las espumas de látex muestran una curva de tensión-deformación con tres regiones cuando se comprimen. Esto se relaciona con la fuerza resistiva expresada por la espuma cuando se le aplica una carga o fuerza. La forma de las diferentes regiones de la curva reflejará alguna cualidad importante de la espuma relacionada con la tensión de compresión o relajación y el comportamiento de deformación del material. ^[5]

Primero, la espuma mostrará un aumento lineal de tensión de Hookian . Esto sucede porque el gas contenido en las celdas de espuma se comprime y las paredes de las celdas mantienen su estructura. En la segunda región, las paredes celulares se aplastan y no se experimenta estrés adicional, por lo que el estrés se estabiliza. En la tercera región, la espuma aumenta de densidad a medida que el material de la pared celular triturada se comprime en sí mismo. Esto conduce a un fuerte aumento de la tensión en la región de densificación. ^[13]

Resistencia a la fatiga dinámica

En relación con la longevidad del material, la resistencia a la fatiga dinámica se prueba comprimiendo recursivamente una espuma y dejándola relajarse. La resistencia de la espuma a la fatiga dinámica se puede medir observando visualmente la estructura de las celdas para notar qué proporción de las paredes de las celdas se han roto o roto, o midiendo el cambio en las propiedades físicas como el grosor del material. ^[5]

Conductividad térmica

La baja conductividad térmica de las espumas de látex se ve afectada por cuatro factores: conducción de calor del polímero, conducción de calor del gas dentro de las burbujas de aire, convección del gas dentro de las celdas (menos importante para las celdas de tamaño pequeño a mediano) y radiación a través del espuma. ^[13]

Hay varias formas en que la conductividad puede verse afectada por estos factores:

1. temperatura más baja para reducir la radiación de calor;
2. disminuir el tamaño de la celda para disminuir la convección y la radiación (debido a más reflejos dentro de las paredes de la celda);
3. disminuir la densidad de la espuma para disminuir la conducción a través del polímero sólido;
4. reemplace el aire por un gas menos conductor dentro de las celdas. ^[13]

Absorción de energía

La absorción de energía es una cualidad particularmente importante de la espuma de látex.

La mayor parte de la absorción de energía se produce en la primera y segunda regiones de la curva de deformación-tensión. En polímeros menos elastoméricos , las paredes de las células son más frágiles y, por lo tanto, pueden aplastarse más fácilmente. En este caso, la mayor parte de la absorción se produce en la segunda región de la curva provocada por la deformación y el aplastamiento de las paredes celulares. Esto significa que cada célula solo puede contribuir una vez a dicha absorción (es decir, las células se trituran y, por lo tanto, se agotan). ^[13]

Para un polímero más elastomérico, las paredes de la celda son más flexibles y pueden soportar más impacto. En este caso, la pared de la celda puede doblarse y la celda se aprieta, pero la celda finalmente volverá a su forma original. Por tanto, la mayor parte de la absorción de energía se produce en la primera región del gráfico tensión-deformación. La espuma también puede soportar más casos de impacto ya que las células no se agotan tan fácilmente. Esta es una mejora ambiental significativa. ^[13]

Clasificación y aditivos

Elección de polímero

Opciones de polímeros tradicionales

Polímero de poliisopreno, el componente principal del látex de caucho natural generalmente extraído de Hevea brasiliensis. ^[14]

Históricamente, se utilizó látex de caucho natural y las espumas se produjeron mediante los procesos de Dunlop. El látex de caucho de estireno-butadieno saltó a la fama una vez que los concentrados con alto contenido de sólidos, que fueron diseñados específicamente para la formación de espuma, comenzaron a venderse en el mercado. Las propiedades de este polímero eran bastante similares al látex de caucho natural, por lo que la competencia entre las dos opciones aquí es principalmente económica. ^[2]

Opciones de polímeros para la variación de propiedades

Se eligieron otros tipos de polímeros por sus propiedades y cómo afectan a su vez a las propiedades de la espuma. Por ejemplo, la goma espuma de policloropreno es más difícil de quemar y proporciona una alternativa menos inflamable a la espuma de látex tradicional. El caucho de espuma de acrilonitrilo-butadieno látex es resistente al hinchamiento en aceites de hidrocarburos. ^[2]

Rellenos

Rellenos estructurales

Estos son rellenos destinados a aumentar la estabilidad y la capacidad de carga del látex de espuma al tiempo que aumentan la expansión y, por lo tanto, reducen el margen de los materiales. Sin embargo, la adición de cargas también afecta las propiedades deseables de la espuma de látex, por ejemplo, al disminuir la extensión en la rotura y la resistencia a las ocurrencias repetidas de tensión y relajación. ^[3]

Se pueden agregar cargas minerales como arcillas de caolinita y carbonatos de calcio durante la fase de batido (en el proceso por lotes) o la fase de mezcla (en el proceso continuo) a la espuma de látex. De manera similar, las micas molidas en húmedo se pueden agregar al látex durante la formación de espuma, y ​​tienden a tener un impacto menor en la resistencia a la tracción y la extensión en la rotura. Sin embargo, las micas tienden a provocar una mayor contracción del producto en la fase de desmoldeo. ^[3]

Retardantes de llama

Dado que las espumas de látex son un peligro de incendio, se están realizando esfuerzos para incorporar rellenos en las espumas para disminuir su inflamabilidad. Tales cargas incluyen hidrocarburos de parafina clorados, trióxido de antimonio , borato de zinc y óxido de aluminio hidratado . ^[15]

Rellenos de origen natural

Cáscara de arroz, un producto de desecho agrícola orgánico del cultivo de arroz. El polvo de cáscara de arroz se puede utilizar como relleno de espuma de látex. (Referencia 6)

Estos son materiales que mejoran las propiedades estructurales de la espuma de látex al mismo tiempo que la hacen más ecológica a través de una mayor biodegradabilidad . Un interés particular es el uso de productos de desecho orgánicos para crear estos rellenos. ^{[8] [9]}

El polvo de cáscara de huevo es un ejemplo de un relleno de este tipo que se puede agregar a la espuma de látex para manipular las propiedades del producto y aumentar su respeto por el medio ambiente. De manera similar a los rellenos minerales, el polvo de cáscara de huevo aumenta la tensión de compresión, la deformación por compresión, la dureza y la densidad de la espuma al tiempo que disminuye la resistencia a la tracción y la extensión a la rotura. Esta carga también disminuye la estabilidad térmica del material producido, pero se descubrió que la adición de resina , otra posible carga orgánica, aumenta la resistencia a la tracción de la espuma polimérica de caucho natural rellena con polvo de cáscara de huevo. ^[9]

Otro relleno propuesto con propiedades similares fue el polvo de cáscara de arroz, que aumenta las propiedades de carga de la espuma al tiempo que disminuye la resistencia a la tracción y la extensión a la rotura. También se descubrió que esto aumentaba la biodegradabilidad de la espuma para mejorar el control de los desechos de estos productos después del consumo. ^[8]

Aplicaciones

Cacahuetes en espuma, una espuma de polímero de un solo uso que se utiliza en el embalaje para reducir el impacto en los artículos enviados.

Transporte

Debido a sus propiedades de absorción de energía, las espumas de látex son útiles para aplicaciones de transporte, como en empaques para disminuir el impacto en el producto enviado o en la tapicería de vehículos . Si bien las espumas de embalaje pueden ser de un solo uso con baja resistencia a la fatiga dinámica, la tapicería tiende a beneficiarse de ser más densa y más resistente a la fatiga, ya que absorbe impactos más bajos, pero necesita hacerlo más repetidamente. ^[6]

Muebles

Las espumas de látex se pueden usar en artículos como ropa de cama, tapicería y almohadas con fines de amortiguación debido a su curva de tensión-deformación expresada cuando se experimenta una carga. ^[6]

Espuma acústica utilizada en insonorización.

Insonorización

Debido a que contienen burbujas de aire, las espumas de látex tienen algunas propiedades de insonorización. En particular, tanto el caucho natural como la espuma de látex de estireno-butadieno resultan buenos para insonorizar, pero las espumas de estireno-butadieno tienden a ser mejores para este propósito. ^[4]

Separación de aceite y agua.

La contaminación por hidrocarburos en los cuerpos de agua es una preocupación ambiental importante. Separar el aceite y el agua es útil tanto para limpiar el agua como para recuperar el aceite. Las espumas de látex son hidrófobas y absorbentes, además de elásticas y reciclables, por lo que se pueden utilizar para absorber el aceite en mezclas agua-aceite para separarlas. ^[dieciséis]

Deportes, artes y recreación

El látex de espuma se usa en máscaras y prótesis faciales para cambiar la apariencia externa de una persona. El mago de Oz fue una de las primeras películas en hacer un uso extensivo de las prótesis de látex de espuma en la década de 1930. ^[17]

La espuma de látex teatral es una espuma de látex especializada que es más suave que la espuma de látex comercial. Se puede usar en diversas artes y oficios, incluidos títeres y disfraces, debido a su capacidad para captar pequeños detalles de la pintura, así como a su fuerza. Miss Piggy, Statler y Waldorf en The Muppet Show de Jim Henson , así como los personajes de la próxima producción de Henson, The Dark Crystal , fueron algunas de las primeras marionetas creadas a partir de espumas de látex utilizadas a gran escala. ^[18]

Artistas como Lordi y GWAR usan disfraces que incluyen este material. ^{[19] [20]}

La espuma de látex también está muy extendida en la fabricación de guantes de portero de fútbol modernos. El material ha demostrado ser la forma más eficaz de permitir a los jugadores agarrar el balón en condiciones de juego mojadas y secas, además de proporcionar propiedades de amortiguación que ayudan a atrapar. Se aplica una variedad de tratamientos a la espuma de látex para producir diferentes tipos de espuma con diferentes propiedades para ayudar al rendimiento. Algunos, por ejemplo, están diseñados para ofrecer un alto nivel de agarre; mientras que otros están diseñados para ofrecer la máxima durabilidad. ^[21]

Referencias

1. Aleros, David (2004). "Proceso Dunlop". Manual de espumas poliméricas . Rapra Technology Limited. Shrewsbury, Reino Unido: Rapra Technology Ltd. ISBN 1-84735-054-2. OCLC  290563345 .
2. Blackley, DC (1997). "Elección de polímero". Látices de polímeros: ciencia y tecnología Volumen 3: Aplicaciones de los látex (Segunda ed.). Dordrecht: Springer Holanda. ISBN 978-94-011-5848-0. OCLC  840311458 .
3. Blackley, DC (1997). "Rellenos y Suavizantes". Látices de polímeros: ciencia y tecnología Volumen 3: Aplicaciones de los látex (Segunda ed.). Dordrecht: Springer Holanda. ISBN 978-94-011-5848-0. OCLC  840311458 .
4. Denisova, LV; Klyuchnikova, NV; Emelyanov, SV (27 de octubre de 2020). "Materiales de insonorización en la construcción mediante composites poliméricos" . Serie de conferencias IOP: Ciencia e ingeniería de materiales . 945 : 012010. doi : 10.1088 / 1757-899x / 945/1/012010 . ISSN 1757-899X . 
5. Blackley, DC (1997). "Propiedades físicas de la goma espuma de látex". Látices de polímeros: ciencia y tecnología Volumen 3: Aplicaciones de los látex (Segunda ed.). Dordrecht: Springer Holanda. ISBN 978-94-011-5848-0. OCLC  840311458 .
6. Aleros, David (2004). "Usos importantes de las espumas poliméricas". Manual de espumas poliméricas . Rapra Technology Limited. Shrewsbury, Reino Unido: Rapra Technology Ltd. ISBN 1-84735-054-2. OCLC  290563345 .
7. Miller, Ron. Efectos especiales: una introducción a la magia de las películas. Libros del siglo XXI, 2006.
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17. Miller, Ron (2006). Efectos especiales: una introducción a la magia del cine . Minneapolis: libros del siglo XXI. ISBN 0-7613-2918-8. OCLC  60419490 .
18. "Marionetas e identidad en mundos virtuales" , Marionetas y ciudades , Bloomsbury Publishing Plc, págs. 141-170, 2019, ISBN 978-1-350-04444-9, consultado el 10 de mayo de 2021
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20. Ahlroth, Jussi (2006). Mie oon Lordi . [Helsinki]: Pub Johnny Kniga. ISBN 951-0-32584-8. OCLC  232965813 .
21. "Guía: todo lo que necesita saber sobre el látex para guantes de portero |" . www.unisportstore.com . Consultado el 23 de mayo de 2021 .