La espuma rígida de poliuretano aplicada in situ por proyección es un material sintético ligero, duroplástico, fuertemente reticulado y formado principalmente por celdas cerradas. Se utiliza como aislante térmico, impermeabilizante y solución para reducir puentes térmicos en edificios, cubiertas, instalaciones industriales, vehículos y otros sistemas constructivos.
El Código Técnico de Edificación (CTE) establece los requerimientos mínimos que debe cumplir un edificio, tanto si es de nueva construcción como si se trata de una rehabilitación. En el mismo, se determinan unos parámetros de resistencias térmicas para la envolvente que obligan a optar por productos aislantes altamente eficientes.
Conocer las necesidades de aislamiento del edificio es fundamental para mejorar la eficiencia energética del mismo y que los edificios hagan un uso más inteligente de la energía. Los sistemas de poliuretano son uno de los materiales del mercado que mejor aislamiento térmico proporciona con el mínimo espesor.
Qué es la espuma rígida de poliuretano
El poliuretano proyectado y expandido, aplicado como impermeabilizante de cubierta y aislante térmico, es un caso particular dentro de las espumas rígidas frías. Se genera in situ, formado por varias capas que aseguran un grosor resultante de color amarillo de consistencia rígida, por lo que no recupera su forma cuando la pierde por acción mecánica.
Consiste en una materia ligera, sintética, duroplástica, fuertemente reticulada en el espacio y no fusible e inerte frente al ataque de mohos e imputrescible.
La espuma rígida de poliuretano expandido es un material sintético ligero, fuertemente reticulado de celdas cerradas. Además posee una buena resistencia mecánica con respecto a su densidad, que reduce el consumo energético de los locales que protege, por su capacidad de aislamiento térmico.
La Espuma de Poliuretano Rígida obtenida por proyección es el material aislante más eficiente, ya que requiere un mínimo espesor para aislar lo mismo que cualquier otro material.
La alta capacidad aislante del poliuretano no se consigue en construcción con ningún otro de los materiales aislantes comúnmente empleados.
Composición química del poliuretano
La formulación de los poliuretanos depende de su aplicación, pero proceden básicamente de dos productos: el azúcar y el petróleo, para obtener a partir de un proceso químico de transformación dos componentes líquidos llamados genéricamente poliol e isocianato.
La mezcla de los dos componentes POLIOL e ISOCIANATO, que son líquidos a temperatura ambiente, produce una reacción química exotérmica que da lugar a la espuma rígida de poliuretano.
Esta reacción química se caracteriza por la formación de enlaces entre el poliol y el isocianato, consiguiendo una estructura sólida, uniforme y muy resistente.
En su composición química el poliol, caracterizado por los grupos hidroxilos (OH), está mezclado con los agentes espumantes expansivos y otros aditivos, como aminas, siliconas, agua y catalizadores organometálicos e ignifugantes.
La combinación de estas adiciones condiciona la reacción, y da lugar a una estructura con más del 90 % [3]: de celdas cerradas, además de influir en la apariencia y coloración final de la espuma.
Los diisocianatos son una familia de elementos químicos fundamentales que se utilizan para una amplia gama de productos de poliuretano.
Los diisocianatos aromáticos que más se utilizan son el diisocianato de tolueno (TDI) y el diisocianato de metileno difenil (MDI).
El TDI se utiliza principalmente para hacer espuma de poliuretano flexible que se puede encontrar en una amplia gama de productos de uso diario, como muebles, ropa de cama, refuerzo de alfombras y envases.
El TDI se utiliza también en la fabricación de algunos recubrimientos, selladores, adhesivos y elastómeros.
El MDI se usa principalmente para fabricar espumas rígidas de poliuretano para sistemas de aislamiento para el hogar o el refrigerador, y en varios usos más.
El aislamiento hecho con MDI permite ahorrar en calefacción y refrigeración y también energía.
Muy a menudo, HDI, H12MDI e IPDI se someten a una reacción adicional para formar poliisocianatos o prepolímeros, que actúan como elementos fundamentales para recubrimientos y elastómeros de poliuretano de color estable, componentes que pueden mejorar significativamente la apariencia de un producto, alargar su vida útil y ofrecer una alta resistencia a la abrasión.
Por dentro, los poliuretanos son polímeros. Son cadenas de estructuras tridimensionales compuestas por unidades de repetición llamadas monómeros. Estos conforman el producto final del poliuretano una vez curado.
Proceso de formación de la espuma
La intervención de los catalizadores en las reacciones provoca una exotermia resultante que puede elevar la temperatura a más de 50 °C.
Este calor permite la evaporación del agente espumante que rellena las celdillas recién formadas, obteniéndose un producto sólido de estructura celular de cedas cerradas cuyo volumen es hasta 20 veces mayor que el de los líquidos que le dieron origen.
Si el calor que desprende la reacción se utiliza para evaporar un agente hinchante, se obtiene un producto rígido que posee una estructura celular, con un volumen muy superior al que ocupaban los productos líquidos.
Es por ello que la espuma rígida se constituye por una agregación de burbujas que permiten que solo una pequeña parte del volumen sea de materia sólida y de esta concentración depende directamente su amplio intervalo de densidades, que para impermeabilizante de cubiertas oscila entre 30 y 60 kg/m3.
La Espuma de Poliuretano tiene una elevada capacidad aislante debido a la baja conductividad térmica que posee el gas espumante de sus células cerradas, que puede situarse en 10 ºC = 0,022 W/m·K, según la Norma UNE 92202, aunque este valor se eleva ligeramente con el paso del tiempo, hasta estabilizarse definitivamente.
Propiedades técnicas principales
Aislamiento térmico
Concretamente, debido a sus propiedades aislantes altamente eficientes, es uno de los materiales disponibles en el mercado que ofrece la mejor resistencia térmica con el mínimo incremento de espesor.
Los sistemas de poliuretano son uno de los materiales del mercado que mejor aislamiento térmico proporciona con el mínimo espesor.
La espuma de poliuretano tiene una variedad de aplicaciones en productos: la espuma de poliuretano flexible se usa para amortiguar muebles, zapatos, asientos de automóviles y equipos deportivos. La espuma de poliuretano rígida se usa para aislamiento en edificios y electrodomésticos, así como en algunas aplicaciones automotrices.
Celdas cerradas y baja densidad
La Espuma de Poliuretano utilizada para el aislamiento térmico es un material ligero y de baja densidad, compuesto por celdas cerradas (>90%).
La estructura de celdas cerradas contribuye a la capacidad aislante y a la resistencia del material frente a la humedad.
Adherencia
El poliuretano proyectado presenta una magnífica adherencia a sustratos consistentes, limpios y secos y en general a todos los materiales utilizados en edificación.
La aplicación permite mantener el material adherido a diferentes tipos de sustratos nuevos o antiguos.
Resistencia mecánica
La espuma rígida de poliuretano expandido posee una buena resistencia mecánica con respecto a su densidad.
La estructura sólida, uniforme y resistente posee una fórmula celular indicada para su uso como aislante, gracias a las características ya mencionadas, así como a su rápida aplicación, capacidad aislante y a su capacidad para eliminar los puentes térmicos.
Impermeabilidad y comportamiento frente a la humedad
El CTE busca limitar el riesgo de la presencia inadecuada de agua en el interior de los edificios y en sus cerramientos, y por ello exige ciertos grados de impermeabilidad a las fachadas.
Con un revestimiento continuo intermedio como la Espuma de Poliuretano no es necesario enfoscado ya que el propio material satisface los requisitos de impermeabilidad.
Los valores de la Espuma de Poliuretano en lo que a humedad se refiere garantizan, en la mayoría de los casos y en función de la densidad, la ausencia de condensaciones intersticiales, haciendo posible la transpiración del cerramiento, lo cual es el efecto más beneficioso para prevenir toda clase de patologías (de higiene, salubridad, confort…).
La espuma rígida de poliuretano es una alternativa más flexible y ligera comparada con los sistemas impermeabilizantes tradicionales.
Resistencia a los agentes atmosféricos
La espuma rígida de poliuretano aplicada in situ por proyección tiene un excelente comportamiento frente a los agentes atmosféricos (agua, temperaturas extremas, viento...).
Los poliuretanos ya han sido validados internacionalmente por su fácil aplicación, poco peso, estabilidad dimensional, resistencia al intemperismo y a la presencia de agua de diferente naturaleza.
Absorción acústica
Sus propiedades de absorción acústica ayudan a acabar con los ruidos molestos exteriores o interiores.
Comportamiento frente al fuego
La Espuma de Poliuretano es un material orgánico, y por tanto combustible, y numerosos estudios han demostrado su buen comportamiento al fuego en aplicación final de uso.
(1) El-30 es equivalente a RF-30.
Aplicación mediante proyección in situ
La aplicación de la espuma se realiza mediante proyección in situ.
El sistema se aplica desde un camión móvil equipado con un sistema de proyección, que además contiene los envases de las materias primas que provienen de la síntesis del petróleo y el azúcar.
La aplicación debe realizarse mediante un aplicador profesional.
Una de las principales ventajas de este procedimiento es la rapidez en la aplicación.
El producto puede ser aplicado sobre superficies irregulares, con pendientes empinadas e incluso verticales, aunque las capas queden colgadas tal como ocurre en techos de frigoríficos y ómnibus, donde las tuberías flexibles de las instalaciones están empotradas, y por tanto inmovilizadas o aisladas térmicamente por medio de una gruesa capa de poliuretano, que generalmente se esconde tras un falso techo.
Espesor y número de capas
En la aplicación de la espuma se recomiendan capas de espesor uniforme de 15 mm como máximo, proyectadas con pasadas multidireccionales.
El número de capas no debe exceder de 3, para un espesor total comprendido entre 30 y 40 mm [6], de manera que se obtenga un espesor relativamente homogéneo, capaz de mantenerse adherida a diferentes tipos de sustratos nuevos o antiguos.
| Parámetro de aplicación | Valor indicado |
|---|---|
| Espesor máximo recomendado por capa | 15 mm |
| Número máximo de capas | 3 |
| Espesor total indicado | 30 y 40 mm |
| Densidad para impermeabilizante de cubiertas | 30 y 60 kg/m3 |
| Tacto libre | 60 segundos |
Tiempos de reacción
- Tiempo de gel.
- Tiempo de hilo.
- Tiempo de subida.
- Tacto libre: 60 segundos.
Control de calidad en obra
El control de recepción en obra tiene por objeto comprobar que las características técnicas de lo suministrado satisfacen lo exigido en proyecto.
El Marcado CE es el marcado del producto que contiene el logotipo CE, el código de designación, y las características técnicas esenciales.
Para medir el espesor, el operario contará con un punzón graduado o una herramienta similar cuyo diámetro no supere los 2 mm.
Este proceso se realizará al menos cada 75 m2 y, como mínimo, por cada unidad de obra y por día.
Una discontinuidad en la aplicación del poliuretano puede afectar seriamente a las pérdidas de energía de calefacción y refrigeración.
Protección frente a la radiación ultravioleta
Sin embargo es vulnerable ante la radiación ultravioleta contenida en la luz solar, por lo que requiere protección mediante una membrana elastomérica u otra solución compatible que evite el deterioro de la capa de espuma.
Por su naturaleza orgánica, la espuma rígida de poliuretano es altamente sensible a la degradación ocasionada por la radiación ultravioleta (UVA) contenida en la luz solar, por lo que es necesario protegerla de la exposición con un recubrimiento que debe aplicarse el mismo día en que se haya proyectado la espuma, para evitar el comienzo del deterioro.
Si la superficie ya está dañada, deberá eliminarse la capa superficial con medios mecánicos o químicos para volver a proyectar la espuma que restituya la zona afectada.
Tipos de recubrimiento
Las pinturas de reflexión o sección fina son generalmente acrílicas, con espesores entre 0,5 y 1 mm.
Este tipo de protección exige un especial cuidado del mantenimiento, y habrá que repintar cada vez que se note el deterioro.
Los recubrimientos de sección intermedia tienen más capacidad protectora, soportan mayor carga mecánica y tienen una vida útil más larga.
También existen soluciones de sección gruesa o pesada.
Los recubrimientos poliméricos se aplicarán en dos capas de diferentes colores, en direcciones ortogonales de aplicación, pero de igual composición química, garantizando el espesor mínimo de la película final.
El fabricante garantiza la duración del sistema por más de 10 años si se realizan mantenimientos periódicos y se evitan afectaciones por agentes externos como pueden ser roturas de la superficie producidas por objetos punzantes.
Usos en edificación e instalaciones
Aislamiento de fachadas y cerramientos
La espuma rígida de poliuretano se emplea en fachadas y cerramientos para mejorar la resistencia térmica de la envolvente y reducir las pérdidas de energía.
El CTE establece los requerimientos mínimos que debe cumplir un edificio, tanto si es de nueva construcción como si se trata de una rehabilitación.
Con un revestimiento continuo intermedio como la Espuma de Poliuretano no es necesario enfoscado ya que el propio material satisface los requisitos de impermeabilidad.
Impermeabilización y aislamiento de cubiertas
El poliuretano proyectado y expandido, aplicado como impermeabilizante de cubierta y aislante térmico, se genera in situ y forma varias capas que aseguran un grosor resultante de consistencia rígida.
El clima es un factor determinante para la elección de materiales que protejan las edificaciones, condición que ha dado lugar a diversas soluciones de impermeabilización que se han ido transformando con el desarrollo tecnológico, empezando por los sistemas pétreos y asfálticos, hasta llegar a los poliméricos, entre los que se encuentran los poliuretanos.
Por tales razones puede resultar una alternativa más flexible y ligera comparada con los sistemas impermeabilizantes tradicionales.
Eliminación de puentes térmicos
La estructura sólida, uniforme y resistente posee una fórmula celular indicada para su uso como aislante, gracias a sus características, así como a su rápida aplicación, capacidad aislante y a su capacidad para eliminar los puentes térmicos.
Una discontinuidad en la aplicación del poliuretano puede afectar seriamente a las pérdidas de energía de calefacción y refrigeración.
Instalaciones frigoríficas y tuberías
El producto puede ser aplicado sobre superficies irregulares, con pendientes empinadas e incluso verticales, aunque las capas queden colgadas tal como ocurre en techos de frigoríficos y ómnibus, donde las tuberías flexibles de las instalaciones están empotradas, y por tanto inmovilizadas o aisladas térmicamente por medio de una gruesa capa de poliuretano, que generalmente se esconde tras un falso techo.
Electrodomésticos y automoción
La espuma de poliuretano rígida se usa para aislamiento en edificios y electrodomésticos, así como en algunas aplicaciones automotrices.
Los poliuretanos se utilizan en los automóviles para reducir el peso, aumentar el ahorro de combustible y, a su vez, ofrecer comodidad y seguridad, además de una excelente resistencia a los productos químicos y a la intemperie.
Un vehículo promedio de tamaño mediano en los Estados Unidos utiliza alrededor de 60 libras de material de poliuretano.
Otros usos de los poliuretanos
La espuma de poliuretano flexible se usa para amortiguar muebles, zapatos, asientos de automóviles y equipos deportivos.
El poliuretano, sobre todo en forma de espuma flexible, es uno de los materiales más utilizados en muebles, ropa de cama y refuerzos de alfombras.
Los poliuretanos se combinan con nailon para fabricar prendas de vestir más livianas y elásticas.
Ya sea que se usen como refuerzo de alfombras de espuma, recubrimiento de superficies o adhesivos para el piso, los poliuretanos pueden mejorar la durabilidad de los pisos, facilitar su mantenimiento hacer que luzcan más agradables estéticamente.
La espuma de poliuretano flexible como refuerzo de las alfombras puede aumentar significativamente la vida útil de la alfombra, proteger su aspecto, proporcionar comodidad y apoyo y reducir el ruido ambiental.
Los navegantes actuales pueden tener las comodidades del hogar en el agua, en parte gracias a la espuma de poliuretano flexible.
Las resinas a base de poliuretano y resinas epoxi sellan los cascos de los barcos y evitan las filtraciones de agua, la acción del clima, la corrosión y los factores que aumentan la fricción, afectan a la hidrodinámica y reducen la durabilidad.
Además, la espuma de poliuretano rígida aísla los barcos de los ruidos y las temperaturas extremas, proporciona abrasión y resistencia al rasgado y aumenta la capacidad de carga con un peso mínimo.
El poliuretano termoplástico también es ideal para la industria marítima.
La espuma de poliuretano para el envasado proporciona un sistema de amortiguación más económico, se usa para proteger los elementos que necesitan mantenerse fijos y seguros en su lugar durante el transporte; como los equipos electrónicos y el equipamiento médico de diagnóstico, cristalería delicada y grandes piezas industriales.
Agentes expansores y requisitos ambientales
Los sistemas de poliuretano cumplen estrictamente las normativas y exigencias del protocolo de Montreal de 1991, y desde enero de 2004 no utilizan clorofluorocarbonos (CFC) ni hidrocarburos hidrógeno-fluorados (HCF), que deterioran la capa de ozono.
Debe cumplirse la normativa medioambiental en cuanto al uso de gases industriales que garantizan la espumación.
No obstante, en el artículo 5 del protocolo está permitido, para países en desarrollo, usar hasta el año 2030 agentes menos agresivos tales como tetrafluretano (HFC-134a1,1,1,2), Pentafluoropropano (HFC-245fa1,1,1,3,3), Hexafluorobutano (HFC356 mffm 1,1,1,4,4,4) y el pentaflurobutano (HFC365mfc 1,1,1,3,3); mientras que para los países desarrollados sólo es válido usar agentes expansores con cero coeficiente de depleción de la capa de ozono atmosférico (ODP = 0.000) como el Pentafluoropropano (R-245fa), o el ciclopentano (HC).
Seguridad durante la aplicación
Es válido puntualizar que el sistema de espuma rígida de poliuretano protegido por una membrana elastomérica, en su aplicación afecta al medio ambiente y a la salud debido a las emisiones tóxicas generadas en el proceso de fusión de las materias primas que dan origen a la espuma rígida de poliuretano donde se generan vapores y partículas de disocianato (MDI).
En igual dirección pero en menor grado durante el proceso de proyección de la membrana protectora se generan gases de naturaleza orgánica.
En general estas emisiones contaminan el aire, pueden causar afecciones en las vías respiratorias, alergias en mucosas y piel, además de dolores de cabeza, por lo que los trabajadores que interactúan con el sistema y sus materias primas requieren de medios tales como: máscaras, gafas, ropa, guantes y calzado.
También deben realizarse controles técnicos a los envases de materias primas y máquinas de proyección.
Aunque se sabe que los diisocianatos causan asma en el lugar de trabajo, la incidencia de asma relacionada con los diisocianatos ha disminuido.
Los diisocianatos no figuran como una de las 10 principales causas de asma ocupacional.
Los datos recientes muestran un panorama consistente de una disminución en las tasas de asma asociada con los diisocianatos durante la última década.
Normas técnicas aplicables
La calidad del poliuretano proyectado e inyectado está normalizada por las Normas Europeas UNE-EN 14315 y UNE-EN 14318, de obligatorio cumplimiento en toda la Unión Europea desde el 1 de noviembre de 2014.
- Norma UNE 92120-2:98: Productos de Aislamiento Térmico para Construcción. Espuma rígida de Poliuretano producida in situ. Parte 1: Especificaciones para los sistemas de poliuretano antes de la instalación.
- Norma UNE 92310:2003: Criterios de Medición y Cuantificación para Trabajos de Aislamiento Térmico en Instalaciones Industriales y en Edificación.
- UNE 92120-1:1998/1M: 2003/2M: 2008. Productos de aislamiento térmico para construcción. Espuma rígida de poliuretano producida in situ por proyección.
- UNE 92120-1/1M: 2003 Productos de aislamiento térmico para la construcción Espuma Rígida de poliuretano producida in situ. Parte 1: Especificaciones del producto antes de la instalación.
- UNE 92120-2/2M: 2003 Productos de aislamiento térmico para la construcción Espuma Rígida de poliuretano producida in situ. Parte 2: Especificaciones del producto antes de la instalación.
El control de recepción en obra tiene por objeto comprobar que las características técnicas de lo suministrado satisfacen lo exigido en proyecto.
El marcado CE contiene el logotipo CE, el código de designación, y las características técnicas esenciales.