ES2241753T3 - Espuma de material nanocompuesto de polimero/arcilla. - Google Patents
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Abstract
Una composición de espuma polimérica para hacer una espuma polimérica aislante, conteniendo dicha composición hasta alrededor de 10% en peso de nanoarcilla dispersada en ella, basado en el peso total del polímero, y agente de expansión seleccionado de hidroclorofluorcarbonos, hidrofluorcarbonos e hidrocarburos.
Description
Espuma de material nanocompuesto de polímero/
arcilla.
Esta invención se refiere a espumas poliméricas
que contienen nanoarcilla, más en particular, a mejoras en las
propiedades de las espumas poliméricas dispersando nanoarcilla en
las composiciones de espuma polimérica.
Los agentes de expansión de espuma de CFC
(clorofluorcarbonos) tales como CFC-11 y
CFC-12 proporcionan espumas rígidas con excelentes
propiedades de aislamiento, estabilidad dimensional y comportamiento
frente al fuego. El uso de CFCs, no obstante, ha sido desfasado
debido a que se consideran que son perjudiciales para la capa de
ozono. Los agentes de expansión alternativos en uso actualmente para
espumas poliméricas, HCFCs (hidroclorofluorcarbonos), HFCs
(hidrofluorcarbonos) y HCs (hidrocarburos) generalmente no pueden
conseguir espumas que tengan propiedades similares. Por ejemplo, las
propiedades de aislamiento son generalmente peores debido a que los
agentes de expansión alternativos tienen mayor conductividad térmica
que los CFCs.
El documento WO 00/47657 describe polímeros
celulares estructurales donde el agente de expansión está basado en
azoformamida. El documento
JP-A-57051728 describe el uso de
zeolitas que tienen CFC preadsorbido para reducir la conductividad
térmica.
Sería, por lo tanto, útil proveer a la industria
de un medio de mejorar las espumas poliméricas, especialmente en
términos de valores de aislamiento.
Se crean composiciones de espuma polimérica,
tales como composiciones de espuma de poliuretano, que comprenden
hasta alrededor de 10% en peso de nanoarcilla dispersada en ellas,
basado en el peso total del polímero como se define en las
reivindicaciones 1 a 3, así como las espumas poliméricas resultantes
definidas en la reivindicación 4 y el método de hacerlas, como se
define en las reivindicaciones 5 a 8.
Se ha encontrado que la integración de
nanoarcilla en composiciones de espuma polimérica da resultados
útiles. Se ha notado que se pueden mejorar las propiedades de
aislamiento térmico de las espumas (en términos de factores k
iniciales y/o envejecidos). También, se pueden hacer espumas con una
fina estructura de células, que se cree que se obtiene como
resultado de la nanoarcilla que actúa como agente de nucleación en
el proceso de espumado. Una lenta velocidad de envejecimiento de las
espumas sugiere que la nanoarcilla puede actuar como una barrera al
gas reduciendo la infusión de aire en las células de la espuma y la
difusión de los agentes de expansión fuera de las células de la
espuma.
Las nanoarcillas (arcillas de tamaño nano) son
materiales similares a láminas, siendo seleccionado generalmente el
material de la arcilla de arcillas de esmectita, vermiculita y
haloisita. La arcilla de esmectita, a su vez, se puede seleccionar
de arcilla de montmorillonita, saponita, beidellita, contrita,
hectorita y sus mezclas. Un mineral de arcilla preferido es la
arcilla de montmorillonita, un aluminosilicato estratificado. Las
laminillas de nanoarcilla tienen generalmente un espesor de
alrededor de 0,3-100 nm (3-1000
Ángstroms) y un tamaño en la dirección del plano que varía desde
alrededor de 0,01 micrómetros hasta 100 micrómetros. La relación de
aspecto (longitud frente a espesor) es generalmente del orden de 10
hasta 10.000. Estas laminillas de arcilla están separadas por una
galería, un espacio entre capas paralelas de laminillas de arcilla
que contienen varios iones que mantienen juntas las laminillas. Uno
de tales materiales es Cloisite® 10A (disponible de Southern Clay
Products), teniendo sus laminillas un espesor de alrededor de 0,001
micrómetros (10 Ángstroms) y un tamaño en la dirección del plano de
alrededor de 0,15 hasta 0,20 micrómetros.
La invención es aplicable tanto a espumas
poliméricas termoestables como termoplásticas. Los polímeros
termoestables incluyen resinas de poliuretano, poliisocianurato y
fenólicas, mientras que los termoplásticos incluyen resinas de
poliestireno, polipropileno, polietileno y poli(cloruro de
vinilo).
Se puede usar un agente de expansión seleccionado
de HFCs, HCFCs, HCs y sus mezclas. El HCFC-141b
(1,1-dicloro-1-fluoretano)
se ilustra en el ejemplo siguiente. Las cantidades de agente de
expansión pueden ser convencionales.
La nanoarcilla debería estar dispersada
uniformemente en uno o más componentes de la composición de espuma
polimérica. Esto se puede hacer por técnicas convencionales tales
como molienda o extrusión. O, como en el ejemplo siguiente, la
nanoarcilla se puede dispersar en el agente de expansión usando un
baño de agua de ultrasonidos.
La cantidad de nanoarcilla varía generalmente
desde alrededor de 0,01 partes hasta alrededor de 10 partes de 100
partes en peso de resina (polímero) total.
Los otros componentes de las formulaciones de
espuma pueden ser los que se usan convencionalmente, los cuales
componentes y sus proporciones son muy conocidos para los expertos
en la técnica.
La práctica de la invención se ilustra con más
detalle en el siguiente ejemplo no limitativo en el que se hizo
espuma de poliuretano sin y con 0,2 partes de Cloisite® 10A. Las dos
formulaciones usadas (teniendo cada una un índice Iso de 264)
contenía cada una 167,9 partes de PAPI 27, un diisocianato de
difenilmetano polimérico (poliMDI) disponible de Dow Chemicals; 100
partes de T-2541, un
poliéster-poliol que tiene un índice de hidroxilo de
240, disponible de Kosa; 3 partes de Dabco TMR-4, un
catalizador de trimerización disponible de Air Products; 3 partes de
B-8433, un tensioactivo de copolímero de
polisiloxano-poliéter disponible de Goldschmidt
Chemical Corporation; 0,5 partes de agua; y 40 partes de agente de
expansión 141b; todas las partes son en peso.
Para la espuma sin nanoarcilla, se mezclaron en
un recipiente los materiales de la parte B (poliol, agua, 141b,
catalizador y tensioactivo), seguido por la adición de la parte A
(poliMDI). La mezcla se agitó vigorosamente y se vertió en una
caja.
Para la espuma con nanoarcilla, se mezclaron en
un recipiente los materiales de la parte B (poliol, agua,
catalizador y 50% del tensioactivo) y los materiales de la parte A
(poliMDI, 50% del tensioactivo, Cloisite® 10A dispersado en una
porción del 141b, y el resto del 141 b) se mezclaron en un segundo
recipiente, tras lo cual se mezclaron las dos partes, se agitaron
vigorosamente y se vertieron en una caja.
Con el fin de comparar la conductividad térmica
relativa de las espumas, se llevaron a cabo ensayos del factor k
según ASTM C-518, tanto inicialmente como después
del envejecimiento a temperatura ambiente durante tres meses. La
espuma sin nanoarcilla dio factores k inicial y envejecido (en
W/m.K) de 0,0200 y 0,0278 mientras que la espuma con nanoarcilla dio
factores k inicial y envejecido de 0,0195 y 0,0262, mostrando que la
nanoarcilla tiene como resultado mejores valores de aislamiento
inicial y que la mejora aumenta al envejecer.
Claims (8)
1. Una composición de espuma polimérica para
hacer una espuma polimérica aislante, conteniendo dicha composición
hasta alrededor de 10% en peso de nanoarcilla dispersada en ella,
basado en el peso total del polímero, y agente de expansión
seleccionado de hidroclorofluorcarbonos, hidrofluorcarbonos e
hidrocarburos.
2. Una composición de espuma polimérica según la
reivindicación 1, en la que la composición de espuma polimérica es
una composición de espuma polimérica termoestable.
3. Una composición de espuma polimérica según la
reivindicación 2, en la que la composición de espuma polimérica es
poliuretano.
4. Una espuma polimérica aislante hecha de la
composición de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3.
5. Un método para fabricar una espuma polimérica
aislante que comprende mezclar una composición polimérica (polímero
o precursores del polímero) con agente de expansión y endurecer o
curar la composición polimérica cuando ha espumado por el agente de
expansión, incluyendo la composición polimérica nanoarcilla a hasta
10% en peso, basado en el peso total del polímero,
caracterizado porque el agente de expansión se selecciona de
hidroclorofluorcarbonos, hidrofluorcarbonos e hidrocarburos.
6. Un método según la reivindicación 5, en el que
la composición polimérica es una composición polimérica
termoestable.
7. Un método según la reivindicación 6, en el que
la composición polimérica termoestable es una composición de
poliuretano.
8. Un método según la reivindicación 5, en el que
el agente de expansión es un hidroclorofluorcarbono.
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