Látex espumado

El látex espumado o caucho espumado de látex es una forma liviana de látex que contiene burbujas conocidas como celdas, creadas a partir de látex líquido . La espuma generalmente se crea a través del proceso Dunlop o Talalay en el que se espuma 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 para la misma o mediante el uso de rellenos. Históricamente, se utiliza látex de caucho natural 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 se pueden utilizar para mejorar propiedades como la estabilidad, la capacidad de carga o la resistencia al fuego, pero estos rellenos suelen tener como consecuencia una menor resistencia a la tracción y una menor extensión en la rotura, que son propiedades generalmente deseables en el producto. ^[3]

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

El látex espumado también se utiliza 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 prótesis de látex espumado en la década de 1930. ^[7] Desde entonces, ha sido un elemento básico de las producciones cinematográficas, televisivas y teatrales, además de su uso en varios otros campos.

Los plásticos de un solo uso y las espumas de polímeros suelen desecharse en vertederos y existe una creciente preocupación por la cantidad de espacio que ocupan estos residuos. ^[8] En un esfuerzo por hacer que las espumas sean más respetuosas con el medio ambiente, se están realizando investigaciones sobre rellenos que puedan lograr las mismas mejoras que los minerales y, al mismo tiempo, aumentar la biodegradabilidad del producto. Algunos ejemplos de dichos rellenos son los polvos de cáscara de huevo ^[9] y los polvos de cáscara de arroz. ^[8]

La espuma de látex es un tipo de látex ligero y expandible. En el interior del látex líquido se crean burbujas de aire celulares que pueden adoptar distintas formas y tamaños. La extensión de la espuma se define por la cantidad de aire que hay dentro de estas celdas. ^[5] Las espumas de menor densidad y más extendidas tienden a tener celdas más poliédricas , mientras que las espumas menos extendidas tienden a tener celdas más esféricas. ^[10]

Si bien la densidad de la espuma ( ) se puede medir, una propiedad más importante es la densidad relativa de la espuma con respecto a la densidad de la base de látex original ( ). Esto se expresa como . Las espumas de polímero también tendrán cierta proporción de celdas cerradas con respecto a celdas abiertas (burbujas de aire que se han abierto), 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}}}}$

Para crear látex de espuma, se mezcla una base de látex líquido con varios aditivos y se bate hasta 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 ayudarlo a batir hasta formar una 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 según el uso requerido de la espuma. ^[11]

El proceso Dunlop se puede realizar en forma discontinua y en forma continua. A continuación se presenta una descripción del proceso discontinuo. ^[1]

1. Se preparan diferentes ingredientes para la espuma de látex, incluida la elección del látex líquido, los agentes de composición y los estabilizadores, y se preparan para su uso.
2. El látex líquido desamoniado se mezcla con estabilizador y otros ingredientes, ya sea como dispersiones o emulsiones dependiendo de la solubilidad en agua.
3. Se revuelve suavemente el compuesto y se deja que se mezcle. En este punto se pueden agregar rellenos. Se puede dejar que el compuesto madure durante 24 horas.
4. Una mezcladora Hobart bate el compuesto para generar espuma, incorporando burbujas de diferentes tamaños y permitiendo que se expanda hasta alcanzar el tamaño deseado.
5. Se reduce la velocidad de batido y las burbujas adquieren un tamaño más regular. Ahora se puede añadir un estabilizador de espuma.
6. A continuación se puede añadir 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 son la reducción del costo de mano de obra y de los desechos del molde. El proceso continuo incluye el uso de una máquina con diferentes cámaras para la creación y formación de espuma de la mezcla, la adición de rellenos y el moldeado y curado. ^[1]

1. Se preparan diferentes ingredientes para la espuma de látex, incluida la elección del látex líquido, los agentes de composición y los estabilizadores, y se preparan para su uso.
2. El látex líquido desamoniado se mezcla con estabilizador y otros ingredientes, ya sea como dispersiones o emulsiones dependiendo de la solubilidad en agua.
3. Se revuelve suavemente el compuesto y se deja que se mezcle. En este punto se pueden agregar rellenos. Se puede dejar que el compuesto madure 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 preferencia al dióxido de carbono hace que el proceso sea más respetuoso con el medio ambiente, pero el proceso Talalay todavía no se utiliza ampliamente a nivel industrial para espumas de látex especializadas. ^[12]

En general, las espumas de látex tienen una densidad menor que el polímero original del que están hechas. Esta densidad se puede medir regularmente midiendo el volumen y la masa del material. Para medir el volumen de una 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 la permeación de agua en la espuma, lo que puede conducir a un menor volumen percibido (y, como resultado, una mayor densidad percibida) 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 celdas, mayor será la expansión. ^[5]

Las espumas de látex presentan 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 el comportamiento de tensión y deformación del material en caso de compresión o relajación. ^[5]

En primer lugar, la espuma muestra un aumento lineal de la tensión según el modelo de Hook . Esto sucede porque el gas contenido en las células de la espuma se comprime y las paredes de las células mantienen su estructura. En la segunda región, las paredes de las células se aplastan y no experimentan ninguna tensión adicional, por lo que la tensión se estabiliza. En la tercera región, la espuma aumenta de densidad a medida que el material de la pared celular aplastado se comprime sobre sí mismo. Esto conduce a un aumento pronunciado de la tensión en la región de densificación. ^[13]

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 paredes celulares se han roto o desgarrado, o midiendo el cambio en las propiedades físicas, como el espesor del material. ^[5]

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 de gas dentro de las celdas (menos importante para celdas de tamaño pequeño a mediano) y radiación a través de la espuma. ^[13]

Hay varias formas en que la conductividad puede verse afectada a través de estos factores:

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

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 región de la curva de deformación-tensión. En polímeros menos elastoméricos , las paredes celulares 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 causada 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 aplastan y, por lo tanto, se agotan). ^[13]

En el caso de un polímero más elastomérico, las paredes celulares son más flexibles y pueden soportar más impactos. En este caso, la pared celular puede doblarse y la célula se comprime, pero la célula acabará recuperando su forma original. Por tanto, la mayor parte de la absorción de energía se produce en la primera región del gráfico de tensión-deformación. La espuma también puede soportar más casos de impacto, ya que las células no se agotan tan fácilmente. Esto supone una mejora medioambiental significativa. ^[13]

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

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

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

Los rellenos minerales como arcillas de caolinita y carbonatos de calcio se pueden agregar durante la fase de batido (en el proceso por lotes) o la fase de mezclado (en el proceso continuo) a la espuma de látex. Las micas molidas en húmedo se pueden agregar de manera similar al látex durante la formación de espuma, y ​​tienden a tener un menor impacto 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]

Dado que las espumas de látex suponen un riesgo de incendio, se están realizando esfuerzos para incorporar rellenos en las espumas para reducir su inflamabilidad. Dichos rellenos incluyen hidrocarburos de parafina clorada, trióxido de antimonio , borato de zinc y óxido de aluminio hidratado . ^[15]

Se trata de materiales que mejoran las propiedades estructurales de la espuma de látex y, al mismo tiempo, la hacen más respetuosa con el medio ambiente gracias a 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 este tipo de relleno que se puede añadir a la espuma de látex para manipular las propiedades del producto y aumentar su respeto por el medio ambiente. De forma 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 en la rotura. Este relleno también disminuye la estabilidad térmica del material producido, pero se ha descubierto que la adición de resina , otro posible relleno orgánico, aumenta la resistencia a la tracción de la espuma de polímero 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 soporte de carga de la espuma mientras que disminuye la resistencia a la tracción y la extensión en la rotura. También se descubrió que esto aumenta la biodegradabilidad de la espuma para un mejor control de los desechos posconsumo de estos productos. ^[8]

Debido a sus propiedades de absorción de energía, las espumas de látex son útiles para aplicaciones de transporte, como en embalajes 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 menos impactos pero necesita hacerlo de manera más repetida. ^[6]

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

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 son buenos para la insonorización, pero las espumas de estireno-butadieno tienden a ser mejores para este propósito. ^[4]

La contaminación por petróleo en los cuerpos de agua es un problema ambiental de gran importancia. La separación del petróleo y el agua es útil tanto para limpiar el agua como para recuperar el petróleo. Las espumas de látex son hidrófobas y absorbentes, además de resistentes y reciclables, y por lo tanto pueden utilizarse para absorber el petróleo en mezclas de agua y petróleo para separarlos. ^[16]

El látex espumado se utiliza 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 prótesis de látex espumado en la década de 1930. ^[17]

La espuma de látex para teatro es una espuma de látex especializada que es más suave que la espuma de látex comercial. Se puede utilizar en diversas artes y manualidades, incluidos los títeres y el vestuario, debido a su capacidad para captar pequeños detalles de pintura, así como a su resistencia. Miss Piggy, Statler y Waldorf en The Muppet Show de Jim Henson , así como los personajes de la siguiente producción de Henson, The Dark Crystal , fueron algunos de los primeros títeres creados a partir de espumas de látex utilizadas a gran escala. ^[18]

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

La espuma de látex también se utiliza ampliamente en la fabricación de los guantes de portero de fútbol modernos. Este material ha demostrado ser la forma más eficaz de permitir a los jugadores agarrar el balón en condiciones de juego húmedas y secas, además de proporcionar propiedades de amortiguación que ayudan a atraparlo. Se aplican diversos tratamientos a la espuma de látex para producir diferentes tipos de espuma con distintas propiedades que ayudan al rendimiento. Algunas, por ejemplo, están diseñadas para ofrecer un alto nivel de agarre, mientras que otras están diseñadas para ofrecer la máxima durabilidad. ^[21]