MÉTODO PARA. FABRICAR ESPUMA DE POLIESTIRENO CON ADITIVOS DE PROCESAMIENTO DE POLÍMERO CAMPO TÉCNICO Y APLICABILIDAD INDUSTRIAL Esta invención se refiere a procesos para formar espumas poliméricas, particularmente a la fabricación de espumas de poliestireno extrudido (XPS = extruded polystyrene) en la ausencia de agentes de soplado clorofluorocarburo y fluorocarburo, al utilizar uno o más ésteres, particularmente adipatos, benzoatos y dibenzoatos, como auxiliares de procesamiento de polímero (PPA = polymer processing aids) para mejorar la apariencia y propiedades de la espuma resultante y más particularmente a procesos para preparar productos de espuma de poliestireno extrudidos a partir de mezclas de poliestireno utilizando dióxido de carbono como un agente de soplado primario. La invención se refiere a las composiciones y métodos para producir tablero de espuma de poliestireno extrudido (XPS) adecuado para aplicaciones de aislamiento, particularmente para un sistema de acabado de aislamiento exterior (EIFS = Exterior Insulation Finish System) para construcción de edificaciones. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la producción tradicional de espumas de poliestireno (PS) utilizando un proceso de extrusión, era común emplear como agentes de soplado uno o más halocarburos , tales como > cloruro de metilo, cloruro de etilo, clorocarburos , fluorocarburos (incluyendo HFCs) y clorofluorocarburos (CFCs) incluyendo diclorodifluorometano, fluorohidrocarburos o clorofluorohidrocarburos (también referidos como "CFCs suave", "HCFCs" o "HFCs"). Ejemplos de estos halocarburos incluyen un intervalo de CFCs tales como CFC-11 (clorotrifluorometano) , CFC-12
(diclorodifluorometano) , y CFC-113 ( 1 , 2 , 2-trifluoro-1 , 1 , 2-tri-cloroetano) , e hidrohalocarburos , también referidos como CFCs "suaves", HCFCs y HFCs, incluyendo HCFC-22 (clorodifluorometano) , HCFC-123 (1, l-dicloro-2, 2, 2-trifluoroetano) , HCFC-142b (1-cloro-1, 1-difluoroetano) , HFC-134a (1,1,1,2-tetrafluoroetano) , HFC-152a ( 1 , 1-difluoroetano) y HCFC-141b (1, 1-dicloro-l-fluoroetano. El procedimiento general utilizado en la preparación de cuerpos de espuma sintéticos extrudidos, en general incluye las etapas de fundir una composición polimérica base, incorporar uno o más agentes de soplado y otros aditivos en la fusión polimérica bajo condiciones que proporcionan el
mezclado completo del agente de soplado y el polímero, mientras que evitan que la mezcla se espume prematuramente, por ejemplo, bajo presión. Esta mezcla después se extruye típicamente a través de una extrusión de una matriz de extrusión de una sola o múltiples etapas, para enfriar y reducir la presión en la mezcla, permitiendo que la mezcla espume y produzca un producto espumado. Como se apreciará, las cantidades relativas del o de los polímeros, el o los agentes de soplado y aditivos, la temperatura y la forma en que se reduce la presión tenderán a afectar las calidades y propiedades dentro del producto de espuma resultante. La solubilidad de clorofluorocarburos y ciertos alcanos en el poliestireno, tiende a reducir la viscosidad de fusión de extrusión y mejorar el enfriamiento de fusiones de poliestireno expandido (PS) . Por ejemplo, la combinación de pentano y un clorofluorocarburo tal como Freón 11 y 12, es parcialmente soluble en poliestireno y se ha empleado para generar espumas de poliestireno que exhiben una apariencia y propiedades físicas generalmente aceptables tales como acabado superficial, tamaño y distribución de celdas, orientación, encogimiento y rigidez .
Sin embargo, en respuesta a la contribución aparente de estos compuestos CFC a la reducción de la capa de ozono en la estratosfera de la tierra, el uso amplio la liberación atmosférica y acompañante de estos compuestos en aplicaciones tales como propulsores de aerosol, refrigerantes, agentes de soplado de espuma y solventes de especialidades, recientemente se ha reducido o eliminado drásticamente por reglamentos gubernamentales. Aunque ciertos de los CFCs "suaves" tales como ciertos hidrofluorocarburos (HFC's) incluyendo 1, 1, 1, 2-tetrafluoroetano (HFC-134a) y 1,1-difluoroetano (HFC-152a) se consideran mucho más amigables para el ozono y se han considerado como agentes de soplado alternos. Sin embargo, estos compuestos alternos son costosos, tienden a ser menos solubles en poliestireno, tienden a tener superior conductividad térmica que los HCFC's y aún pueden contribuir al calentamiento global. Hidrocarburos tales como pentano, hexano, ciclopentano y otros homólogos de estas series también se han considerado, pero son altamente inflamables y volátiles, de esta manera dando lugar a consideraciones respecto a seguridad y emisiones de VOC . Dióxido de carbono es un candidato atractivo
como agente de soplado, desde ambos puntos de vista ambiental como económicos. Los retos asociadas con empleo exitoso de C02 como un agente de soplado, sin embargo son significantes a la luz de la solubilidad relativamente baja, alta difusividad y eficiente procesabilidad de C02 en resinas de poliestireno . C02 también tiene conductividad térmica incrementada respecto a la de HCFC-142b y HFC-134a, con espuma soplada con C02 que exhibe aproximadamente 17% y aproximadamente 10% de menores valores de aislamiento totales de producto respectivamente que las espumas correspondientes producidas con HCFC-142b y HFC-134a. Otros intentos previos han utilizado alcoholes, tales como etanol, o hidrocarburos, tal como ciclopentano, en conjunto con C02 para mejorar la procesabilidad y permitir la producción de tablero de espuma de poliestireno extrudido, que tiene propiedades térmicas y físicas deseadas u objetivo. Los problemas con los agentes de co-soplado tales como alcoholes o hidrocarburos son su inflamabilidad, seguridad y el impacto negativo en propiedades de desempeño de flama y aislamiento del producto final. Procesos convencionales incluyen procesos de espuma de polímero para producir artículos termo formados en donde el agente de soplado comprende una
mezcla de al menos un gas atmosférico y cuando menos un agente de soplado plastificante volátil. Intentos previos para mezclar hidrocarburos normalmente líquidos y agentes de soplado normalmente gaseosos en general han logrado solo éxito limitado y entendido a requerir mayor cuidado para producir espumas de polímero aceptables utilizando agentes de soplado altamente volátiles tales como dióxido de carbono. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Los objetivos de la presente invención incluye proporcionar un método mejorado para producir espumas poliméricas utilizando uno o más gases atmosféricos como un agente de soplado en combinación con cuando menos un éster, particularmente un éster adipato, como un auxiliar de procesamiento de polímero . En una modalidad ejemplar de la invención, espumas de poliestireno extrudidas se preparan a partir de una fusión polimérica, típicamente aquella que incluye un poliestireno de alto flujo de fusión como el componente polimérico primario, un gas atmosférico tal como C02 como agente de soplado primario y al menos un auxiliar de procesamiento de polímero seleccionado de un grupo de ésteres, especialmente adipatos que tienen una estructura
bis (n-R) , en donde R es alifático (lineal, cíclico y ramificado, saturado o insaturado) o aromático, con un adipato preferido que es bis (n-decanil) adipato. En una modalidad ejemplar de la invención, la fusión de polímero se prepara a partir de una porción principal de uno o más polímeros estirénicos que exhiben un alto índice de fusión, por ejemplo, un incide de fusión de al menos aproximadamente 10.0 (g/10 minutos) (como se mide de acuerdo con ASTM D 1238, Condición L) que se combina con no más de aproximadamente 5% en peso de bis (n-decanil) adipato como un auxiliar de procesamiento de polímero y menos de aproximadamente 4% en peso CO2 como un agente de soplado . En una modalidad ejemplar de la invención, la fusión de polímero se prepara a partir de polímeros o copolímeros estirénicos preformados que pueden haber sido pre-formulados con bis (n-decanil ) adipato. En forma alterna o adicional, el bis (n- decanil) adipato puede inyectarse en forma directa en la fusión polimérica en una posición intermedia sobre la ruta de extrusor de husillo. Además del bis (n- decanil) adipato, otros auxiliares de procesamiento pueden incorporarse en los polímeros estirénicos preformados o puede inyectarse en la fusión conforme
se desplaza a través del extrusor. El o los agentes de soplado, tales como C02, también se inyectan en la fusión polimérica en una porción intermedia sobre la ruta de extrusor de husillo. En cualquier caso, cada uno de los aditivos y el o los agentes de soplado deberán introducirse en la fusión polimérica, suficientemente corriente arriba de la matriz de extrusión, para asegurar que se logre el mezclado adecuado antes de que la composición alcance la matriz de extrusión. De acuerdo con la invención, el método de para producir espuma de poliestireno comprende mezclar un gas atmosférico tal como dióxido de carbono, nitrógeno o aire y al menos un agente de mezclado no volátil en una fusión de poliestireno. La fusión de poliestireno también puede incluir uno o más agentes nucleantes tales como talco, bicarbonato de sodio o ácido cítrico. La mezcla de fusión de poliestireno, el gas atmosférico y el agente de formulación o mezclado se emiten a través de una matriz de extrusión, de esta manera reduciendo la presión y permitiendo que el agente de soplado de expanda y forme la espuma de poliestireno. Dependiendo de la concentración del agente de soplado y las condiciones de extrusión, la espuma resultante
puede no substancialmente tener agente de soplado residual y exhibir propiedades de superficie y espuma aceptables . DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Modalidades ejemplares de la invención serán aparentes de la descripción más particular de ciertas modalidades ejemplares de la invención que se proporcionan a continuación y como se ilustra en los dibujos acompañantes. La FIGURA 1 es un dibujo esquemático de un aparato de extrusión ejemplar, útil para practicar los métodos de acuerdo con la invención; La FIGURA 2 es un dibujo esquemático de otro aparato de extrusión ejemplar, útil para practicar los métodos de acuerdo con la invención; y La FIGURA a3 es diagrama que ilustran mediciones de presión que se obtienen utilizando una variedad de composiciones y métodos comparativos y demostrativos . Estos dibujos se han proporcionado para ayudar en la comprensión de las modalidades ejemplares de la invención como se describe con más detalle a continuación y no habrá de considerarse como indebidamente limitantes de la invención. En particular, el número, espaciamiento relativo,
ubicación, tamaño y dimensiones de los diversos elementos ilustrados en los dibujos no se dibujaron a escala y pueden haber sido exagerados, reducidos o de otra forma modificados para con el propósito de una claridad mejorada. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE MODALIDADES EJEMPLARES Como se ilustra en la FIGURA 1, una aparato de extrusión 100 útil para practicar métodos de acuerdo con la invención puede comprender un extrusor de husillo sencillo o doble (no mostrado) que incluye un barril 102 que circunda un husillo 104 en el que se proporciona un aspa en espiral 106 configurada para comprimir y de esta manera mantener el calor introducido en el extrusor de husillo. Como se ilustra en la FIGURA 1, la composición polimérica básica puede alimentarse en el extrusor de husillo como un sólido fluido, tales como perlas, gránulos o bolitas, o como una fusión liquida o semiliquida, desde una o más (no mostradas) tolvas de alimentación 108. Conforme la composición polimérica básica avanza a través del extrusor de husillo, la separación decreciente del aspa 106, define un espacio sucesivamente más pequeño a través del cual la composición de polímero se fuerza por la rotación
del husillo. Este volumen decreciente actúa para incrementar la temperatura de la composición de polímero, para obtener una fusión polimérica (si se utiliza material de partida sólido) y/o para aumentar la temperatura de la fusión polimérica. Conforme la composición de polímero avanza a través del extrusor de husillo 100, una o más compuertas pueden proporcionarse a través del barril 102 con el aparato asociado 110, configurado para inyectar uno o más auxiliares de procesamiento de polímero en la composición de polímero. Similarmente, una o más compuertas pueden proporcionarse a través del barril 102 con el aparato asociado 112 para inyectar uno o más agentes de soplado en la composición de polímero. Una vez que el o los auxiliares de procesamiento de polímero y el o los agentes de soplado se han introducido en la composición de polímero, la mezcla resultante se somete a cierto mezclado adicional, suficiente para distribuir cada uno de los aditivos en forma generalmente uniforme a través de la composición de polímero, para obtener una composición de extrusión. Esta composición de extrusión se fuerza entonces a través de una matriz de extrusión 114 y sale de la matriz a una región de presión reducida
(que puede ser inferior a la presión atmosférica) , de esta manera permitiendo que el agente de soplado de expanda y produzca una capa de espuma polimérica o placa o plancha. La espuma polimérica puede someterse a procesamiento adicional tal como calandrado, inmersión en agua, rocíos de enfriamiento u otras operaciones para controlar el espesor y otras propiedades de producto de espuma polimérica resultante . Como se ilustra en la FIGURA 2, un aparato de extrusión 200 útil para practicar los métodos de acuerdo con la invención puede comprender un extrusor de husillo sencillo o doble (no mostrado) , que incluye un barril 202 que circunda un husillo 204 en el que se proporciona un aspa en espiral 206 configurada para comprimir y de esta manera calentar un material introducido en el extrusor de husillo. Como se ilustra en la FIGURA 2, la composición polimérica básica, formulada opcionalmente con uno o más auxiliares de procesamiento de polímero, puede alimentarse en el extrusor de husillo como un sólido fluido, tales como perlas, gránulos o bolitas, o como una fusión líquida o semilíquida, de una o más (no mostrada) tolvas de alimentación 208. Conforme la composición polimérica básica
avanza a través del extrusor de husillo, el espaciamiento de creciente del aspa 206, define un espacio sucesivamente más pequeño a través del cual la composición de polímero se fuerza por la rotación del husillo. Este volumen decreciente actúa para incrementar la temperatura de la composición de polímero para obtener una fusión polimérica (si se emplea material de partida sólido) y/o para incrementar la temperatura de la fusión polimérica. Conforme la composición de polímero avanza a través del extrusor de husillo 200, una o más compuertas pueden proporcionarse a través del barril 202 con el aparato asociado 212 configurado para inyectar uno o más agentes de soplado y opcionalmente uno o más auxiliar de procesamiento de polímero, en la composición de polímero. Una vez que las cantidades deseadas de polímero, el o los auxiliares de procesamiento de polímero y el o los agentes de soplado se han introducido en el extrusor de husillo, la mezcla resultante se somete a algo de mezclado adicional, suficiente para distribuir cada uno de los aditivos en forma generalmente uniforme a través de la composición de polímero, para obtener una composición de extrusión. Esta composición de extrusión es forzada a
través de una matriz de extrusión 214 y sale de la matriz a una región de presión reducida (que puede ser inferior a la presión atmosférica) , de esta manera permitiendo que el agente de soplado se expanda y produzca una capa de espuma polimérica o placa o laja. Como se ilustra en la FIGURA 2, esta reducción de presión puede obtenerse gradualmente conforme la mezcla polimérica extrudida avanza a través de aberturas sucesivamente más grandes que se proporcionan en la matriz o a través de algún aparato conveniente (no mostrado) , que se proporciona corriente abajo de la matriz de extrusión para controlar en cierto grado la forma en la que la presión aplicada a la mezcla polimérica, se reduce. La espuma polimérica también puede someterse a procesamiento adicional tal como calandrado, inmersión en agua, rocíos de enfriamiento u otras operaciones para controlar el espesor y otras propiedades del producto de espuma polimérica resultante . Métodos ejemplares de acuerdo con la invención, pueden utilizar una o más de una variedad de agentes de soplado para lograr las propiedades de espuma polimérica deseadas en el producto final. En general, la composición polimérica incluirá cuando
menos una porción principal de un poliestireno de alto flujo de fusión (por ejemplo, un poliestireno que tiene un índice de flujo de fusión de al menos aproximadamente 10.0 g/10 minutos (como se mide de acuerdo con AST D 1238, Condición L) utilizando un gas atmosférico, de preferencia C02, como el agente de soplado primario. Además del CO2, uno o más auxiliares de procesamiento de polímero (PPA) seleccionado de un grupo de ésteres, particularmente ásteres adipato, y más particularmente bis(n-R) adipato ésteres, en donde R se elije del grupo que consiste de grupos C6- Ci6, y de preferencia C8-Ci3, alifáticos (lineales, cíclicos y ramificados, saturados e insaturados) y aromáticos (substituidos y sin substituir) , particularmente compuestos tales como bis (n-decanil ) adipato. Los auxiliares de procesamiento mejoran la estabilidad del perfil de temperatura/presión de extrusión y de esta manera mejoran la uniformidad en la producción de diferentes espesores de tablero o placa de espuma de poliestireno, utilizando un gas atmosférico tal como aire, N2 o de preferencia C02 como el agente de soplado primario. La composición polimérica de preferencia será un polímero estirénico y/u otro polímero que
tenga un índice de flujo de fusión suficientemente alto (MFI o número de flujo de fusión) por ejemplo, un índice de flujo de fusión de al menos aproximadamente 10.0 (g/10 minutos), de esta manera aumentando la solubilidad de C02 respecto a la que puede lograrse con poliestirenos que tiene un MFI menor a 10. Esta composición polimérica puede entonces combinarse con cantidades menores de un auxiliar de procesamiento de polímero, típicamente un éster y de preferencia un adipato de éster de acuerdo con la Fórmula general I que se proporciona a continuación :
O O
II , II R2— X — C — R1 — C — X R3 t
en donde X es nitrógeno u oxígeno, R1 se elige de un grupo que consiste de Ci-C2o alquilo, arilo o alcarilo y R2 y R3 independientemente se eligen de un grupo que consiste de hidrógeno, Ci-C2o, de preferencia C6-Ci6, y más preferible C8-Ci3, alifático (lineal, cíclico y ramificado, saturado e insaturado) y aromático (substituido y sin substituir) (y en general son idénticos) , alcarilo y alcoxilato, en donde R2 y R3 no pueden ser ambos H. Compuestos representativos se representan por las Fórmulas II-IV como se dispone a
continuación :
ADI PATO ESTER
CH3CH2CH2CH-CH2CH2-O-C— (CH2)4-C—0-CH2CH2CH-CH2CH2CH3 C2H5 C2H5 11
IV -(CH2)4—C—O—C13H 25
Además de los adipato ésteres detallados anteriormente, benzoatos en general corresponden a la Fórmula general V y reproducen a continuación, pueden ser útiles para aumentar la solubilidad de C02 en composiciones poliméricas, tales como poliestireno .
en donde X es nitrógeno u oxigeno, R5 se elije de un grupo que consiste de C1-C20 alquilo, arilo, alcarilo y alcoxilato. Compuestos convenientes correspondientes a la estructura general ilustrada en
la Fórmula V para utilizar en esta invención, se ilustran a continuación como las Fórmulas VI-X:
Además de los adipato ésteres y benzoatos detallados anteriormente, dibenzoatos en general correspondientes a la Fórmula general XI y
reproducida a continuación, pueden ser útiles para incrementar la solubilidad de C02 en composiciones poliméricas, tales como poliestireno .
en donde X es nitrógeno u oxigeno, R4 se elije de un grupo que consiste de C1-C20 alquilo, arilo, alcarilo y alcoxilato. Compuestos convenientes correspondientes a la estructura general ilustrada en la Fórmula V para usar en esta invención, se ilustran a continuación como las Fórmulas XII-XVI:
X
IV
Una porción menor, típicamente inferior a aproximadamente 5% en peso, de preferencia menor que aproximadamente 3% en peso o probablemente aún menor que aproximadamente 2% en peso de un PPA, tal como un auxiliar de procesamiento de polímero adipato, puede utilizarse en combinación con una concentración similar o mayor del o de los agentes de soplado. Por ejemplo, bis (n-decanil ) adipato (Fórmula III) puede incorporarse en un sistema polimérico o fusión a velocidades tan bajas como aproximadamente 0.5% en peso y todavía exhibir mejoras en la solubilidad de
CÜ2, estabilidad de proceso de extrusión como se refleja por los perfiles de temperatura/presión del proceso para producir tablero o placa de espuma que exhiba mejorada la estabilidad dimensional. Los ásteres, y particularmente adipato ésteres, tenderán a superar en desempeño a compuestos de alcohol menores, tales como etanol, para mantener las propiedades de los productos de tablero o placa de espuma resultante, particularmente cuando C02 se utiliza como el único agente de soplado. En aquellos casos en donde PPA esta disponible como un liquido en o cerca de la temperatura ambiente, tal como bis (n-decanil ) adipato, PPA pueda bombearse a través de un inyector y en un punto intermedio en el movimiento de la composición polimérica a través del dispositivo de extrusión o extrusor. De acuerdo con esto, para sistemas o aparatos que incorporan equipo para manejo de líquidos conveniente, tales como los montajes que se utilizaron para inyectar uno o más PPA's convencionales tales como etanol, estos mismos montajes pueden utilizarse para inyectar uno o más de los nuevos PPAs . Otros aditivos PPA tales como bis (3- etilhexil) adipato (Fórmula II) y bis (n-tridecanilo)
(Fórmula IV) y otros compuestos similares tienden a exhibir efectos similares respecto a mejorar la procesabilidad de C02 en la fusión polimérica. Otros polímeros y copolímeros tales como copolímeros de estireno metil metacrilato (SMMA = Styrene Methyl ethacrylate ) también pueden utilizarse como la composición polimérica en métodos de acuerdo con la presente invención y pueden procesarse en el mismo aparato que el poliestireno cristalino de propósitos generales . Con respecto a copolímeros en particular, utilizando bis (n-decanil ) adipato como un PAA en una composición de copolímero SMMA que tiene una proporción molar SMMA de aproximadamente 80:20 es capaz de soportar aproximadamente 5% en peso de C02 en la composición de extrusión. Este esquema de composición polimérica y aditivo PPA tiende a aumentar la potencia de soplado y reducir las demandas de enfriamiento asociadas con los productos de tablero o placa de espuma de poliestireno resultantes . Varios de los PPAs, incluyendo el bis(n- decanil) adipato, pueden formularse con otros polímeros y copolímeros tales como etilen metil acrilato y agregarse directamente a las partículas
fluidas, perlas o tiras, bolitas y otras formas formuladas y tienden a exhibir efectos similares en el proceso de espumado en general y mejorar la solubilidad de C02 dentro de la composición polimérica. El o los compuestos PAA puede incorporarse en la fusión a través de inyección directa en el extrusor o a través de preformulación (mezclado) del o de los compuestos PAA con uno o más de los otros polímeros o aditivos compatibles para lograr concentraciones efectivas similares en la composición de extrusión final y de esta manera producir efectos similares. También se notó por los inventores que la presencia de bis (n-decanil ) adipato (Fórmula III) parece aumentar la solubilidad de HFC-134a en la composición polimérica. De acuerdo con esto, la presencia de bis (n-decanil) adipato, ayuda a soportar composiciones poliméricas utilizando combinaciones de agentes de soplado tales como HFC-134a/C02 así como la adición de agua como un agente de co-soplado para producir tablero o placa de espuma de poliestireno con las propiedades deseadas. Ej emplos Una serie de experimentos se realizaron a fin de investigar el desempeño relativo de la
invención y prácticas convencionales en la producción de productos XPS. Cada una de las pruebas emplean poliestireno en cristal amorfo para propósitos generales (especificámente PS NC0038 de NOVA Chemical) que tiene un índice de flujo de fusión de 5-30 (g/10 min) (ASTM D 1238 Condición L) , 0.78% en peso de bis (n-decanil ) adipato, 1.0% en peso, como un piro retardante hexabromociclodecano y 0.2% en peso de talco como agente nucleante. Esta mezcla después se alimento a un extrusor de husillos gemelos que tiene un diámetro de husillo de 132 MI. LOS sólidos se funden, después mezclan con 3.7% en peso de C02. Del extrusor, la mezcla espumable plastificada se enfrió a una segunda temperatura (en general referida como la temperatura de fusión de matriz) y extrudida en una región de presión reducida para formar un producto de espuma. En este caso, la mezcla se enfrió a una temperatura de fusión de matriz de aproximadamente 47 grados C (116 grados F) y después se inyectó a través de una abertura de matriz (27 cm x 1.41 mm) en una región de menor presión. Muestras ejemplares de acuerdo con la invención se generaron al espumar la mezcla tanto bajo presión atmosférica (101.3 kPa) como condiciones de presión subatmosférica , específicamente un vació
de aproximadamente 74.3, 60.8 y 47.3 kPa respectivamente (8, 12 o 16 in de Hg) . Muestras comparativas se prepararon utilizando HCFC-142b (11% en peso, con base en el contenido de polímero) como el agente de soplado y utilizando una combinación de C02 (3.7% en peso) y etanol (1.5% en peso), como un sistema de agente de soplado. Muestras comparativas se prepararon utilizando HCFC-142b (11% en peso con base en el contenido de polímero) como el agente de soplado y utilizando una combinación de C02 (3.7% en peso) y etanol (1.5% en peso) como un sistema de agente de soplado. El bajo nivel de bis (n-decanil) adipato ayuda a las características de la superficie de espuma y al mismo tiempo mejora la procesabilidad de fusión de polímero. La fluctuación de presión de matriz usualmente es una indicación de como cualquiera de los procesos del sistema de agente de soplado polimérico en la línea de piloto. Como puede verse en la Figura 1, los cambios de presión total no son significantes, al comparar los sistemas anteriormente mencionados. La FIGURA 3, muestra una comparación entre el actual HCFC-142b 11%, C02 3.7%/etanol 1.5% y C02 3.7% /bis (n-decanil ) adipato a niveles de 0.5%, 1.0% y
1.5% con la presión de salida de extrusión respectiva, presión de enfriador estático y presión de matriz supervisadas en corrida de línea piloto con estas composiciones. Para el sistema 142b (control) se empleó PS de propósitos generales (NOVA 1220) con índice de flujo de fusión de 1.6 (g/10.0 minutos) . Para C02/etanol y todas las otras corridas de PS índice de flujo de fusión alto 10.0 (g/10 minutos) (NOVA NN0038) se ha empleado. Se realizaron intentos para producir tablero de espuma con un espesor de alrededor de 25.4 mm (alrededor de 1 in) mientras que se mantienen todos los otros parámetros de proceso relativamente constantes. Aunque la FIGURA 3 muestra presiones de extrusión en condición atmosférica, esta relación parece mantenerse verdadera para aproximadamente 67.5 kPa (10 in de Hg) (o cualesquiera otros niveles de vació) también por igual. Estos resultados se lograron en una instalación de línea piloto de Owens Corning en Tallmadge, Ohio. El perfil de presión de extrusión es una indicación de la facilidad de la habilidad de proceso y la solubilidad de agentes de soplado en la fusión. Aunque, las presiones de salida de extrusión, refrigerante y matriz para el sistema C02/bis (n-decanil ) adipato fueron superiores
respecto al sistema 142b convencional, fueron muy comparables con el sistema C02/etanol. De hecho CC>2/bis (n-decanil ) adipato a un nivel de 1.5% supera en desempeño al sistema CC>2/Etanol en términos de facilidad de capacidad de proceso. Posteriormente, durante las pruebas y polímeros se cambió a un copolímero S : MMA 80:20 (NOVA NC0044). Debido a que el proceso apareció relativamente estable, aumentamos el CO2 en forma incremental a 4.3% para aumentar tanto el potencial de soplado como las capacidades de enfriamiento. Este nivel superior de CO2 proporciona productos aceptables con una buena superficie bajo condiciones atmosféricas. De manera aparente, la presencia del PPA bis (n-decanil ) adipato combinado con el copolímero S:MMA más polar y de alto índice de fusión ayuda a aumentar la solubilidad de C02 en el sistema de polímero. La capacidad de disolver más CO2 tiene un enorme impacto en la potencia de enfriamiento del sistema BA y facilidad de capacidad de proceso. Los resultados de las pruebas se reportan a continuación en la TABLA 1. Tamaño de celdas promedio, módulo de compresión, por ciento de celdas abiertas y valor R todos se midieron. El valor R, o resistencia térmica total es
la medida de la resistencia a transferencia de calor. El método para determinar valor R se describe como sigue. La conductividad térmica, k, se define como la proporción del flujo de calor por sección transversal unitaria con la caida de temperatura por espesor unitario con las unidades de los E.U.A.:
Btu · in
las unidades métricas
m · k
La transferencia térmica a través de un material aislante puede ocurrir a través de conductividad sólida, conductividad de gas, radiación y convección. La resistencia térmica total (valor R) , R es la medida de la resistencia a transferencia de calor, y se determina como:
R = t / k en donde, t = espesor. Hubo algunas diferencias en propiedades
físicas notables entre tableros o placas elaboradas utilizando HCFC-142b, C02/etanol y C02/bis (n-decanil ) adipato, Tabla 1. El tablero se vuelve más débil al nivel de aumentos de bis (n-decanil ) adipato de 0.5 a 1.5%, resultados que sugieren un grado superior de plastificación . También, aparentemente como resultado de las concentraciones crecientes de bis (n-decanil) adipato, el contenido de células abiertas tiende a aumentar de conformidad. Pruebas adicionales se ejecutaron utilizando PS NC0038 (NOVA Chemicals) tanto con HFC-134a 7%/C02 0.5% /bis ( n-decanil ) adipato 1.5% como HFC-134a/bis (n-decanil) adipato 1.5% como las composiciones de soplado en la misma línea de piloto empleada para generar el HFC-142b anteriormente discutido. Estas pruebas producen espumas PS que tiene densidades de .0306 g/cc (2.25 pcf) con un contenido de celda abierta de solo aproximadamente 2.29%, con un valor que está bien dentro del intervalo aceptable. En ambas de estas corridas, un polímero etil metil acrilato al 0.2% adicional, se utilizan para mejorar la calidad superficial del tablero de espuma. TABLA 1 - Propiedades de Tablero de Espuma
HCFC- Etanol Fórmula Fórmula Fórmula 142b I II III
Celda 0.213 0.151 0.154 0.16 0.172 promedio (mm) Módulo de 8694.3 8963.2 6694.8 4984.9 compresión (1261) (1300) (971) (723) kPa (psi) Celda 0.42 2.74 3.55 4.52 6.81 abierta (%) Valor R por 5.0 4.2 4.2 4.2 4.2 25.4 mm (por in)
Como se anotó anteriormente, el aparato y métodos descritos para producir productos de espuma basada en poliestireno utilizando uno o más gases atmosféricos y/o un halohidrocarburo como el o los agentes de soplado primario en combinación con un auxiliar de procesamiento de polímero, comprenden uno o más ésteres, particularmente adipatos, benzoatos y dibenzoatos. Además, conforme se extruye la espuma de poliestireno, la fusión puede espumarse y enfriarse en un grado suficiente para mantener niveles de proceso generalmente normales y puede, de
acuerdo con esto ser controlada con prácticas convencionales para obtener productos de espuma adaptados para usos finales particulares. Estas prácticas convencionales pueden adaptarse para utilizar con la presente invención, para proporcionar cierto grado de control sobre la densidad de espuma y tamaño celular mientras que se utilizan aparatos de extrusión convencionales y procesamiento postextrusión . Aunque la invención se ha descrito en el contexto de materiales de espuma de poliestireno particulares, el método de la invención también es aplicable a otras composiciones poliméricas y diversas combinaciones de agentes de mezclado, para obtener una variedad de materiales de espuma polimérica. Modalidades ejemplares de la invención se han descrito aquí y aunque se emplean términos específicos, se utilizan y habrán de interpretarse en un sentido genérico y descriptivo solamente y no con propósitos de limitación. De acuerdo con esto, se entenderá por aquellos con destreza ordinaria en la técnica que diversos cambios en la forma y detalles del aparato y método descritos, pueden realizarse sin apartarse del espíritu y alcance de la invención, como se establece en las siguientes reivindicaciones.