Estudio de las propiedades mecánicas, térmicas y de comportamiento al fuego de aerogeles polímero/arcilla

Las espumas poliméricas son unos materiales de gran interés industrial debido a su versatilidad en cuanto a propiedades y a su elevada ligereza. Así por ejemplo encontramos las espumas de poliestireno, poliuretano, etc. No obstante uno de los inconvenientes que presentan es que en su composición o fabricación a menudo se usa productos químicos y agentes espumantes que presentan toxicidad ambiental. Los aerogeles de polímero y arcilla se están desarrollando como un nuevo material para sustituir las espumas poliméricas en algunas aplicaciones. Estos pueden ser fabricados a partir de diferentes polímeros y varios tipos de arcillas, adicionalmente pueden ser incluidos varios aditivos en la composición. En este estudio se utilizará el polivinil alcohol (PVOH) como sustrato polimérico de carácter biodegradable y la montmorillonita como refuerzo. Esta arcilla está presente en la naturaleza de forma natural, garantizando así la inocuidad del sistema. Este nuevo tipo de espumas son fabricadas con un proceso muy sencillo, lo cual constituye una ventaja añadida respecto de las espumas convencionales. El proceso inicia con la mezcla de una solución acuosa del polímero con una solución gelificada de la arcilla. La mezcla resultante es congelada adquiriendo entonces su estructura de aerogel. Posteriormente se extrae el agua por sublimación mediante el proceso de liofilización. Con este proceso se obtiene un material compuesto de polímero y arcilla similar a una espuma y con densidades entre 0,05 y 0,2 g/cm3. Los aerogeles presentaron un comportamiento a compresión similar al de las espumas poliméricas. A baja deformaciones mostraron una respuesta elástica, seguida de un plateau a deformaciones intermedias y finalmente ocurrió la densificación a mayores valores de deformación. La tensión, medida al 10% de deformación, y el modulo presentaron una dependencia de forma de ley de potencia con respecto a la composición de arcilla o polímero. Al aumentar las concentraciones se incrementaron los valores de estas propiedades. En impacto, los aerogeles presentaron un aumento de la rigidez con el incremento de la concentración tanto de arcilla como de polímero. En algunas aplicaciones se requiere mejorar el comportamiento ante la llama del material es por ello que se estudió la respuesta de los aerogeles ante el fuego. Se fabricaron aerogeles con composiciones modificadas con hidróxido de aluminio, polifosfatos de amonio y gel de sílice como aditivos. A través del uso del calorímetro de cono y el análisis termogravimétrico, se observó una mejora de la resistencia al fuego de los aerogeles con el uso de hidróxido de aluminio y el polifosfato de amonio. El gel de sílice no mejoró la resistencia al fuego. Sin embargo, las propiedades mecánicas a compresión e impacto se vieron afectadas negativamente por los aditivos