Claves sobre poliestireno expandido (EPS): fabricación, usos y reciclaje

¿Qué es el poliestireno expandido (EPS)?

El poliestireno expandido (EPS) es un material de espuma termoplástica ampliamente utilizado en aplicaciones industriales. El EPS, derivado de la polimerización del monómero de estireno, incorpora pentano como gas de expansión dentro de su estructura. Este material es conocido por su estructura de espuma de células cerradas, lo que lo convierte en la opción preferida en aplicaciones de embalaje y aislamiento.

En el proceso de fabricación de EPS, las perlas sólidas de poliestireno desempeñan un papel fundamental. Estas perlas, que contienen pentano, sufren una transformación que contribuye a las propiedades físicas distintivas del material. El estireno, el componente principal, y el pentano, que actúa como agente espumante, son compuestos de hidrocarburos que se obtienen a partir de subproductos del petróleo y el gas natural.

La Federación Británica de Plásticos (British Plastics Federation) destaca la naturaleza liviana del EPS, que consiste en pequeñas bolas esféricas huecas. Esta construcción celular cerrada única es fundamental para definir las características del material.

La versatilidad del EPS es evidente en su producción, ya que está disponible en una amplia gama de densidades. Esta variabilidad permite que el EPS atienda un espectro de requisitos de propiedades físicas, mejorando su rendimiento y resistencia en diferentes usos industriales.

Historia del poliestireno expandido (EPS)

El poliestireno, el precursor del poliestireno expandido (EPS), fue aislado por primera vez en 1839 por el boticario alemán Eduard Simon a partir de resina natural; sin embargo, no fue hasta 1922 cuando el químico orgánico alemán Hermann Staudinger propuso sus teorías sobre los polímeros, sugiriendo que consistían en largas cadenas de monómeros repetitivos, lo que contribuía a su elasticidad.

Staudinger también descubrió que los materiales fabricados mediante tratamiento térmico de estireno se parecían al caucho, lo que le llevó a descubrir polímeros de alto peso molecular, incluido el poliestireno.

El desarrollo del poliestireno avanzó significativamente en las décadas siguientes. En 1930, la empresa química alemana BASF desarrolló un método para fabricar gránulos de poliestireno. Siete años más tarde, en 1937, Dow Chemical inventó el poliestireno espumado extruido, lo que permitió la producción de los primeros productos de EPS aptos para la venta.

Un avance clave lo realizó el Dr. Fritz Stastny, de BASF, en 1949, cuando inventó el poliestireno expandible. Esta innovación implicó la polimerización de estireno, lo que dio como resultado poliestireno expandible en forma de cuentas. Cuando estas cuentas se calentaron con vapor, se expandieron hasta unas cuarenta veces su tamaño original.

En 1951, BASF avanzó aún más en la tecnología desarrollando y patentando el tipo específico de poliestireno expandido conocido como EPS, bajo la marca Styropor.

Actualmente, el mercado mundial de poliestireno expandido está experimentando un crecimiento sustancial, con proyecciones que indican una tendencia ascendente continua, esperando una tasa de crecimiento del 4,8 % desde ahora hasta 2028.

Los ingenieros continúan trabajando en nuevas variaciones de EPS para mejorar su protección, reciclabilidad y propiedades aislantes.

Cómo se fabrica el poliestireno expandido

La producción de poliestireno expandido (EPS), según la Federación Británica de Plásticos, es un proceso meticuloso que asegura la calidad y consistencia del producto final. Este proceso se desarrolla en tres etapas fundamentales: pre-expansión, maduración y moldeo final.

Inicialmente, en la etapa de pre-expansión, se introduce una cantidad medida de perlas de poliestireno expandido en un profoamer. Estas perlas se someten a un tratamiento con vapor (a una temperatura entre 80 y 100 ºC) y una pequeña cantidad de pentano, aproximadamente el 5% de su peso, que funciona como agente espumante. Este tratamiento provoca que las perlas se expandan hasta 40 veces su tamaño original, para luego ser trasladadas a una tolva de almacenamiento.

La fase de maduración sigue a la pre-expansión. Durante este período, el material se enfría, lo que permite que el pentano se licue y genere un vacío parcial dentro de la perla. Este proceso de maduración, que dura entre 12 y 24 horas, es crucial para facilitar la difusión de aire en las perlas.

Finalmente, se llega a la etapa de formación definitiva. Aquí, las perlas pre-expandidas se recalientan utilizando vapor y se colocan en moldes con una cantidad premedida. Se introduce vapor adicional en el molde para expandir las perlas aproximadamente un 10% más. Luego, se detiene el proceso de vaporización y se aplica un vacío para extraer el agua condensada residual y el calor, con canales de agua adicionales que ayudan a enfriar el molde.

El proceso de producción de EPS puede ser modificado añadiendo aditivos, como retardantes de llama, para mejorar las propiedades de resistencia al fuego del material. Esta capacidad de modificación añade versatilidad al uso del EPS en diversas aplicaciones.

Propiedades del poliestireno expandido (EPS)

El poliestireno expandido (EPS), un material cuyas propiedades varían en función de su densidad, es reconocido por su resistencia al agua, robustez y alta resistencia al impacto.

Según la Federación Británica de Plásticos, las densidades del EPS oscilan entre los 12kg/m3 y los 50kg/m3, factor que influye directamente en su resistencia a la compresión. Esta característica es esencial en su aplicación y se ve directamente afectada por la densidad con la que se fabrica el material.

Además de su resistencia física, el EPS se distingue por su ligereza y baja conductividad térmica, atributos derivados de su estructura llena de aire. Estas características aseguran una conductividad térmica estable a largo plazo, lo que suma a su eficiencia en distintas aplicaciones. Por otro lado, su baja absorción de humedad y excelentes propiedades de amortiguación lo hacen idóneo para una variedad de usos.

En términos de seguridad y salubridad, el EPS es un material no tóxico y químicamente inerte, lo que garantiza su versatilidad y seguridad en diversas aplicaciones. Su resistencia al crecimiento de hongos y bacterias, subrayada por la Federación Británica de Plásticos, lo convierte en una opción valiosa en entornos donde la higiene es prioritaria.

Sin embargo, una de las limitaciones del EPS es su temperatura máxima de funcionamiento, que ronda los 80 °C. Dentro de su rango de temperatura de servicio, que llega hasta los 75 °C, sus propiedades físicas permanecen constantes, incluso ante una exposición prolongada a la temperatura. La resistencia química del EPS es casi equivalente a la del poliestireno, el material base del que se compone.

Finalmente, es importante destacar que el EPS es un material sostenible, compuesto en un 98 % por aire y 100 % reciclable, lo que resalta su compromiso con prácticas medioambientales responsables.

Entre las propiedades detalladas del EPS, se encuentran:

• Ligereza: el EPS, compuesto en un 98 % por aire, se destaca por su alta relación resistencia-peso. Esta propiedad es fundamental para diversas aplicaciones, como en el equipo de climatización (HVAC) y otras piezas técnicas. Además, su uso en el embalaje no añade un peso significativo al producto total, resultando en una reducción de los costos de transporte y un menor impacto ambiental.
• Durabilidad: el EPS, según Expanded Polystyrene Australia, se caracteriza por su durabilidad, lo cual lo hace adecuado para el embalaje protector de una variedad de productos. Su estructura celular le otorga estabilidad dimensional, lo que impide que se deteriore con el paso del tiempo. Es inodoro y no tóxico, asegurando que es seguro para el embalaje.
• Estabilidad dimensional: de acuerdo con la información proporcionada por Europlas, fabricante de materiales, el poliestireno expandido (EPS) se destaca por su notable estabilidad dimensional. Esta característica implica que el material mantiene su forma y tamaño a lo largo del tiempo, inclusive al ser expuesto a variaciones en la temperatura o humedad. Además, se caracteriza por su capacidad de resistir deformaciones como el pandeo, la contracción o la expansión bajo condiciones normales de uso. 
• Resistencia a la humedad: el EPS es resistente a la humedad, asegurando que el material no absorba fácilmente el agua. Esta propiedad es crucial para productos que requieren una cadena de frío, y también lo hace adecuado para su uso en flotadores de pesca y boyas marinas.
• Resistencia química: el poliestireno expandido, según información suministrada por Europlas, presenta una alta resistencia a una amplia gama de químicos, aceites y solventes. Esto garantiza la estabilidad y eficacia a largo plazo del material en diferentes entornos.
• Aislamiento térmico y acústico: su composición mayoritariamente aérea lo convierte en un eficiente aislante térmico y acústico, ideal para la rehabilitación de edificios y el empaquetado de productos sensibles a las variaciones de temperatura.

Usos del poliestireno expandido

• EPS en empaques y embalajes

El poliestireno expandido (EPS) se ha establecido como un material clave en el empaque y envasado de una amplia gama de productos. Este polímero ligero, resistente al impacto y con excelentes propiedades de aislamiento térmico, ofrece ventajas significativas sobre otros materiales como el cartón, el plástico y el vidrio.

Su utilización abarca desde el empaquetado de productos electrónicos delicados, como televisores, computadoras y teléfonos inteligentes, hasta el envasado de alimentos y productos industriales.

Una de las aplicaciones más críticas del EPS es en el transporte de productos farmacéuticos, especialmente medicamentos termolábiles. Mantener la cadena de frío es esencial para evitar la degradación de estos productos, y los contenedores isotérmicos fabricados con EPS emergen como una solución óptima.

Además de su capacidad de aislamiento, el EPS destaca por su higiene, impidiendo el crecimiento de microorganismos y protegiendo los productos del proceso de descomposición, garantizando así su llegada en condiciones de seguridad impecables.

En el sector alimentario, el EPS no solo mantiene inalteradas las características organolépticas y las cualidades nutricionales de los alimentos por más tiempo, sino que también evita el desperdicio de alimentos. Esto se debe a su naturaleza inerte, que asegura que no transfiera ninguna sustancia a los alimentos con los que está en contacto. Así, el EPS se convierte en un material fundamental para contenedores de alimentos, ya que no modifica su contenido de ninguna manera.

Además de su uso en la industria farmacéutica y alimentaria, el EPS también es empleado en el empaquetado de productos industriales, demostrando su fortaleza y durabilidad al soportar cargas pesadas y facilitar el transporte.

• Poliestireno expandido en la construcción

El poliestireno expandido (EPS), según fuentes de la Federación Británica de Plásticos y Expanded Polystyrene Australia, es un material ampliamente utilizado en la industria de la construcción desde antes de los años 70 debido a su alta capacidad de aislamiento térmico, proveniente de su estructura celular cerrada y ligera, su resistencia duradera y su integridad estructural a largo plazo.

Este material es empleado en aplicaciones que abarcan desde sistemas de paneles aislantes para paredes, techos y suelos, hasta fachadas en edificaciones tanto domésticas como comerciales. Su fortaleza, durabilidad y naturaleza liviana lo convierten en un producto de construcción versátil y popular.

Una de las aplicaciones más destacadas del EPS, según Knauf Industries Appliances, se encuentra en el ámbito del aislamiento, incluyendo aplicaciones de paneles y componentes de sistemas HVAC.

Además, es utilizado en rellenos, donde su ligereza permite reducir el peso de los terraplenes, especialmente sobre suelos blandos. Otras aplicaciones en este sector incluyen baldosas decorativas, molduras y cimientos, donde se usa como agregado en hormigón ligero.

El EPS no solo se limita a usos convencionales en la construcción. Su resistencia a la compresión se puede adaptar para sistemas específicos como la construcción de vigas y bloques, sistemas de calefacción por suelo radiante y bajo losas de hormigón en pisos.

Además, se especifica para rellenos de vacíos y, en densidades más altas, como base para terraplenes de carreteras o ferrocarriles donde los materiales de relleno tradicionales resultan demasiado pesados. Esta característica es particularmente ventajosa en centros urbanos, donde ayuda a reducir la congestión y el tráfico mediante la entrega más eficiente de grandes volúmenes de producto en comparación con los materiales más pesados.

Otras aplicaciones especializadas del EPS incluyen la protección de cimientos. Además, debido a su naturaleza inerte que no se pudre y no ofrece beneficios nutricionales a las plagas, el EPS no atrae a roedores como ratas o termitas, añadiendo un valor adicional a su uso en la industria de la construcción.

Usos del poliestireno expandido en la industria automotriz

El poliestireno expandido (EPS) se ha convertido en un componente esencial en la industria automotriz. Su importancia radica en su contribución a la eficiencia energética de los vehículos, especialmente relevante en un contexto donde la reducción del consumo de combustible y las emisiones contaminantes son prioritarias. El EPS, al aligerar el peso total de los vehículos, mejora directamente su eficiencia energética.

Este material destaca en varias aplicaciones técnicas dentro de la industria. Por un lado, su capacidad para absorber impactos lo hace indispensable en áreas del vehículo como los parachoques y paneles de las puertas, donde la protección contra choques es crucial. Por otro lado, a pesar de su ligereza, el EPS presenta una notable resistencia a la compresión, lo que lo habilita para soportar cargas pesadas sin deformarse, siendo así útil en aplicaciones estructurales.

Además, el EPS ofrece una gran versatilidad en el diseño, pudiendo ser moldeado en casi cualquier forma. Esto permite a los diseñadores de automóviles crear componentes que se ajusten perfectamente a las especificaciones necesarias, optimizando el espacio y mejorando la estética del vehículo.

Esta versatilidad se extiende a su uso en la fabricación de numerosas piezas, incluyendo molduras, reposapiés y asientos de seguridad infantil, y es particularmente valiosa en vehículos eléctricos, donde la reducción de peso es fundamental para aumentar la autonomía del vehículo.

Adicionalmente, su aislamiento térmico y acústico contribuye a la comodidad dentro del vehículo, al reducir el ruido del motor y del exterior.

Reciclaje y desafíos medioambientales del poliestireno expandido

El EPS se puede recuperar y reciclar con éxito siempre que existan instalaciones para su reciclaje, que cada vez están más disponibles, desde la recuperación mecánica hasta los tratamientos con disolventes, devolviendo el polímero a la materia prima.

Según Expanded Polystyrene Australia, el EPS es reciclable en muchas etapas de su ciclo de vida. Durante la producción, todos los residuos de fabricación se pueden reprocesar completamente y volver a incorporarlos a la mezcla de producción para la fabricación de nuevos productos de EPS. Los recortes de EPS de las aplicaciones de construcción se pueden recuperar y reciclar durante el proceso de construcción.

Como el EPS no se degrada ni deteriora a lo largo de su vida útil, es ideal para la recuperación y el reciclaje en casi todas las aplicaciones.

En Latinoamérica, diversas iniciativas para fomentar el reciclaje de poliestireno expandido (EPS, comúnmente conocido como unicel) han comenzado a rendir frutos, aunque todavía hay un largo camino por recorrer.

Según la Asociación Latinoamericana de Industrias Plásticas (ALIPLAST), la tasa de reciclaje de EPS en la región alcanza aproximadamente el 10 %. Brasil lidera con un 24 %, seguido por México con un 15 % y Argentina con un 12 %. En contraste, Guatemala, Honduras y Panamá reportan las tasas más bajas.

La estrategia de reciclaje en Latinoamérica se ha enfocado en tres ejes principales: educación ambiental, infraestructura e innovación tecnológica. Por un lado, la sensibilización sobre la importancia del reciclaje y la correcta separación de residuos constituye un pilar fundamental.

Por otro, la implementación de sistemas de recolección selectiva y la creación de centros de acopio específicos para EPS son clave en la infraestructura necesaria para el reciclaje eficiente.

Finalmente, el desarrollo de nuevas tecnologías que permitan reutilizar el EPS en nuevos productos es un campo de constante innovación.

En términos de acciones concretas, en Brasil, la asociación Plastivida ha puesto en marcha un plan integral que incluye educación ambiental, colaboración con legisladores y proyectos con empresas y entidades públicas.

Por su parte, en México, la empresa Dart Container ha colaborado con gobiernos locales y cooperativas para fomentar el reciclaje de EPS, abriendo 10 nuevos centros de acopio en 2023.

Además, el startup mexicana Tecnologías Rennueva presentó el primer Plan Nacional de Manejo de Residuos de EPS, que busca valorizar el residuo de EPS. Este plan establece procedimientos para que la sociedad, empresas y generadores de residuos de EPS en cualquier parte del país, se unan a los esfuerzos conjuntos y ejerzan un manejo correcto y responsable de sus residuos de EPS

Así mismo, desde hace más de una década, la iniciativa Recicla Unicel trabaja por fomentar la cultura del reciclaje de productos de EPS en México implementando acciones para desarrollar soluciones innovadoras y de impacto social, bajo un modelo de cuádruple hélice en el que industria privada, gobierno, academia y ciudadanía participen en acciones que ayuden a educar, difundir, fomentar y sensibilizar sobre esta actividad.

En Colombia, la empresa Celofán ha sido pionera en el desarrollo de tecnología para reciclar EPS en productos como paneles aislantes y embalajes.

Estos esfuerzos reflejan un creciente reconocimiento de la importancia del reciclaje de EPS en la región. A pesar del progreso, organizaciones como Recicla Unicel y ANIPAC (Asociación Nacional de Industrias del Plástico, A.C.) destacan que aún hay un gran camino por recorrer, subrayando la necesidad de continuar trabajando en sensibilizar y educar a la población sobre la importancia del reciclaje.

Reciclaje químico para el EPS: transformación efectiva en productos químicos básicos

El poliestireno expandido (EPS) es uno de los materiales de embalaje de plástico más reciclables disponibles, según la Asociación de Fabricantes Europeos de Poliestireno Expandido (EUMEPS). Esta alta tasa de reciclabilidad se debe en parte a que los envases de EPS suelen estar compuestos por un único polímero, lo que facilita su proceso de reciclaje.

Dentro de las metodologías de reciclaje, el reciclaje químico destaca por su capacidad de convertir el EPS al final de su vida útil en materiales con calidad similar a los vírgenes.

A diferencia del reciclaje mecánico, que produce “triturado” o regranulado de poliestireno (PS) para su reutilización en diversas aplicaciones industriales, el reciclaje químico transforma el poliestireno en un equivalente a los materiales vírgenes. Esto permite la producción de EPS reciclado con características comparables a las del EPS elaborado a partir de materias primas vírgenes.

Una técnica prominente dentro del reciclaje químico es la pirólisis. Este proceso convierte el EPS de residuos plásticos mixtos en aceite de pirólisis. Este aceite puede utilizarse para la producción de productos químicos básicos, ofreciendo una alternativa sostenible a las materias primas fósiles.

El EPS resultante de este proceso mantiene la misma calidad y propiedades que aquel producido con materiales vírgenes, marcando un avance significativo en el reciclaje de plásticos y la sostenibilidad ambiental.