Introducción a los agentes espumantes de poliuretano: agentes espumantes de HCFC

Entre los compuestos que pueden reemplazar a los CFC, los hidroclorofluorocarbonos (HCFC) contienen menos átomos de cloro e incluyen hidrógeno en su estructura molecular. Esto los hace químicamente menos estables y a menudo se descomponen en la atmósfera inferior. Los HCFC tienen un potencial de agotamiento de la capa de ozono (ODP) y un potencial de calentamiento global (GWP) significativamente menores en comparación con los CFC, lo que resulta en un menor impacto ambiental.

HCFC-141b  se considera el sustituto de desempeño más cercano al CFC-11 como agente espumante. Su punto de ebullición es ligeramente superior al del CFC-11 y las características de su proceso de formación de espuma son similares, con una eficiencia de formación de espuma ligeramente superior. En comparación con los HFC gaseosos (por ejemplo, HFC-134a) o los agentes espumantes líquidos inflamables a base de pentano, el HCFC-141b ofrece una mayor comodidad operativa y se puede utilizar con equipos existentes diseñados para la formación de espuma con CFC-11. Además, el HCFC-141b tiene una conductividad térmica relativamente baja como gas y una buena compatibilidad con polioles e isocianatos, lo que produce un rendimiento de espuma cercano al de las espumas con CFC-11.

Desde mediados de la década de 1990 hasta alrededor de 2002, el HCFC-141b (1,1-dicloro-1-fluoroetano) se utilizó ampliamente como agente espumante en América del Norte para espuma de poliuretano rígida en refrigeradores, congeladores, aislamiento de edificios y tuberías. También fue adoptado parcialmente en algunos países europeos y Japón. El HCFC-141b se utiliza principalmente para espumas rígidas de poliuretano en China. La conductividad térmica de la espuma de poliuretano rígida fabricada con HCFC-141b es ligeramente mayor que la de los sistemas con CFC-11, pero con mejoras en la formulación y un aumento del 10% en la densidad de la espuma, se puede lograr un rendimiento de aislamiento térmico comparable al de los sistemas con CFC-11. Sin embargo, el HCFC-141b puede tener un efecto de disolución a largo plazo en materiales de revestimiento de refrigeradores como ABS y HIPS, lo que requiere medidas de protección. Además, para lograr el mismo efecto de aislamiento que la espuma con CFC-11 se requiere un ligero aumento en la densidad de la espuma (alrededor del 10%).

HCFC-123  es un compuesto líquido con ODP y GWP más bajos que el HCFC-141b. Tiene buena compatibilidad con los polioles y su proceso de formación de espuma y su conductividad térmica a la misma densidad son similares a los del HCFC-141b. Si bien se estudió ampliamente su aplicación en espumas durante la fase inicial de reemplazo de CFC y se consideró un agente espumante alternativo junto con el HCFC-141b, su toxicidad ligeramente mayor ha limitado su uso.

HCFC-22 (clorodifluorometano) es un refrigerante establecido que es de bajo costo, no inflamable y de baja toxicidad, lo que lo convierte en un agente espumante de costo competitivo. Debido a su menor peso molecular, se requiere menos HCFC-22 en comparación con CFC-11. A temperatura ambiente, el HCFC-22 es gaseoso y normalmente se disuelve en componentes de poliol cuando se utiliza como agente espumante de poliuretano. Su alta presión de vapor puede hacer que se volatilice de la mezcla, lo que genera un aumento de presión del gas, lo que requiere modificaciones en el equipo, como mezcladores estáticos para mejorar la mezcla y recipientes resistentes a la presión para la premezcla. Los sistemas de HCFC-22 se pueden utilizar con máquinas espumadoras de alta y baja presión, y la espuma rígida resultante tiene una conductividad térmica comparable a la de un sistema de CFC-11 reducido en un 50%.

Desventajas del uso puro de HCFC-22:

1  Un punto de ebullición bajo provoca una formación excesiva de espuma, lo que crea huecos en la espuma rígida.

2  Las propiedades de solidificación y desmoldeo de la superficie son menos ideales.

3  La conductividad térmica de la espuma cambia más rápidamente durante el envejecimiento a alta temperatura.

Estos problemas se pueden mitigar mezclando HCFC-22 con HCFC-142b, que tiene un punto de ebullición más alto y mejora la estabilidad de la formación de espuma.

HCFC-142b (clorodifluoroetano)  tiene un PAO más bajo que el HCFC-141b pero un PCA y una conductividad térmica ligeramente superiores. Comúnmente se mezcla con HCFC-22 para su uso.

Los agentes espumantes combinados, como HCFC-141b/HCFC-22, HCFC-123/HCFC-22 y HCFC-22/HCFC-142b, reducen la presión del gas en la mezcla de polioles y reducen los costos de los agentes espumantes. Estas mezclas utilizan disolventes o refrigerantes industriales fácilmente disponibles con tecnología de producción madura y precios razonables.

Dado que los HCFC todavía contienen cloro, su PAO está por encima de cero, lo que significa que aún dañan la capa de ozono. El Acuerdo de Copenhague ordenó reducciones graduales en la producción y el uso de HCFC: una reducción del 85% para 2004, un 35% para 2010, un 10% para 2015, un 0,5% para 2020 y una prohibición total para 2030. Los países desarrollados ya han comenzado a restringir los agentes espumantes de HCFC. El HCFC-141b, un agente espumante "de transición" en la industria de la espuma de poliuretano, finalmente será prohibido. Estados Unidos prohibió los agentes espumantes con HCFC en 2003.

Este artículo presenta los agentes espumantes de HCFC como sustitutos transitorios de los CFC en las espumas de poliuretano, destacando sus propiedades, aplicaciones, impactos ambientales y limitaciones, junto con los esfuerzos globales para eliminar los HCFC debido a su potencial de agotamiento de la capa de ozono.