ES2216913T3 - Espuma polimera y metodo de producir un negro de horno que contiene aceite como mejorador del aislamiento. - Google Patents
Espuma polimera y metodo de producir un negro de horno que contiene aceite como mejorador del aislamiento.Info
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Abstract
Una espuma polimérica preparada a partir de un material polimérico espumable, que contiene una cantidad de negro de horno suficiente como para reducir la conductividad térmica de la espuma por debajo del nivel que exhibe una espuma correspondiente, preparada a partir del mismo material polimérico espumable, pero que no contiene el negro de horno, siendo dicho negro de horno, un negro de horno con aceite, que tiene una cantidad de aceite incorporada de entre 3 y 10% en peso, basado en el peso total del negro de horno.
Description
Espuma polímera y métodos de producir un negro de
horno que contiene aceite como mejorador del aislamiento.
La presente invención se refiere a espumas
poliméricas de celda cerrada, en particular, a las espumas que
incluyen una cantidad que aumenta el aislamiento de un negro de
horno con aceite y, más particularmente, a un método para fabricar
dichas espumas.
El negro de carbono, bien conocido en la técnica
como un eficaz reflector y absorbente de la radiación infrarroja,
tiene un uso convencional como aditivo en las estructuras de espuma
aislante para reducir la conductividad térmica. No obstante, la
adición de negro de carbono a menudo da como resultado problemas de
dispersión al fabricar las espumas. Estos problemas producidos
durante el procesamiento incluyen una mayor caída de la presión,
mayor densidad de la espuma, mayor cantidad de celdas abiertas y
mala calidad de la película aislante (skin).
En un intento por solucionar algunos de estos
inconvenientes se recurrió al uso de negro de carbono de calidad
térmica (negro térmico). Por ejemplo, el documento de Patente de
los Estados Unidos No. (USP) 5.373.026 describe que el negro térmico
es más sencillo de procesar, se incorpora a la estructura de una
espuma con mayor facilidad, induce una menor caída de presión
durante el procesamiento y tiene un menor impacto en la calidad de
la película aislante de espuma polimérica, todo ello con relación a
otras formas de negro de carbono.
Otros intentos recurrieron al uso de negro de
carbono recubierto con pequeñas cantidades de un agente
compatibilizante, como por ejemplo, un ácido graso, un éster
ftálico, un aceite o un polialquilenglicol, para aumentar la
dispersión del negro de carbono tanto en la formulación de la espuma
como en la espuma del producto final resultante. Véase los
documentos USP Nos. 5.461.098; 5.397.807 y 5.571.847. Sin embargo,
la adición de un agente compatibilizante implica una etapa de
fabricación extra que aumenta el gasto de producción de la
espuma.
El negro de carbono compatibilizado que se
ejemplifica en el documento de patente USP 5.397.807 (supra)
es un negro térmico de un spray con un tamaño de partícula promedio
de 320 nm recubierto con ftalato dibutílico en una cantidad de 1%
en peso, basado en el peso del negro térmico.
El documento de patente USP 5.710.186 emplea una
superficie de partículas de dióxido de titanio (TiO_{2}) tratada
con una pequeña cantidad de un agente humectante para aumentar la
capacidad de aislamiento de las espumas. Las calidades de TiO_{2}
con tratamiento de superficie cuestan más y mejoran en menor grado
las propiedades aislantes de la espuma que el negro de carbono.
El documento de patente
GB-A-802655 describe un caucho con
una esponja resistente a la abrasión, preparado a partir de caucho
en crudo en el cual se mezclan, entre otras cosas, negro de horno
altamente resistente a la abrasión y finalmente dividido y un
ablandante de petróleo. El ablandante de petróleo que se brinda
como ejemplo es un extracto de aceite lubricante con hidrocarburos
nafténicos y aromáticos oscuros en mezcla, que consiste
aproximadamente en un 75% de hidrocarburos aromáticos y
aproximadamente 25% de hidrocarburos nafténicos.
El documento de patente
JP-A-8208870 describe la preparación
de una espuma pirorretardante a partir de una composición de
resinas poliolefínicas, que comprende, entre otras cosas, un negro
de horno con aceite (es decir, un negro de carbono obtenido de un
horno de aceite).
El documento de patente
WO-A-9515356 describe la preparación
de una espuma de poliuretano o poliisocianato con uretano
modificado, rígida, con finas células cerradas, a partir de una
composición formadora de espuma, que comprende, entre otras cosas,
negro de carbono. Los negros de carbono especificados incluyen negro
de horno con aceite.
El documento de patente
JP-A-11035830 describe la mezcla de
un aceite aislante de hidrocarburos en una composición de caucho
siliconado, que comprende un organopolioxisiloxano, un agente de
curado y negro de horno, que tiene un diámetro de partícula
primaria mayor que 70 nm y una absorción del aceite de ftalato
dibutílico inferior a 50 cc/100 g.
En consecuencia, todavía existe la necesidad de
hallar otro método económico para fabricar una espuma que brinde
mayores prestaciones como aislante, sin que afecte en forma adversa
el procesamiento de la espuma ni las propiedades de la espuma del
producto final.
La presente invención cubre esa necesidad con una
espuma polimérica que incluye un negro de horno con contenido de
aceite como mejorador del aislamiento. El uso del negro de horno
con contenido de aceite provee una espuma con una menor
conductividad térmica que las espumas comparables producidas con
negro térmico, y propiedades que se comparan favorablemente con las
logradas con otros negros de carbono convencionales. El negro de
horno también tiene un costo relativamente bajo.
Un aspecto de la presente invención consiste en
una espuma polimérica preparada a partir de un material polimérico
espumable, el cual contiene una cantidad de negro de horno
suficiente para reducir la conductividad térmica de la espuma a un
nivel inferior que el de una espuma correspondiente, preparada con
el mismo material polimérico espumable, pero en el que se omite el
negro de horno. El negro de horno contiene entre el 3 y el 10 por
ciento en peso (% en peso) de aceite, basado en el peso total del
negro de horno. El aceite comprende, preferiblemente, un destilado
nafténico pesado hidrotratado. Preferiblemente, la espuma contiene
entre 1 y 25% en peso, más preferiblemente, entre 2 y 10% en peso,
basado en el peso total de la espuma, de negro de horno.
La espuma polimérica puede fabricarse mediante un
procedimiento de extrusión, que comprende las siguientes etapas: a)
proporcionar un material polimérico espumable; b) incorporar a
dicho material polimérico espumable, una cantidad de negro de horno
con contenido de aceite que sea suficiente como para reducir la
conductividad térmica de la espuma por debajo del nivel de una
espuma que no contiene dicho negro de horno, incorporando el citado
negro de horno del 3 al 10 por ciento en peso de aceite, basado en
el peso total del negro de horno; c) adicionar un agente de soplado
para formar un gel; d) enfriar el gel espumable a una temperatura
de espumado óptima; y e) extrudir el gel a través de un troquel a
partir de dicha espuma. El uso de un negro de horno con contenido
de aceite en la preparación de espumas de la presente invención
resulta en una espuma con una reducción de la conductividad térmica
similar o mejor que la alcanzada con la misma carga de negro
térmico. Además, el negro de horno provee caídas de presión y
propiedades de la espuma (tamaños de celda, densidades, rendimiento
del índice de oxígeno limitante, temperaturas de distorsión del
calor y/o contenidos de células abiertas) similares a las obtenidas
con los negros térmicos. El negro de horno se adiciona
preferiblemente como un concentrado en el polímero.
La presente invención también provee un método
para fabricar una espuma polimérica termoendurecida, que comprende:
proporcionar un primer monómero termoendurecido; proporcionar un
segundo monómero termoendurecido, el mismo que el primer monómero u
otro diferente, y polimerizable con el primer monómero; incorporar
en el primer y/o en el segundo monómeros -en cualquiera de ellos o
en ambos- una cantidad de negro de horno suficiente como para
reducir la conductividad térmica de la espuma a un nivel inferior al
de una espuma que no contiene dicho negro de horno, teniendo el
citado negro de horno entre 3 y 10% en peso de aceite, basado en el
peso total del negro de horno, allí incorporado; incorporar un
agente de soplado en el primer y/o en el segundo monómeros -en
cualquiera de ellos o en ambos; y mezclar el primer y el segundo
monómeros en condiciones de polimerización para formar la espuma
polimérica termoendurecida.
Una realización alternativa de la invención
proporciona un método para fabricar cuentas expansibles de espuma
termoplástica. La espuma puede fabricarse expandiendo las
mencionadas cuentas, con o sin una etapa intermedia de formación de
cuentas pre-expandidas. Este método comprende
proporcionar un primer monómero termoplástico; proporcionar un
segundo monómero termoplástico, el mismo que el primer monómero u
otro diferente, y polimerizable con el primer monómero; polimerizar
el primer y segundo monómeros para formar partículas
termoplásticas; incorporar, durante la polimerización, una cantidad
de negro de horno suficiente como para reducir la conductividad
térmica de la espuma a un nivel inferior al de una espuma que no
contiene dicho negro de horno, teniendo el citado negro de horno
entre el 3 y el 10 por ciento en peso, basado en el peso total del
negro de horno, de aceite allí incorporado; incorporar un agente de
soplado en las partículas termoplásticas durante o después de la
polimerización; y enfriar las partículas termoplásticas para formar
las cuentas expansibles de espuma.
En otra realización alternativa, la invención es
un procedimiento para fabricar cuentas de espuma termoplástica
expansibles, procedimiento que comprende: calentar un material
polimérico termoplástico para formar un material polimérico fundido;
incorporar al material polimérico fundido una cantidad de negro de
horno suficiente como para reducir la conductividad térmica de la
espuma por debajo del nivel de una espuma que no contiene el citado
negro de horno, teniendo dicho negro de horno entre el 3 y el 10
por ciento en peso, basado en el peso del negro de horno, de aceite
allí incorporado; incorporar asimismo, un agente de soplado en el
material polimérico fundido a una temperatura elevada, para formar
un gel espumable; enfriar el gel espumable para formar una hebra
termoplástica expansible, esencialmente continua; y peletizar la
hebra termoplástica expansible para formar cuentas expansibles de
espuma.
Por lo tanto, es una característica de la
presente invención proporcionar una espuma preparada mediante el
uso de negro de horno con contenido de aceite. Otra característica
de la presente invención reside en proporcionar un método para
fabricar dicha espuma. Estas y otras características y ventajas de
la presente invención resultarán evidentes a partir de la siguiente
descripción detallada y las reivindicaciones adjuntas.
El uso de un negro de horno que contiene aceite
mejora inesperada y eficazmente el aislamiento, sin afectar la
calidad de la espuma en forma sustancialmente adversa. Esto difiere
de los negros de carbono que contienen aditivos compatibilizantes,
que pueden plastificar el material polimérico y causar un impacto
negativo en las propiedades de distorsión del calor de la espuma.
El uso de negros de horno que contienen aceite también da como
resultado bajas caídas de presión durante el procedimiento de
fabricación, similares a las obtenidas con el negro térmico.
Los negros de horno que contienen entre el 90 y
el 97% en peso de negro de carbono y de 3 a 10% en peso de aceite,
basado en el peso del negro de horno, brindan un aislamiento
mejorado sin afectar en forma adversa las propiedades de la espuma,
ni causar caídas de presión inaceptablemente elevadas. Un ejemplo de
un negro de horno con contenido de aceite es el PANTHER™ 18
(EC-261) comercializado por Engineered Carbons,
Inc. Este negro de horno por lo general se ha usado hasta el
presente en aplicaciones de impresión, aunque ahora se ha
descubierto que es beneficioso en el procesamiento de la espuma. El
negro de horno viene en forma de pelets que contienen aceite y que
tienen un tamaño de partícula nominal de 30 nm y que contienen 7% en
peso de destilado nafténico pesado hidrotratado.
Lejos de aferrarse a ninguna teoría en
particular, se estima que este negro de horno en particular no es
perjudicial para el procesamiento de la espuma, ni para las
propiedades de la espuma resultante, porque el aceite se incorpora
en el negro de carbono durante el procedimiento de fabricación, es
decir, el aceite se disipa y queda atrapado dentro de la matriz o de
los cuerpos de las partículas individuales de negro de carbono y no
migra hacia el material polimérico fundido ni hacia la espuma
durante el procesamiento. El negro de horno PANTHER™ 18 se peletiza
a partir del aceite, mientras que otros negros de horno se
peletizan a partir del agua. Esta especie de negro de horno se
dispersa fácilmente en el material polimérico fundido o gel
polimérico del material fundido y el agente de soplado antes de la
expansión para formar la espuma. El negro de horno preferiblemente
está presente en una cantidad de entre 2 y 10% en peso, basado en el
peso del material polimérico en la espuma.
Los materiales poliméricos adecuados incluyen
cualquier polímero, ya fuera termoplástico o termoendurecido, que
pueda transformarse en espuma por soplado. Los polímeros
ilustrativos incluyen polímeros olefínicos o poliolefinas, polímeros
de cloruro de vinilo, polímeros aromáticos de alquenilo,
policarbonatos, polieterimidas, poliamidas, poliésteres, polímeros
de cloruro de vinilideno, polímeros de acrilato, polímeros de
metacrilato, tales como polimetilmetacrilato, polímeros de uretano,
polímeros de isocianurato y fenólicos. Dichos polímeros pueden ser
homopolímeros (por ejemplo, cloruro polivinílico o PVC, poliuretano
y poliisocianurato), copolímeros (por ejemplo, copolímeros de
cloruro de vinilideno/acrilato de metilo y copolímeros de cloruro
de vinilideno/cloruro de vinilo) y terpolímeros. Los polímeros
pueden estar en forma de mezclas de polímeros termoplásticos o de
un polímero modificado o polímero tal como un polímero modificado
con caucho. Las poliolefinas adecuadas incluyen polietileno (PE) y
polipropileno (PP) y los copolímeros de etileno.
El material polimérico es, preferiblemente, un
material polimérico aromático de alquenilo. Los materiales
poliméricos aromáticos de alquenilo adecuados incluyen
homopolímeros y copolímeros aromáticos de alquenilo (dos monómeros
polimerizables), terpolímeros (tres monómeros polimerizables) o
interpolímeros (al menos dos monómeros polimerizables) de un
compuesto aromático de alquenilo y al menos un comonómero
insaturado etilénicamente copolimerizable. El material polimérico
aromático de alquenilo puede incluir, asimismo, proporciones
menores de un polímero que no sea un polímero aromático de
alquenilo. El material polimérico aromático de alquenilo puede
comprender solamente uno o más homopolímeros aromáticos de
alquenilo, uno o más copolímeros, terpolímeros o interpolímeros
aromáticos de alquenilo, una mezcla de uno o más de cada
homopolímero aromático alquenilo y un copolímero, terpolímero o
interpolímero aromático de alquenilo, o mezclas de cualquiera de
los anteriores con un polímero que no sea un polímero aromático de
alquenilo. Independientemente de la composición, el material
polimérico aromático de alquenilo preferiblemente comprende más del
(>)50% en peso de unidades monoméricas aromáticas de alquenilo,
más preferiblemente >70% en peso de unidades monoméricas
aromáticas de alquenilo, basado en el peso total del material
polimérico aromático. Lo más preferiblemente, el material
polimérico aromático de alquenilo comprende sólo unidades
monoméricas aromáticas de alquenilo.
Los polímeros aromáticos de alquenilo adecuados
incluyen los que derivan de los monómeros aromáticos de alquenilo,
tales como estireno, alfametilestireno,
etil-estireno, benceno de vinilo, tolueno de vinilo,
cloroestireno y bromoestireno. El poliestireno es un polímero
aromático de alquenilo preferido. Los polímeros aromáticos de
alquenilo pueden haber polimerizado en ellos una cantidad menor de
al menos un compuesto monoetilénicamente insaturado, tal como un
éster o ácido alquílico que contenga entre 2 y 6 átomos de carbono
(C_{2-6}), un derivado ionomérico y un dieno
C_{4-6}. Los compuestos copolimerizables
ilustrativos incluyen ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido
etacrílico, ácido maleico, ácido itacónico, acrilonitrilo,
anhídrido maleico, acrilato de metilo, acrilato de etilo, acrilato
de isobutilo, acrilato de n-butilo, metacrilato de
metilo, acetato de vinilo y butadieno. Cuando el monómero aromático
de alquenilo es estireno, el material polimérico aromático de
alquenilo preferiblemente comprende >95% en peso de
poliestireno, más preferiblemente hasta 100% en peso inclusive de
poliestireno, sobre la base del peso del material polimérico
aromático.
La espuma polimérica preferida es una espuma de
polímeros aromáticos de alquenilo que comprende >50% en peso y,
más preferiblemente, >70% en peso de unidades monoméricas
aromáticas de alquenilo. Un polímero aromático de alquenilo
preferido para usar en la presente invención es el poliestireno.
Preferiblemente, la espuma comprende esencialmente (es decir, que
contiene >95% en peso) -y más preferiblemente, está compuesta
totalmente por- poliestireno, pero también puede contener otros
materiales poliméricos adecuados, incluso poliolefinas, tales como
polietileno y polipropileno y copolímeros de los mismos. Los
documentos de patente USP Nos. 5.461.098; 5.397.807; y 5.571.847
describen copolímeros útiles de polímeros aromáticos de alquenilo y
polímeros poliolefínicos.
Las espumas poliméricas preferidas son
predominantemente espumas de celda cerrada porque tienen un
contenido de celdas cerradas, determinado de acuerdo con la
American Society for Testing and Materials (ASTM,
D2856-A), de >70%. Dichas espumas tienen una
densidad que es preferiblemente, de 10 a 200 kilogramos por metro
cúbico (kg/m^{3}) y, más preferiblemente, de 10 a 70 kg/m^{3}
(ASTM D-1622-88). La espuma tiene un
tamaño de celda promedio menor o igual que (\leq) 5 milímetros
(mm), preferiblemente, de entre 0,10 y 5,0 mm (ASTM
D3576-77).
La espuma también se puede formar a partir de
polímeros termoendurecidos, tales como poliuretano y
poli-isocianurato. Las espumas de poliuretano y
poli-isocianurato por lo general se hacen por
espumado reactivo de dos componentes
pre-formulados, comúnmente denominados el componente
A (isocianato) y el componente B (poliol). El negro de horno y el
agente de soplado se pueden dispersar ya sea en el isocianato, en
el poliol o en ambos. Los poliuretanos y poliisocianuratos útiles y
los procedimientos para su fabricación se describen en el documento
de patente USP 4.795.763.
La espuma de la presente invención puede
fabricarse mediante un procedimiento convencional de espumado por
extrusión. La espuma por lo general se prepara: calentando el
material polimérico para formar un material polimérico plastificado
o fundido; incorporando un agente de soplado para formar un gel
espumable; y extrudiendo el gel a través de una matriz para formar
el producto de espuma. Antes de mezclar con el agente de soplado,
el material polimérico se calienta a una temperatura superior a su
temperatura de transición del vidrio o punto de fusión cristalino
máximo. El agente de soplado se puede incorporar o mezclar en el
material polimérico fundido por cualquier medio conocido en la
técnica, como por ejemplo, con una extrusora, mezcladora, batidora o
aparato similar. El agente de soplado se mezcla con el material
polimérico fundido a una presión elevada, suficiente como para
prevenir la expansión sustancial del material polimérico fundido y
para dispersar allí el agente de soplado en forma generalizada y
homogénea. El negro de horno puede mezclarse en seco con el
material polimérico o mezclarse con el material polimérico fundido o
el gel polimérico para formar una mezcla de material fundido. El
negro de horno preferiblemente se incorpora como un concentrado en
el polímero.
El gel espumable se enfría a una temperatura
óptima de espumado, que se acerca (es decir, que es inferior o
superior) a la temperatura de transición del vidrio o al punto de
fusión cristalino máximo del polímero (dependiendo de que sea
amorfo o semicristalino). Las temperaturas de espumado preferidas
varían entre 100ºC y 150ºC para las espumas de PE y de poliestireno
(PS). Debe apreciarse que las temperaturas de espumado óptimas
variarán según ciertos factores, entre los que se incluyen las
características del material polimérico, la composición y la
concentración del agente de soplado y la configuración del sistema
de extrusión.
Una variedad de publicaciones de patentes se
relacionan a objetos con espuma que comprenden una pluralidad de
hebras poliméricas (espumas en hebras) aglomeradas, distinguibles y
expandidas (espumadas). Las publicaciones ilustrativas incluyen los
documentos de Patente de los Estados Unidos números (USP) 3.573.152
(con énfasis en la columna 2, líneas 19-35, columna
2, línea 67 hasta la columna 3, línea 30, columna 4, línea 25 hasta
la columna 5, línea 19 y columna 5, línea 64 hasta la columna 6,
línea 46); 4.801.484 (con énfasis en la columna 1, líneas
12-21, columna 2, línea 55 a la columna 5, línea 8,
columna 5, líneas 16-50 y columna 5, línea 60 hasta
la columna 6, línea 6); 4.824.720 (en especial, la columna 2,
líneas 57-68, columna 3, línea 57 hasta la columna
5, línea 32 y columna 5, líneas 50-58); 5.124.097
(en particular, la columna 3, línea 34 hasta la columna 4, línea
3, columna 5, línea 31 hasta la columna 6, línea 11 y columna 6,
líneas 36-54); 5.110.841; 5.109.029 y; la solicitud
de patente europea (EP-A) 0.279.668; las solicitudes
de patente japonesas números (JP)
60-015114-A; 53-1262
y H6-263909.
Si fuera conveniente o necesaria una liberación
acelerada del agente de soplado, el procedimiento que se describe
en los documentos de patente USP 5.424.016 y 5.585.058 brinda
resultados muy satisfactorios. En particular, véase la columna 3,
líneas 16-41, columna 4, líneas
31-42 y el Ejemplo que abarca la columna 4, línea
65 a la columna 7, línea 29. En esencia, el procedimiento comprende
definir una pluralidad de canales en el cuerpo de la espuma. El
número de canales es suficiente para acelerar la liberación del
agente de soplado, en comparación con una espuma idéntica, salvo por
la ausencia de dichos canales.
El gel espumable normalmente se enfría a una
temperatura menor para optimizar las características físicas de la
estructura de la espuma. El gel luego se extrude o conduce a través
de una matriz que tenga la forma deseada, hacia una zona de presión
reducida o inferior, para formar la estructura de la espuma. La
zona de menor presión está a una presión inferior a la que se
mantiene el gel espumable antes de la extrusión a través de la
matriz.
Los agentes de soplado adecuados para usar en la
presente invención incluyen los agentes de soplado inorgánicos, los
agentes de soplado orgánicos y los agentes de soplado químicos. Los
agentes de soplado inorgánicos que se pueden utilizar incluyen:
dióxido de carbono, nitrógeno, argón y agua, aire y helio. Los
agentes de soplado orgánicos incluyen hidrocarburos alifáticos que
tienen entre 1-9 átomos de carbono
(C_{1-9}), alcoholes alifáticos
C_{1-3} e hidrocarburos C_{1-4}
alifáticos total y parcialmente halogenados. Los hidrocarburos
alifáticos incluyen metano, etano, propano,
n-butano, isobutano, n-pentano,
isopentano y neopentano. Los alcoholes alifáticos incluyen metanol,
etanol, n-propanol e isopropanol. Los hidrocarburos
alifáticos total y parcialmente halogenados incluyen fluorocarbonos,
clorocarbonos y clorofluorocarbonos. Los ejemplos de fluorocarbonos
incluyen fluoruro de metilo, perfluorometano, fluoruro de etilo,
1,1-difluoroetano (HFC-152a),
1,1,1-trifluoroetano (HFC-143a),
1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC-134a),
pentafluoroetano, difluorometano, perfluoroetano,
2,2-dicloropropano, difluoropropano,
perfluorobutano, perfluorociclobutano. Los clorocarbonos y
clorofluorocarbonos parcialmente halogenados para usar en la
invención incluyen cloruro de metilo, cloruro de metileno, cloruro
de etilo, 1,1,1-tricloroetano,
1,1-dicloro-1-fluoroetano
(HCFC-141b),
1-cloro-1,1-difluoroetano
(HCFC-142b), clorodifluorometano
(HCFC-22),
1-1,-dicloro-2,2,2-tetrafluoroetano
(HCFC-123) y
1-cloro-1,2,2,2-tetrafluoroetano
(HCFC-124). Los clorofluorocarbonos totalmente
halogenados incluyen tricloromonofluorometano
(CFC-11), diclorodifluorometano
(CFC-12), triclorotrifluoroetano
(CFC-113), 1,1,1-trifluoroetano,
pentafluoroetano, diclorotetrafluoroetano (CFC-114),
cloroheptafluoropropano y
diclorohexa-fluoropropano. Los agentes de soplado
químicos adecuados incluyen azodicarbonamida,
azodiisobutiro-nitrilo, bencensulfonhidrazida,
sulfonil-semicarbazida de
4,4-oxibenceno, semi-carbazida de
p-toluen-sulfonilo, azodicarboxilato
de bario,
N,N'-dimetil-N,N'-dinitrosotereftalamida
y triazina de trihidrazino. Los agentes de soplado se pueden usar
solos o bien, en combinación con los otros agentes de soplado o las
mezclas de los mismos.
La cantidad de agente(s) de soplado
incorporado(s) en el material polimérico fundido para
fabricar un gel polimérico formador de espuma queda comprendida
entre 0,2 y 5,0, preferiblemente, entre 0,5 y 3,0 y lo más
preferiblemente, entre 1,0 y 2,5 gramos mol por kilogramo de
polímero (g-m/kg).
La espuma de la presente invención puede
comprender, asimismo aditivos, tales como rellenos, pigmentos,
colorantes, antioxidantes, depuradores de ácidos, estabilizadores
ultravioleta, pirorretardantes, auxiliares de procesamiento y
auxiliares de la extrusión.
Si bien el procedimiento preferido para fabricar
la espuma es un procedimiento de extrusión, la espuma también se
puede formar por expansión de cuentas
pre-expandidas que contienen un agente de soplado.
Las cuentas se pueden moldear en el momento de la expansión para
formar artículos de diversas formas. Los procedimientos para la
fabricación de cuentas expandidas y artículos de espuma con cuentas
expandidas moldeadas se describen en Plastic Foams, Parte
II, Frisch y Saunders, páginas 544-585, Marcel
Dekker, Inc. (1973) y Plastic Materials, Brydson, 5ª ed.,
páginas 426-429, Butterworths (1989).
El negro de horno se puede incorporar en la
espuma de cuentas de diversas maneras. El negro de horno se puede
incorporar durante la polimerización de cuentas expansibles o se
puede incorporar en un material fundido del polímero durante la
preparación de las cuentas expansibles.
La espuma de la presente invención puede ser de
celdas cerradas o de celdas abiertas, según la aplicación. Para la
mayoría de las aplicaciones aislantes, la presente espuma
preferiblemente tiene un porcentaje de células cerradas superior al
70%, de conformidad con la American Society for Testing and
Materials (ASTM) D2856-A.
La espuma resultante se puede usar para formar
paneles utilizados para aislar superficies o cerramientos, tales
como casas, techados, edificios, refrigeradores, congeladores,
electrodomésticos, cañerías y vehículos. La espuma también se puede
usar para formar una pluralidad de partículas discretas de espuma
para las aplicaciones convencionales de embalaje y almohadillado de
relleno o se puede triturar formando recortes ("scrap") para
usar como aislante soplado.
Los siguientes ejemplos ilustran, pero no
limitan, el alcance de la invención.
Preparar espumas de celda cerrada de acuerdo con
la presente invención, expandiendo poliestireno con 6 partes por
cada cien partes de resina (phr,
parts-per-hundred resin)
HFC-134a, 3 phr de cloruro de etilo y 1,9 phr de
dióxido de carbono (CO_{2}). El poliestireno tiene un peso
molecular promedio en peso nominal (M_{w}) de 192.000. Otros
ingredientes son 0,2 phr de pirofosfato tetrasódico, 0,05 phr de
estearato de bario, 0,5 phr de polietileno de baja densidad lineal
(LLDPE, linear low density polyetileno) y 1 phr de
hexabromociclododecano (HBCD). Hacer las espumas con negro de horno
PANTHER™ 18 (CB-1). Preparar las espumas
comparativas con negro térmico Thermax™ MFT (un producto de
Cancarb, Canadá), en adelante denominadas en la presente
"CB-2". Introducir los negros de carbono como
30% en peso de concentrados en el poliestireno antes mencionado.
Las tres espumas tienen un tamaño de celda vertical de 0,10 mm,
basado en un promedio de 3 mediciones, y una temperatura de
distorsión del calor o HDT (heat distortion temperature) que
supera los 185ºF (85ºC). La espuma CB-2 no forma
parte de la presente invención. La Fuerza Compresiva Normalizada
[Normalized Compressive Strength] es una relación de la
fuerza compresiva en términos de libras por pulgada cuadrada, al
cuadrado de la densidad de la espuma en libras por pie cúbico
(NCS-1), o una relación de fuerza compresiva en
términos de kPa al cuadrado de la densidad de la espuma en kg por
metro cúbico (NCS-2). Expresar la conductividad
térmica en términos de unidades térmicas
británicas-pulgadas por hora- pie cuadrado -grados
Fahrenheit o milivatios por metro- grados centígrados.
Las espumas fabricadas con CB-1
exhiben caídas de presión convenientemente bajas y buenas
propiedades físicas de la espuma del producto final (incluso una
menor densidad y mayor fuerza compresiva normalizada que las que se
obtienen con CB-2).
Replicar el Ejemplo 1 usando el mismo
poliestireno, una combinación de agentes de soplado de 6,5 phr
HFC-134a, 2,4 phr de cloruro de etilo, 1,8 phr de
butano normal y 0,8 phr de dióxido de carbono, una temperatura de
espumado de 127ºC y los mismos tipos y cantidades de los
"otros" ingredientes, salvo por la adición de 0,9 phr de
monooleato de pentaeritritol. Las mediciones de los tamaños de las
celdas verticales tienen un promedio de 4-5
mediciones. Al igual que con el Ejemplo 1, las espumas de la
invención incluyen CB-1. Hacer espumas comparativas
con negro térmico LPTB Thermax™ (un producto de Cancarb, Canadá),
en adelante, denominado en la presente "CB-3".
Introducir los negros de carbono como 30% en peso de concentrados
en el poliestireno antes citado. La espuma CB-3 no
es parte de la presente invención.
Los datos que figuran en la Tabla 2 indican que
las espumas fabricadas con CB-1 exhiben caídas de
presión convenientemente bajas y buenas propiedades físicas de la
espuma del producto final. Las espumas fabricadas con
CB-1 también denotan propiedades de aislamiento
levemente mejores que la espuma comparativa fabricada con
CB-3.
Claims (18)
1. Una espuma polimérica preparada a partir de un
material polimérico espumable, que contiene una cantidad de negro
de horno suficiente como para reducir la conductividad térmica de
la espuma por debajo del nivel que exhibe una espuma
correspondiente, preparada a partir del mismo material polimérico
espumable, pero que no contiene el negro de horno, siendo dicho
negro de horno, un negro de horno con aceite, que tiene una
cantidad de aceite incorporada de entre 3 y 10% en peso, basado en
el peso total del negro de horno.
2. Una espuma polimérica de acuerdo con la
reivindicación 1, en la que dicha espuma incluye de 1 a 25% en peso
del citado negro de horno.
3. Una espuma polimérica de acuerdo con la
reivindicación 2, en la que dicha espuma incluye de 2 a 10% en peso
del citado negro de horno.
4. Una espuma polimérica de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que dicho
aceite comprende destilado nafténico pesado hidrotratado.
5. Una espuma polimérica de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el
mencionado material polimérico comprende un polímero aromático de
alquenilo, que tiene más del 50% en peso de unidades monoméricas
aromáticas de alquenilo.
6. Una espuma polimérica de acuerdo con la
reivindicación 5, en la que dicho material polimérico es
poliestireno.
7. Una espuma polimérica de acuerdo con las
reivindicaciones 1 a 4, en la que dicho material polimérico se
selecciona entre polietileno, polipropileno,
poli-isocianurato o poliuretano.
8. Una espuma polimérica de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que tiene un tamaño
de celda promedio comprendido entre 0,10 y 5,0 mm.
9. Una espuma polimérica de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que dicha
espuma tiene más del 70% de celdas cerradas.
10. Un procedimiento para fabricar la espuma de
acuerdo con la reivindicación 1, que comprende las etapas de:
a) proporcionar un material polimérico
espumable;
b) añadir a dicho material polimérico una
cantidad de negro de horno con contenido de aceite, que sea
suficiente como para reducir la conductividad térmica de la espuma
por debajo del nivel que exhibe una espuma que no contiene el
citado negro de horno, siendo dicho negro de horno, un negro de
horno que tiene aceite incorporado en una cantidad de 3 a 10% en
peso, basado en el peso del negro de horno,
c) añadir un agente de expansión para formar un
gel espumable,
d) enfriar el gel espumable a una temperatura
óptima de espumado, y
e) extruir dicho gel a través de una boquilla
para formar dicha espuma.
11. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 10, en el que la espuma polimérica es tal como se
define en una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 9.
12. Un procedimiento para fabricar cuentas
termoplásticas expansibles de espuma, que comprende las etapas
de:
a) proporcionar un primer monómero
termoplástico;
b) proporcionar un segundo monómero
termoplástico, el mismo que el primer monómero u otro diferente, y
polimerizable con el primer monómero;
c) polimerizar el primer y el segundo monómeros
para formar partículas termoplásticas;
d) incorporar durante la polimerización una
cantidad de negro de horno suficiente como para reducir la
conductividad térmica de la espuma por debajo del nivel que exhibe
una espuma que no contiene el citado negro de horno, siendo dicho
negro de horno, un negro de horno que tiene aceite incorporado en
una cantidad de entre 3 y 10% en peso, basado en el peso del negro
de horno,
e) incorporar un agente de expansión en las
partículas termoplásticas durante o después de la polimerización;
y
f) enfriar las partículas termoplásticas para
formar las cuentas termoplásticas expansibles de espuma.
13. Un procedimiento para fabricar cuentas
termoplásticas expansibles de espuma, que comprende:
a) calentar un material polimérico termoplástico
para formar un material polimérico fundido;
b) incorporar en el material polimérico fundido
una cantidad de negro de horno suficiente como para reducir la
conductividad térmica de la espuma por debajo del nivel que exhibe
una espuma que no contiene el citado negro de horno, siendo dicho
negro de horno, un negro de horno con contenido de aceite, que
tiene aceite incorporado en una cantidad de entre 3 y 10% en peso,
basado en el peso del negro de horno;
c) incorporar además un agente de expansión en el
material polimérico fundido, a una temperatura elevada para formar
un gel espumable;
d) enfriar el gel espumable para formar una hebra
termoplástica expansible, esencialmente continua; y
e) peletizar la hebra termoplástica expansible
para formar cuentas termoplásticas expansibles de espuma.
14. Un procedimiento para fabricar una espuma
polimérica termoendurecida, que comprende:
a) proporcionar un primer monómero
termoendurecido;
b) proporcionar un segundo monómero
termoendurecido, el mismo que el primer monómero u otro diferente,
y polimerizable con el primer monómero;
c) incorporar en el primer o en el segundo
monómero, o en ambos, una cantidad de negro de horno suficiente
como para reducir la conductividad térmica de la espuma por debajo
del nivel que exhibe una espuma que no contiene el citado negro de
horno, siendo dicho negro de horno, un negro de horno con aceite que
tiene incorporada una cantidad de aceite de entre 3 y 10% en peso
del aceite, basado en el peso del negro de horno;
d) incorporar un agente de expansión, ya sea en
el primer y/o en el segundo monómeros, en cualquiera de ellos o en
ambos; y
e) mezclar el primer y el segundo monómeros en
condiciones de polimerización para formar la espuma polimérica
termoendurecida.
15. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 11 a 14, en el que dicho aceite comprende
destilado nafténico pesado hidrotratado.
16. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 12 o con la reivindicación 13, en el que la espuma
es una espuma de poliestireno.
17. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 10, en el que la espuma comprende una pluralidad de
hebras poliméricas (espumas en hebras) aglomeradas, distinguibles,
expandidas (espumadas).
18. Una espuma de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1-9, en la que la espuma tiene
definida en ella una pluralidad de canales, siendo suficientes los
canales como para acelerar la liberación del agente de expansión en
comparación con una espuma idéntica, pero en la que dichos canales
están ausentes.
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