ES2247175T3 - Procedimiento de preparacion de una espuma polimerica termoplastica multimodal. - Google Patents
Procedimiento de preparacion de una espuma polimerica termoplastica multimodal.Info
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Abstract
Un proceso para producir espuma de polímero termoplástico multimodal que comprende las etapas secuenciales siguientes: (a) dispersar un estabilizador del agente soplador y un agente soplador en una resina de polímero termoplástico plastificada por calor a una presión inicial para formar una composición espumable, y (b) expandir dicha composición de polímero espumable en ausencia sustancial de agua y a una presión menor que la mencionada presión inicial para producir una espuma termoplástica multimodal.
Description
Procedimiento de preparación de una espuma
polimérica termoplástica multimodal.
La presente invención se refiere a una espuma de
polímero termoplástico con una distribución multimodal del tamaño de
las celdas y a un proceso sin agua para preparar dicha espuma.
Una espuma con una distribución multimodal del
tamaño de las celdas (espuma multimodal) ofrece ventajas en su
comportamiento, tales como mayor resistencia y capacidad aislante
incrementada, respecto a una espuma convencional de la misma
composición de polímero pero que tiene en general una distribución
uniforme del tamaño de las celdas. Una espuma con una distribución
bimodal del tamaño de las celdas (espuma bimodal) es un tipo de
espuma multimodal.
Los procesos actuales para producir espumas
multimodales expanden una composición de polímero espumable que
contiene agua. El agua tiende a producir ácido corrosivo cuando
reacciona con ignífugos halogenados. El ácido corrosivo es
indeseable porque puede corroer el equipo del proceso. Por lo tanto,
es deseable un proceso para preparar una espuma multimodal que no
requiera agua. Es aún más deseable un proceso sin agua que utiliza
un agente soplador que no dañe el medioambiente.
En un primer aspecto, la presente invención es un
proceso para producir espuma de polímero termoplástico multimodal
que comprende las etapas secuenciales siguientes: (a) dispersar un
estabilizador de un agente soplador y un agente soplador en una
resina de polímero termoplástico plastificada por calor a una
presión inicial para formar una composición espumable; y (b)
expandir dicha composición de polímero espumable en ausencia
sustancial de agua y a una presión menor que la presión inicial
mencionada para producir una espuma termoplástica multimodal. Una
realización preferida comprende además enfriar la composición
espumable entre las etapas (a) y (b) y en la que la etapa (a)
comprende además aplicar cizalladura para formar la composición
espumable. El estabilizador del agente soplador está presente
convenientemente a una concentración de uno a 50 por ciento en peso
respecto al peso de la resina de polímero.
Un segundo aspecto de la presente invención es
una espuma de polímero termoplástico que comprende una resina de
polímero termoplástico que tiene celdas grandes y pequeñas
definidas en la presente memoria y un estabilizador del agente
soplador localizado predominantemente cerca de las celdas grandes.
Convenientemente, la espuma contiene uno a 50 por ciento en peso de
un estabilizador del agente soplador respecto al peso de la resina
de polímero termoplástico.
Un tercer aspecto de la presente invención es un
artículo de fabricación que comprende la espuma de polímero
termoplástico del segundo aspecto. Preferiblemente, dicho artículo
es un aislante térmico.
Las espumas de la presente invención tienen
utilidad como moduladores acústicos, aislantes térmicos, y
materiales absorbentes.
La Figura (Fig) 1 (uno) es una imagen SEM del
Ejemplo (Ej) 3, una espuma de poliestireno multimodal de la presente
invención preparada con un proceso continuo.
La Fig 2 es un gráfico del área transversal
representativa frente al tamaño de celda para el Ej 3.
La Fig 3 es una imagen SEM del Ej 15, una espuma
de polipropileno multimodal de la presente invención preparada con
un estabilizador del agente soplador utilizando un proceso
discontinuo.
Una "espuma multimodal" es una espuma que
tiene una distribución multimodal del tamaño de las celdas. Una
espuma tiene una distribución multimodal del tamaño de las celdas
si un gráfico del área transversal representativa frente al tamaño
de las celdas tiene dos o más picos. Un "área transversal
representativa" es un producto de un número de celdas de un
tamaño determinado y del área transversal de las celdas. Un área
transversal representativa corresponde al área de la superficie de
la imagen SEM que ocupan las celdas de un tamaño determinado. El
tamaño de las celdas se refiere al diámetro de las celdas y los dos
términos se utilizan indistintamente en la presente memoria.
Utilizar una imagen de microscopio electrónico de
barrido (SEM) de una sección transversal de una espuma para reunir
los datos del diámetro de las celdas y del área transversal
representativa para la espuma. La imagen SEM debe tener un aumento
suficiente como para presentar una distribución representativa de
los tamaños de las celdas de la espuma. Medir un diámetro para cada
celda en la imagen SEM. No considerar como celdas defectos tales
como "bolsas de aire". Las bolsas de aire son espacios
definidos en una espuma que penetran a través de múltiples paredes
de celdas y núcleos de celdas y que tienen muchos fragmentos de
pared de las celdas y núcleos de celdas en ellos. Una pared de una
celda es una película polimérica entre dos celdas. Un núcleo de
celdas es un dominio polimérico en el que se encuentran tres o más
celdas.
Calcular el área de la superficie transversal
para cada celda asumiendo una sección transversal circular. Por lo
tanto, estimar un diámetro apropiado para secciones transversales
de las celdas no circulares que producirá un área de la superficie
transversal adecuada (por ejemplo, para celdas con forma ovalada
utilizar un diámetro intermedio entre el diámetro mayor y menor).
Utilizando los diámetros de las celdas, calcular un área
transversal para cada celda asumiendo que cada celda tiene una
sección transversal circular (área de la superficie transversal =
\pi (diámetro/2)^{2}/2).
Un programa conveniente para medir los diámetros de las celdas y calcular áreas transversales de una imagen escaneada digitalmente es el programa de ordenador de dominio público NIH IMAGE del United States' National Institutes of Health (NIH) (disponible en Internet en http://rsb.info.nih.gov/nih-image/). Calcular el área transversal representativa multiplicando el área de la superficie transversal de una celda de un tamaño determinado por el número de celdas de ese tamaño en una imagen SEM. Medir los tamaños de las celdas en micrómetros y redondear a dos cifras significativas.
Un programa conveniente para medir los diámetros de las celdas y calcular áreas transversales de una imagen escaneada digitalmente es el programa de ordenador de dominio público NIH IMAGE del United States' National Institutes of Health (NIH) (disponible en Internet en http://rsb.info.nih.gov/nih-image/). Calcular el área transversal representativa multiplicando el área de la superficie transversal de una celda de un tamaño determinado por el número de celdas de ese tamaño en una imagen SEM. Medir los tamaños de las celdas en micrómetros y redondear a dos cifras significativas.
Preparar un gráfico con el tamaño de las celdas
en el eje de las x y el área de la superficie representativa en el
eje de las y. Las celdas que comprenden un pico ("pico
pequeño") que corresponde al tamaño o tamaños de celdas más
pequeños son "celdas pequeñas". Las celdas que comprenden un
pico ("pico grande") que corresponde al tamaño o tamaños de
celdas más grandes son "celdas grandes". Las "celdas
intermedias" comprenden "picos intermedios" entre un pico
pequeño y un pico grande. De manera similar, cuando un pico pequeño
y un pico grande se sobrelapan parcialmente, las celdas que
comprenden la región de sobrelapamiento son celdas intermedias. Las
celdas intermedias pueden tener propiedades similares a las de las
celdas grandes, celdas pequeñas, o propiedades combinadas de las
celdas grandes y pequeñas. Un "pico" es un punto de un gráfico
que tiene, tanto antes como después de él, al menos un punto que
tiene un valor menor en el eje de las y, que progresa a lo largo
del eje de las x del gráfico antes de un punto que tiene un valor
mayor en el eje de las y. Un pico puede comprender más de un punto
con valores iguales en el eje de las y (un plató), siempre que el
punto a cada lado del plató (progresando a lo largo del eje de las
x del gráfico) tenga un valor menor en el eje de las y que los
puntos que comprenden el plató.
Las resinas de polímeros termoplásticos adecuadas
para utilizarse en el proceso y espumas de la presente invención
incluyen cualquier polímero extruíble (incluyendo copolímeros)
incluyendo polímeros semi-cristalinos, amorfos, e
ionoméricos y mezclas de éstos. Los polímeros termoplásticos
semi-cristalinos adecuados incluyen polietileno
(PE), tales como polietileno de alta densidad (HDPE), polietileno de
baja densidad (LDPE) y polietileno de baja densidad lineal (LLDPE);
poliésteres tales como tereftalato de polietileno (PET);
polipropileno (PP); ácido poliláctico (PLA); poliestireno
sindiotáctico (SPS); copolímeros de etileno/estireno (también
conocidos como interpolímeros de etileno/estireno), copolímeros de
etileno/octeno, y copolímeros de etileno/propileno. Los polímeros
amorfos adecuados incluyen poliestireno (PS), policarbonato (PC),
poliuretanos termoplásticos (TPU), poliacrilatos (por ejemplo,
polimetil-metacrilato), y poliéter sulfona. Los
polímeros termoplásticos preferidos incluyen PS, PP, PE, PC y PET.
Los polímeros termoplásticos pueden estar ligeramente
entrecruzados, lo que significa que tienen entre un 5 y 25 por
ciento (%) de gel de acuerdo con el método ASTM
D2765-84.
Preparar las espumas de polímeros termoplásticos
de la presente invención en ausencia sustancial de agua. La
fabricación de la espuma de polímero termoplástico de la presente
invención también puede realizarse en ausencia sustancial de
alcoholes, especialmente alcoholes que contienen de uno a cuatro
carbonos (alcoholes C_{1} a C_{4}). "Ausencia sustancial"
significa menos de 0,5% en peso, preferiblemente menos de 0,4% en
peso, más preferiblemente menos de 0,3% en peso, todavía más
preferiblemente menos de 0,2% en peso, aún más preferiblemente
menos de 0,1% en peso, lo más preferiblemente menos de 0,05% en
peso. Medir % en peso respecto al peso de la resina de
polímero.
Los agentes sopladores incluyen cualquier agente
soplador convencional utilizado en la tecnología de espumas, con la
excepción del agua. Los agentes sopladores adecuados incluyen
hidrofluorocarburos tales como fluoruro de metilo, difluorometano
(HFC-32), perfluorometano, fluoruro de etilo
(HFC-161), 1,1-difluoroetano
(HFC-152a), 1,1,1-trifluoroetano
(HFC-143a), 1,1,2,2-tetrafluoroetano
(HFC-134), 1,1,1,2-tetrafluoroetano
(HFC-134a), pentafluoroetano
(HFC-125), perfluoroetano,
2,2-difluoropropano (HFC-272fb),
1,1,1-trifluoropropano (HFC-263fb),
y 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropano
(HFC-227ea); gases inorgánicos tales como argón,
nitrógeno, y aire; agentes sopladores orgánicos tales como
hidrocarburos que tienen de uno a nueve carbonos
(C_{1}-C_{9}) incluyendo metano, etano,
propano, n-butano, isobutano,
n-pentano, isopentano, neopentano, ciclobutano, y
ciclopentano; hidrocarburos alifáticos totalmente o parcialmente
halogenados que tienen de uno a cuatro carbonos
(C_{1}-C_{4}); compuestos que contienen
carbonilo tales como acetona, 2-butanona, y
acetaldehido. Los agentes sopladores químicos adecuados incluyen
azodicarbonamida, azodiisobutironitrilo,
bencenosulfo-hidrazida,
4,4-oxibenceno sulfonil
semi-carbacida, p-tolueno sulfonil
semi-carbacida, azodicarboxilato de bario,
N,N'-dimetil-N,N'-dinitrosotereftalamida,
trihidrazino triazina y bicarbonato sódico. Un agente soplador
preferido se selecciona de un grupo que consiste en agentes
sopladores que no dañan el medio ambiente (es decir, que no
eliminan ozono) que consiste en dióxido de carbono (CO_{2}),
hidrocarburos,
\hbox{e hidrofluorocarburos.}
Los "estabilizadores de agentes sopladores"
son compuestos, o combinaciones de compuestos, que forman una
segunda fase de dominios discretos dispersos en una resina de
polímero termoplástico y que tienen afinidad por un agente soplador
de manera que el agente soplador se concentra preferentemente en o
alrededor de esos dominios. Un estabilizador de agente soplador que
concentra un agente soplador específico es un estabilizador de
agente soplador para ese agente soplador. Preferiblemente, el
estabilizador del agente soplador es un estabilizador de agente
soplador para CO_{2}. Los dominios discretos dispersos contienen
múltiples moléculas del estabilizador del agente soplador. Los
dominios dispersos pueden formarse en cualquier punto antes de
expandir una composición de polímero espumable en una espuma de
polímero termoplástico multimodal y no necesitan estar presentes
inmediatamente después de dispersarse en una resina de polímero
termoplástico. Por ejemplo, un estabilizador del agente soplador
puede ser lo suficientemente soluble en una resina de polímero
termoplástico como para disolverse en la resina hasta el
enfriamiento antes de la expansión o hasta la dispersión de un
agente soplador específico que se compleje con el estabilizador del
agente soplador.
Los dominios dispersos del estabilizador del
agente soplador concentran moléculas del agente soplador,
presumiblemente absorbiendo y/o adsorbiendo las moléculas. Los
dominios del estabilizador del agente soplador no concentran todas
las moléculas del agente soplador y pueden concentrar
preferentemente las moléculas de un agente soplador respecto a otro
cuando se utiliza más de un agente soplador. Preferiblemente, el
estabilizador del agente soplador tiene un efecto plastificante
despreciable en la resina de polímero termoplástico a las
concentraciones utilizadas. Los estabilizadores del agente soplador
adecuados contienen funciones que son compatibles al menos con un
agente soplador. Por ejemplo, las funciones nitrógeno, oxígeno,
silicio y flúor son compatibles típicamente con un agente soplador
de CO_{2}.
Un estabilizador del agente soplador puede
influir en la formación de la espuma al menos de dos maneras.
Primero, el estabilizador crea dominios en la resina de polímero
termoplástico que se concentran con el agente soplador.
Presumiblemente, estos dominios de agente soplador concentrado
producen celdas grandes en una espuma mientras que las moléculas de
agente soplador que no están asociadas con un dominio del
estabilizador del agente soplador permanecen disueltas o dispersas
en la resina de polímero termoplástico y producen celdas pequeñas en
una espuma.
Los estabilizadores del agente soplador también
pueden incrementar la cantidad de agente soplador que se puede
dispersar en una resina de polímero termoplástico por encima del
límite de solubilidad de un agente soplador para esa resina de
polímero termoplástico en ausencia del estabilizador. Por lo tanto,
el estabilizador del agente soplador permite obtener una espuma
multimodal, preferiblemente bimodal, que tiene una densidad menor
que una espuma análoga preparada en ausencia del estabilizador del
agente soplador. Una "espuma análoga" es una espuma preparada
con una formulación idéntica y bajo condiciones idénticas que otra
espuma a excepción de cualquier diferencia que se indique. Las
espumas de la presente invención tienen generalmente una densidad
de 8,0 a 800
kilogramos-por-metro-cúbico
(kg/m^{3}) o 0,5 a 50
libras-por-pie-cúbico
(pcf).
Los estabilizadores de agentes sopladores
adecuados incluyen polímeros y copolímeros de óxido de polialquileno
no plastificantes incluyendo polietilenglicol (PEG), éteres de PEG,
copolímeros aleatorios de poliestireno/anhídrido maleico (PS/MAH)
injertados con óxido de polietileno, y copolímeros aleatorios de
poliuretano injertados con etilenglicol; polidimetilsiloxano no
plastificante (PDMS) y PDMS no plastificante funcionalizado
incluyendo PDMS funcionalizado con hidroxilo y amina; y copolímeros
aleatorios de PS/MAH. Un estabilizador del agente soplador es "no
plastificante" si no disminuye significativamente la temperatura
de transición vítrea (T_{g}) de una composición de polímero
cuando se dispersa en la composición de polímero a una concentración
adecuada para utilizarse en esta invención. Hay que tener en cuenta
que un compuesto que es plastificante en una composición de
polímero puede no serlo en otra composición. Por lo tanto, un
experto en la técnica debe evaluar si polímeros y copolímeros de
óxido de polialquileno, PDMS, y PDMS funcionalizado específicos son
plastificantes o no en una composición de polímero de interés.
Determinar T_{g} utilizando el método D-3418 de
la American Society for Testing and Materials (ASTM). Generalmente,
los estabilizadores del agente soplador no plastificantes PDMS y
PDMS funcionalizado tienen un peso molecular medio de 60.000 o
más.
Los estabilizadores de agentes sopladores pueden
tener funciones hidrófilas colgantes tales como grupos hidroxilo, o
pueden no tener dichas funciones. Es concebible que las funciones
hidrófilas de un estabilizador del agente soplador unan suficientes
moléculas de agua de forma perjudicial de manera que una composición
espumable que contenga ese estabilizador de agente soplador no
permanece esencialmente sin agua. En dicha situación, secar el
estabilizador del agente soplador antes de su utilización.
Un estabilizador del agente soplador preferido es
un copolímero en bloque en el que al menos un bloque es más
compatible con el agente soplador que con la resina de polímero
termoplástico y al menos otro bloque es más compatible con la resina
de polímero termoplástico que con el agente soplador. Dichos
copolímeros en bloque incluyen copolímeros en bloque de tipo
A-B y A-B-A. La
composición de cada bloque dependerá del agente soplador y de la
resina de polímero termoplástico. Por ejemplo, los estabilizadores
de agentes sopladores preferidos cuando se utiliza un agente
soplador de CO_{2} y resina de poliestireno incluyen copolímeros
de tipo A-B tales como, por ejemplo, copolímeros en
bloque de poliestireno/poli(dimetil)siloxano y
copolímeros en bloque de poliestireno/polioxietileno. Los
copolímeros de tipo A-B-A para
sistemas que tienen un agente soplador de CO_{2} y resina de
poliestireno incluyen, por ejemplo, copolímeros en bloque de
poli(met)acrilato/poli-siloxano/poli(met)acrilato
tales como polibutilmetacrilato/polisiloxano/polibutilmetacrilato.
En cada uno de los tres ejemplos anteriores, los bloques de
poliestireno o polibutilmetacrilato son compatibles con la resina y
los bloques de polidimetilsiloxano o polioxietileno son compatibles
con el CO_{2}. Los estabilizadores de agentes sopladores
preferidos para sistemas que utilizan un agente soplador de
CO_{2} y resina de polipropileno incluyen copolímeros en bloque de
polipropileno/polidimetilsiloxano y copolímeros en bloque de
polipropileno/polioxietileno. Un experto en la técnica puede
determinar los bloques adecuados para diferentes resinas y agentes
sopladores sin experimentación excesiva.
La cantidad de estabilizador del agente soplador
utilizada en el proceso de la presente invención y en espumas
multimodales de la presente invención depende de la resina de
polímero termoplástico, estabilizador, agente soplador, y
propiedades deseadas de la espuma multimodal. Generalmente la
cantidad de estabilizador es uno % en peso o más, preferiblemente
2% en peso o más, más preferiblemente 3% en peso o más, todavía más
preferiblemente 4% en peso o más, aún más preferiblemente 5% en peso
o más respecto al peso de la resina de polímero. Generalmente, la
concentración del estabilizador es 50% en peso, preferiblemente 30%
en peso o menos, más preferiblemente 20% en peso o menos, aún más
preferiblemente 10% en peso o menos, respecto al peso de la resina
de polímero. Las cantidades de estabilizador menores de uno % en
peso, respecto al peso de la resina de polímero, tienden a producir
celdas con un tamaño más uniforme que el deseado. Las cantidades de
estabilizador por encima de 50% en peso, respecto al peso de la
resina de polímero, pueden producir una espuma que tiene una
distribución multimodal del tamaño de las celdas pero tienden a
empeorar las propiedades de la espuma tales como densidad así como
los costes del proceso. Las concentraciones del estabilizador son
típicamente menos de 30% en peso, respecto al peso de la resina de
polímero, a menos que el estabilizador del agente soplador sea en
sí mismo una resina de polímero termoplástico, como un copolímero
modificado de poliuretano. Un experto en la técnica puede darse
cuenta de que algunos estabilizadores de agentes sopladores son más
eficaces que otros para formar espumas multimodales. Por ejemplo,
es deseable que los poliglicoles y los éteres de poliglicoles estén
presentes a una concentración mayor de 3% en peso, más deseablemente
mayor de 5% en peso, respecto a la resina de polímero
termoplástico, mientras que los copolímeros en bloque, por ejemplo,
pueden ser igualmente eficaces a concentraciones menores.
Opcionalmente, el proceso incluye añadir al menos
un aditivo adicional a la resina de polímero termoplástico. Los
aditivos adicionales incluyen materiales retardantes a la llama
tales como trihidrato de aluminio (Al(OH)_{3}),
hidróxido de magnesio (Mg(OH)_{2}), boratos,
fosfatos, combinaciones intumescentes incluyendo sales de melamina
con fosfato del ácido pentaeritritol, haluros orgánicos (tales como
parafina clorada, hexabromociclododecano, y óxido
decabromodifenilo), y combinaciones de éstos. Los ejemplos
adicionales de aditivos adicionales adecuados incluyen aditivos que
incrementan el aislamiento térmico tales como negro de humo
(recubierto y no recubierto), grafito, aluminio, oro, y dióxido de
titanio; aditivos que incrementan el aislamiento acústico tales
como plomo y mezclas de materiales de relleno de alta y baja
densidad; agentes nucleantes tales como talco, óxido de magnesio,
carbonato de calcio, silicato de calcio, zeolita, ácido esteárico,
estearato de calcio, y polvo de politetrafluoretileno; aditivos que
modifican la permeabilización tales como ésteres parciales de ácidos
grasos que contienen de 8 a 20 átomos de carbono y un alcohol
polihídrico que contiene de 3 a 6 grupos hidroxilo como se describe
en la Patente de EEUU No. 4.217.319 (columna 2, líneas
20-30), aminas de alquilos superiores y derivados
de éstas sustituidos con nitrógeno como se describe, por ejemplo,
en la Patente de EEUU No. 4.214.054 (columna 3, línea 49 hasta la
columna 4, línea 61), amidas de ácidos grasos saturados y derivados
de éstas como se describe, por ejemplo, en la Patente de EEUU No.
4.214.054 (columna 4, línea 62 hasta la columna 5, línea 35),
ésteres completos de ácidos grasos saturados superiores como se
describe, por ejemplo, en la Patente de EEUU No. 4.214.054 (columna
5, línea 36 hasta la columna 6, línea 3); aditivos que ayudan en la
extrusión tales como estearato de calcio, estearato de bario, y
ácido esteárico; y pigmentos tales como azul verdoso y añil.
Los auxiliares de la dispersión que facilitan la
dispersión del estabilizador del agente soplador en una resina
termoplástica también son adecuados para utilizarse en la presente
invención. Los auxiliares de la dispersión preferidos incluyen
copolímeros en bloque que contienen un bloque de polímero
compatible con la resina de polímero termoplástico y un bloque de
polímero compatible con el estabilizador del agente soplador. Por
ejemplo, un copolímero en bloque de estireno/propileno puede actuar
como un auxiliar de la dispersión para facilitar la dispersión de
un estabilizador del agente soplador basado en estireno en una
resina basada en polipropileno.
En general, preparar espumas de polímeros
termoplásticos de la presente invención en un proceso continuo
mediante de manera secuencial: (a) dispersar un agente soplador y
un estabilizador del agente soplador para el agente soplador en una
resina de polímero termoplástico plastificada a una presión inicial
y bajo una cizalladura suficiente como para formar una composición
de polímero espumable; (b) enfriar la composición de polímero
espumable; y (c) expandir la composición de polímero espumable en
ausencia sustancial de agua y a una presión menor que la presión
inicial para producir una espuma de polímero termoplástico
multimodal. La expansión de la composición de polímero espumable en
la etapa (c) también puede realizarse en ausencia sustancial de
alcoholes. El proceso de la presente invención utiliza
preferiblemente calor para plastificar la resina de polímero
termoplástico en una composición de polímero para facilitar la
dispersión del agente soplador y del estabilizador del agente
soplador. Están disponibles muchas fuentes de calor adecuadas
incluyendo vapor, radiación infrarroja, sonicadores, camisas
calefactoras, elementos calefactores eléctricos, y fricción.
Generalmente, la presión inicial es mayor que la presión
atmosférica (101 kilopascales absoluta). La cizalladura suficiente
corresponde a la cizalladura suficiente como para dispersar el
agente soplador y el estabilizador del agente soplador en la resina
de polímero.
La dispersión del estabilizador del agente
soplador, agente soplador, y aditivos adicionales en la resina de
polímero termoplástico puede producirse antes, durante o después de
plastificar la resina de polímero termoplástico. Preferiblemente, la
adición del estabilizador del agente soplador y de cualquier
aditivo opcional, y el plastificado de la resina se produce en un
único extrusor. El estabilizador del agente soplador y los aditivos
pueden introducirse en el extrusor simultáneamente con la resina,
posteriormente a la resina, o una combinación de éstos. El mezclado
del estabilizador del agente soplador y/o un aditivo con la resina
también puede producirse antes del extrusor. Por ejemplo, los
aditivos, especialmente el estabilizador del agente soplador, pueden
tener la forma de partículas microdispersas dispersas en una resina
de polímero durante la polimerización de la resina de polímero y
antes de la extrusión en un proceso de espumación.
La adición del agente soplador se produce
preferiblemente en un mezclador del agente soplador. El mezclador
del agente soplador dispersa el agente soplador en la composición
del polímero. El mezclador del agente soplador puede formar parte
del extrusor o puede ser un dispositivo independiente del extrusor.
Los mezcladores de agentes sopladores adecuados incluyen
mezcladores de rodillos, mezcladores estáticos, y mezcladores
roto-estátor de alta cizalladura. La adición del
agente soplador se produce típicamente a una presión mayor de 3,4
megapascales (MPa) (500 libras-por
pulgada-al cuadrado (psi)), más típicamente mayor de
8,3 MPa (1.200 psi), aún más típicamente mayor de 10,3 MPa (1.500
psi); y típicamente a una presión menor de 41,4 MPa (6.000 psi),
preferiblemente menor de 34,5 MPa (5.000 psi), más preferiblemente
menor de 27,6 MPa (4.000 psi). La resina, en el momento de la
adición del agente soplador, está típicamente a una temperatura de
al menos 100 grados Celsius (ºC), más típicamente al menos 150ºC,
aún más típicamente al menos 180ºC; y típicamente menos de 400ºC,
preferiblemente menos de 300ºC.
El enfriamiento de una composición espumable se
produce en un intercambiador de calor en el que la composición
espumable se enfría hasta una temperatura de espumación deseada.
Los intercambiadores de calor adecuados incluyen intercambiadores de
calor disponibles comercialmente utilizados habitualmente para
preparar espuma de polímero termoplástico extruída. La temperatura
de espumación influye en que la espuma final tenga una estructura
de celdas abiertas o cerradas. La espuma de la presente invención
puede tener una estructura de celdas abiertas o cerradas. La espuma
con celdas abiertas contiene al menos un 20 por ciento de contenido
de celdas abiertas mientras que la espuma con celdas cerradas
contiene menos de un 20 por ciento de contenido de celdas abiertas.
Determinar el contenido de celdas abiertas según el método ASTM
D-6226. La espuma de celdas abiertas se forma
típicamente a temperaturas de espumación mayores que la espuma de
celdas cerradas. Los aditivos también pueden influir en la magnitud
de la apertura de la estructura de la espuma. Por ejemplo, la
inclusión de aditivos plastificantes en la resina tiende a producir
estructuras de celdas abiertas a temperaturas menores. Por lo
tanto, la temperatura de espumación deseada, depende de si se quiere
una estructura de celdas abiertas o cerradas, y de la combinación
particular de resina, estabilizador, y aditivos.
Las temperaturas de espumación dependen de la
temperatura de fusión o de la temperatura de transición vítrea de la
resina utilizada. Las temperaturas de espumación son típicamente
mayores de 40ºC, más típicamente mayores de 80ºC, y aún más
típicamente mayores de 100ºC. La temperatura de espumación para el
poliestireno es típicamente menor de 150ºC mientras que la
temperatura de espumación para el polipropileno es típicamente menor
de 180ºC. Un experto en la técnica puede determinar una temperatura
de espumación óptima para una combinación determinada de resina,
estabilizador, y aditivo sin experimentación excesiva.
La expansión de una composición de polímero
espumable (espumación) se produce típicamente cuando una composición
de polímero espumable pasa a través de una boquilla, desde el
interior al exterior de un extrusor. La presión en el interior del
extrusor es mayor que la presión en el exterior del extrusor. La
presión en el interior del extrusor es típicamente mayor que la
presión atmosférica (14,7 psi-absoluta, 760
milímetros de mercurio) y menor de 69,0 MPa (10.000 psi).
Típicamente, la presión en el exterior del extrusor es presión
atmosférica, aunque son adecuadas las presiones mayores o menores
que la presión atmosférica. Las boquillas adecuadas incluyen las
utilizadas habitualmente para producir espuma de polímero
termoplástico.
La presente invención incluye procesos continuos,
discontinuos, y semi-discontinuos. Un proceso
discontinuo ejemplar comprende combinar una resina de polímero,
estabilizador del agente soplador y los aditivos deseados en un
recipiente, calentar los contenidos del recipiente hasta una
temperatura o intervalo de temperatura específico suficiente como
para plastificar la resina del polímero, añadir CO_{2} hasta una
presión o intervalo de presión específico, permitir que el CO_{2}
penetre en la resina durante un periodo de tiempo, y después
liberar rápidamente la presión, y permitir que la resina se expanda
en una espuma. Los procesos de extrusión, moldeo por inyección,
moldeo por soplado y moldeo por compresión son adecuados para el
conformado de las espumas de la presente invención.
Preferiblemente, el proceso es un proceso de extrusión continuo. Es
decir, la resina avanza continuamente desde el punto en el que
entra en el extrusor hasta un punto en el que sale del extrusor por
una boquilla y se expande en una espuma. Dicho proceso continuo es
opuesto a procesos discontinuos o semi-discontinuos
en los que la resina permanece durante un periodo de tiempo
específico en una etapa del proceso sin avanzar.
La Patente de EEUU No. 5.817.705 y la Patente de
EEUU 4.323.528 describen un método de espumación alternativo pero
adecuado que utiliza un "sistema
extrusor-acumulador". El sistema
extrusor-acumulador es un proceso intermitente en
lugar de continuo. El sistema extrusor-acumulador
incluye una zona de conservación de la temperatura o acumulador en
la que una composición espumable permanece en condiciones que
impiden la espumación. La zona de conservación de la temperatura
está equipada con una boquilla de salida que se abre en una zona
que tiene una presión menor. La boquilla tiene un orificio que
puede estar abierto o cerrado, preferiblemente mediante una
abertura externa a la zona de conservación de la temperatura. El
manejo de la abertura no afecta a la composición espumable, aparte
de permitir a ésta fluir a través de la boquilla. La apertura de la
abertura y la aplicación sustancialmente simultánea de presión
mecánica en la composición espumable mediante un mecanismo (como un
pistón mecánico) fuerza a la composición espumable a través de la
boquilla a la zona de menor presión. La presión mecánica es
suficiente como para forzar a la composición espumable a través de
la boquilla a una velocidad lo suficientemente rápida como para
impedir una espumación significativa en la boquilla aunque lo
suficientemente lenta como para minimizar y preferiblemente
eliminar la generación de irregularidades en el área transversal o
en la forma de la espuma. Como tal, aparte de operar
intermitentemente, el proceso y sus productos resultantes se
asemejan mucho a los fabricados en un proceso de extrusión
continuo.
Las espumas de la presente invención pueden estar
en la forma de planchas o láminas. Las planchas de espuma tienen
generalmente un espesor de 1,5 cm, o más, mientras que las láminas
de espuma tienen generalmente un espesor de menos de 1,5 cm.
Generalmente, preparar planchas de espuma mediante la extrusión de
una composición polimérica espumable a través de una boquilla de
ranura ancha y permitir que se expanda en presencia de un aparato
de conformado. Generalmente, preparar láminas de espuma mediante la
extrusión de una composición polimérica espumable a través de una
boquilla anular, permitir que se expanda sobre un mandril, y cortar
el tubo de espuma resultante longitudinalmente en láminas.
Las espumas de la presente invención pueden ser
formas combinadas, que comprenden múltiples elementos de espuma
combinados aunque distinguibles. Los elementos de espuma son
estructuras de espuma que típicamente se extienden longitudinalmente
en la espuma. Los elementos de espuma se distinguen de los
elementos de espuma adyacentes por una piel que rodea cada elemento
de espuma. Una piel es una película de polímero o una parte de un
elemento de espuma que tiene una densidad mayor que el elemento de
espuma al que rodea. Los elementos de espuma pueden ser cadenas,
láminas, o combinaciones de cadenas y láminas. Las láminas se
extienden a lo largo del ancho o alto total de una espuma de
polímero combinada mientras que las cadenas se extienden menos que
el ancho y altura totales. El ancho y la altura son dimensiones
ortogonales perpendiculares a la longitud (dirección de la
extrusión) de una espuma. Los elementos de espuma pueden ser
sólidos o huecos (véase, por ejemplo, la Patente de EEUU No.
4.755.408 para ejemplos de cadenas de espuma huecas y estructuras de
éstas).
La preparación de espumas de polímero combinadas
implica típicamente extruir una composición espumable a través de
una boquilla definiendo múltiples cavidades, tales como orificios,
ranuras, o una combinación de orificios y ranuras. La composición
espumable fluye a través de las cavidades, formando múltiples
corrientes de composición espumable. Cada corriente se expande en
un miembro de la espuma. Las corrientes de espuma contactan entre
sí y sus pieles se unen las unas a las otras durante la expansión,
formando de esta manera una espuma de polímero combinada. "Espuma
en Cadena" o "espuma en cadena combinada" es un tipo de
espuma de polímero combinada que comprende múltiples cadenas de
espuma, o perfiles que se pueden distinguir.
Las espumas de la presente invención son
multimodales, preferiblemente bimodales. La concentración del
estabilizador del agente soplador, la distribución del tamaño del
estabilizador del agente soplador, la composición del agente
soplador, el aditivo opcional de agente nucleante, así como el tipo
o tipos de agentes nucleantes añadidos, influyen en la distribución
del tamaño de las celdas de una espuma. El tamaño grande de las
celdas y la polidispersabilidad del tamaño grande de las celdas es
generalmente función del tamaño y polidispersabilidad del dominio
del estabilizador del agente soplador. El descenso del tamaño del
dominio del estabilizador del agente soplador típicamente resulta en
un descenso del tamaño grande de las celdas, y viceversa. Las
celdas grandes uniformes tienden a formarse cuando el estabilizador
del agente soplador está disperso de manera uniforme en la resina
del polímero. Por el contrario, la polidispersabilidad de las celdas
más grandes se incrementa al incrementarse la polidispersabilidad
del tamaño del dominio del estabilizador. La utilización de más de
un tipo de estabilizador del agente soplador y/o de más de un tipo
de agente soplador también puede producir una espuma con más de un
tamaño de celdas grandes. Por lo tanto, incluso las celdas
intermedias pueden tener estabilizador del agente soplador a su
alrededor. La utilización de más de un tipo de agente nucleante
puede producir una espuma con más de un tamaño de celdas pequeñas,
incluso hasta el punto de formar celdas intermedias que no tienen
estabilizador del agente soplador localizado cerca de ellas. Un
experto en la técnica puede determinar muchas maneras de preparar
una espuma que tiene una distribución multimodal del tamaño de las
celdas, incluyendo trimodal y tetramodal, utilizando el
presente
proceso.
proceso.
Una espuma multimodal preparada mediante el
proceso de la invención tiene el estabilizador del agente soplador
localizado predominantemente cerca de las celdas grandes. Es decir,
el estabilizador del agente soplador está localizado
predominantemente alrededor de las celdas grandes y no de las
celdas pequeñas. Se puede identificar la localización del
estabilizador del agente soplador en una espuma utilizando técnicas
analíticas estándar, como retrodifracción de rayos X.
Las espumas multimodales, incluyendo las espumas
bimodales, de la presente invención tiene una utilidad especial en
artículos de aislamiento térmico al tener habitualmente valores de
aislamiento mayores (valores R) que las espumas análogas preparadas
en ausencia de estabilizador del agente soplador y que tienen en
general una distribución uniforme del tamaño de las celdas. Las
espumas multimodales, incluyendo las espumas bimodales, de la
presente invención tienen típicamente un valor R de al menos 1,4
Kelvin-metro por Vatio (K\cdotm/W) ó 0,2 grados
Fahrenheit-pie cuadrado-hora por
unidad térmica Británica-pulgada
(ºF\cdotft^{2}\cdoth/Btu\cdotin), mayor que una espuma
análoga preparada en ausencia de estabilizador del agente soplador.
Las espumas de la presente invención tienen preferiblemente un valor
R de al menos 30,5 (4,4), preferiblemente al menos 31,2 (4,5), más
preferiblemente al menos 31,9 (4,6), lo más preferiblemente al
menos 32,6 (4,7) K\cdotm/W
(ºF\cdotft^{2}\cdoth/Btu\cdotin) determinado por el método
ASTM
C-518-91.
C-518-91.
Los ejemplos siguientes ilustran, pero no
limitan, la invención. Las
partes-por-cien (pph) son partes en
peso respecto al peso de la resina.
Ejemplo Comparativo (Ej Comp) A y
Ej
1-4
Preparar el Ej Comp A y los Ej
1-4 utilizando un sistema de extrusión estándar de
espuma de polímero termoplástico que comprende, en serie, un
extrusor, un mezclador, un refrigerador, y una boquilla de
extrusión. La velocidad de extrusión es 22,68
kilogramos-por hora (kg/h) (50
libras-por-hora). La formulación de
la espuma consiste en un agente soplador de CO_{2} (nivel como se
especifica en la Tabla 1), estearato de bario (0,2 pph), retardante
a la llama hexabromociclododecano (2,7 pph), y resina de
poliestireno (grado de resina F168, de The Dow Chemical Company).
Preparar todas las espumas a una temperatura de espumación de 120ºC
y en ausencia sustancial de agua. Los Ej 1-4
incluyen además un estabilizador del agente soplador, como se
indica en la Tabla 1, seleccionado de la lista que aparece más
abajo (disponible en Goldshmidt Chemical Corporation):
- (a)
- copolímero en bloque de polibutilmetacrilato/polisiloxano/polibutilmetacrilato (BSi-1025);
- (b)
- copolímero en bloque de poliestireno/óxido de polietileno (SE-0720).
\vskip1.000000\baselineskip
Ej Comp/Ej | Carga de | Estabilizador | Presión | Densidad | Valor R | Factor K |
CO_{2} | del | de la | de la | K\cdotm/W | W/K\cdotm | |
(pph) | Agente | Boquilla | Espuma | (ºF\cdotft^{2}\cdoth/B | (Btu\cdotin/h\cdotf | |
Soplador | Mpa (psi) | kg/m^{3} (pcf) | tu\cdotin) | t^{2}\cdotºF) | ||
A | 4,7 | (ninguno) | 7,6 | 42 | 29,8 | 0,034 |
(1.100) | (2,6) | (4,29) | (0,233) | |||
1 | 4,7 | 4 pph (a) | 9,6 | 50 | 30,8 | 0,033 |
(1.400) | (3,1) | (4,43) | (0,226) | |||
2 | 4,7 | 4 pph (b) | 9,6 | 39 | 30,9 | 0,032 |
(1.400) | (2,4) | (4,46) | (0,224) | |||
3 | 5,8 | 2 pph (a) | 10 | 48 | 32,9 | 0,030 |
(1.500) | (3,0) | (4,74) | (0,211) | |||
4 | 6,0 | 4 pph (b) | 10 | 40 | 31,4 | 0,032 |
(1.500) | (2,5) | (4,54) | (0,220) |
\vskip1.000000\baselineskip
El Ej Comp A tiene en general una distribución
uniforme del tamaño de las celdas. Por el contrario, los Ej
1-4 tienen una distribución multimodal del tamaño de
las celdas. Por ejemplo, la Fig 1 presenta una imagen SEM del Ej 3
que demuestra la distribución multimodal del tamaño de las celdas.
La Fig 2 presenta un gráfico del área de la superficie transversal
representativa frente al tamaño de las celdas para el Ej 3 que
demuestra una distribución multimodal del tamaño de las celdas. Un
pico a aproximadamente 20 micrómetros corresponde a las celdas
pequeñas. Un pico a aproximadamente 130 micrómetros corresponde a
las celdas grandes. Un pico a aproximadamente 80 micrómetros
corresponde a las celdas intermedias.
La Tabla 1 incluye los valores R para el Ej Comp
A y los Ej 1-4, determinados según el método ASTM
C-518-91. Cada uno de los Ej
1-4 tiene valores R mayores que el Ej Comp A, lo que
demuestra la mejor capacidad aislante de una espuma multimodal
respecto a una espuma que tiene en general una distribución uniforme
del tamaño de las celdas (Ej Comp A). Los Ej 3 y 4 ejemplifican de
manera adicional las espumas preparadas con cargas relativamente
altas del agente soplador (5,8-6 pph). El Ej 3 tiene
una densidad similar a la del Ej 1, aunque el Ej 3 tiene un valor R
mayor que el del Ej 1. Probablemente, los valores R diferentes
resultan de una dispersabilidad diferente de la distribución del
tamaño de las celdas. Lo mismo es cierto comparando el Ej 4 y el Ej
2.
Los Ej 1-4 ilustran de manera
adicional las espumas multimodales preparadas en ausencia sustancial
de agua utilizando un agente soplador que no daña el
medioambiente.
Ej Comp B y Ej
5
Preparar las espumas utilizando un sistema de
extrusión que comprende un extrusor de tornillos gemelos configurado
para proporcionar el mezclado y enfriamiento con una boquilla de
extrusión unida a la salida del extrusor. El sistema opera a una
velocidad de extrusión de 1,0 kg/h (2,2 libras por hora). Las
formulaciones de la espuma contienen 4,3 pph del agente soplador de
CO_{2}, 5,26 pph de negro de humo (AROSPERSE® 7, marca registrada
de J.M. Huber Corporation, o Raven^{TM} 430, marca registrada de
Columbian Chemical, negro de humo), y resina de poliestireno (igual
que en el Ej 1). El Ejemplo 5 contiene además 3,5 pph de
estabilizador del agente soplador (a). Preparar ambas espumas a una
temperatura de espumación de 133ºC y a una presión de boquilla de 11
MPa (1.600 psi). El Ej Comp B tiene una densidad de 74 kg/m^{3}
(4,6 pcf) mientras que el Ej 5 tiene una densidad de 56 kg/m^{3}
(3,5 pcf).
El Ej 5 tiene una distribución multimodal del
tamaño de las celdas mientras que el Ej Comp B tiene en general una
distribución uniforme del tamaño de las celdas. El Ej 5 es un
ejemplo de una espuma multimodal de la presente invención que
comprende relleno de negro de humo y que se prepara en ausencia
sustancial de agua utilizando un agente soplador que no daña el
medioambiente. Más aún, el Ej 5 demuestra una espuma multimodal que
tiene una densidad menor que una espuma análoga preparada en
ausencia de un estabilizador del agente soplador (Ej Comp B en este
caso).
Ej Comp C y Ej
6-9
Preparar el Ej Comp C y los Ej
6-9 como se describe más adelante. Primero, mezclar
por fundición resina de poliestireno (igual que la del Ej 1) y el
estabilizador especificado del agente soplador (véase la Tabla 2),
después moldear por compresión la mezcla en una barra de
aproximadamente 0,16-centímetros (cm)
(1/16-pulgadas) de espesor, 3,81-cm
(1,5-pulgadas) de longitud, y aproximadamente
2,54-cm (1-pulgada) de ancho.
Situar la barra moldeada por compresión en un reactor de acero
inoxidable de temperatura y presión alta, calentar el reactor y sus
contenidos hasta la temperatura de espumación (indicada en la Tabla
2), purgar el reactor con CO_{2} gas, y añadir agente soplador de
CO_{2} hasta una presión de 24 MPa (3.500 psi). Mantener a la
temperatura de espumación y 24 MPa (3.500 psi) durante 2 horas.
Rápidamente (en 1 segundo) despresurizar el reactor, permitiendo de
esta manera que la muestra se
expanda.
expanda.
El estabilizador del agente soplador se
selecciona de (a), (b) y de los especificados más abajo:
- (c)
- polidimetilsiloxano (30.000 centipoise 200 Fluid de Dow Corning);
- (d)
- carbonato de polipropileno (peso molecular de 50.000 gramos/mol).
Los parámetros de espumación y las
características de las espumas para el Ej Comp C y los Ej
6-9 se muestran en la Tabla 2.
\vskip1.000000\baselineskip
Ej Comp/Ej | Estabilizador del Agente Soplador | Temperatura de Espumación | Densidad de la Espuma |
(ºC) | kg/m^{3} (pcf) | ||
C | (ninguno) | 100 | 221 (13,8) |
6 | 10 pph (a) | 100 | 199 (12,4) |
7 | 10 pph (b) | 100 | 205 (12,8) |
8 | 10 pph (c) | 100 | 195 (12,2) |
9 | 30 pph (d) | 125 | 187 (11,7) |
\vskip1.000000\baselineskip
Los Ej 6-9 tienen distribuciones
multimodales del tamaño de las celdas mientras que el Ej Comp C
tiene en general una distribución uniforme del tamaño de las
celdas. Los Ej 6-9 demuestran cuatro estabilizadores
diferentes del agente soplador. Aún más, cada uno de los Ej
6-9 demuestran una espuma multimodal que tiene una
densidad menor que una espuma análoga preparada en ausencia de un
estabilizador del agente soplador (Ej Comp C en este
caso).
caso).
El análisis del Ej 6 mediante retrodifracción de
rayos X muestra que el estabilizador del agente soplador está
localizado predominantemente próximo a las celdas grandes. En este
caso, la retrodifracción de rayos X identifica silicio del
estabilizador del agente soplador.
Ej Comp D y Ej
10-12
Preparar el Ej Comp D y los Ej
10-12 mediante un proceso similar al descrito para
el Ej Comp C y los Ej
6-9, incluyendo además 5,3 pph de negro de humo (Arosperse 7). Mantener la temperatura de espumación a 100ºC. La Tabla 3 especifica el estabilizador del agente soplador para cada Ej e incluye los agentes sopladores siguien-
tes:
6-9, incluyendo además 5,3 pph de negro de humo (Arosperse 7). Mantener la temperatura de espumación a 100ºC. La Tabla 3 especifica el estabilizador del agente soplador para cada Ej e incluye los agentes sopladores siguien-
tes:
- (e)
- copolímero en bloque de poliestireno/óxido de polietileno (SE-1030; disponible en Goldshmidt Chemical Corporation)
- (f)
- mezcla madre de PDMS de peso molecular muy alto, 50% activo en poliestireno de alto impacto (MB50-004 de Dow Corning).
Ej Comp/Ej | Estabilizador del Agente Soplador | Densidad de la Espuma kg/m^{3} (pcf) |
D | (ninguno) | 296 (18,5) |
10 | 10 pph (a) | 235 (14,7) |
11 | 10 pph (e) | 228 (14,2) |
12 | 5 pph (f) | 222 (13,9) |
\vskip1.000000\baselineskip
Los Ej 10-12 tienen
distribuciones multimodales del tamaño de las celdas mientras que el
Ej Comp D tiene en general una distribución uniforme del tamaño de
las celdas. Los Ej 10-12 demuestran tres
estabilizadores diferentes del agente soplador de la presente
invención. Aún más, los Ej 10-12 demuestran espumas
multimodales que tienen una densidad menor que una espuma análoga
preparada en ausencia de un estabilizador del agente soplador (Ej
Comp D en este caso).
Ej 13 y
14
Preparar los Ej 13 y 14 como se describe para los
Ej 6-9, utilizando una temperatura de espumación de
100ºC. El estabilizador del agente soplador para cada ejemplo se
especifica en la Tabla 4, y se selecciona de los siguientes:
- (g)
- copolímero modificado de poliuretano (81% en peso de polipentildecalactona (2.400 peso molecular medio)/16% en peso de metilen diisocianato/3% en peso de butanodiol)
- (h)
- copolímero modificado de poliuretano (80% en peso de polipentildecalactona (2.400 peso molecular medio)/5% en peso de óxido de polietileno (200 peso molecular medio)/15% en peso de metilen diisocia- nato).
\vskip1.000000\baselineskip
Ej | Estabilizador del Agente Soplador | Densidad de la Espuma kg/m^{3} (pcf) |
13 | 11 pph (g) | 223 (13,9) |
14 | 43 pph (h) | 231 (14,4) |
\vskip1.000000\baselineskip
Los Ej 13 y 14 son ambos espumas multimodales
preparadas en ausencia sustancial de agua utilizando estabilizadores
del agente soplador de copolímero modificado de poliuretano.
Ej 15 y
16
Preparar los Ej 15 y 16 utilizando un proceso
discontinuo similar al descrito para los Ej 6-9
excepto (1) utilizar polipropileno (resina PF814, de Montell) en
lugar de poliestireno, (2) utilizar una temperatura de espumación de
148ºC, y (3) utilizar 2 pph de estabilizador del agente soplador
(f) para el Ej 15 y utilizar 10 pph de estabilizador del agente
soplador (i) para el Ej 16. El estabilizador del agente soplador (i)
es:
- (i)
- 20% en peso de (a) y 80% en peso de copolímero de etileno y ácido acrílico (polímero LOTRYL^{TM} 35BA40, marca registrada de ELF Atochem).
Los Ej 15 y 16 son espumas multimodales. El Ej 15
ilustra una espuma de polipropileno preparada con estabilizador del
agente soplador y en ausencia sustancial de agua, que sin embargo
tiene una distribución multimodal del tamaño de las celdas. El Ej
15 tiene una densidad de 165 kg/m^{3} (10,3 pcf). La Fig. 3
presenta una imagen SEM del Ej 15 que muestra una distribución
multimodal del tamaño de las celdas.
El Ej 16 es otro ejemplo de una espuma multimodal
de PP de la presente invención preparada en ausencia sustancial de
agua que demuestra la eficacia de otra composición de estabilizador
del agente soplador. El Ej 16 tiene una densidad de 231 kg/m^{3}
(14,4 pcf).
\newpage
Ej 17 y
18
Preparar el Ej 17 y Ej 18 utilizando un proceso
de extrusión similar al de los Ej 1-4 excepto por
la utilización de resina de PP (resina PF814) en lugar de resina de
PS y una carga de 5,5 pph de CO_{2}. Utilizar una mezcla de PDMS
funcionalizado con hidroxilo en homopolímero PP
(MB50-321 mezcla madre de Dow Corning, 50% en peso
de PDMS funcionalizado con hidroxilo por peso de mezcla madre) como
estabilizador del agente soplador. Los parámetros adicionales están
en la Tabla 5.
Ej Comp/Ej | Estabilizador del Agente Soplador | Presión de Boquilla MPa | Densidad de la Espuma |
(Psi) | kg/m^{3} (pcf) | ||
17 | 4 pph | 6,5 | 37 |
(955) | (2,3) | ||
18 | 2 pph | 6,7 | 34 |
(980) | 82,1) |
Los Ej 17 y 18 son ejemplos de espumas de PP
extruídas de la presente invención preparadas en ausencia sustancial
de agua utilizando un PDMS funcionalizado con hidroxilo como
estabilizador del agente soplador.
Claims (20)
1. Un proceso para producir espuma de polímero
termoplástico multimodal que comprende las etapas secuenciales
siguientes:
- (a)
- dispersar un estabilizador del agente soplador y un agente soplador en una resina de polímero termoplástico plastificada por calor a una presión inicial para formar una composición espumable, y
- (b)
- expandir dicha composición de polímero espumable en ausencia sustancial de agua y a una presión menor que la mencionada presión inicial para producir una espuma termoplástica multimodal.
2. El proceso de la Reivindicación 1, que
comprende además enfriar dicha composición espumable entre las
etapas (a) y (b) y en el que la etapa (a) comprende además
cizalladura para formar la composición espumable.
3. El proceso de la Reivindicación 1, en el que
el estabilizador del agente soplador está presente a una
concentración de uno a 50 por ciento en peso respecto al peso de la
resina del polímero.
4. El proceso de la Reivindicación 1, en el que
el agente soplador comprende un gas seleccionado de un grupo que
consiste en dióxido de carbono, hidrocarburos, e
hidrofluorocarburos.
5. El proceso de la Reivindicación 4, en el que
el hidrofluorocarburo es 1,1,1,2-tetrafluoroetano;
el hidrocarburo es isobutano.
6. El proceso de la Reivindicación 1, en el que
el agente soplador es dióxido de carbono.
7. Una espuma de polímero termoplástico que
comprende una resina de polímero termoplástico que tiene una
distribución multimodal del tamaño de las celdas que contiene celdas
grandes y pequeñas definidas en la presente memoria y un
estabilizador del agente soplador localizado predominantemente
próximo a las celdas grandes.
8. La espuma de polímero termoplástico de la
Reivindicación 7, en la que dicha espuma contiene uno a 50 por
ciento en peso de un estabilizador del agente soplador respecto al
peso de la resina de polímero termoplástico.
9. La espuma de polímero termoplástico de la
Reivindicación 7, en la que dicha espuma tiene una distribución
bimodal del tamaño de las celdas.
10. La espuma de polímero termoplástico de la
Reivindicación 7, en la que el estabilizador del agente soplador se
selecciona de un grupo que consiste en polímeros y copolímeros de
óxido de polialquileno no plastificante, polidimetilsiloxano no
plastificante y polidimetilsiloxano funcionalizado no
plastificante.
11. La espuma de polímero termoplástico de la
Reivindicación 7, en la que la resina de polímero termoplástico es
poliestireno y el estabilizador del agente soplador se selecciona de
un grupo que consiste en copolímeros en bloque de
poliestireno/polidimetilsiloxano, copolímeros en bloque de
poliestireno/polioxietileno, copolímeros en bloque de
polibutil(met)acrilato/polisiloxano/polibutil(met)acrilato,
copolímeros aleatorios de poliestireno/anhídrido maleico injertados
con óxido de polietileno, y copolímeros aleatorios de poliuretano
injertados con etilenglicol.
12. La espuma de polímero termoplástico de la
Reivindicación 7, en la que la resina de polímero termoplástico es
polipropileno y el estabilizador del agente soplador se selecciona
de un grupo que consiste en copolímeros en bloque de
polipropileno/polidimetilsiloxano y copolímeros en bloque de
polipropileno/polioxietileno.
13. La espuma de polímero termoplástico de la
Reivindicación 7, que comprende además un aditivo que incrementa el
aislamiento térmico seleccionado de un grupo que consiste en negro
de humo (recubierto y no recubierto) y grafito.
14. La espuma de polímero termoplástico de la
Reivindicación 7, en la que dicha espuma tiene un valor R de al
menos 30,5 K\cdotm/W (4,4
ºF\cdotft^{2}\cdoth/Btu\cdotin).
15. La espuma de polímero termoplástico de la
Reivindicación 7, en la que dicha espuma tiene un valor R al menos
1,4 K\cdotm/W (0,2ºF\cdotft^{2}\cdoth/Btu\cdotin) mayor
que una espuma análoga preparada en ausencia de estabilizador del
agente soplador.
16. La espuma de polímero termoplástico de la
Reivindicación 7, en la que dicha espuma tiene una densidad de 8,0
a 801 kilogramos por metro cúbico (0,5 a 50 libras por pie
cúbico).
17. La espuma de polímero termoplástico de la
Reivindicación 7, en la que dicha espuma tiene una densidad menor
que una espuma análoga preparada en ausencia de estabilizador del
agente soplador.
18. La espuma de polímero termoplástico de la
Reivindicación 7, en la que dicho polímero termoplástico se
selecciona de un grupo que consiste en poliestireno, poliestireno
sindiotáctico, polipropileno, polietileno, copolímeros de
etileno/propileno, copolímeros de etileno/estireno,
polimetilmetacrilato, tereftalato de polietileno, policarbonato,
ácido poliláctico, poliuretano termoplástico, y poliétersulfona.
19. Un artículo de fabricación que comprende la
espuma de polímero termoplástico de la Reivindicación 7.
20. El artículo de fabricación de la
Reivindicación 19, en el que dicho artículo es aislante
térmico.
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