ES2269342T3

ES2269342T3 - Un proceso para producir una lamina de espuma termoconformable usando un agente de soplado fisico.

Info

Publication number: ES2269342T3
Application number: ES01902062T
Authority: ES
Inventors: Gary C. Welsh; Roldolfo J. Salmang; Michael M. Ballot
Original assignee: Dow Global Technologies LLC
Current assignee: Dow Global Technologies LLC
Priority date: 2000-02-04
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2007-04-01
Anticipated expiration: 2021-01-12
Also published as: JP2003522052A; AU774881B2; MY130472A; US20020006975A1; KR20020087048A; TW593468B; WO2001057120A2; KR100804064B1; DE60123026D1; AR027361A1; EP1268624B1; CA2399438C; ATE339467T1; BR0108296A; AU2790501A; DE60123026T2; JP4787941B2; CN1187399C; CO5210875A1; CA2399438A1

Abstract

Un proceso para producir una lámina de espuma termoplástica que comprende: poner en contacto un polímero olefínico o aromático de monovinilideno fundido con un agente de soplado físico para formar una mezcla de polímero/agente de soplado en una línea de extrusión de láminas, extruir y espumar la mezcla de una boquilla de ranura ancha en una región de menor presión para formar un material extruido espumado, y estirar y comprimir el material extruido espumado para formar una lámina de espuma que tiene un espesor uniforme que difiere en cualquier punto del espesor medio de la lámina en menos de 6 por ciento.

Description

Un proceso para producir una lámina de espuma termoconformable usando un agente de soplado físico.

La presente invención se refiere a procesos para producir espumas usando un agente de soplado físico tal como dióxido de carbono, agua y/o nitrógeno.

Los polímeros estirénicos y olefínicos se han utilizado en aplicaciones de envasado de alimentos tales como láminas termoconformables no espumadas usadas en envases para lácteos. Este tipo de lámina termoconformable se ha producido típicamente usando una línea de extrusión de láminas convencional, donde el polímero se extruye a partir de una boquilla de ranura ancha en un cilindro de pulido de tres rodillos y se enrolla o se alimenta directamente a un proceso de termoconformado. Sin embargo, las influencias ecológicas están conduciendo a la industria de envasado de alimentos a producir materiales de envasado más ligeros, debido a las tasas basadas en el peso de envasado que se aplican a los procesadores de alimentos envasados.

Una manera de reducir el peso de una lámina termoconformable es incorporar un agente de soplado para producir una lámina de espuma de alta densidad. La lámina de espuma de este tipo se produce típicamente usando una línea de extrusión de láminas convencional y un agente de soplado químico. Sin embargo, los agentes de soplado químicos son caros y no proporcionan una espumación consistente o uniforme, dando como resultado variación en la densidad y calibre de la espuma dentro de la lámina de espuma producida.

Por lo tanto, persiste la necesidad de procesos para producir materiales de envasado espumados de alta densidad, particularmente láminas de espuma termoconformables que tienen densidad y calibre consistentes, que se pueden usar en aplicaciones no espumosas tradicionales tales como envases para lácteos.

El documento de EE.UU. nº 5342560 describe un método para producir un sandwich multicapas de película de poliestireno y película no espumada extruida a partir de una boquilla, expandida y enfriada. El documento de EE.UU nº 53871897 describe papel pintado que consiste en una película de polímero olefínico espumada de celdas abiertas.

La presente invención es un proceso para producir una lámina de espuma termoplástica que comprende:

poner en contacto un polímero olefínico o aromático de monovinilideno fundido con un agente de soplado físico para formar una mezcla de polímero/agente de soplado en una línea de extrusión de láminas, extruir y espumar la mezcla desde una boquilla de ranura ancha a una región de menor presión para formar un material extruido espumado, y

estirar y comprimir el material extruido espumado para formar una lámina de espuma que tiene un espesor uniforme que difiere en cualquier punto del espesor medio de la lámina en menos de 6 por ciento.

El proceso de la presente invención es especialmente adecuado para producir materiales de envasado espumados de alta densidad, particularmente láminas de espuma termoconformables que tienen densidad y calibre consistentes, que se pueden usar en aplicaciones de termoconformado no espumosas tradicionales tales como envases para lácteos.

La figura I es una representación esquemática de una realización de una línea de extrusión de láminas usada en el proceso de la presente invención. Se alimenta resina y nucleador opcional (II) al extrusor (I) que tiene un cabezal mezclador (III), mezcladores estáticos (IX), bomba de engranajes (VIII) y boquilla extrusora (X), donde se inyecta un agente de soplado físico, desde un depósito de almacenamiento (VI) conectado a una bomba de desplazamiento positivo (IV) que tiene un dispositivo de seguridad (V), a través de la válvula de inyección (VII) del extrusor. La lámina de espuma se estira y se comprime en el cilindro de pulido de 3 rodillos (XI) y se enrolla para formar un rollo de lámina espumada (XII).

Los polímeros termoplásticos útiles en la presente invención incluyen poliolefinas tales como polietileno, polipropileno, polietileno lineal de baja densidad, polietileno de baja densidad, polietileno de alta densidad, copolímeros olefínicos tales como copolímeros de etileno-octeno; polímeros, copolímeros e interpolímeros que tienen al menos 70 por ciento en peso de monómero aromático vinílico incorporado en la resina final como las unidades repetitivas monoméricas. Los monómeros aromáticos vinílicos incluyen, pero sin limitarse a ellos, los descritos en las patentes de EE.UU. nº 4.666.987, 4.572.819 y 4.585.825. Preferiblemente, el monómero tiene la fórmula:

Ar ---

\uelm{C}{\uelm{\para}{R'}}

\longequal CH_{2}

en la que R' es hidrógeno o metilo, Ar es una estructura de anillo aromática que tiene de 1 a 3 anillos aromáticos con o sin sustitución alquilo, halo, o haloalquilo, donde cualquier grupo alquilo contiene 1 a 6 átomos de carbono y haloalquilo se refiere a un grupo alquilo sustituido con halógeno. Preferiblemente, Ar es fenilo o alquilfenilo, donde alquilfenilo se refiere a un grupo fenilo sustituido con alquilo, siendo fenilo el más preferido. Los monómeros aromáticos vinílicos típicos que se pueden usar incluyen: estireno, alfa-metilestireno, todos los isómeros de vinil tolueno, especialmente paraviniltolueno, todos los isómeros de etil estireno, propil estireno, vinil bifenilo, vinil naftaleno, vinil antraceno y sus mezclas. Los monómeros aromáticos vinílicos también se pueden combinar con otros monómeros copolimerizables. Ejemplos de tales monómeros incluyen, pero sin limitarse a ellos, monómeros acrílicos tales como acrilonitrilo, metacrilonitrilo, ácido metacrílico, metacrilato de metilo, ácido acrílico y acrilato de metilo; maleimida, fenilmaleimida y anhídrido maleico. Además, la polimerización del monómero aromático vinílico se puede llevar a cabo en presencia de elastómero disuelto previamente para preparar productos que contienen caucho injertado o modificado por impactos, ejemplos de los cuales se describen en las patentes de EE.UU. nº 3.123.655, 3.346.520, 3.639.522 y 4.409.369. Específicamente, el polímero puede ser una resina de poliestireno de alto impacto. Adicionalmente, el proceso de la presente invención puede utilizar mezclas o combinaciones de cualquiera de los polímeros mencionados anteriormente.

El agente de soplado que se va a usar en el proceso de la presente invención incluye cualquier agente de soplado físico, incluyendo, pero sin limitarse a ellos, dióxido de carbono (CO_{2}), nitrógeno (N_{2}), agua (H_{2}O) o sus combinaciones. Para los fines de esta memoria, tal agente de soplado físico se debe definir como sustancialmente 100 por ciento de agente de soplado físico, en ausencia de un agente de soplado químico, incluso aunque el agente de soplado físico pueda contener pequeñas impurezas o pequeñas cantidades de otros compuestos. Preferiblemente, el agente de soplado es 100 por ciento dióxido de carbono.

El agente de soplado físico puede estar en cualquier forma y preferiblemente es un gas o líquido. Preferiblemente, se añade dióxido de carbono a una masa polimérica fundida como un líquido, aunque también sería aceptable en la práctica de la presente invención el uso del dióxido de carbono gaseoso. El nitrógeno se añade preferiblemente a una masa fundida polimérica como un gas, mientras que el agua se añade típicamente como un líquido, aunque es aceptable cualquier forma. Típicamente, en casos de combinaciones o mezclas de agentes de soplado se utilizan sistemas distintos de dosificación, donde se encuentran múltiples corrientes antes del punto de inyección del proceso de colada-extrusión. Sin embargo, los agentes de soplado también se pueden mezclar previamente e inyectar usando un solo sistema de dosificación.

También se pueden usar en el proceso de la presente invención aditivos, tales como pigmentos y/o agentes nucleantes. Generalmente se prefiere la adición de un agente nucleante y se añade preferiblemente en una cantidad de 0,001 a 10 por ciento del polímero total en peso. Más preferiblemente, la cantidad de agente nucleante se encuentra entre 0,02 a 2 por ciento. El agente nucleante se añade típicamente con el polímero en el extrusor. En una realización, el agente nucleante es talco.

El proceso de la presente invención también puede utilizar funciones de coextrusión para producir láminas de espuma multicapas. Estas láminas multicapas pueden comprender una o más capas centrales espumadas o capas superficiales espumadas si se desea. En algunas aplicaciones, puede ser deseable tener una combinación de una o más capas centrales o capas superficiales espumadas con capas centrales o capas superficiales no espumadas también. Por ejemplo, en una realización, una lámina multicapas coextruida comprende una capa central de poliestireno espumada que tiene capas superficiales exteriores que comprenden un poliestireno de alto impacto no espumado o una mezcla no espumada de una resina de poliestireno con una resina de poliestireno de alto impacto. Los métodos de coextrusión son bien conocidos en la técnica.

La extrusión de láminas es bien conocida en la técnica y se describe en F. Hensen, Plastics Extrusion Technology, Hanser Publishers, Nueva York, 1988. Capítulo 7, páginas 203-251 y en Modem Plastics mediados de octubre 1989 Encyclopedia Issue, Volumen 66, Número 11, páginas 256-257.

Un proceso de extrusión de láminas usado en el proceso de la presente invención comprende alimentar y fundir un polímero en un extrusor de láminas, donde la masa fundida se desplaza hacia un bloque de alimentación opcional y a través de una boquilla extrusora para formar un material extruido (lámina) monocapa o multicapas de espesor uniforme en la salida de la boquilla extrusora. La temperatura de espumación en la boquilla extrusora en el proceso de la presente invención, depende del polímero que se está espumando y típicamente es mayor que 150ºC y está preferiblemente entre 170 y 300ºC. La mezcla de polímero/agente de soplado se extruye y se espuma en una zona de menor presión, preferiblemente aire a presión atmosférica. La lámina de espuma extruida se introduce en un mecanismo para estirar y comprimir el material extruido espumado tal que se obtiene un espesor uniforme de la lámina. Un mecanismo de este tipo incluye un cilindro de pulido de tres rodillos giratorio con control de temperatura. En esta realización, el calibre de la lámina se determina mediante la velocidad de extrusión, separación entre los rodillos del cilindro, velocidad de la línea, y razón de estiramiento. La separación ente los rodillos es el espacio entre el rodillo superior y el central del cilindro de pulido de tres rodillos, cuando se usa una configuración de apilamiento hacia abajo. La razón de estiramiento es la razón de la velocidad de la masa fundida en la salida de la boquilla extrusora a la velocidad del cilindro de pulido de tres rodillos. El calibre de la lámina se sigue mediante un instrumento montado sobre un carro que se mueve en perpendicular a la dirección de la lámina, llevando el instrumento de calibrado a través de la lámina. Tales instrumentos de calibrado son bien conocidos en la técnica La lámina sale de la estación de calibrado y se mueve sobre una serie de cilindros guía hasta la estación de corte opcional y a un enrollador o directamente a un proceso de termoconformado.

El proceso de la presente invención se caracteriza además porque el agente de soplado físico se introduce en la masa fundida polimérica en un punto antes de la boquilla extrusora del extrusor de láminas. Preferiblemente, el agente de soplado se inyecta a través de una válvula de una vía situada en la zona de descompresión (puerto de ventilación) del tornillo de extrusión dentro de la línea de extrusión de láminas. Opcionalmente, se puede proporcionar un mezclador estático antes de la boquilla extrusora para mezclar el polímero con el(los) agente(s) de soplado y agente nucleante, si se utiliza. La espumación tiene lugar en una región de menor presión justo antes de la salida de la boquilla extrusora y continua una vez que la mezcla de masa polimérica fundida sale de la boquilla extrusora. Típicamente, los procesos de extrusión de láminas se utilizan para extruir materiales no espumados o una lámina de espuma de alta densidad soplada químicamente. Se ha descubierto que utilizando un agente de soplado físico y una línea de extrusión de láminas como se ha descrito, se puede obtener una lámina de espuma de alta densidad que tiene uniformidad de calibre y de densidad mejorada.

La lámina de espuma producida tendrá típicamente una densidad en el intervalo de 25 a 65 libras por pie cúbico (PCF) (400-1050 gramos/litro (g/l)) preferiblemente de 45 a 55 PCF (725-890 (g/l)) y se usa 0,04 a 1 por ciento en peso, preferiblemente 0,04 a 0,5 por ciento en peso de agente de soplado físico, basado en el peso de polímero. Se debe notar que cuando se usa agua en el proceso de la presente invención en cantidades menores que 0,2 por ciento en peso basado en el peso del polímero, el agua actúa como refrigerante y no produce la expansión del polímero. El efecto refrigerante es ventajoso para controlar la velocidad de expansión de la estructura espumada. En cantidades mayores que 0,2 por ciento en peso de agua, se observa una mayor expansión de la mezcla de masa polimérica fundida. Los tamaños de celda de la lámina espumada en todas las direcciones son menores que 1 milímetro (mm), y preferiblemente menores que 0,5 mm. El espesor de la lámina de espuma es preferiblemente de 0,1mm a 3 mm.

La lámina de espuma producida tiene uniformidad de calibre y de densidad mejorada. El calibre uniforme se puede determinar comparando el espesor de la lámina acabada en cualquier punto con el espesor medio de la lámina acabada. Los dos espesores, cuando se comparan, tendrán una diferencia menor que 6 por ciento. La densidad uniforme se puede determinar comparando la densidad de la lámina acabada en cualquier punto con la densidad media de la lámina. Las dos densidades, cuando se comparan, tendrán una diferencia menor que 4 por ciento. En otras palabras, cualquier calibre medido en la lámina acabada no diferirá en más de 6 por ciento del calibre medio de la lámina y cualquier densidad medida en la lámina acabada no diferirá en más de 4 por ciento de la densidad media de la lámina acabada.

Se proporcionan los siguientes ejemplos para ilustrar la presente invención. No se desea que los ejemplos limiten el alcance de la presente invención y no se deberían interpretar así. Las cantidades se dan en porcentajes en peso, a menos que se indique lo contrario.

Ejemplos

Ejemplo I

Se alimenta una resina de poliestireno para fines generales, que tiene un Mw de 320.000 a una línea de coextrusión de láminas que tiene una bomba de pistón de alta presión en el punto del orificio de ventilación, donde se dosifica 100 por ciento de CO_{2} en el cilindro de extrusión como agente de soplado. El extremo del extrusor también está provisto de mezcladores estáticos para mejorar el mezclado de la mezcla de polímero/agente de soplado. Simultáneamente, se alimenta una mezcla 50/50 de la resina de poliestireno con una resina de poliestireno modificada por impactos en otra línea de extrusión de láminas sin agente de soplado, para producir las capas exteriores sólidas coextruidas. La resina de poliestireno se espuma y se coextruye con la mezcla de poliestireno/HIPS no espumada para formar una lámina que tiene una resina central espumada con dos capas exteriores sólidas adheridas a ambos lados de la capa central de resina. La lámina se estira y se comprime con un cilindro de pulido de tres rodillos. Las condiciones del proceso y las propiedades de la lámina se dan a continuación:

\vskip1.000000\baselineskip

Parámetro	Valor
CO_{2} (porcentaje en peso)	0,1
Agente nucleante (talco) (ppm)	1000
Temperatura de espumación en la boquilla extrusora, (ºC)	200
Densidad en el centro de la lámina, (g/cc)	0,62
Densidad de la lámina global, (g/cc)	0,83
Calibre de la lámina global, (mm)	1,4
Reducción del peso de la lámina global, (porcentaje)	20
Calibre de la capa exterior individual, (mm)	0,35

Claims

1. Un proceso para producir una lámina de espuma termoplástica que comprende:

poner en contacto un polímero olefínico o aromático de monovinilideno fundido con un agente de soplado físico para formar una mezcla de polímero/agente de soplado en una línea de extrusión de láminas, extruir y espumar la mezcla de una boquilla de ranura ancha en una región de menor presión para formar un material extruido espumado, y

2. El proceso según la reivindicación 1, en el que se usa un polímero aromático de monovinilideno fundido.

3. El proceso según la reivindicación 2, en el que el polímero aromático de monovinilideno fundido comprende un polímero aromático de vinilo.

4. El proceso según la reivindicación 1, en el que se usa un polímero olefínico fundido.

5. El proceso según la reivindicación 4, en el que el polímero olefínico fundido comprende un polietileno, polipropileno, polietileno lineal de baja densidad, polietileno de baja densidad, polietileno de alta densidad, un copolímero de etileno-octeno, o un copolímero o interpolímero olefínico que tiene al menos 70 por ciento en peso de monómero aromático vinílico incorporado en la resina final como las unidades monoméricas repetitivas.

6. El proceso según la reivindicación 5, en el que el polímero olefínico fundido comprende polipropileno.

7. El proceso según la reivindicación 5, en el que el polímero olefínico fundido comprende polietileno.

8. El proceso según la reivindicación 1, en el que el agente de soplado físico es dióxido de carbono, nitrógeno, agua o una combinación de los mismos.

9. El proceso según la reivindicación 1, en el que la densidad de la espuma es de 400 a 1050 g/l.

10. El proceso según la reivindicación 9, en el que la densidad de la espuma es de 725 a 890 g/l.

11. El proceso según la reivindicación 1, en el que el espesor uniforme es menor que 3 mm.