Un nuevo estudio que combina seguridad frente al fuego, higiene y sostenibilidad ha dado lugar al desarrollo de una espuma de poliuretano multifuncional capaz de resistir las llamas, suprimir la emisión de humo y, al mismo tiempo, prevenir el crecimiento bacteriano.

Este nuevo material, que además presenta mejoras en sus propiedades mecánicas, podría resultar especialmente valioso en hospitales y medios de transporte público, entre otras aplicaciones, donde la resistencia al fuego y la protección antibacteriana son esenciales para la seguridad y la salud.

La investigación, realizada por el Dr. Yingming Li de la Universidad de Chongqing Jiaotong, y el Prof. Dr. De-Yi Wang del Instituto IMDEA Materiales y la Universidad Francisco de Vitoria en Madrid, introduce un aerogel orgánico derivado de biomasa que mejora de forma notable el rendimiento de la ampliamente utilizada espuma de poliuretano flexible (FPUF).

Publicado en Chemical Engineering Journal, el artículo titulado Biomass-derived organic aerogels endowed flexible polyurethane foam with excellent flame retardance, smoke suppression, bacteriostasis and enhanced mechanical property presenta un enfoque sostenible y multifuncional para mejorar este tipo de espumas.

Safer, stronger, and cleaner foams

Mediante la introducción de aerogeles orgánicos derivados de biomasa que crecen in situ dentro de la estructura de la espuma, los investigadores obtuvieron un material compuesto que combina una excelente resistencia al fuego, reducción de humo, mayor resistencia mecánica y actividad antibacteriana.

La FPUF modificada alcanzó un índice de oxígeno limitante (LOI por sus siglas en inglés) del 34,5%, muy por encima del nivel que normalmente se considera como indicativo de un rendimiento ignífugo de alto nivel. El LOI es una medida estándar de la inflamabilidad de un material y valores superiores al 28% se consideran “autoextinguibles” o “ignífugos”.

Asimismo, el estudio mostró que un aumento en el contenido de líquido iónico del material, en la muestra de mejor rendimiento, permitió elevar el LOI a más del 63%, reflejando un efecto reforzado de formación de capa carbonosa.

Las propiedades mecánicas también mejoraron de forma significativa. La espuma mostró una resistencia a la compresión casi siete veces superior y un incremento en la resistencia a la tracción de alrededor del 21%.

Antibacterial protection through chitosan chemistry

Además de sus mejoras frente al fuego, el material demostró una fuerte actividad antibacteriana frente a Staphylococcus aureus, una de las causas más comunes de infección en entornos sanitarios y públicos.

Este comportamiento antibacteriano se debe a los componentes basados en quitosano presentes en el aerogel.

Las moléculas de quitosano, cargadas positivamente, interactúan con las membranas bacterianas cargadas negativamente, alterando su integridad y provocando la muerte celular.

Este mecanismo no solo reduce el crecimiento bacteriano, sino que también mejora la higiene y la durabilidad de la espuma, una característica especialmente valiosa para aplicaciones en equipamiento médico, asientos de transporte, paneles aislantes y mobiliario tapizado.

A synergistic flame-retardant mechanism

El estudio también describe el mecanismo bifásico de resistencia al fuego del material. En la fase condensada, los ácidos formados durante la combustión favorecen la formación de una capa carbonosa protectora que aísla el material del calor y del oxígeno.

Simultáneamente, en la fase gaseosa, los radicales que contienen fósforo neutralizan las especies reactivas responsables de mantener la combustión.

Este efecto sinérgico entre la protección física y la química proporciona una resistencia excepcional al fuego sin comprometer la flexibilidad ni la integridad mecánica del material.

La investigación contó con el apoyo financiero de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (Grant no. U21A20103).