Poliestireno expandido: qué es, propiedades y usos

11 de enero de 2024

El poliestireno expandido o EPS (abreviado del inglés, expanded polystyrene) es un material versátil que ha encontrado su lugar en diversas aplicaciones, especialmente en la construcción y en el envasado, gracias a sus propiedades únicas y su facilidad de fabricación.

Vamos a explorar qué es exactamente el poliestireno expandido, cómo se produce, sus principales propiedades y características, así como sus variados usos y aplicaciones.

¿Qué es el poliestireno expandido (EPS)?

El poliestireno expandido, comúnmente conocido como poliespan, porexpan, espuma de poliestireno o, simplemente, corcho blanco, es un material plástico celular derivado del poliestireno.

Su estructura celular cerrada y ligera lo convierte en un material ideal para diversas aplicaciones, desde empaques hasta construcción.

Este material se obtiene mediante un proceso de expansión que implica la aplicación de vapor a perlas de poliestireno, lo que resulta en una estructura celular rica en aire que le confiere sus propiedades únicas.

Esta estructura celular cerrada no solo le otorga ligereza, sino también una excelente resistencia al agua y aislamiento térmico.

¿Cómo se hace el poliestireno expandido?

La fabricación del poliestireno expandido es un proceso fascinante que implica varias etapas clave para transformar las perlas de poliestireno en un material versátil y altamente eficiente. A continuación, se detallan cada una de las etapas del proceso de fabricación del EPS.

1. Producción de perlas de poliestireno

Todo comienza con la producción de pequeñas perlas de poliestireno. Estas perlas son el punto de partida fundamental para la fabricación del poliespan.

En esta etapa, se combinan monómeros de estireno y agentes espumantes en un reactor. La polimerización resultante da como resultado la formación de perlas de poliestireno, cada una con un tamaño uniforme y consistencia.

2. Expansión de las perlas

Una vez que se obtienen las perlas, comienza la fase de expansión. Estas perlas se colocan en un contenedor especializado y se someten a vapor de agua a alta presión. La acción del vapor provoca que las perlas se hinchen significativamente, multiplicando su volumen original.

Este proceso es esencial para la formación de la característica estructura celular cerrada del poliestireno expandido.

3. Formación de la estructura celular

Durante la expansión, el vapor penetra en las perlas de poliestireno, provocando la evaporación de los agentes espumantes presentes en su composición. Este proceso crea burbujas de gas dentro de las perlas, generando la estructura celular que caracteriza al EPS.

La distribución uniforme de estas burbujas es fundamental para garantizar la consistencia en las propiedades del poliestireno expandido final.

4. Enfriamiento rápido

Una vez que las perlas se han expandido y la estructura celular se ha formado, el siguiente paso es el enfriamiento rápido. Este proceso es crucial para fijar la forma y las propiedades del porexpan.

Las perlas infladas se enfrían rápidamente mediante aire o agua, deteniendo el proceso de expansión y permitiendo que las perlas mantengan su nueva estructura celular.

5. Almacenamiento y corte

Después del enfriamiento, las perlas de poliestireno expandido se almacenan en forma de bloques o láminas. Estos bloques de poliestireno pueden tener dimensiones y densidades variadas según los requisitos específicos de la aplicación.

En esta etapa, se pueden cortar fácilmente en formas y tamaños personalizados para satisfacer las necesidades de los clientes y adaptarse a diversas aplicaciones.

6. Acabado y tratamientos especiales (opcional)

Dependiendo de la aplicación final, el poliestireno expandido puede someterse a procesos adicionales de acabado o tratamientos especiales.

Por ejemplo, en aplicaciones de construcción, se pueden agregar recubrimientos protectores para mejorar la resistencia al agua o retardantes de llama para cumplir con estándares de seguridad específicos.

Principales propiedades y características del poliestireno expandido

El poliestireno expandido se destaca en el mundo de los materiales plásticos debido a una combinación única de propiedades físicas, químicas y biológicas que lo convierten en una elección excepcional para diversas aplicaciones.

Propiedades físicas del EPS

Resistencia mecánica

La resistencia a los esfuerzos mecánicos de los productos de EPS se evalúa generalmente a través de las siguientes propiedades:

  • Resistencia a la compresión para una deformación del 10%.
  • Resistencia a la flexión.
  • Resistencia a la tracción.
  • Resistencia a la cizalladura o esfuerzo cortante.

La densidad del material guarda una estrecha correlación con las propiedades de resistencia mecánica.

Esta propiedad se requiere en los productos de EPS sometidos a carga, como suelos, cubiertas, aislamiento perimetral de muros, etc. En la práctica la deformación del poliespan en estas aplicaciones sometidas a carga es muy inferior al 10%.

La tensión de compresión al 10% de deformación se escogió para obtener respetabilidad en los resultados. El método de ensayo para el 10% de deformación no es más que un ensayo de laboratorio necesario para asegurar la calidad de la producción y no tiene nada que ver con las cargas prácticas.

Por otro lado la relación entre los resultados de ensayo de tensión de compresión al 10% de deformación y el comportamiento a compresión a largo plazo es bien conocida.

Los productos de EPS tienen una deformación por fluencia de compresión del 2% o menos, después de 50 años, mientras estén sometidos a una tensión permanente de compresión de 0,30 σ10.

Aislamiento térmico

Los productos y materiales de poliestireno expandido presentan una excelente capacidad como aislante térmico frente al calor y al frío. La mayoría 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 y embalaje de alimentos frescos y perecederos como las familiares cajas de pescado.

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). De todos es conocido que el aire en reposo es un excelente aislante térmico.

Existen nuevos desarrollos de materia prima que aportan a los productos transformados coeficientes de conductividad térmica considerablemente inferiores a los obtenidos por las materias primas estándar. Estas nuevas materias primas son las conocidas como “de baja conductividad”, “con control de radiación” ó “con absorbentes de infrarrojos” y tienen un característico color gris.

Comportamiento en el 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 (ensayo por inmersión después de 28 días). Nuevos desarrollos en las materias primas resultan en productos con niveles de absorción de agua aún más bajos.

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. Para determinar la resistencia a la difusión del vapor de agua se utiliza el factor adimensional µ que indica cuantas veces es mayor la resistencia a la difusión del vapor de agua de un material con respecto a una capa de aire de igual espesor (para el aire µ = 1). Para los productos de EPS el factor µ, en función de la densidad, oscila entre el intervalo µ = 20 a µ = 100. Como referencia, la fibra de vidrio tiene un valor µ = 1 y el poliestireno extruido µ = 150.

En pocas palabras, la naturaleza no porosa del porexpan le confiere una notable resistencia al agua. Esta propiedad evita la absorción de humedad, preservando las características físicas del material a lo largo del tiempo.

Es especialmente beneficioso en aplicaciones donde la exposición al agua es una consideración clave, como en el embalaje de productos sensibles a la humedad.

Estabilidad dimensional

Los productos de poliestireno expandido, 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 20º 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 100ºC para acciones de corta duración, y alrededor de los 80ºC para acciones continuadas y con el material sometido a una carga de 20 kPa.

Comportamiento frente a factores atmosféricos

La radiación ultravioleta es prácticamente la única que reviste importancia. Bajo la acción prolongada de la luz UV, la superficie del EPS amarillea 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.

Debido a que estos efectos sólo se muestran tras la exposición prolongada a la radiación UV, en el caso de las aplicaciones de envase y embalaje no es objeto de consideración.

Ligereza

El poliespan es conocido por su extrema ligereza. Gracias a su estructura celular cerrada que contiene una gran cantidad de aire, el material logra una relación impresionante entre resistencia y peso.

Esta característica lo convierte en una opción ideal para aplicaciones donde la carga y el peso son consideraciones críticas.

Facilidad de corte y moldeado

El EPS también destaca por su capacidad para ser fácilmente cortado y moldeado en una variedad de formas y tamaños. Esta propiedad facilita la adaptación del material a las necesidades específicas de diferentes aplicaciones.

Ya sea en la fabricación de envases personalizados, piezas para la construcción o elementos de diseño en proyectos de arte, la capacidad de cortar y dar forma al porexpan según los requisitos específicos lo convierte en una opción con una gran versatilidad.

Propiedades químicas

Estabilidad química

La composición química del poliestireno expandido destaca por su estabilidad. Es resistente a muchos productos químicos y solventes comunes, lo que contribuye a su durabilidad y longevidad en diversas aplicaciones.

Esta propiedad lo hace particularmente adecuado para entornos industriales y aplicaciones específicas que involucran exposición a productos químicos.

Si se utilizan adhesivos, pinturas disolventes y vapores concentrados de estos productos, hay que esperar un ataque de estas sustancias. En la siguiente tabla se detalla más información acerca de la estabilidad química del EPS.

SUSTANCIA ACTIVAESTABILIDAD
Solución salina (agua de mar)Estable: el EPS no se destruye con una acción prolongada
Jabones y soluciones de tensioactivosEstable: el EPS no se destruye con una acción prolongada
LejíasEstable: el EPS no se destruye con una acción prolongada
Ácidos diluidosEstable: el EPS no se destruye con una acción prolongada
Ácido clorhídrico (al 35%), ácido nítrico (al 50%)Estable: el EPS no se destruye con una acción prolongada
Ácidos concentrados (sin agua) al 100%No estable: El EPS se contrae o se disuelve
Soluciones alcalinasEstable: el EPS no se destruye con una acción prolongada
Disolventes orgánicos (acetona, esteres)No estable: El EPS se contrae o se disuelve
Hidrocarburos alifáticos saturadosNo estable: El EPS se contrae o se disuelve
Aceites de parafina, vaselinaEstable: el EPS no se destruye con una acción prolongada
Aceite de diéselNo estable: El EPS se contrae o se disuelve
CarburantesNo estable: El EPS se contrae o se disuelve
Alcoholes (metanol, etanol)Estable: el EPS no se destruye con una acción prolongada
Aceites de siliconaRelativamente estable: en una acción prolongada, el EPS puede contraerse o ser atacada su superficie

Inerte

El poliestireno expandible es inerte químicamente, lo que significa que no reacciona con la mayoría de los materiales circundantes. Esta propiedad es esencial en aplicaciones donde la interacción química podría comprometer la integridad del material o la calidad de los productos almacenados o transportados.

Propiedades biológicas

Resistencia a microorganismos

El EPS es inherentemente resistente a la acción de microorganismos como bacterias y hongos. Es imputrescible, no enmohece y no se descompone. Esta resistencia biológica contribuye a su capacidad para mantener sus propiedades físicas y químicas a lo largo del tiempo, incluso en entornos donde la presencia de microorganismos podría ser un problema.

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 y de seguridad e higiene establecidas, con lo que pueden utilizarse con total seguridad en la fabricación de artículos de embalaje destinados al contacto alimenticio.

No biodegradable

Una de las características distintivas del poliespan es su naturaleza no biodegradable. Aunque esto plantea desafíos ambientales, también significa que el material es resistente a la descomposición biológica, lo que lo convierte en una opción duradera y de larga vida útil.

El EPS no tiene ninguna influencia medioambiental perjudicial ni es peligroso para las aguas. Se pueden adjuntar a los residuos domésticos o bien ser incinerados. En cuanto al efecto de la temperatura, mantiene las dimensiones estables hasta los 85ºC. No se produce descomposición ni formación de gases nocivos.

Comportamiento frente al fuego

Los productos de EPS, al ser expuestos a temperaturas superiores a 100ºC, empiezan a reblandecerse lentamente y se contraen, si aumenta la temperatura se funden. 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.

Un material tratado con agentes ignifugantes (autoextinguible) se contrae si se expone a una llama. Sólo empezará a arder si la exposición se prolonga, a una velocidad de propagación muy baja, las llamas se propagan sólo en la superficie del material. Para calibrar las diferentes situaciones de riesgo que comporta el empleo de EPS, deben tenerse en cuenta factores derivados de su contenido, su forma y su entorno.

El comportamiento frente al fuego del poliestireno expandido retardante al fuego es significativamente diferente del EPS estándar. Expuesto al fuego, el EPS con retardante se retrae apartándose de la fuente de calor. La probabilidad de ignición del material se reduce significativamente y las chispas de soldadura o los cigarrillos normalmente no lo hacen arder.

Otro efecto del retardador del fuego es que sus productos de descomposición sofocan la llama: en cuanto se aparta la fuente de calor, la llama se extingue. El efecto se ilustra claramente en una demostración en la cual se aplica una llama en un agujero de un gran bloque de EPS utilizando una antorcha. En cuanto la antorcha se aparta, el fuego se extingue.

La reacción frente al fuego debe evaluarse no solo sobre el material o producto, sino a nivel de elemento constructivo, tal y como lo indica la legislación vigente. La clasificación de la reacción frente al fuego del material o producto de EPS desnudo tiene solo una importancia formal del marcado y etiquetado del mismo. La capa que realmente determina la reacción frente al fuego es la capa que se enfrenta al fuego y cubre al material de aislamiento de EPS.

Usando una combinación de aislamiento de EPS y capas de recubrimiento específicas siempre es posible diseñar una construcción que cumpla los requisitos contra incendios. Correctamente aplicado e instalado el porexpan no se ve afectado por la aparición y desarrollo de un incendio en un edificio.

Usos y aplicaciones del poliestireno expandido

El poliestireno expandido ha encontrado aplicación en diversas industrias debido a su versatilidad y propiedades únicas. Algunos de los usos más comunes incluyen:

  • Construcción: en el sector de la construcción, el poliestireno expandido o expandible se usa como material de aligeramiento y como aislante térmico en edificación y en obra civil; utilizándose como tal en fachadas, cubiertas, suelo, etc. En Europa los productos aislantes térmicos están regulados por el Reglamento de Productos de la Construcción, bajo este reglamento es la norma EN 13163 la que regula la medición de sus propiedades para el marcado CE del producto.
  • Embalaje industrial: el EPS es ampliamente utilizado en la fabricación de envases y embalajes debido a su ligereza y capacidad de protección frente a impactos.
  • Industria alimentaria: en forma de bandejas y contenedores, el EPS se utiliza para el embalaje de alimentos, aprovechando su capacidad para mantener la temperatura y proteger los productos.
  • Arte y manualidades: su facilidad de corte y moldeado lo hace popular en proyectos de arte y manualidades, proporcionando una base liviana y fácil de manipular.
  • Industria automotriz: se utiliza en la fabricación de piezas moldeadas para vehículos debido a su ligereza y resistencia a los impactos.

El mejor aislante térmico

En definitiva, el poliestireno expandido destaca como uno de los mejores aislantes térmicos disponibles en el mercado. Su combinación única de propiedades, que incluyen ligereza, resistencia al agua y versatilidad, lo convierte en la elección ideal para una variedad de aplicaciones, desde la construcción hasta el embalaje.

Su proceso de fabricación eficiente y su durabilidad hacen del EPS una opción sostenible que contribuye a la eficiencia energética y a la reducción de residuos. Como fabricantes de poliestireno expandido, en Aispor estamos comprometidos con proporcionar un material de alta calidad que cumpla con las necesidades de diversas industrias y contribuya al desarrollo sostenible.

Solo cabe mencionar que el poliestireno expandido es mucho más que un simple material plástico; es una solución versátil y eficaz que impulsa la innovación en múltiples campos.

Fuente de parte del artículo: anape.es