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Espumados Kynar®

Los fluoropolímeros espumados son espumas de celda cerrada de alto desempeño base polífluoruro de vinilideno (PVDF) que ofrecen nuevas soluciones a las ciencias de la vida y a la industria de semiconductores. Ambas industrias requieren el uso de materiales con ultra alta pureza, bajos niveles de generación de humo y propagación de flama y excelente resistencia química.

Por muchos años los fluoropolímeros como el PVDF y sus copolímeros se han utilizado exitosamente en el manejo de fluidos y sistemas de envasado. El desarrollo de nuevas espumas llena un vacío con la adición de retardante a la flama en materiales de aislamiento con excelente resistencia química.

 

*La siguiente información se produce bajo el permiso de Controlled Environments, Enero 2007.

 

Los espumados Kynar® PVDF son materiales duros, ligeros y aislantes que ofrecen excelentes propiedades y están disponibles en lámina, la cual puede ser termoformada para producir una gran variedad de formas. Otra tecnología de espumado es usada para la producción de revestimiento ligero de cable y alambre.

 

Ciertos espumados han sido probados bajo los métodos ASTM E84, FM4910, NFPA 262, y UL 94 (V0). Algunos grados cumplen las normas USP, y FDA 177.2510 o 177.2600 para el contacto repetido con alimentos, NSF y CRC Kosher.

Características de los materiales:

  • Resistencia a la propagación de flama
  • Baja generación de humo
  • Alta temperatura de auto ignición
  • Muy baja carga combustible
  • Temperatura de servicio -50°C a 155°C
  • Resistencia química, a los combustibles y a la corrosión, compatible con la mayoría de los métodos de esterilización
  • Resistencia a los rayos ultravioleta (UV)
  • Resistente a los rayos gamma
  • Propiedades aislantes
  • Resistencia al crecimiento microbiano, aprobado por ASTM G21
  • Baja absorción de humedad
  • Resistencia a la abrasión
  • Alta pureza en grados específicos de espumas
  • Estructura de celda cerrada

Aplicaciones

  • Aislamiento para interior de aviones
  • Ambientes de cuarto limpio
  • Recubrimiento de cables

Espumado continúo

Usando una formula patentada, Arkema fabrica agentes de espumado continuo PVDF para reducir la densidad hasta un 50%. Este agente químico espumante de alta - media densidad, puede ser agregado a un proceso de extrusión de igual forma que un pigmento. Los espumados continuos de Kynar® son comúnmente utilizados para fabricar recubrimientos de cable y alambre, microductos de fibra óptica, sistemas de tubería, tubería delgada, película y formas comunes así como tubería con núcleo de espuma y lámina.

Ciencias de la vida

La industria farmacéutica de hoy utiliza las últimas tecnologías para desarrollar y fabricar medicinas que dramáticamente mejoran y aumentan la calidad y esperanza de vida. El costo para desarrollar, producir, cumplir aprobaciones FDA y entregar estos fármacos a los consumidores puede ser de hasta $800 millones para una medicina nueva. El impacto financiero es muy grande si la producción de estas medicinas es lenta o se detiene debido a algún daño por flama o humo. Incluso la menor demora en la producción puede resultar en significantes pérdidas.

 

Las nuevas y sofisticadas medicinas son fabricadas usando tecnologías y materiales de manufactura avanzada. La alta tecnología de los ambientes de cuarto limpio muchas veces contiene lámina y espuma polimérica para el aislamiento. Estos son usados para crear estructuras ligeras, cubículos, estaciones químicas de banco húmedo y aislamiento de tubería y ductos. Estos ambientes además podrían incluir alambre, conduit flexible no metálico para cable de fibra óptica, así como cables de control y automatización.

Semiconductores

Los ambientes de la fabricación de semiconductores requieren el uso de materiales con excelente resistencia química, pureza y baja generación de humo en caso de algún incendio. Los polímeros PVDF son comúnmente usados debido a su alta pureza y baja generación de humo, y son ampliamente utilizados en la industria de semiconductores para suministrar agua de alta pureza a las operaciones de fabricación de chips. Además son usados en la fabricación de estaciones de banco húmedo. Debido a que la mayoría de los químicos no alteran al PVDF, este ha sido adoptado por las industrias de procesos químicos y de pulpa y papel para el recubrimiento de tanques y sistemas de tuberías. El PVDF además se caracteriza por su fuerza, dureza y resistencia en periodos largos a la radiación UV y gamma.

 

Además, el PVDF es usado para aislar comunicaciones de datos, fibra óptica, alarmas contra incendios y cables de control porque difícilmente se propagará el fuego y se generará muy poca humo durante un incendio. Las excelentes propiedades de desempeño contra el fuego del PVDF permiten la instalación de cable y alambre en espacios de aire acondicionado sin la necesidad de conductores metálicos.

 

Para disminuir el riesgo debido al fuego y al humo, Factory Mutual (FM), Underwriters Laboratories (UL), ASTM, y otras agencias de pruebas han desarrollado métodos para pruebas contra fuego, a fin de caracterizar el desempeño de los materiales. Es generalmente reconocido por estas agencias que los mejores métodos de pruebas son métodos en gran escala o versiones en escala reducida que toman en cuenta donde y como será usado el material. Estos métodos con frecuencia usan láminas sólidas, montadas horizontalmente o verticalmente, las cuales después son expuestas a una fuente de calor y/o a al fuego directo. Estas pruebas también se aplican sobre espumas poliméricas, cable y alambre, y caracterizan el desempeño midiendo la propagación de flama y generación de humo cuando se quema el polímero. En el caso de cable y alambre, los cables son puestos lado a lado en una cámara cerrada llamada Steiner Tunnel (ASTM E84/NFPA 262/NFPA255) y el desempeño también se caracteriza por la propagación del fuego y la generación de humo. Hay un numero de laboratorios reconocidos en Estados Unidos que pueden llevar a cabo las pruebas.

 

Muchos materiales poliméricos con una carga combustible significante, se quemarán rápidamente y producirán grandes cantidades de humo si se genera un incendio. Sin embargo, los polímeros fluorados, especialmente el PVDF, previenen y minimizan los riesgos de incendio. El PVDF es un polímero puro, sin aditivos y es inherentemente retardante al fuego. El PVDF se caracteriza por:

ESTÁNDAR DESCRIPCIÓN
Método Protocolo de la prueba de flamabilidad para materiales usados en cuarto limpio
ASTM E84/UL 723/NFPA 255 Método estándar de la prueba para las características del quemado de la superficie de los materiales de construcción
NFPA 262 Método estándar de la prueba para propagación de flama y humo en cable y alambre usados en espacios de manejo de aire

 

Tabla 1. Pruebas reales en escenarios completamente en llamas

Muestra CHF* TRP# FPI** SDI##
Espumado ZOTEK® 40 HT LS 30 799 3 0.1
Material de cuarto limpio - - 6 0.4

 

Tabla 2. Resultados de la prueba FM 4910

*Flujo de calor crítico (kW/m2)

#Parámetro de respuesta térmica (kW/m2s-1/2)

**Índice de propagación de fuego, (m/s1/2)/(kW/m)2/3

##Índice de generación de humo, (m/s1/2)(g/g)/(kW/m)2/3

Prueba ASTM E 84 Índice de propagación de flama 25 max perimtido

Índice de generación de humo 50 max permitido

Espumado ZOTEK® F 40 HT LS con un espesor de 1/8" 0 0
Espumado ZOTEK® F 40 HT LS con un espesor de 1" 5 5

Tabla 3. Resultados de la prueba ASTM E84

  • Alta temperatura de auto ignición
  • Bajo valor calórico
  • Auto extinguible cuando existe una flama directa
  • Mínima propagación de flama y mínima generación de humo
  • Resistencia a la mayoría de los químicos, incluyendo los métodos comunes de esterilización
  • Alta pureza
  • Resistente a los rayos ultravioleta y gamma
  • Dureza y resistente a ser cortado

 

 

 

Las espumas de celda cerrada de PVDF se pueden obtener en lámina continua y en una gran variedad de espesores. Las espumas se pueden termoformar fácilmente, cortar y procesar para elaborar formas complejas. Las espumas PVDF se pueden laminar hacia otros materiales laminados como láminas de PVDF, para paneles de bajo peso, cubículos y diversos espacios.

 

Estas espumas de PVDF son muy flexibles, se pueden termoformar en formas complejas o transformar en tubos. El espesor, densidad y flexibilidad de las espumas finales pueden ser controlados para cumplir una aplicación específica. Se han obtenido densidades tan bajas como 30 kg/m3 (0.03 g/cm3) lo que representa una reducción del peso especifico 60 veces. Se pueden utilizar en áreas de cuarto limpio donde se requieren propiedades de aislamiento térmico y altos niveles de retardancia a la flama y baja generación de humo. Una prueba reciente FM 4910 dio como resultado un Índice de Propagación de Fuego de 3.0 y un Índice de Generación de Humo de 0.1. Estos resultados preliminares indican que las espumas de PVDF son capaces de cumplir con los estrictos requisitos para materiales de cuarto limpio. En un futuro se completaran todos los requisitos de FM 4910.

 

Algunas resinas específicas de PVDF y espumas de celdas cerradas fueron probadas y cumplieron los siguientes estándares de flamabilidad. Los métodos de flamabilidad y la ciencia de flamabilidad forman parte de un área muy complicada y los resultados del desempeño pueden variar dependiendo del método utilizado. Sin embargo, los siguientes estándares (Tabla 1) son reconocidos por ser los más estrictos y más cercanos al mundo real en escenarios completamente en llamas.

Resultados de la prueba para espumas PVDF de celda cerrada

Factory Mutual FM 4910

En la tabla 2 se muestran los resultados de la prueba FM 4910

 

ASTM E84/UL 723

 

Se han hecho pruebas con ciertos grados espumados de características de quemado de superficies de acuerdo al método ANSI/UL 723 (ASTM E84-01) usado para clasificar materiales de construcción. Los resultados de la prueba ASTM E84 se reportan como Índice de Propagación de Flama (FSI) e Índice de Generación de Humo (SDI) (Tabla 3). Los resultados menores a 25/50, respectivamente, indican que el material tiene una combustibilidad limitada y ofrece el nivel más alto de rendimiento contra el fuego distinto a los materiales no-combustibles (no orgánicos).

 

Para cumplir con estos altos requerimientos para humo, se desarrollaron algunos grados específicos de espumas LS, "LS" significa que tienen baja generación de humo. Un SDI menor a 50 es muy difícil de alcanzar para un material polimérico en espuma a través del método ASTM E 84/UL 723. Estas espumas LS son usadas como aislantes en los ductos de aire acondicionado, tuberías que conducen vapor, y otros componentes del proceso. Además, la conductividad térmica de las espumas es muy baja lo que los hace ideales para aplicaciones donde se necesita un aislante.

Resumen

Seleccionando entre los materiales usados en el control de ambientes con las mejores características de rendimiento contra fuego, riesgos de vida, propiedad e ingresos se pueden reducir significativamente. La reducción de riesgos se debe traducir en niveles seguros. Las espumas de celda cerrada ofrecen excelentes características de  resistencia  química, al fuego, a la temperatura y se pueden fabricar en láminas, espumas aislantes, formas complejas y alambre aislante. Las espumas de celda cerrada ofrecen nuevas opciones para los ingenieros que diseñan los cuartos limpios para industrias de semiconductores y ciencias de la vida. Sus excelentes características de resistencia al fuego y baja generación de humo pondrán a estos materiales en la lista de materiales con aprobación FM 4910.

 

Ver MSDS para las Consideraciones en Salud y Seguridad. Kynar® PVDF es una marca registrada de Arkema Inc. ZOTEK® F es una marca registrada de Zotefoams PLC in UK.

 

Referencia

1. www.zotefoams.com

 

Ron Partridge es un Ingeniero de Desarrollo de Negocios en la división de Fluoropolímeros en Arkema. Ron es responsable del desarrollo de negocios de espumas, rotomoldeo, cable y alambre de Kynar® PVDF. Tiene aproximadamente 20 años de experiencia en ventas en la industria de polímeros, desarrollo de negocios, servicio técnico e Investigación y Desarrollo. Ha trabajado para Arkema durante los últimos tres años. Recibió su título universitario en Química y Ciencia de Materiales en la Universidad de Nueva York en 1984. Lo puede contactar al 215-419-7874; e-mail: ron.partridge@arkemagroup.com

 

Sean M. Stabler es un Ingeniero de Desarrollo de Negocios en la división de Fluoropolímeros en Arkema Inc. Sean es responsable de los mercados de espumas continuas, industrias para agua y fibras. Tiene más de 10 años de experiencia en la fabricación de polímeros, investigación y desarrollo, servicio técnico y desarrollo de negocios. Ha trabajado para Arkema Inc. durante los últimos siete años. Recibió su título universitario en Ingeniería de Plásticos y Polímeros en el Colegio de Tecnología de Pennsylvania y su grado de maestría en Ingeniería y Ciencia de Materiales en la Universidad de Drexel. Lo puede contactar al 610-878-6990 o por correo sean.stabler@arkema.com

 

Arkema está involucrado en productos vinílicos, químicos industriales y productos de alto desempeño.


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