Policarbonato celular en la construcción

MRA Master Rehabilitación Arquitectónica

Nuevos Materiales y Sistemas para la Ejecución

Policarbonato Celular como Nuevo Material de Construcción

Tutor: J.B. Cheda

Autor: Agustín José Veiras Busto

2 MRA - Master Oficial en Rehabilitación Arquitectónica. ETSAC. La Coruña / curso 2 mil 11 – 2 mil 12 Nuevos Materiales y Sistemas para la Ejecución. Autor: Agustín Veiras Busto.

0. Índice.

1. Descubrimiento e historia del material.

2. Composición química y propiedades.

3. Campos de aplicación del material Policarbonato.

4. Tipos de Policarbonatos y características.

5. Policarbonato Celular. Productos y Soluciones en el Mercado.

6. Ejemplos de utilización del Policarbonato Celular en Arquitectura.


1. Descubrimiento e historia del material.

El policarbonato es un polímero que se descubrió casi por casualidad y fue explotado comercialmente muchos años después de su desarrollo industrial. Los primeros estudios sobre este polímero datan del año 1928 cuando el investigador químico americano Wallace Hume Carothers (1886 - 1937) de la mercantil DuPont, realizando un estudio sistemático sobre las resinas de poliéster, buscando un polímero para la producción de nuevo tejidos, empezó a examinar los policarbonatos alifáticos.

Pasaron muchos años y los estudios continuaron aunque cambiando de dirección y el fin de dicha investigación.

No siendo hasta casi 25 años en 1952, cuando el científico H. Schell de la firma Bayer, cumple con éxito los primeros estudios en laboratorio para la fabricación de policarbonatos. Pero por otro lado y en paralelo a esto otros científicos también estaban trabajando en el desarrollo del material como Daniel Fox de la mercantil General Electric que en 1953 descubre en el laboratorio la producción de este polímero.

La primera patente de este material se le adjudicara a Schnell de la Bayer, en 1954 el cual la presentara tan solo 9 días antes que la su homologo de la General Electric. Este motivo hace necesario una intervención política para evitar un enfrentamiento entre las dos sociedades.

Tenemos que esperar hasta 1959 para que Bayer saque al mercado bajo su marca comercial “Makrolon” las primeras partidas de material de forma industrializada y un año después en 1960 fue el turno del “Lexan” marca comercial de la firma General Electric.

Los años siguientes al lanzamiento del policarbonato no fueron precisamente brillantes y a la industria le costaba asimilar e intuir las ventajas económicas de utilizar este nuevo polímero de alta tecnología.

A pesar de que este material fuese increíblemente transparente y con excelentes propiedades de resistencia térmica y mecánica, no era considerado interesante por los sectores económicos de la época.

Estas actitud de escepticismo inicial respecto del nuevo material cambiaron radicalmente en años sucesivos gracias al trabajo de marketing de la compañía americana que tomo la iniciativa y demostró, por entonces, como este material estaba aún muy lejos de descubrir las áreas auténticas de sus aplicaciones.

En 1982, el primer CD de audio fue introducido al mercado, en pocos años ira remplazando a las cintas de audio. Dentro de los siguientes 10 años, la tecnología de los medios ópticos incluían los CD-ROMs y dentro de 15 años los DVDs. Todos estos sistemas ópticos de almacenaje dependen del policarbonato como base.

Desde mediados de los 80, también se descubrirá otra aplicación al mercado que será el de las botellas de agua hechas de policarbonato

Wallace Hume Carothers.1928.


llegaron a remplazar las pesadas y frágiles botellas de vidrio. Estas botellas ligeras y resistentes pueden ahora ser encontradas en muchos lugares públicos y oficinas y en nuestro día a día.

2. Composición química y propiedades.

El policarbonato es un poliéster con estructura química repetitiva de moléculas de Bisfenol A ligada a otros grupos carbonatos (-O-CO-O-) en una molécula larga.

Toma su nombre por los grupos carbonatos en su cadena principal. También es conocido como policarbonato de Bisfenol A porque se elabora a partir del Bisfenol A y fosgeno.

Bisfenol A: Usualmente abreviado como BPA, es un compuesto orgánico con dos grupos funcionales fenol. Es un bloque (monómero) disfuncional de muchos importantes plásticos y aditivos plásticos. El Bisfenol-A se produjo por primera vez por Aleksandre Dianin, químico ruso, en 1891.

Se prepara mediante la condensación de la acetona (de ahí el sufijo '-A') 5 con dos equivalentes de fenol. La reacción es catalizada por un ácido, como ácido clorhídrico (HCl) o una resina de poliestireno sulfonado.

Normalmente se usa una gran cantidad de fenol para asegurar su completa condensación.

Fosgeno: El fosgeno u oxicloruro de carbono, cuya fórmula química es COCl2, es un gas generalmente incoloro y no inflamable, con un olor agradable, similar al del heno recién cortado. Es una sustancia química artificial, aunque pequeñas cantidades son formadas en la naturaleza a partir de la degradación de compuestos del cloro.

El fosgeno es gas venenoso que fue utilizado ampliamente durante la Primera Guerra Mundial como un agente asfixiante (que afecta al sistema pulmonar). Entre los agentes químicos utilizados en la guerra, el fosgeno fue el responsable del mayor número de muertes.

Los policarbonatos son un grupo particular de termoplásticos (pueden ser moldeado en caliente), son trabajados, moldeados y termoreformados fácilmente.

El mecanismo de optación del material comienza con la reacción del Bisfenol A con hidróxido de sodio para dar la sal sódica del Bisfenol A. La


sal sódica de Bisfenol A reacciona con el fosgeno para producir el policarbonato.

Propiedades generales del Policarbonato:

Densidad: 1,20 g/cm3

Rango de temperatura de uso: -100 °C a +135 °C

Punto de fusión: apróx. 250 °C

Índice de refracción: 1,585 ± 0,001

Índice de transmisión lumínica: 90% ± 1%

Característica de incombustibilidad. No arde.

Propiedades Mecánicas:

Alargamiento a la Rotura 100-150 %

Coeficiente de Fricción 0,31

Dureza - Rockwell M70

Módulo de Tracción 2,3 - 2,4 GPa

Relación de Poisson 0,37

Resistencia a la Abrasión - ASTM D1044: 10-15 mg/1000 ciclos

Resistencia a la Compresión >80 MPa

Resistencia a la Tracción 55-75 MPa

Resistencia al Impacto Izod 600-850 J/m


Tensión de Fluencia / Limite Elástico 65 MPa

Propiedades Térmicas:

Calor Específico: aprox. 1200 J/(K·kg)

Coeficiente de Expansión Térmica: 65×10−6 - 70×10−6 K-1

Conductividad Térmica a 23 °C: 0,19-0,22 W/(m·K)

Temperatura Máxima de Utilización: 115 - 130 °C

Temperatura Mínima de Utilización: -135 °C

Temperatura de Deflección en Caliente - 0,45 MPa: 140 °C

Temperatura de Deflección en Caliente - 1,8 MPa: 128 - 138 °C

Propiedades Físicas:

Absorción de Agua - Equilibrio 0,35 %

Absorción de Agua - en 24 horas 0,1 %

Densidad 1,20 g/cm3

Indice de refracción 1,584 - 1,586

Indice de Oxígeno Límite 5 - 27 %

Inflamabilidad V0-V2

Número Abbe 34,0

Resistencia a los Ultra-violetas Aceptable

Propiedades Eléctricas:

Constante dieléctrica a 1 MHz 2,9

Factor de Disipación a 1 MHz 0,01

Resistencia Dieléctrica 15 - 67 kV/mm

Resistividad Superficial 1015 Ω•m

Resistividad de Volumen 1014 - 1016 Ω/cm3


3. Campos de Aplicación del Material Policarbonato.

El policarbonato empieza a ser muy común tanto en los hogares como en laboratorios y en la industria debido a sus tres principales cualidades: gran resistencia a los impactos y a la temperatura así como a sus propiedades ópticas. El policarbonato viene siendo usado en una gran variedad de campos:

• Óptica: usado para crear lentes para todo tipo de gafas.

• Electrónica: se utilizan como materia prima para CD, DVD y algunos componentes de los ordenadores.

• Seguridad: cristales antibalas y escudos anti-disturbios de la policía.

• Diseño y Arquitectura: cubrimiento de espacios y aplicaciones de diseño.

• Moldes de Pastelería: utilizados para la elaboración de bombones y figuras de chocolate

4. Tipos de Policarbonato:

Los policarbonatos se dividirán en dos tipos:

a) Policarbonato Rígido o Compacto.

No tan frecuente su utilización en Arquitectura o Construcción sino mas bien para la realización de pequeñas piezas q necesitaran gran resistencia además de trasparencia como lunas de seguridad, vidrieras antibala, viseras de cascos etc….

Características:

• Virtualmente irrompible, resistente al vandalismo, robo e impacto

• Es 250 veces más resistente al impacto que el vidrio.

• Excelente comportamiento ante el fuego. No propaga llama.

• Poco peso, menos de la mitad que el vidrio. (Considerando igual espesor).

• Excelente transmisión de luz. • Notables propiedades mecánicas.


b) Policarbonato Celular.

El material en cuestión es tema del presente estudio y el más usado en Arquitectura.

El producto se presentara en formato panel con el fin de maximizar su relación entre cantidad de material y rigidez del conjunto, se encuentra en diferentes grosores en función del ancho de la pieza y con una sección de celdillas en función del tipo de panel y del fabricante del mismo.

Su característica principal es la gran ligereza que posee lo que lo hará un material muy trabajable durante su puesta en obra.

Por ejemplo y para que nos hagamos una idea para cubrir un cerramiento de fachada con paneles de Policarbonato celular

suponiendo una modulación de la misma de 3.00 m de altura con 1.00 m de ancho y con un grosor de panel medio de 10 mm, este panel solo pesara 5.1 Kg un peso fácilmente manipulable por un solo obrero.

Mientas que si la fachada se ejecutara en vidrio con el mismo espesor esta luna pesaría 75 Kg, unas casi 15 veces más que una plancha de Policarbonato Celular del mismo espesor.

La segunda característica básica es su capacidad traslucida, siendo este un material con diversos grados de trasparencia que permite filtrar la luz y difundirla de una manera uniforme en el interior de las estancias iluminadas. Esta cualidad también se volverá reversible durante la noche puesto que el edificio se podrá iluminar desde dentro obrando de faro dentro de su entorno exterior.

La posibilidad de disponer los paneles en diversos colores también nos dará un elemento más a la hora de diseñar las envolventes del edificio puesto que la incidencia de la luz sumada al color propiciara un juego variante de la envolvente del mismo a lo largo del día.


Tabla de Características del Policarbonato Celular:

5. Policarbonato Celular. Productos y Soluciones en el Mercado.

Como ya hemos apuntado anteriormente existen dos grandes firmas fabricantes de paneles de Policarbonato Celular, una de ellas, Lexan, perteneciente al grupo americano General Electric es la extendida y con mayor presencia en el mercado.

Lexan posee a su vez 3 variantes de Paneles de Policarbonato los cuales parasemos a exponer a continuación:

1. ThermoClear. Lexan.

Estas placas cuentan con una protección exclusiva en superficie a los UV por las 2 caras y poseen un gran comportamiento ante pérdida de transmisión de luz y amarilleamiento, lo que las hará idóneas para la ejecución de lucernarios y amplias cubiertas traslucidas como las de los estadios deportivos.

Dichas placas se suministran en espesores desde 4mm hasta 50mm con estructuras rectangulares y desde una única línea de celdillas hasta 9 líneas de celdillas llegando a conseguir valores de "U" de 0,99W/mºC.


Cubierta del Estadio Do Dragao. Oporto Portugal 2003.

2. ThermoClick. Lexan.

Estos paneles de policarbonato celular Thermoclick son de 40mm de espesor y 500mm de ancho con un nuevo valor de "U" de 1,27Wm2K o de de 50mm de espesor y 1000mm de ancho , con una estructura interior de 9 paredes con un "U" de 1,oWm2K. Ambos presentan una novedad que es que son machi-hembrables que permiten crear fachadas translúcidas sin perfilaría vertical. Están disponibles en varios colores incoloro, blanco, azul,

verde, amarillo, naranja, rojo y violeta además se puede suministrar con aditivo IR/control solar en verde, azul y gris.

Este es el sistema mas adecuado por tanto para la resolución de paños de fachada de una forma rápida modular y prefabricada.

Pieza de fijación de paneles machihembrados ThermoClick.


3. Thermopanel. Lexan.

Este modelo de paneles de policarbonato están indicados para cubierta industrial y permiten realizar acristalamientos resistentes a impacto, ligeros, con un buen aislamiento térmico y cumpliendo con las normativas al fuego actuales. Los paneles Thermopanel tienen alas con la forma del panel para su fijación adaptándose perfectamente.


6. Ejemplos de utilización de Policarbonato Celular en Arquitectura.

• Mercado Temporal Barceló. Madrid. 2009. Nieto & Sobejano.


• Centro de danza Laban. Londres 1997. Herzog & De Meuron.


• Rehabilitación de Edificio de Oficinas 22@. Barcelona 2005. Pich – Aguilera.


• Polideportivo Sindioteria. Palma de Mallorca 2004. Jordi Herrera.

• Centro de Día. Alcázar de San Juan 2006. A3 Asociados.


• Edificio Residencial VPO “Vallecas 51”. Vallecas Madrid 2009. Estudio “Somos Arquitectos”.

Policarbonato celular en la construcción

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