Analysis of the composition-structure-properties relationship of open-cell polyolefin-based foams with tailored levels of gas-phase tortuosity

Abstract

El consumo de plásticos ha ido incrementándose sucesivamente durante los últimos años. De acuerdo a los datos publicados por PlasticsEurope (PEMRG), la producción de plástico ha aumentado desde los 322 millones hasta los 335 millones de toneladas en tan solo un año (desde 2015 a 2016) y en Europa concretamente, la producción se ha incrementado en un 3.45%. Sin embargo, las políticas orquestadas de los estamentos europeos se dirigen hacia una restricción considerable del consumo de plásticos. Un ejemplo concluyente es la próxima prohibición de utensilios plástico de un solo uso, tales como cubertería, platos o los bastoncillos para los oídos. Los polímeros celulares se encuentran dentro de las soluciones potenciales para limitar o reducir el consumo de plástico. Los polímeros celulares (también llamados espumas poliméricas) son materiales bifásicos, en los que una fase gaseosa se ha dispersado en una fase sólida, la matriz polimérica. Ofrecen una amplia versatilidad gracias a sus propiedades, que se pueden controlar variando la matriz polimérica, la densidad y el grado de interconectividad de la estructura celular. Gracias a este amplio abanico de propiedades de los polímeros celulares, el rango de aplicaciones en donde se encuentran presentes este tipo de materiales es muy variado. Las espumas de poliuretano (PU) constituyen uno de los grupos más importantes dentro del campo de los polímeros celulares. Son materiales muy versátiles y dependiendo del tipo de espuma, pueden ser utilizadas en un amplio rango de aplicaciones. Las espumas de PU pueden ser clasificadas de acuerdo a diferentes criterios. Uno de ellos es la rigidez de la matriz polimérica, y en función de este parámetro las espumas de PU pueden dividirse en rígidas o flexibles. Según los datos mostrados en el informe sobre el mercado global de PU, más de un 50% del mercado del PU es dominado por las espumas flexibles de celda abierta. Gracias a las excelentes propiedades viscoelásticas de estas espumas y la alta interconectividad de la estructura celular, estos materiales de celda abierta son empleados para aplicaciones relacionadas con el confort, tales como colchones, asientos, reposacabezas o reposabrazos. Además, es importante destacar que son muy interesantes para aplicaciones tales como absorción acústica o la absorción de líquidos. Las propiedades que presentan estos materiales les convierten en la única opción disponible en el mercado. Sin embargo, las espumas de PU presentan una serie de desventajas, que podrían limitar o reducir su uso a corto plazo, por lo que la busqueda de potenciales alternativas a las espumas flexibles de PU comienza a ser indispensable. Las poliolefinas (PO) han emergido en los últimos años como materias primas interesantes en la fabricación de espumas de celda abierta. Las poliolefinas son los polímeros resultantes de la polimerización de olefinas. Polímeros tan ampliamente estudiados y empleados como el polietileno (PE), el polipropileno (PP), los copolímeros de etileno y acetato de vinilo (EVA) o los copolímeros de etileno y acrilato de butilo (EBA) pertenecen a este grupo. PE, EVA y EBA presentan propiedades muy interesantes tales como flexibilidad, resistencia química o hidrofobicidad. Considerando la rápida recuperación de las espumas flexibles de celda abierta de PU, la flexibilidad de la matriz polimérica se antoja como un factor clave, y por tanto se requieren polímeros flexibles para la posible sustitución de estos materiales. En comparación con el poliuretano, los análisis toxicológicos de poliolefinas no han arrojado ningún dato alarmante para la salud pública. Además, éstas liberan pocos volátiles a temperatura ambiente. Por ello, la investigación enmarcada en esta tesis tiene como uno de sus objetivos desarrollar nuevos materiales de baja densidad y celda abierta basados en poliolefinas dirigidos a reproducir las propiedades presentes en las espumas flexibles de celda abierta de PU.