Espuma de memoria
espuma viscoelástica se compone principalmente de poliuretano con productos químicos adicionales que aumentan su viscosidad y densidad. A menudo se le conoce como viscoelástico. espuma de poliuretano o espuma de poliuretano de baja resiliencia (LRPu). Las burbujas o "células" de espuma están abiertas, lo que crea efectivamente una matriz a través de la cual puede moverse el aire. La espuma viscoelástica de mayor densidad se ablanda en reacción al calor corporal, lo que le permite amoldarse a un cuerpo cálido en unos minutos. Las espumas más nuevas pueden recuperar su forma original más rápidamente.
Mecánica
La espuma de memoria deriva sus propiedades viscoelásticas de varios efectos, debido a la estructura interna del material. El efecto de red es la fuerza que trabaja para restaurar la estructura de la espuma cuando está deformada. Este efecto es generado por el material poroso deformado empujando hacia fuera para restaurar su estructura contra una presión aplicada. Tres efectos funcionan contra el efecto de red, disminuyendo la regeneración de la estructura original de la espuma:
- El efecto neumático, causado por el tiempo que toma aire para fluir en la estructura porosa de la espuma.
- El efecto adhesivo, o adherencia, causada por la adhesión de las superficies dentro de la espuma, que trabajan contra la descompresión como los poros internos dentro de la espuma se presionan juntos
- El efecto de relajación (el más fuerte de las tres fuerzas que trabajan contra la expansión), causada por el material de la espuma que está cerca de su temperatura de transición de vidrio, limitando su movilidad, obligando a cualquier cambio a ser gradual, y ralentizando la expansión de la espuma una vez que se haya eliminado la presión aplicada
Los efectos dependen de la temperatura, por lo que el rango de temperatura en el que la espuma viscoelástica conserva sus propiedades es limitado. Si hace demasiado frío, se endurece. Si hace demasiado calor, actúa como la espuma convencional y recupera rápidamente su forma original. La física subyacente de este proceso puede describirse mediante fluencia polimérica.
Los efectos neumáticos y adhesivos están fuertemente correlacionados con el tamaño de los poros dentro de la espuma viscoelástica. Los poros más pequeños generan una mayor superficie interna y un flujo de aire reducido, lo que aumenta la adhesión y los efectos neumáticos. Por tanto, las propiedades de la espuma se pueden controlar cambiando su estructura celular y porosidad. Su temperatura de transición vítrea también se puede modular mediante el uso de aditivos en el material de la espuma.
Las propiedades mecánicas de la viscoelástica pueden afectar al confort de los colchones fabricados con ella. También existe un equilibrio entre comodidad y durabilidad. Ciertas espumas con memoria pueden tener una estructura celular más rígida, lo que conduce a una distribución más débil del peso, pero una mejor recuperación de la estructura original, lo que conduce a una mejor ciclabilidad y durabilidad. Una estructura celular más densa también puede resistir la penetración del vapor de agua, lo que reduce la erosión y mejora la durabilidad y la apariencia general.
Historia
La espuma viscoelástica se desarrolló en 1966 gracias a un contrato del Centro de Investigación Ames de la NASA para mejorar la seguridad de los cojines de los aviones. La espuma viscoelástica sensible a la temperatura se denominó inicialmente "espuma de recuperación lenta"; la mayoría lo llamó "espuma templada". Creado alimentando gas en una matriz polimérica, tenía una estructura sólida de celda abierta que igualaba la presión contra ella, pero lentamente volvía a su forma original.
La comercialización posterior de la espuma incluyó su uso en equipos médicos, como protectores para mesas de rayos X, y equipos deportivos, como forros para cascos de fútbol americano y canadiense.
Cuando la NASA lanzó la espuma viscoelástica al dominio público a principios de la década de 1980, Fagerdala World Foams fue una de las pocas empresas dispuestas a trabajar con ella, ya que el proceso de fabricación seguía siendo difícil y poco fiable. Su producto de 1991, el colchón sueco Tempur-Pedic, finalmente dio lugar a la empresa de colchones y cojines Tempur World.
La espuma viscoelástica se utilizó posteriormente en entornos médicos. Por ejemplo, cuando se exigía a los pacientes que permanecieran inmóviles en la cama, sobre un colchón firme, durante un período de tiempo insalubre, la presión sobre algunas regiones del cuerpo alteraba el flujo sanguíneo, provocando úlceras por presión o gangrena. Los colchones viscoelásticos redujeron significativamente este tipo de eventos, así como los colchones de aire con presión alterna.
Al principio, la espuma viscoelástica era demasiado cara para su uso generalizado, pero se volvió más barata. Sus usos domésticos más habituales son colchones, almohadas, zapatos y mantas. Tiene usos médicos, como cojines para asientos de sillas de ruedas, almohadas para camas de hospitales y acolchados para personas que sufren dolores prolongados o problemas posturales.
Gel
La retención de calor puede ser una desventaja cuando se utiliza en colchones y almohadas, por lo que en la espuma viscoelástica de segunda generación, las empresas comenzaron a utilizar una estructura de células abiertas para mejorar la transpirabilidad.
En 2006, se presentó la tercera generación de espuma viscoelástica. El gel visco o gel viscoelástico consiste en partículas de gel fusionadas con viscoespuma para reducir el calor corporal atrapado, acelerar el tiempo de recuperación y ayudar a que el colchón se sienta más suave. Esta tecnología fue desarrollada y patentada originalmente por Peterson Chemical Technology, y los colchones de gel se hicieron populares con el lanzamiento de la línea iComfort de Serta y Simmons. Línea Beautyrest en 2011. A continuación se desarrolló la espuma viscoelástica con gel con lo que se describieron como "perlas" en su interior. que contiene el gel que, como material de cambio de fase, logró la estabilización de temperatura deseada o el efecto de enfriamiento al cambiar de un "estado" sólido a líquido. dentro de la cápsula. Los cambios de estado físico pueden alterar significativamente las propiedades de absorción de calor de un elemento.
Desde el desarrollo de la espuma viscoelástica en gel, se han añadido otros materiales. Con él se han combinado aloe vera, extracto de té verde y carbón activado para reducir los olores e incluso proporcionar aromaterapia mientras se duerme. El rayón se ha utilizado en fundas de colchones tejidos sobre camas de espuma viscoelástica para eliminar la humedad del cuerpo y aumentar la comodidad. Los materiales de cambio de fase (PCM) también se han utilizado en fundas de almohadas, camas y colchones de espuma viscoelástica. Otros materiales además del poliuretano también tienen las propiedades necesarias para fabricar espuma viscoelástica. El tereftalato de polietileno, uno de esos materiales poliméricos, ofrece ciertas ventajas sobre el poliuretano, como reciclabilidad, ligereza y aislamiento térmico.
Colchones
Un colchón de espuma viscoelástica suele ser más denso que otros colchones de espuma, lo que lo hace más pesado y brinda mayor apoyo. Los colchones viscoelásticos suelen venderse a precios más elevados que los colchones tradicionales. La espuma con memoria utilizada en los colchones se fabrica comúnmente en densidades que van desde menos de 24 kg/m3 (1,5 lb/ft3) hasta 128 kg/m3 (8 lb/pie3) densidad. La mayoría de la espuma viscoelástica estándar tiene una densidad de 16 a 80 kg/m3 (1 a 5 lb/pie3). La mayoría de la ropa de cama, como los protectores y las capas cómodas de los colchones, tienen una densidad de 48 a 72 kg/m3 (de 3 a 4,5 lb/pie3). Las densidades altas, como 85 kg/m3 (5,3 lb/ft3), se utilizan con poca frecuencia.
La propiedad de firmeza (dura a blanda) de la espuma viscoelástica se utiliza para determinar la comodidad. Se mide mediante la clasificación de fuerza de indentación y deflexión (IFD) de la espuma. Sin embargo, no es una medida completa de un tejido "suave" o "firme" sentir. Una espuma de mayor IFD pero de menor densidad puede sentirse suave cuando se comprime.
IFD mide la fuerza en newtons (o libras-fuerza) necesaria para hacer una abolladura de 1 pulgada en una muestra de espuma de 500 mm × 500 mm × 100 mm (19,7 pulg. × 19,7 pulg. × 3,9 pulg.) por 323 cm3 (50 pulgadas cuadradas, 8 pulgadas de diámetro), conocido como IFD @ 25% de compresión. Las clasificaciones IFD para las espumas viscoelásticas oscilan entre súper blandas (IFD 10) y semirrígidas (IFD 12). La mayoría de los colchones viscoelásticos son firmes (IFD 12 a IFD 16).
Las espumas viscoelásticas de segunda y tercera generación tienen una estructura de células abiertas que reacciona al calor y al peso corporal amoldándose al cuerpo de quien duerme, lo que ayuda a aliviar los puntos de presión, previene las úlceras por presión, etc. Los fabricantes afirman que esto puede ayudar aliviar los puntos de presión para aliviar el dolor y promover un sueño más reparador, aunque no existen estudios objetivos que respalden los beneficios de los colchones. beneficios reclamados.
Los colchones viscoelásticos retienen el calor corporal, por lo que pueden calentarse excesivamente cuando hace calor. Sin embargo, las viscoelásticas tipo gel suelen ser más frescas debido a su mayor transpirabilidad.
Peligros
Las emisiones de los colchones viscoelásticos pueden causar directamente más irritación respiratoria que otros colchones. La espuma viscoelástica, al igual que otros productos de poliuretano, puede ser combustible. En varias jurisdicciones se han promulgado leyes para exigir que toda la ropa de cama, incluidos los artículos de espuma viscoelástica, sea resistente a la ignición de una llama abierta, como una vela o un encendedor de cigarrillos. Las leyes sobre ropa de cama de EE. UU. que entraron en vigor en 2010 modifican el Boletín Cal-117 para las pruebas FR.
Existe la preocupación de que los altos niveles del retardante de fuego PBDE comúnmente utilizado en la espuma viscoelástica puedan causar problemas de salud a algunos usuarios. Los PBDE ya no se utilizan en la mayoría de las espumas para ropa de cama, especialmente en la Unión Europea.
Los fabricantes advierten sobre dejar a bebés y niños pequeños desatendidos sobre colchones viscoelásticos, ya que pueden tener dificultades para darse vuelta y asfixiarse.
La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos publicó dos documentos proponiendo Estándares Nacionales de Emisiones para Contaminantes Peligrosos del Aire (HAP) relacionados con las emisiones peligrosas producidas durante la fabricación de productos de espuma de poliuretano flexible. Las emisiones de HAP asociadas con la producción de espuma de poliuretano incluyen cloruro de metileno, diisocianato de tolueno, metilcloroformo, diisocianato de metilendifenilo, óxido de propileno, dietanolamina, metiletilcetona, metanol y tolueno. Sin embargo, no se han clasificado todas las emisiones químicas asociadas con la producción de este material. El cloruro de metileno representa más del 98 por ciento de las emisiones totales de HAP de esta industria. La exposición breve a altas concentraciones de cloruro de metileno también irrita la nariz y la garganta. Los efectos de la exposición crónica (a largo plazo) al cloruro de metileno en humanos afectan al sistema nervioso central e incluyen dolores de cabeza, mareos, náuseas y pérdida de memoria. Los estudios en animales indican que la inhalación de cloruro de metileno afecta el hígado, los riñones y el sistema cardiovascular. No se han informado efectos del cloruro de metileno sobre el desarrollo o la reproducción en humanos, pero estudios limitados en animales han informado una reducción del peso corporal fetal en ratas expuestas.