Información material del Poliestireno Expandido PDF

Preview

Summary

Trabajo de información y características del material poliestireno expandido, para la asignatura de materiales de construcción....

Description

POLIESTIRENO EXPANDIDO

❖ Definición. "Material plástico celular y rígido fabricado a partir del moldeo de perlas preexpandidas de poliestireno expandible o uno de sus copolímeros, que presenta una estructura celular cerrada y rellena de aire". La abreviatura EPS deriva del ingles Expanded PolyStyrene. Este material es conocido también como Telgopor, corcho blanco, porexpán, porespan o poliespán.

Su cualidad más destacada es su higiene al no constituir sustrato nutritivo para microorganismos. Es decir, no se pudre, no se enmohece ni se descompone lo que lo convierte en un material idóneo para la venta de productos frescos. Una de las aplicaciones del poliestireno expandido es la de aislante térmico y acústico en el sector de la construcción, utilizándose como tal en fachadas, cubiertas, suelos, etc. La Norma Básica de la Edificación NBE-CT79 clasifica en V grupos distintos al poliestireno expandido, según la densidad y conductividad térmica que se les haya otorgado en su fabricación. Estos valores varían entre los 10 y 25 kg/m³ de densidad y los 0.06 y 0.03 W/m ºC de conductividad térmica, aunque solo sirven de referencia, pues dependiendo del fabricante estos pueden ser mayores o menores. También se utiliza en el sector del envase. ❖ Historia En 1831 un líquido incoloro, el estireno, fue aislado por primera vez de una corteza de árbol. Hoy día se obtiene mayormente a partir del petróleo. El poliestireno fue sintetizado por primera vez a nivel industrial en el año 1930. Hacia fines de la década del 50, la firma BASF (Alemania) por iniciativa del Dr. F. Stastny, desarrolla e inicia la producción de un nuevo producto: poliestireno expandible, bajo la marca Styropor. Ese mismo año fue utilizado como aislante en una construcción dentro de la misma planta de BASF donde se realizó el descubrimiento. Al cabo de 45 años

frente a escribanos y técnicos de distintos institutos europeos, se levantó parte de ese material, y se lo sometió a todas las pruebas y verificaciones posibles. La conclusión fue que el material después de 45 años de utilizado mantenía todas y cada una de sus propiedades intactas. ❖ Producción de poliestireno expandido

La fabricación del material se realiza partiendo de compuestos de poliestireno en forma de perlitas que contienen un agente expansor. Después de una pre-expansión inicial, las perlitas se mantienen en silos de reposo y posteriormente son conducidas hacia máquinas de moldeo. Dentro de dichas máquinas se aplica energía térmica para que el agente expansor que contienen las perlitas se caliente y éstas aumenten su volumen, a la vez que el polímero se plastifica. Durante dicho proceso, el material se adapta a la forma de los moldes que lo contienen. En construcción lo habitual es comercializarlo en planchas de distintos grosores y densidades. También es habitual el uso de bovedillas de poliestireno expandido para la realización de forjados con mayor grado de aislamiento térmico. Polimerización del Estireno En una primera instancia el estireno es dispersado en forma de gotas en fase de agua en tamaños de 0,1 a 1mm. Las proporciones agua/estireno varían de 1:1 a 1:3. El tipo de polimerización utilizado es el de Suspensión y se lleva a cabo en reactores vidriados o de acero inoxidable con capacidades entre 9000 y 136000 litros. Estos reactores operan en forma discontinua, la temperatura es controlada mediante una camisa y frecuentemente mediante una serpentina interna de refrigeración. Cuando las concentraciones del polímero se encuentran entre el 30% y el 70% se produce una aglomeración prematura de porciones del polímero semi-sólido, denso y pegajoso. En este momento es donde se alcanza el estado crítico de la polimerización, la agitación es más forzada y se deben agregar agentes de suspensión, dado que más aglomeración puede provocar la rotura del motor y si la agitación es insuficiente se produce material pobre. Por lo contrario si la agitación es demasiada puede quedar gas atrapado en el material. Una falla momentánea en la agitación produciría la aglomeración inevitable del material. Cerca del final de la polimerización la mezcla polímero-agua es enfriada a 85 ºC para que la aglomeración de las partículas de polímero sea mínima al ser transferida al tanque de almacenaje.

Obtención del Poliestireno Expandido El Poliestireno Expandible es transformado en artículos acabados de Poliestireno Expandido mediante un proceso que consta de tres etapas: una etapa de Expansión, seguida de una etapa de Estabilizado, finalizando con una última Expansión y el Moldeo. 1ª etapa: preexpansión El Poliestereno Expandible, en forma de granos, se calienta en preexpansores con vapor de agua a temperaturas situadas entre 80 y 110 ºC aproximadamente, haciendo que el volumen aumente hasta 50 veces el volumen original. Durante esta etapa los granos son agitados continuamente. En esta etapa es donde la densidad final del EPS es determinada. En función de la temperatura y del tiempo de exposición la densidad aparente del material disminuye de unos 630 kg/m 3 a densidades que oscilan entre los 10 - 30 kg/m 3 . Luego de la Preexpansión, los granos expandidos son enfriados y secados antes de que sean transportados a los silos.

2ª etapa: reposo intermedio y estabilización. Durante la segunda etapa del proceso, los granos preexpandidos, conteniendo 90% de aire, son estabilizados durante 24 horas. Al enfriarse las partículas recién expandidas, en la primera etapa, se crea un vacío interior que es preciso compensar con la penetración de aire por difusión. De este modo las perlas alcanzan una mayor estabilidad mecánica y mejoran su capacidad de expansión, lo que resulta ventajoso para la siguiente etapa de transformación. Este proceso se desarrolla durante el reposo intermedio del material preexpandido en silos ventilados. Al mismo tiempo se secan las perlas. 3ª etapa: expansión y moldeo final. En esta etapa las perlas preexpandidas y estabilizadas se transportan a unos moldes donde nuevamente se les comunica vapor de agua y las perlas se sueldan entre si. En esta operación, las perlas preexpandidas se cargan en un molde agujereado en el fondo, la parte superior y los laterales, con el fin de que pueda circular el vapor. Las perlas se ablandan, el Pentano se volatiliza y el vapor entra de nuevo en las cavidades. En consecuencia, las perlas se expanden y, como están comprimidas en el interior del volumen fijo del molde, se empaquetan formando un bloque sólido, cuya densidad viene determinada en gran parte por el alcance de la expansión en la etapa inicial de preexpansión. Durante la operación se aplican ciclos de calentamiento y enfriamiento, cuidadosamente seleccionados para el mejor equilibrio económico de la operación y para conseguir una densidad homogénea a través del bloque así como una buena consolidación de los gránulos, buena apariencia externa del bloque y ausencia de combaduras. ❖ Propiedades y características poliestireno expandido Densidad Los productos y artículos terminados en poliestireno expandido se caracterizan por ser extraordinariamente ligeros aunque resistentes. En función de la aplicación las densidades se sitúan en el intervalo que va desde los 10kg/m3 hasta los 35kg/m3. Color El color natural de poliestireno expandido es blanco, esto se debe a la refracción de la luz.

Aislamiento térmico Los productos y materiales de poliestireno expandido presentan una excelente capacidad de aislamiento térmico. De hecho, muchas de sus aplicaciones están directamente relacionadas con esta propiedad: por ejemplo cuando se utiliza como material aislante de los diferentes cerramientos de los edificios o en el campo del envase. Esta buena capacidad de aislamiento térmico se debe a la propia estructura del material que esencialmente consiste en aire ocluido dentro de una estructura celular conformada por el poliestireno. Aproximadamente un 98% del volumen del material es aire y únicamente un 2% materia sólida (poliestireno), siendo el aire en reposo es un excelente aislante térmico. La capacidad de aislamiento térmico de un material está definida por su coeficiente de conductividad térmica que en el caso de los productos de EPS varía, al igual que las propiedades mecánicas, con la densidad aparente. Comportamiento frente al agua y vapor de agua. El poliestireno expandido no es higroscópico, a diferencia de lo que sucede con otros materiales del sector del aislamiento y embalaje. Incluso sumergiendo el material completamente en agua los niveles de absorción son mínimos con valores oscilando entre el 1% y el 3% en volumen. Al contrario de lo que sucede con el agua en estado líquido el vapor de agua sí puede difundirse en el interior de la estructura celular del EPS cuando entre ambos lados del material se establece un gradiente de presiones y temperaturas. Estabilidad dimensional. Los productos de EPS, como todos los materiales, están sometidos a variaciones dimensionales debidas a la influencia térmica. Estas variaciones se evalúan a través del coeficiente de dilatación térmica que, para los productos de EPS, es independiente de la densidad y se sitúa en los valores que oscilan en el intervalo 5-7 x 10 -5 K -1, es decir entre 0,05 y 0,07 mm por metro de longitud y grado Kelvin. A modo de ejemplo una plancha de aislamiento térmico de poliestireno expandido de 2 metros de longitud y sometida a un salto térmico de 20 º C experimentará una variación en su longitud de 2 a 2,8 mm.

Estabilidad frente a la temperatura. Además de los fenómenos de cambios dimensionales por efecto de la variación de temperatura descritos anteriormente el poliestireno expandido puede sufrir variaciones o alteraciones por efecto de la acción térmica. El rango de temperaturas en el que este material puede utilizarse con total seguridad sin que sus propiedades se vean afectadas no tiene limitación alguna por el extremo inferior (excepto las variaciones dimensionales por contracción). Con respecto al extremo superior el límite de temperaturas de uso se sitúa alrededor de los 100 ºC para acciones de corta duración, y alrededor de los 80 ºC para acciones continuadas y con el material sometido a una carga de 20 kPa. Comportamiento frente a factores atmosféricos. La radiación ultravioleta prácticamente es el único factor que reviste importancia. Bajo la acción prolongada de la luz UV, la superficie del EPS se torna amarillenta y se vuelve frágil, de manera que la lluvia y el viento logran erosionarla. Dichos efectos pueden evitarse con medidas sencillas, en las aplicaciones de construcción con pinturas, revestimientos y recubrimientos. ❖ Propiedades químicas del poliestireno expandido El poliestireno expandido es estable frente a muchos productos químicos. Si se utilizan adhesivos, pinturas disolventes y vapores concentrados de estos productos, hay que esperar un ataque de estas substancias. En la siguiente tabla se detalla más información acerca de la estabilidad química del poliestireno expandido.

SUSTANCIA ACTIVA Solución salina/ Agua de mar Jabones y tensioactivos Lejías Ácidos diluidos

soluciones

ESTABILIDAD Estable: el EPS no se destruye con una acción prolongada de Estable: el EPS no se destruye con una acción prolongada Estable: el EPS no se destruye con una acción prolongada Estable: el EPS no se destruye con una acción prolongada

Ácido clorhídrico (al 35%), ácido Estable: el EPS no se destruye con una acción nítrico (al 50%) prolongada Ácidos concentrados (sin agua) al No estable: El EPS se contrae o se disuelve 100% Estable: el EPS no se destruye con una acción Soluciones alcalinas prolongada Disolventes

orgánicos

(acetona,

esteres,..)

No estable: El EPS se contrae o se disuelve

Hidrocarburos alifáticos saturados No estable: El EPS se contrae o se disuelve Aceites de parafina, vaselina Aceite de diesel Carburantes Alcoholes (metanol, etanol) Aceites de silicona

Relativamente estable: en una acción prolongada, el EPS puede contraerse o ser atacada su superficie No estable: El EPS se contrae o se disuelve No estable: El EPS se contrae o se disuelve Estable: el EPS no se destruye con una acción prolongada Relativamente estable: en una acción prolongada, el EPS puede contraerse o ser atacada su superficie

❖ Propiedades biológicas El poliestireno expandido no constituye substrato nutritivo alguno para los microorganismos. Es imputrescible, no enmohece y no se descompone. No obstante, en presencia de mucha suciedad el EPS puede hacer de portador de microorganismos, sin participar en el proceso biológico. Tampoco se ve atacado por las bacterias del suelo. Los productos de EPS cumplen con las exigencias sanitarias, con lo que pueden utilizarse con seguridad en la fabricación de artículos de embalaje de alimentos. El EPS no tiene ninguna influencia medioambiental perjudicial, no es peligroso para las aguas. Se pueden adjuntar a los residuos domésticos o bien ser incinerados. ❖ Comportamiento frente al fuego Las materias primas del poliestireno expandido son polímeros de estireno que contienen una mezcla de hidrocarburos de bajo punto de ebullición como agente de expansión. Todos ellos son materiales combustibles. El agente de expansión se volatiliza progresivamente en el proceso de transformación. El 10 % residual requiere de una fase de almacenamiento durante un tiempo función de las especificaciones del producto: dimensiones, densidad, etc. En caso de manipulación

de productos sin esta fase de almacenamiento se tomarán medidas de prevención contra incendios. Al ser expuestos a temperaturas superiores a 100 ºC, los productos de EPS empiezan a reblandecerse lentamente y se contraen, si aumenta la temperatura se funden. Si continua expuesto al calor durante un cierto tiempo el material fundido emite productos de descomposición gaseosos inflamables. En ausencia de un foco de ignición los productos de descomposición térmica no se inflaman hasta alcanzar temperaturas del orden de los 400 – 500 ºC. ❖ Reciclado del poliestireno expandido Poliestireno expandido y el medio ambiente La producción de Poliestireno Expandido utiliza productos derivados del petróleo. De todos modos, el consumo de este recurso natural es realmente muy limitado: sólo el 4% del petróleo que se utiliza a nivel mundial se destina a la producción de materiales plásticos, y dentro del conjunto de materiales plásticos, el EPS representa un 2,5% del total. Se deduce de esto que solo el 1 por 1000 del petróleo se destina a la fabricación de EPS. En Europa, actualmente, el uso del plástico por habitante es aproximadamente 30 kg/año, por lo tanto, la cantidad de petróleo usado para la producción de plástico, sería suficiente para un viaje en auto de 300 Km. Por otro lado, el consumo de petróleo para la producción de EPS sería insuficiente para permitir un viaje en auto para ir a un supermercado local. Otra ventaja que posee el EPS frente al medio ambiente es que para su producción o uso no se utilizan, ni se han utilizado jamás, clorofluorocarburos, de modo que no se ataca la atmósfera. El agente expansor utilizado en su fabricación, pentano, pertenece a la familia del metano, un gas natural derivado de fuentes naturales, que se descompone rápidamente en la atmósfera. Reciclabilidad Todo lo mencionado anteriormente no hace referencia a la reciclabilidad del poliestireno, a diferencia de materiales como el PET, que son más amigables con el medio ambiente, el poliestireno expandido es unos de los materiales menos amigables. Esto se debe a que la polimerización del estireno no es reversible.

Símbolo de clasificación para el reciclado del Poliestireno Esto no quiere decir que el poliestireno expandido no pueda ser utilizado nuevamente, de hecho una de las posibilidades que existen es volver a utilizarlo en la producción de poliestireno expandido. Existen además otras posibilidades como por ejemplo en la construcción como componente del hormigón liviano, rellenos de terrenos, etc. ❖ Usos y aplicaciones del poliestireno expandido en construcción. Las aplicaciones en el campo de la construcción, son muy variadas: Cubiertas, Terrazas, Paredes, Insonorización de suelos, Encofrados, Naves industriales, Falsos techos, Aislamiento de tuberías, Juntas de dilatación, Muros cortina, etc. Pero las aplicaciones más frecuentes que encuentra el EPS en la construcción están relacionadas con características como aislamiento térmico y acústico. Ya sea por ahorro de energía o por confort, el EPS posee características que cumplen muy bien esas funciones. Debido a sus excelentes cualidades y propiedades a lo que se une su facilidad de conformado y posibilidades de fabricación este material presenta un campo de aplicación muy amplio. La construcción actual y futura se caracteriza por las exigencias de ahorro energético, la protección contra el ruido y el medio ambiente. El poliestireno expandido incorpora múltiples soluciones en los sistemas constructivos, tales como aislamiento de fachadas, cubiertas, suelos calefactados, etc. Dichas soluciones aportan ventajas en la relación coste/efectividad y reducen el riesgo. Diferentes aplicaciones del EPS en construcción son: - Losas de entrepisos y techos. Resultan muy útiles para la elaboración de pisos de flotación muy adecuados en la construcción de edificios de oficina, en los cuales los problemas acústicos presentan una importancia relevante. Sobre la losa de piso se aplica un sobrepiso o mortero de nivelación sobre el que se coloca laminas de EPS las cuales funcionan como aislante amortiguador de ruido producido por los impactos. Sobre esta capa de poliestireno se aplica el acabado de piso.

- Cubiertas planas e inclinadas. El uso del poliestireno como componente de sistemas de aislamiento acústico e impermeabilización en cubiertas de techo visitables, como terrazas, azoteas, antesalas, etc. resultan bastante favorables. Existe una técnica muy común que se le denomina losas flotantes. En estos sistemas se coloca una capa de poliestireno debajo del acabado de piso, la cual actúa como amortiguador de impactos, aspecto que permite atenuación de ruidos hacia el piso inferior. Generalmente se le combina con capas de poliéster o algún otro derivado o polímero cuando se trata de cubiertas o terrazas expuesta a la intemperie. En este caso se comporta como un excelente impermeabilizante. La construcción de cubiertas con encofrados colaborantes o perdidos presenta otra modalidad en cuanto a la utilización de láminas de poliestireno expandido. - Pavimentos. La utilización de bloques de EPS en la construcción de pavimentos se hace con la finalidad de lograr la elevación libre de asentamiento, sobre todo en espacios exteriores. No es una práctica común, sobre todo por la imposibilidad de poder cubrir grandes espacios a bajo costo. En la fabricación de pavimentos es muy frecuente la utilización de juntas de dilatación a base de relleno de poliestireno expandido. - Paneles autoportantes. Los paneles autoportantes de poliestireno expandido, presentan una notable facilidad de desplazamientos, transporte e instalación, gracias al peso extremadamente ligero que permite el empleo en cualquier condición. La ligereza de los paneles esta de todos modos asociada a una notable rigidez después de ser aplicado el concreto estructural. Este garantizará la integridad y la respuesta al uso para el cual han sido destinados. El peso por metro cuadrado de los paneles antes de la aplicación del concreto, es variable según su tipología desde 3,5 Kg/m2 a 5 Kg/m2. Tal ligereza permite que un solo operario pueda mover con total facilidad más de 3 m2 de pared sin ninguna clase de problema. Las ventajas que tienen son: Reducción del tiempo de ejecución de obra hasta un 50% con respecto a los sistemas tradicionales. • Simplificación en los cimientos. • No requiere grandes medios de elevación. • Facilidad en la instalación interior, al efectuar las rozas o regatas sin escombros. • Menor consumo energético debido a su gran aislamiento térmico, mayor aislamiento acústico. • Aumento del espacio libre disponible. •

El proceso de puesta en obra de este tipo de paneles es bastante sencillo, sobre todo por que no se requieren de grandes equipos o maquinarias para su ejecución. Una pequeña cuadril...