Introducción a los agentes espumantes de poliuretano: agentes espumantes a base de alcanos

Los compuestos de alcanos han llamado la atención debido a su ODP (potencial de agotamiento de la capa de ozono) nulo, su mínimo efecto invernadero, su no toxicidad y su impacto ambiental insignificante. La tecnología de espuma de pentano ya ha sido adoptada por fabricantes en regiones como Europa y Asia. Los alcanos con PAO cero cumplen los requisitos del Protocolo de Montreal para la eliminación gradual de sustancias que agotan la capa de ozono, aunque su inflamabilidad es una limitación.

En la ruta de los HC (hidrocarburos), los compuestos a base de pentano son los más valiosos en la práctica para los procesos de formación de espuma. Los principales agentes espumantes a base de alcanos en uso práctico incluyen ciclopentano líquido, n-pentano e isopentano, denominados colectivamente "agentes espumantes de pentano".

En comparación con el CFC-11 y el HCFC-141b, el uso de compuestos de pentano como agentes espumantes de espuma de poliuretano requiere abordar varias cuestiones.:

1  Inflamabilidad:  Los alcanos son compuestos orgánicos volátiles (COV) y altamente inflamables, lo que requiere estrictas medidas de seguridad durante la producción.

2  Solubilidad: El pentano tiene una solubilidad relativamente pobre en poliéter polioles. La solubilidad del ciclopentano en polioles de poliéter de espuma rígida general varía del 10% al 20%, mientras que el n-pentano y el isopentano tienen una solubilidad inferior al 7%. Generalmente se necesitan polioles y aditivos especiales o modificados para lograr la concentración deseada de agente espumante.

3  Conductividad térmica: Los alcanos tienen una conductividad térmica en fase gaseosa relativamente alta, lo que da como resultado espumas rígidas con un rendimiento de aislamiento inferior en comparación con las espumas a base de HCFC-141b.

4  Coeficiente de difusión: El coeficiente de difusión del pentano en las espumas de poliuretano es mayor que el del CFC-11, lo que requiere medidas de protección para que la espuma rígida mantenga sus propiedades.

5  Problemas de condensación: El ciclopentano, con un punto de ebullición más alto, es propenso a la condensación, lo que reduce la cantidad de ciclopentano en las celdas de espuma y aumenta la cantidad de CO₂ y aire que ingresa a las celdas. Esto da como resultado una mayor conductividad térmica de la espuma. La condensación generalmente ocurre a temperaturas cercanas 25°C, lo que provoca caídas de presión interna y afecta la estabilidad dimensional de la espuma. Para mitigar esto, la densidad de la espuma (por ejemplo, 38 kg/m³) a menudo se aumenta, o se mejoran las materias primas y las formulaciones para mejorar la densidad de reticulación y la estructura celular, fortaleciendo así la matriz de la espuma y mejorando la estabilidad. Si bien el n-pentano también puede condensarse, su mayor presión de vapor hace que la condensación sea menos grave.

Avances en formulaciones y tecnología.

Inicialmente, se utilizaban habitualmente métodos de cosoplado de ciclopentano de un solo componente o de ciclopentano-agua. Posteriormente, se introdujeron mezclas de ciclopentano con alcanos de menor punto de ebullición, como isopentano o butano, para abordar los problemas causados ​​por el alto punto de ebullición del ciclopentano. Las mejoras en las materias primas y las formulaciones han producido espumas con excelentes características de rendimiento.

Entre los agentes espumantes a base de alcanos, el ciclopentano tiene la conductividad térmica en fase gaseosa más baja y una solubilidad relativamente alta en poliéter polioles, lo que lo convierte en el agente espumante alcano más utilizado. La tecnología de espumación a base de ciclopentano se ha convertido en una de las alternativas globales a los agentes espumantes CFC, particularmente en aplicaciones de espuma rígida para aislamiento de refrigeradores.

El ciclopentano ofrece varias ventajas.:

● Rentabilidad:  Es la alternativa más económica entre los sustitutos del clorocarbono.

● Beneficios ambientales: El ciclopentano tiene ODP cero.

● Mejoras de seguridad: Se han abordado eficazmente los problemas de seguridad asociados con el uso de ciclopentano.

En China, el ciclopentano ha sido elegido como sustituto de los agentes espumantes de clorocarbono, con el apoyo de la Asociación China de Electrodomésticos. El ciclopentano tiene un amplio potencial de mercado y una disponibilidad abundante. Se puede obtener mediante la separación y procesamiento de fracciones C5, un subproducto del craqueo del etileno.

Tendencias industriales

Con la prohibición del HCFC-141b en los países desarrollados y el alto costo de los agentes espumantes a base de HFC, muchas empresas han adoptado sistemas de espumación con pentano como sustituto del HCFC-141b en la producción de espumas rígidas de poliuretano para aislamiento de refrigeradores y otras aplicaciones.