MX2012008759A - Mezcla aditiva para mejorar permeabilidad al vapor de agua e incrementar el tamaño de celdas en espumas termoplásticas. - Google Patents

Abstract

Se proporcionan espuma polimérica y productos de espuma polimérica que contienen un material de polímero espumable, al menos un agente de soplado, una mezcla aditiva de polietilen óxido y un copolimero de poliestireno y anhídrido maléico, y opcionalmente un agente de atenuación de infrarrojo. En modalidades ejemplares, el polietilen óxido es polietilen óxido etoxilado. Adicionalmente, en al menos una modalidad, el agente de soplado incluye al menos un agente de soplado de hidrofluorocarburo. La mezcla de polietilen óxido etoxilado y copolímero de poliestireno y el anhídrido maléico proporciona una permeabilidad al vapor de agua de 1.60522 x 10-12 kg/Pa-m-s (1.1 perm-in) o mayor en el producto de espuma extrudido y aumenta el tamaño de celdas promedio del producto de espuma, sin afectar en forma nociva a las propiedades físicas o térmicas del producto. Adicionalmente el aditivo actúa como agente para incrementar de celdas, un mejorador de permeabilidad al vapor de agua, un plastificante y un auxiliar de procesamiento. También se proporciona un método para formar un producto de espuma extrudido.

Description

MEZCLA ADITIVA PARA MEJORAR PERMEABILIDAD AL VAPOR DE AGUA E INCREMENTAR EL TAMAÑO DE CELDAS EN ESPUMAS TERMOPLASTICAS CAMPO TÉCNICO Y APLICABILIDAD INDUSTRIAL DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere en general a productos de espuma extrudidos, y más particularmente a una espuma de poliestireno que contiene un copolímero de anhídrido estireno-maléico injertado con polietilen óxido en donde las espumas de polímero tienen un tamaño de celdas promedio agrandado y no poseen potencial para agotamiento de ozono y un bajo potencial de calentamiento global. También se proporciona un método para formar estas espumas de polímero.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las estructuras resinosas espumadas son útiles en una amplia variedad de aplicaciones tales como aislamiento térmico, en cojines, como empaque, y como adsorbentes. Espumas extrudidas en general se elaboran al fundir un polímero junto con cualesquiera aditivos deseados para crear una fusión de polímero. Un agente de soplado se mezcla con la fusión de polímero a temperatura y presión apropiadas para producir una mezcla de gel espumable. La mezcla de gel espumable se enfría entonces y se extruye en una zona de presión reducida, lo que resulta en espumado del gel y la formación del producto de espuma extrudido deseado. Como se apreciará, las cantidades relativas del o de los polímeros, el o los agentes de soplado y aditivos, así como la temperatura y la forma en la que se reduce la presión, tenderá a afectar las calidades y propiedades del producto de espuma resultante.

Agentes de soplado tradicionales utilizados para productos de espuma extrudidos incluyen clorofluorocarburos (CFCs) e hidroclorofluorocarburos (HCFCs). Una de las ventajas tanto de agentes de soplado de CFC como de HCFC es su alta solubilidad en una fusión de polímero durante el proceso de fabricación. Superior solubilidad de agente de soplado promueve una reducción en viscosidad cuando el agente de soplado se mezcla con la fusión de polímero. A su vez, menor viscosidad conduce a menores requerimientos de energía para mezclado. Por otra parte, una desventaja mayor para estos agentes de soplado tradicionales es que una cantidad creciente de gobiernos en todo el mundo han mandado la eliminación de agentes de soplado CFC y HCFC debido a consideraciones ambientales crecientes. Los CFCs, y muchos otros halocarburos, han llegado a ser reconocidos como serias amenazas ambientales globales debido a su capacidad para provocar agotamiento de ozono estratosférico y calentamiento global. El impacto de agotamiento de ozono y el calentamiento global de productos químicos tales como CFCs y HCFCs se mide por el potencial de agotamiento de ozono (ODP = Ozone Depletion Potential) y potencial de calentamiento global (GWP = Global Warming Potential) respectivamente .

En vista de la eliminación progresiva obligatoria de los agentes de soplado con un elevado ODP y elevado GWP, ha habido un movimiento por reemplazar los agentes de soplado convencionales con agentes 'de soplado más ambientalmente amigables, tales como hidrofluorocarburos (HFCs) y C02, en aplicaciones de espuma aislante. Aunque los HCFCs proporcionan una barrera térmica superior en comparación con HFC y C02, el cloruro presente en HCFCs posee potencial de agotamiento de ozono. Adicionalmente, con el tiempo, la fase gas de clorofluorocarburo queda en la espuma se libera a la atmósfera, de esta manera reduciendo el valor aislante de la espuma y potencialmente contribuyendo en forma adicional al agotamiento de ozono y al potencial calentamiento global. Además, cada uno de los agentes de soplado "no convencionales" lleva a un tamaño de celdas y morfología diferentes, dependiendo del agente de soplado particular selecto. Adicionalmente, los tamaños de celdas de las espumas producidas por estos agentes de soplado, en general ambientalmente amigables son demasiado pequeñas para proporcionar un valor aislante aceptable al producto espumado y en general resulta en una densidad superior y un producto más costoso.

Además, respecto a la permeabilidad al vapor de agua de las espumas producidas con HCFCs, típicamente tienen una permeabilidad al vapor de agua de 1.45929 x 10'12 kg/Pa-m-s (1.0 perm-in) o menos. De manera conveniente, la permeabilidad al vapor de agua de tableros de espuma extrudidos es mayor que 1.45929 x 10"12 kg/Pa-m-s (1.0 perm-in). Mejorar la permeabilidad al vapor de agua en tableros de espuma extrudidos se vuelve un factor importante en diseño de aplicaciones de construcción de edificios. La permeabilidad al vapor de agua de tableros de espuma extrudidos es un factor importante al inhibir el potencial para condensación asi como crecimiento de mohos y hongos en los tableros espumados y en el sistema de pared en el que se utilizan los tableros de espuma. Cuando agua, polvo y otros nutrientes microbianos contaminan el tablero de espuma, proporcionan un medio de soporte para el crecimiento de bacterias, hongos y/o moho en y sobre el tablero espumado. El crecimiento bacteriano, fungal y de mohos puede provocar olor, decoloración y/o deterioro de producto. Intentos previos para eliminar el crecimiento de moho se han enfocado en limitar la intrusión de agua líquida y la condensación de vapor de agua dentro de la estructura de pared.

A pesar de previos intentos por reducir ODP y GWP, permanece la necesidad en la técnica para lograr la espuma de polímero extrudida que tiene un tamaño de celdas incrementado cuando agentes de soplado sin HCFC se emplean, que mantiene las propiedades físicas positivas de las espumas de poliestireno extrudidas convencionales, que proporcionan un producto de espuma con incrementado valor de aislamiento (valor R) , que cumplen con los severos requerimientos para reducción en el potencial calentamiento global y potencial de agotamiento de ozono.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Un objeto de la presente invención es proporcionar una composición para formar una espuma de polímero termoplástico rígida de celdas cerradas, que incluye un material de polímero espumable, cuando menos un agente de soplado, una mezcla aditiva de polietilen óxido y un copolímero anhídrido estiren/maléico y opcionalmente, un agente de atenuación de infrarrojo. El agente de soplado puede seleccionarse de hidrofluorocarburos , Ci a C9 hidrocarburos alifáticos, Ci a C alcoholes alifáticos, dióxido de carbono, acetona, gases naturales, aire, agua, cetonas, éteres, metil formiato, peróxido de hidrógeno y sus combinaciones. La mezcla de polietilen óxido y un copolímero anhídrido estiren/maléico proporciona una permeabilidad al vapor de agua de 1.60522 x 10"12 kg/Pa-m-s (1.1 perm-in) o mayor a productos espumados elaborados utilizando la composición de la invención. En modalidades ejemplares, el material de polímero espumable incluye poliestireno , un agente de soplado que incluye un agente de soplado HFC, y un agente de atenuación de infrarrojo que incluye grafito o nanografito. El polietilen óxido y el copolímero de anhídrido maléico y poliestireno tienen las estructuras químicas establecidas en las Fórmulas I y II: Fórmula en donde n=5-50 y y R' son independientemente H, CH3 C2H5, C3H7, u otros homólogos, y Fórmula II en donde m= 100-2500 y n= 100-2500. En al menos una modalidad ejemplar, el polietilen óxido es un polietilen óxido etoxilado que tiene la Fórmula III Fórmula III. Otro objeto de la presente invención es proporcionar un producto espumado que incluye una composición espumable extrudida que comprende un material de polímero espumable, al menos un agente de soplado, una mezcla aditiva de polietilen óxido y un copolímero anhídrido estiren/maléico y opcionalmente, uno o más agentes de atenuación de infrarrojo. El copolímero de anhídrido estiren/maléico y polietilen óxido tiene las estructuras químicas establecidas en las Fórmulas I y II anteriores. En una o más modalidades ejemplares, el polietilen óxido es un polietilen óxido etoxilado que tiene la Fórmula III establecida anteriormente. La mezcla de polietilen óxido y copolímero de anhídrido estiren/maléico incrementa la permeabilidad al vapor de agua e incrementa el tamaño de celdas promedio del producto espumado sin afectar en forma nociva las propiedades físicas o térmicas del producto espumado. Por ejemplo, una mezcla de polietilen óxido (por ejemplo polietilen óxido etoxilado) y un copolímero de anhídrido estiren/maléico proporciona una permeabilidad al vapor de agua de 1.60522 x 1CT12 kg/Pa-m-s (1.1 perm-in) o mayor en el producto de espuma de polímero y proporciona un tamaño celdas de aproximadamente 0.1 mm a aproximadamente 0.2 mm en el producto de espuma de polímero. En modalidades ejemplares, el material de polímero espumable incluye poliestireno, el agente de soplado incluye un agente de soplado HFC, y el agente de atenuación de infrarrojo incluye nanografito.

Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un método para formar un producto de espuma de celdas cerradas rígido, que incluye calentar un material de polímero alquenil aromático y una mezcla aditiva de polietilen óxido y copolímero de poliestireno y anhídrido maléico y opcionalmente un agente de atenuación de infrarrojo, a una primer temperatura suficiente para fundir el material de polímero y formar una fusión de polímero, incorporando al menos un agente de soplado en la fusión de polímero a una primer temperatura para formar un gel espumable, enfriar el gel espumable a una segunda temperatura en donde la segunda temperatura es menor que la primer temperatura, y extrudir la fusión de polímero enfriada a una presión suficiente para formar un producto de espuma extrudido de celdas cerradas, rígido. El copolímero de anhídrido estiren/maléico y polietilen óxido que tiene las estructuras químicas establecidas en las Fórmulas I y II anteriores respectivamente. En una modalidad más ejemplar, el polietilen óxido es un polietilen óxido etoxilado que tiene la Fórmula III establecida anteriormente. El método puede también incluir el formular la mezcla aditiva de copolímero anhídrido estiren/maléico y polietilen óxido en un portador, granular la mezcla formulada de copolímero anhídrido estiren/maléico y polietilen óxido para crear un gránulo o pelotilla y agregar el gránulo a la fusión de polímero.

Un objeto de la presente invención es proporcionar una composición para formar un polímero termoplástico rígido de celdas cerradas que incluye un copolímero de anhídrido estiren/maléico, polietilen óxido y al menos un agente de soplado y opcionalmente un agente de atenuación de infrarrojo. En esta modalidad ejemplar, el copolímero de anhídrido estiren/maléico actúa como el material de polímero espumable. Habrá de apreciarse que en estas modalidades, la composición espumable está libre de poliestireno agregado y/u otros materiales de polímero espumable (separados). La proporción de anhídrido estiren: maléico (S:MA) puede estar en el intervalo de 70:30 (S: A) a 99: 1 (S:MA) . El agente de soplado puede seleccionarse de hidrofluorocarburos , hidrocarburos alifáticos Ci a Cg, alcoholes alifáticos Ci a C3, dióxido de carbono, acetona, gases naturales, aire, agua, cetonas, éteres, metil formiato, peróxido de hidrógeno y sus combinaciones.

Es una ventaja de la presente invención que una mezcla aditiva de polietilen óxido y un copolimero de poliestireno y anhídrido maléico mejore la permeabilidad al vapor de agua e incremente el tamaño de celdas promedio del producto espumado sin afectar en forma nociva las propiedades físicas o térmicas del producto.

Otra ventaja de la presente invención es que la composición de la presente invención tiene bajo potencial de calentamiento global y poco o ningún potencial por agotamiento de ozono.

Otra ventaja de la presente invención es que la inclusión de la mezcla aditiva en la composición espumable no requiere modificación de equipo de fabricación existente y por lo tanto no aumenta los costos de fabricación.

Una ventaja adicional de la presente invención es que las espumas producidas por la presente composición no tienen toxicidad para seres vivos.

Otra ventaja de la presente invención es que una mezcla aditiva de polietilen óxido etoxilado y un copolimero de anhídrido estiren/maléico proporciona una permeabilidad al vapor de agua mayor que 1.60522 x 10~12 kg/Pa-m-s (1.1 perm-in) al producto de espuma extrudido.

Es una ventaja de la presente invención que una mezcla aditiva de polietilen óxido etoxilado y un copolimero de anhídrido estiren/maléico proporcione un tamaño de celdas desde aproximadamente 0.10 mm a aproximadamente 0.20 mm y un valor R/2.54 cm (in) desde aproximadamente 5.0 a 7.0 en el producto de espuma extrudido .

Los anteriores y otros objetos, características y ventajas de la invención aparecerán más completamente a continuación a partir de la consideración de la descripción detallada siguiente. Habrá de comprenderse expresamente sin embargo, que los dibujos son con propósitos ilustrativos y no habrán de considerarse que definen los limites de la invención .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las ventajas de ésta invención serán aparentes ante consideración de la siguiente descripción detallada de la invención, en especial cuando se toma en conjunto con los dibujos acompañantes en donde: La FIGURA 1 es una ilustración esquemática de un aparato de extrusión, para formar una espuma extrudida de acuerdo con al menos una modalidad ejemplar de la invención; La FIGURA 2 es una ilustración gráfica de la permeabilidad al vapor de agua (kg/Pa-m-s (perm-in) ) contra el por ciento de mezcla agregada de polietilen óxido etoxilado y un copolímero de poliestireno y anhídrido maléico (por ciento actual); La FIGURA 3 es una ilustración gráfica del efecto de la mezcla aditiva de polietilen óxido etoxilado y un copolimero de poliestireno y anhídrido maléico en tamaños de celdas promedio en un tablero de espuma de poliestireno extrudido; La FIGURA 4 es una ilustración gráfica del efecto de la mezcla aditiva de polietilen óxido etoxilado y un copolimero de poliestireno y anhídrido maléico en tamaños de celdas promedio a 0.5% en peso de carga de grafito; La FIGURA 5 es una ilustración gráfica del efecto de la mezcla aditiva de polietilen óxido etoxilado y un copolimero de poliestireno y anhídrido maléico en la presión de extrusión; La FIGURA 6 es una ilustración gráfica del efecto de la mezcla aditiva de polietilen óxido etoxilado y un copolimero de poliestireno y anhídrido maléico en tamaños de celdas promedio a 0.5% en peso de carga de grafito como se mide por microscopía de barrido o exploración electrónica; La FIGURA 7 es una micrografía de barrido electrónico de una muestra de un tablero de espuma de poliestireno extrudido que contiene 0.5% en peso de grafito y 0.0% en peso de la mezcla aditiva de polietilen óxido etoxilado y un copolimero de poliestireno y anhídrido maléico; La FIGURA 8 es una micrografía de barrido electrónico de una muestra de un tablero de espuma de poliestireno extrudido que contiene 1.0% en peso de grafito y 0.0% en peso de la mezcla aditiva de polietilen óxido etoxilado y un copolimero de poliestireno y anhídrido maléico; La FIGURA 9 es una micrografía de barrido electrónico de una muestra de un tablero de espuma de poliestireno extrudido que contiene 0.5% en peso de grafito y 1.5% en peso de la mezcla aditiva de polietilen óxido etoxilado y un copolimero de poliestireno y anhídrido maléico; y La FIGURA 10 es una micrografía de barrido electrónico de una muestra de un tablero de espuma de poliestireno extrudido que contiene 1.0% en peso de grafito y 3.0% en peso de la mezcla aditiva de polietilen óxido etoxilado y un copolimero de poliestireno y anhídrido maléico .

DESCRIPCIÓN DETALLADA Y MODALIDADES PREFERIDAS DE LA INVENCIÓN A menos que se defina de otra forma, todos los términos técnicos y científicos aquí empleados tienen el mismo significado que se entiende comúnmente por una persona con destreza ordinaria en la técnica a la cual pertenece la invención. Aunque cualesquiera métodos y materiales similares o equivalentes a aquellos aquí descritos podrán emplearse en la práctica o prueba de la presente invención, los métodos y materiales preferidos se describen aquí. Todas las referencias aquí citadas, incluyendo solicitudes de patente de los E.U.A. o extranjeras publicadas o correspondientes, patentes de los E.U.A. o extranjeras otorgadas, o cualesquiera otras referencias, cada una se incorpora por referencia en su totalidad incluyendo todos los datos, tablas, figuras y texto presentados en las referencias citadas. En los dibujos, el espesor de las lineas, capas y regiones puede ser exagerado por claridad. Habrá de notarse que números semejantes que se encuentran a través de las figuras denotan elementos semejantes.

Los términos "composición" y "composición inventiva" o "composición de la invención" pueden emplearse aquí en forma intercambiable. Adicionalmente, las expresiones "tablero de espuma", "tablero de espuma extrudido" y "tablero de espuma de la invención" pueden emplearse aquí en forma intercambiable. Además, las expresiones "tamaño de celdas promedio incrementado" y "tamaño de celdas promedio aumentado" pueden emplearse aquí en forma intercambiable. También, la frase "copolimero de poliestireno y anhídrido maléico" puede emplearse en forma intercambiable con "copolimero de anhídrido estiren/maléico" .

La presente invención se refiere a espumas de polímero extrudidas o expandidas que contienen una mezcla aditiva de polietilen óxido y copolimero de poliestireno y anhídrido maléico ("mezcla aditiva") tanto como un agente para mejora de permeabilidad al vapor de agua para incrementar la permeabilidad al vapor de agua del producto espumado y un agente de agrandamiento de tamaño de celdas que aumenta el tamaño de celdas promedio del producto espumado. La mezcla aditiva de un polietilen óxido y copolimero de anhídrido estiren/maléico aumenta la permeabilidad al vapor de agua y tamaño de celdas del producto espumado, sin afectar en forma nociva las propiedades físicas o térmicas del producto formado. La composición empleada para formar espumas extrudidas (o expandidas) tiene una permeabilidad al vapor de agua mejorada y un tamaño de celdas incrementado incluye un material de polímero espumable, al menos un agente de soplado (por ejemplo, hidrofluorocarburo (HFC) ) , una mezcla de polímero anhídrido de estiren/maléico y en modalidades ejemplares, un agente de atenuación de infrarrojo (por ejemplo, grafito o nanografito) . La mezcla aditiva de un polietilen óxido y un copolimero de anhídrido estiren/maléico actúa como un auxiliar de proceso y un plastificante, mejora la solubilidad del agente de soplado y reduce la presión de matriz.

El material de polímero espumable es la estructura principal de la formulación y proporciona resistencia, flexibilidad, tenacidad y durabilidad al producto final. El material de polímero espumable no se limita particularmente y en general cualquier polímero capaz de ser espumado puede emplearse como el polímero espumable en la mezcla de resina. El material de polímero espumable puede ser termoplástico o termoestable . El material de polímero particular puede seleccionarse para proporcionar suficiente resistencia mecánica y/o al proceso utilizado para formar los productos de polímero espumado finales. Además, el material de polímero espumable de preferencia es químicamente estable, es decir en general no es reactivo, dentro del intervalo de temperatura esperado durante formación y subsecuente uso en una espuma polimérica. Ejemplos no limitantes de materiales de polímero espumable convenientes incluyen polímeros alquenil aromáticos, cloruro de polivinilo (PVC) , cloruro de polivinilo clorado (CPVC) , polietileno, polipropileno, policarbonatos, poliisocianuratos, polieterimidas, poliamidas, poliésteres, policarbonatos, polimetilmetacrilato, polifenilen óxido, poliuretanos , fenólicos, poliolefinas , estiren acrilonitrilo, acrilonitrilo butadieno estireno, terpolímero de bloque acrílico/estireno/acrilonitrilo (ASA), polisulfona, poliuretano, polifenilen sulfuro, resinas acetal, poliamidas, poliaramidas, poliimidas, ésteres de ácido poliacrílico, copolímeros de etileno y propileno, copolímeros de estireno y butadieno, copolímeros de vinil acetato y etileno, polímeros de hule modificados, mezclas de polímeros termoplásticos y sus combinaciones.

En una modalidad ejemplar, el material de polímero espumable es un material de polímero alquenil aromático. Materiales de polímero alquenil aromáticos convenientes incluyen homopolímeros y copolímeros alquenil aromáticos de compuestos alquenil aromáticos y comonómeros etilénicamente insaturados copolimerizables . Además, el material de polímero alquenil aromático puede incluir proporciones menores de polímeros no alquenil aromáticos. El material de polímero alquenil aromático puede formarse de uno o más homopolímeros alquenil aromáticos, uno o más copolímeros alquenil aromáticos, una mezcla de uno o más de cada uno de los homopolímeros y copolímeros alquenil aromáticos o sus mezclas con un polímero no alquenil aromático. No obstante los componentes de la composición, el material de polímero alquenil aromático puede incluir más de 50 o más de 70% en peso de unidades monoméricas alquenil aromáticas. En al menos una modalidad de la invención, el material de polímero alquenil aromático se forma totalmente de unidades monoméricas alquenil aromáticas .

Ejemplos de polímeros alquenil aromáticos incluyen pero no están limitados a aquellos polímeros alquenil aromáticos derivados de compuestos alquenil aromáticos tales como estireno -metilestireno, etilestireno, vinil benceno, vinil tolueno, cloroestireno, y bromoestireno . En al menos una modalidad, el polímero alquenil aromático es poliestireno.

Cantidades menores de compuestos monoetilénicamente insaturados tales como alquil ácidos y ésteres de C2 a s, derivados ionoméricos y dienos C2 a C6?? pueden ser copolimerizados con compuestos alquenil aromáticos. Ejemplos no limitantes de compuestos copolimerizables incluyen ácido acrílico, ácido, metacrílico, ácido etacrílico, ácido maléico, ácido itacónico, acrilonitrilo, anhídrido maléico, metil acrilato, etil acrilato, isobutil acrilato, n-butil acrilato, metil metacrilato, vinil acetato y butadieno.

Los productos espumados pueden formarse sustancialmente de (por ejemplo, más de 95%) y la mayoría de las modalidades, formarse totalmente de poliestireno. El material de polímero espumable puede estar presente en la composición en una cantidad desde aproximadamente 60% aproximadamente 95% en peso, en una cantidad de aproximadamente 70% a aproximadamente 90% en peso o en una cantidad de aproximadamente 85% a aproximadamente 90% en peso. En modalidades ejemplares, el material de polímero espumable puede estar presente en una cantidad desde aproximadamente 90% a aproximadamente 95% en peso. Como se emplea aquí, el término "% en peso" se entiende que indica un porcentaje con base en el 100% del peso total de los componentes secos.

Habrá de apreciarse que las propiedades de la espuma o producto de espuma extrudida pueden modificarse por la selección del peso molecular del polímero. Por ejemplo, la preparación de productos de espuma extrudidos de menor densidad se facilita al utilizar polímeros de menor peso molecular. Por otra parte, la preparación de productos de espuma extrudidos de superior densidad, se facilita por el uso de polímeros de superior peso molecular o resinas de superior viscosidad.

La composición espumable puede incluir al menos un agente de soplado de hidrofluorocarburo (HFC) . El hidrofluorocarburo específico utilizado no se limita particularmente. Una lista no exhaustiva de ejemplos de agentes de soplado HFC convenientes, incluye 1, 1-difluoroetano (HFC-152a) , difluoroetano (HFC-152), 1, 1, 1, 2-tetrafluoroetano (HFC-134a) , 1, 1, 2, 2-tetrafluroetano (HFC-134), 1, 1, 1-trifluoroetano (HFC-143a) , difluorometano (HFC-32), 1, 3, 3, 3- pentafluoropropano (HFO-1234ze) , pentafluoro-etano (HFC-125), fluoroetano (HFC-161), 1, 1, 2, 2, 3, 3-hexafluoropropano (HFC 236ca) , 1, 1, 1, 2, 3, 3-hexafluoropropano (HFC-236ea) , 1, 1, 1, 3, 3, 3-hexafluoropropano (HFC-236fa) , 1, 1, 1, 2, 2, 3-hexafluoropropano (HFC-245ca), 1, 1, 2, 3, 3-pentafluoropropano (HFC-245ea), 1, i, i, 2, 3-pentafluoropropano (HFC-245eb), 1, i, i, 3, 3-pentafluoropropano (HFC-245fa), 1, 1, 1, 4, 4, 4-hexafluorobutaño (HFC-356mff) , 1, 1, i, 3, 3-pentafluorobu ano (HFC-365mfc) , ???-1 100 (DuPont) , 2, 3, 3, 3-tetrafluoroprop-l-eno (R-1234YF de Arkema) , y sus combinaciones.

Otros agentes de soplado útiles en la práctica de esta invención, incluyen agentes de soplado inorgánicos, agentes de soplado orgánicos y agentes de soplado químicos. Cualquier agente de soplado conveniente puede emplearse en la práctica de esta invención como un agente de soplado. Sin embargo, debido a incrementada consideración ambiental frente al calentamiento global y agotamiento de ozono, en modalidades ejemplares, la composición espumable está libre de agentes de soplado que contienen clorofluorocarburos (CFCs) .

Ejemplos no limitantes de agentes de soplado orgánicos adecuados para utilizar en la presente invención incluyen hidrocarburos C2 a Cg alifáticos (por ejemplo, metano, etano, propano, n-butano, ciclopentano, isobutano, n-pentano, isopentano y neopentano) , alcoholes Ci a C5 alifáticos y no alifáticos (por ejemplo, metanol, etanol, n-propanol, isopropanol y butanol). Gases naturales tales como dióxido de carbono (C02) , nitrógeno (N2) , y/o argón (Ar) también pueden emplearse como agentes de soplado. Agua, aire, cetonas (por ejemplo, acetona y metil etil cetona) , éteres (por ejemplo, dimetil éteres y dietil éteres) , metil formiato, acetona y peróxido de hidrógeno también pueden emplearse como agentes de soplado. Los agentes de soplado, aquí identificados pueden emplearse en forma individual o en combinación. En modalidades ejemplares, el agente de soplado incluye al menos un agente de soplado de hidrofluorocarburo (HFC) . El agente de soplado puede estar presente en la composición en una cantidad de aproximadamente 4.0% a aproximadamente 10.0% en peso y en modalidades ejemplares de aproximadamente 4.0% a aproximadamente 8.5% en peso, o de aproximadamente 7.5% a aproximadamente 8.0% en peso, o de aproximadamente 7.6% a aproximadamente 7.9% en peso. El agente de soplado utilizado en la composición de la invención se elige tal que la composición tenga cero agotamiento de ozono y bajo a ningún potencial de calentamiento global. En al menos una modalidad ejemplar, el agente de soplado es 1, 1-difluoroetano (HFC-152a) , 1, 1, 1, 2-tetrafluoroetano (HFC-134a), o una combinación de 1, 1-difluoroetano (HFC-152a) y 1, 1, 1, 2-tetrafluoroetano (HFC-134a) .

Como se discutió anteriormente, la composición también contiene al menos un agente de atenuación de infrarrojo para incrementar el valor-R del producto de espuma. Agentes de soplado de hidrofluorocarburo, mientras que son ambientalmente amigables, tienden a disminuir el valor-R del producto de espuma comparado con un producto espumado HCFC convencional (por ejemplo, valor-R por 2.54 cm (in) de 5.0) a densidades comparables. Como se ilustra en la Publicación de Patentes de los E.U.A. Número 2008/0242752 otorgada a Delaviz, et al., que se incorpora aquí por referencia en su totalidad, se descubrió que la adición de bajos niveles de agente de atenuación de infrarrojo a una composición espumable que contiene un agente de soplado hidrofluorocarburo, aumenta el valor-R de la espuma en una cantidad comparable con, o mejor que, una espuma producida con un agente de soplado HCFC (por ejemplo, 1-cloro- 1, 1-difluoroetano (HCFC- 142b)).

También se descubrió que, en general espumas producidas con un agente de atenuación de infrarrojo y un agente de soplado de hidrofluorocarburo tienen un valor-R por 2.54 cm (in) de 5.0 o mayor. Ejemplos no limitantes de agentes de atenuación de infrarrojo convenientes para utilizar en la presente composición, incluyen nanografito, negro de carbón, carbón amorfo en polvo, asfalto, asfalto granulado, vidrio molido o triturado, hebras de fibras de vidrio, mica, óxido de hierro negro, lentejuelas de metal (por ejemplo, lentejuelas o escamas de aluminio), nanotubos de carbón, plaquetas de nanografeno, nanotubos de carbón (tanto de una como múltiples paredes), nanofibras de carbón, carbón activado, dióxido de titanio y sus combinaciones. Como se emplea en conjunto con la invención, compuestos "nano" tales como por ejemplo "nanografito" se pretende que denoten compuestos que tienen un espesor en al menos una dimensión, más probablemente el espesor de la partícula menor que aproximadamente 100 nanómetros. En modalidades ejemplares, el agente de atenuación de infrarrojo está presente en la composición de espuma en una cantidad desde aproximadamente 0% a aproximadamente 5.0% en peso del total de componentes secos de la composición. En otras modalidades, el agente de atenuación de infrarrojo puede estar presente en una cantidad desde aproximadamente 0.01% a aproximadamente 5.0% en peso, de aproximadamente 0.05% a aproximadamente 1.0% en peso, o en una cantidad de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 0.5% en peso.

Aunque el agente de atenuación de infrarrojo aumenta el valor-R para espumas que incluyen agentes de soplado hidrofluorocarburo, la adición de agentes de atenuación de infrarrojo tiende a disminuir el tamaño de las celdas en la espuma, que resulta en productos espumados finales indeseables. En particular, pequeños tamaños de celdas tienden a incrementar la densidad a granel o aparente del tablero, incrementar el costo del producto y reducir la ventana de proceso durante el proceso de extrusión. Además, agentes de atenuación de infrarrojo aumentan en forma indeseable la reologia de fusión, lo que resultará en un aumento en la presión de matriz.

Además, aunque el uso de agentes de soplado sin CFC, reduce o elimina el agotamiento del ozono y los agentes de soplado sin CFC tienen un potencial de calentamiento global a nulo, no proporcionan una mejora significante en la permeabilidad al vapor de agua frente a los agentes de soplado CFC convencionales. Como se emplea aquí "permeabilidad al vapor de agua" se pretende que denote la capacidad de la humedad (por ejemplo vapor de agua) para pasar de través del tablero de espuma. El tener una adecuada permeabilidad al vapor de agua reduce o elimina el potencial por condensación y/o crecimiento fungal y de moho en los tableros espumados y/o en el sistema de pared en donde se emplean los tableros de espuma. Como se conoce en la técnica, el crecimiento de moho y fungal puede provocar olor indeseable, decoloración y/o deterioro de producto. Una superior permeabilidad al vapor de agua mejorar el desempeño del tablero de espuma, de esta manera permitiendo que el vapor de agua migre a través del tablero (y de esta manera la pared de la construcción) reduciendo al mínimo o eliminando la ocurrencia de condensación y crecimiento de moho/fungal.

Los tableros de espuma extrudida de celdas cerradas formados utilizando agentes de soplado CFC, tales como HCFC-142b, típicamente tiene una permeabilidad al vapor de agua de 1.45929 x 10~12 kg/Pa-m-s (1.0 perm-in) o menos. Se ha determinado que tableros de espuma producidos con agentes de soplado HFC tales como HFC-134a y/o HFC-152a, y/o C02 no tienen un impacto significante para mejorar la permeabilidad al vapor de agua del tablero de espuma ya que estos tableros también típicamente tienen una permeabilidad al vapor de agua menor que aproximadamente 1.45929 x 10"12 kg/Pa-m-s (1.0 perm-in). Para mejorar la permeabilidad al vapor de agua de los tableros espumados formados con agentes de soplado sin CFC y/o para compensar el tamaño de celdas disminuido provocado por el agente de atenuación de infrarrojo y el agente de soplado (por ejemplo, HFC-134a y/o HFC-152a y/o CH3, una mezcla de (1) un polietilen óxido y (2) y copolímero de anhídrido maléico y poliestireno que tienen las estructuras químicas establecidas en las Fórmulas I y ii puede incluirse en la composición espumable: Fórmula I en donde n=5-50 y R y R' son independientemente H, CH3, 2H5, C3H7, u otros homólogos, y Fórmula II en donde m=100-2500 y n=100-2500. Habrá de apreciarse que espumas producidas utilizando la composición de la invención que contienen la mezcla aditiva, pueden emplearse en mercados que desean mejorada permeabilidad al vapor de agua y/o en mercados que desean incrementado tamaño de celdas .

Como se notó anteriormente, el polietileno óxido puede determinarse en extremo con grupos alcoxi tales como metoxi, etoxi, propiloxi, butoxi, asi como otros compuestos homólogos . Aunque cualquiera de estos homólogos de polietilen óxido es adecuado para utilizar en la composición de la invención, se hará referencia aquí a polietilen óxido etoxilado que tiene la Fórmula III Fórmula III. en donde n=5-50.

Se ha descubierto de manera sorprendente que la adición de la mezcla aditiva de polietilen óxido etoxilado y un copolimero de anhídrido maléico y poliestireno en una cantidad tan pequeña como 1.0% en peso, produce un tablero de espuma que tiene una permeabilidad al vapor de agua que es mayor que 1.60522 x 10~12 kg/Pa-m-s (1.1 perm-in) . Adicionalmente , se ha descubierto que la adición de un valor tan bajo como 1.0% en peso de una mezcla de polietilen óxido etoxilado y un copolimero de anhídrido estiren/maléico en la composición espumable resulta en una mejora de la permeabilidad al vapor de agua en más de 50%. La adición del copolimero de poliestireno/polietilen óxido a la composición espumable proporciona una permeabilidad al vapor de agua mayor que 1.60522 x 10~12 kg/Pa-m-s (1.1 perm-in) y en las modalidades ejemplares desde 1.60522 x 10 kg/Pa-m-s (1.1 perm-in) hasta 2.18894 x 10"12 kg/Pa-m-s (1.5 perm-in) , desde 1.75115 x 10~12 kg/Pa-m-s (1.2 perm-in) hasta 2.18894 x 10"12 kg/Pa-m-s (1.5 perm-in), o desde 1.89708 x 10"12 kg/Pa-m-s (1.3 perm-in) hasta 2.18894 x 10"12 kg/Pa-m-s (1.5 perm-in) sin un impacto adverso y/o negativo en las propiedades generales físicas y térmicas del tablero de espuma extrudido.

También se ha descubierto sorprendentemente que la mezcla aditiva de polietilen óxido etoxilado y un copolímero de anhídrido maléico y poliestireno, aumenta el tamaño de celdas de la espuma de polímero y desplaza o incluso niega o impide el tamaño de celdas disminuido provocado por el agente de soplado HFC y/o los agentes de atenuación de infrarrojo. Además, la mezcla de pólietilen óxido etoxilado y un copolímero de anhídrido maléico y poliestireno tiene un efecto positivo en la procesabilidad del o de los agentes de soplado HFC en la composición de ambos ampliando la ventana de proceso y mejorando la solubilidad de HFC en la fusión de polímero. De esta manera, la mezcla aditiva de polietilen óxido etoxilado y un copolímero de anhídrido estiren/maléico presente en la composición de la invención, actúa como un agente para aumentar el tamaño de celdas y un plastificante y un auxiliar de procesamiento. Además, las porciones de polietilen óxido agregan polaridad a la fusión de polímero y ayudan a mejorar la solubilidad de los agentes de soplado HFC (por ejemplo, HFC-134a, HFC-152a, y C02) - Debido al efecto plastificante de la mezcla de polietilen óxido etoxilado y un copolímero de anhídrido maléico y poliestireno, se crea volumen libre en la fusión, lo que resulta en superior solubilidad de agente de soplado y una reducción de la viscosidad de fusión.

El uso de la mezcla de polietilen óxido etoxilado y un copolímero de anhídrido estiren/maléico en conjunto con el agente de atenuación de infrarrojo permite la formación de una espuma con un tamaño de celdas optimizado y un alto valor de aislamiento (valor R) y para optimizar las propiedades físicas del producto espumado final. Además, la mezcla de polietilen óxido etoxilado y un copolímero de anhídrido maléico y poliestireno proporciona un tamaño de celdas incrementado al producto espumado sin desmerecer las propiedades físicas y térmicas de la espuma. Se considera que el o los agentes de soplado y el o los agentes de atenuación de infrarrojo tienen un efecto sinergístico en la morfología de celdas y en disminución en tamaño de celdas que se supera de manera sorprendente por la adición de la mezcla de polietilen óxido etoxilado y un copolímero de anhídrido maléico y poliestireno.

Además, la inclusión de un agente de atenuación de infrarrojo en la composición espumable no tiene impacto significante en la mejora de la permeabilidad al vapor de agua de los tableros de espuma extrudidos provocados por la mezcla aditiva de polietilen óxido etoxilado y un copolimero de anhídrido estiren/maléico . De esta manera, las espumas producidas con un agente de atenuación de infrarrojo, y un agente de soplado de hidrofluorocarburo y la mezcla de polietilen óxido etoxilado y un copolimero de anhídrido maléico y poliestireno, tiene tanto un valor R incrementado por 2.54 cm (1 in) como una permeabilidad al vapor de agua incrementada.

La mezcla de polietilen óxido etoxilado y un copolimero de anhídrido estiren/maléico puede agregarse a la composición en una cantidad desde aproximadamente 0.5% a aproximadamente 5.0% en peso, particularmente de aproximadamente 1.0% a aproximadamente 4.0% en peso, y en modalidades ejemplares, de aproximadamente 1.0% a aproximadamente 3.0% en peso del total de componentes secos de la composición.

Además, la composición de la invención puede contener un agente pirorretardante en una cantidad de hasta aproximadamente 1.0% en peso. Por ejemplo, productos químicos pirorretardantes pueden agregarse en el proceso de fabricación de espuma extrudida para impartir características pirorretardantes a los productos de espuma extrudidos. En modalidades ejemplares, el agente pirorretardante se agrega al gel espumable que se describe a continuación con respecto a la formación de la espuma de la invención. Ejemplos no limitantes de productos químicos pirorretardantes convenientes para utilizar en la composición de la invención, incluyen compuestos alifáticos bromados tales como hexabromociclododecano y pentabromociclohexano, vinil éteres bromados, ésteres de ácido tetrabromoftálico y sus combinaciones.

Aditivos opcionales tales como agentes nucleantes, agentes plastificantes , pigmentos, elastómeros, auxiliares de extrusión, antioxidantes, rellenos, agentes antiestáticos, biocidas y/o absorbentes de UV, pueden incorporarse en la composición de la invención. Estos aditivos opcionales pueden incluirse en cantidades necesarias para obtener características deseadas del gel espumable y los productos de espuma extrudidos resultantes. Los aditivos pueden agregarse a la mezcla de polímero o pueden incorporarse en la mezcla de polímero antes, durante o después del proceso de polimerización empleado para producir el polímero.

En una modalidad ejemplar, el material de polímero espumable se omite de la composición y el copolímero de anhídrido estiren/maléico de la mezcla aditiva actúa como el material de polímero espumable. En este caso, la proporción de anhídrido estire : maléico (S:MA) puede estar en el intervalo de 70:30 (S:MA) a 99:1 (S:MA), o de 70:30 a 95:5 (S:MA). Habrá de apreciarse que en estas modalidades, la composición espumable está libre de poliestireno adicional y/u otros materiales de polímero espumables (separados). El resto de la composición de la invención permanece igual que el descrito en detalle anteriormente e incluye el polietilen óxido presente en la mezcla aditiva como el mejorador de tamaño celular y el mej orador de permeabilidad de vapor de agua, uno o más agentes de soplado y opcionalmente uno o varios agentes de atenuación de infrarrojo, uno o varios piroretardantes y/u otros aditivos.

Para formar una espuma de polímero extrudido de acuerdo con los principios de la presente invención, el material de polímero espumable (por ejemplo poliestireno) puede calentarse a una temperatura en o sobre la temperatura de transición vitrea del polímero, o el punto de fusión para formar un material de polímero de fusión o plastificado . El agente de atenuación de infrarrojo (por ejemplo, nanografito) puede mezclarse en la fusión de polímero o mezclarse en seco con el material de polímero antes de plastificar o fundir el material de polímero espumable. Habrá de apreciarse que el nanografito también puede agregarse directamente como un polvo, en una forma compacta o en un fango. La mezcla de polietilen óxido etoxilado y copolímero de poliestireno y anhídrido maléico puede ser formulada en un portador tal como poliestireno, granulada y agregada a la fusión de polímero, tal como se demuestra en los siguientes ejemplos. En forma alterna, la mezcla aditiva de polietilen óxido etoxilado y el copolímero de anhídrido estiren/maléico puede agregarse directamente, puede utilizar otros polímeros/portadores, o puede disolverse en un solvente tal como alcohol y agregarse a la extrusión como un líquido utilizando una bomba .

Se nota que en una modalidad en donde el copolímero de anhídrido estiren/maléico se utiliza como un material de polímero espumable, el procedimiento para formar la fusión de polímero es el mismo que se estableció anteriormente excepto porque el copolímero de anhídrido estiren/maléico se sustituye por el poliestireno y la mezcla de aditivo consiste del polietilen óxido.

Uno o más agentes de soplado (por ejemplo, 1, 1-difluoroetano (HFC-152a) y/o 1, 1, 1, 2-tetrafluoroetano (HFC-134a) ) se incorporan o mezclan en el material de polímero de fusión por cualquier método convencional conocido por aquellos con destreza en la técnica tal como por ejemplo con un extrusor, un mezclador o un formulador.

A medida que el agente de soplado se agrega a la fusión de polímero, el agente de soplado se vuelve soluble, es decir se disuelve en la fusión de polímero y forma un gel espumable. En forma adicional, el agente de soplado puede mezclarse con el material de polímero de fusión a una presión elevada, suficiente para evitar expansión sustancial del material de polímero de fusión y en general para dispersar el o los agentes de soplado en forma sustancialmente homogénea o heterogénea en el material de polímero de fusión.

El gel espumable puede entonces acoplarse a una temperatura de fusión de matriz. La temperatura de fusión de matriz típicamente es más fría que la temperatura de la mezcla de fusión, para optimizar las características físicas del producto espumado. Además, la presión de matriz puede ser suficiente para evitar o al menos reducir al mínimo, pre-espumado del gel espumable. El pre-espumado o espumado previo es el espumado prematuro indeseable del gel espumable antes de extrusión del gel en una región de presión reducida. De esta manera, la presión de matriz varía dependiendo de la identidad y cantidad del o de los agentes de soplado presentes en el gel espumable. El gel espumable puede entonces ser extrudido a través de una matriz que tiene una forma deseada a una zona de presión menor o reducida para formar la estructura espumada deseada o producto espumado. La zona de menor presión está a una presión menor que aquella en la cual el gel espumable se mantiene antes de extrusión a través de la matriz. La menor presión puede ser superatmosférica o subatmosférica (es decir, un vacio) pero en la mayoría de las modalidades, está a nivel atmosférico. La espuma así producida es una espuma de polímero de celdas cerradas, rígida.

Una extrusionadora de husillo para utilizar en la presente invención, generalmente se indica con el número de referencia 10 en la Figura 1. La extrusionadora de husillo para utilizar en la presente invención puede igualmente ser una extrusionadora de un solo husillo o de husillos gemelos. Se hace aquí referencia respecto a una extrusionadora de un solo husillo. La extrusionadora 10 se forma de un barril 12 y cuando menos un husillo 14 que se extiende sustancialmente sobre la longitud del barril. Un motor (M) puede emplearse para energizar el husillo 14. El husillo 14 contiene aspas helicoidales 16 que giran en la dirección de la flecha 18. Las aspas 16 de la flecha 14 cooperan con la superficie interior cilindrica del barril 12 para definir un pasaje para el avance de la resina y fibras de refuerzo a través del barril 12. El material de polímero espumable puede alimentarse en el extrusor de husillo 12 como un sólido fluible tales como perlas, gránulos o pelotillas desde una o más tolvas de alimentación 20.

Conforme el material de polímero espumable fluye a través de la extrusionadora 10 en la dirección de la flecha 18, disminuye el espaciamiento entre las aspas 16 del husillo 14. De esta manera, el volumen entre las aspas 16 disminuye conforme la fusión de polímero fluye en forma descendente. El término "descendente" como se emplea aquí, se refiere a la dirección del flujo de resina y fibras a través del barril 12. Este volumen decreciente, junto con la acción y fricción mecánica generadas del barril 12 y el husillo 1 , provoca que el material de polímero espumable se funda y forme el material de polímero de fusión.

Habrá de apreciarse que las aspas 16 del husillo 14 cooperan con la superficie interior cilindrica del barril 12, para definir un pasaje para el avance de la fusión de polímero a través del barril 12. Como se muestra en la Figura 1. Se proporcionan compuertas en posiciones designadas en la extrusionadora para inserción del agente de atenuación de infrarrojo, la mezcla del polietilen óxido etoxilado y un copolímero de poliestireno y anhídrido maléico, y para la inyección del o de los agentes de soplado. Específicamente, se proporciona una tolva 22 corriente abajo de la tolva de alimentación 20 para alimentar el agente de atenuación de infrarrojo al barril 12. El agente de atenuación de infrarrojo y la mezcla aditiva de polietilen óxido etoxilado y un copolimero de anhídrido estiren/maléico se formulan en la fusión de polímero por la rotación del tornillo 14. Habrá de notarse sin embargo que otras compuertas y/o tolvas pueden estar presentes en el barril 12 para la inclusión de otros materiales o aditivos, tales como pero no limitados a piroretardantes, agentes nucleantes (por ejemplo talco) , biocidas, plastificantes, pigmentos, elastómeros, auxiliares de extrusión, antioxidantes, rellenos y/o agentes antiestáticos.

En al menos una modalidad, la resina y la mezcla del polietilen óxido etoxilado y un copolimero de poliestireno y anhídrido maléico se alimenta en forma substancialmente simultánea al barril 12 de la extrusionadora 10 a través de la tolva de alimentación 22. Como se emplea aquí, la expresión "se alimenta en forma sustancialmente simultánea" se pretende que indique que la resina de polímero y la mezcla del polietilen óxido etoxilado y un copolimero de poliestireno y anhídrido maléico se alimenten al barril 12 al mismo tiempo o casi al mismo tiempo.

Una vez que el agente de atenuación de infrarrojo, el o los agentes de soplado y el copolimero de poliestiren/polietilen óxido se han introducido en el barril 12, la mezcla espumable resultante se somete a formulación adicional para distribuir en forma sustancialmente uniforme el agente de atenuación de infrarrojo, agente de soplado y la mezcla del polietilen óxido etoxilado y un copolimero de poliestireno y anhídrido maléico a través de la mezcla espumable.

El calor de la fricción interna del husillo 14 dentro del barril 12 provoca que el agente de soplado se disperse de manera uniforme o sustancialmente uniforme para mejorar la solubilidad. Las mezclas espumables subsecuentemente se enfrían a una menor temperatura en un enfriador o refrigerante de fusión 25 y después transportan desde la extrusionadora 10 a través de una matriz de extrusión 26 que se diseña para dar forma a la espuma a una forma deseada y para crear una caída de presión que permita que el agente de soplado expanda y desarrolle una estructura de celdas espumadas en la forma de una placa o capa de espuma. En particular la mezcla espumable entra a un área de presión reducida a medida que sale de la matriz. La espuma polimérica puede someterse a procesamiento adicional tal como calandrado, inmersión en agua, boquillas de enfriamiento u otras operaciones para controlar el espesor y otras propiedades del producto de espuma resultante .

La composición de espuma produce tableros rígidos de espuma de polímero, de celdas cerradas, preparados por un proceso de extrusión. Las espumas extrudidas tienen una estructura celular con celdas definidas por membranas celulares y puntales. Se forman puntales en la intersección de las membranas celulares, con las membranas celulares que cubren ventanas celulares de interconexión entre los puntales. En la presente invención, la composición de la invención produce espumas celulares sustancialmente cerradas con una densidad promedio desde aproximadamente 20.826 a aproximadamente 48.06 kg/m3 (aproximadamente 1.3 a aproximadamente 3.0 lbs/ft3) o aproximadamente 24.03 a aproximadamente 64.08 kg/m3 (aproximadamente 1.5 a aproximadamente 4.0 lbs/ft3) o desde aproximadamente 20.826 a aproximadamente 64.08 kg/m3 (aproximadamente 1.3 a aproximadamente 4.0 lbs/ft3). Habrá de apreciarse que la frase "celda sustancialmente cerrada" se pretende que indique que la espuma contiene todas las celdas cerradas o casi todas las celdas en la estructura celular están cerradas. En las modalidades más ejemplares no más de aproximadamente 5.0% de las celdas son celdas abiertas. La estructura de celdas cerradas ayuda a incrementar el valor-R de un producto de aislamiento espumado, formado. Habrá de apreciarse sin embargo que está dentro del objetivo de la presente invención el producir una estructura de celdas abiertas aunque está estructura de celdas abiertas no es una modalidad ejemplar.

Adicionalmente, la composición de espuma de la invención produce espumas extrudidas que tienen valores de aislamiento (valores R) que son iguales a o mejores que las espumas extrudidas convencionales que se producen con 1-cloro-1, 1-difluoroetano (HCFC-142b) . El valor R por 2.54 cm (in) de las espumas y productos de espuma de la invención puede ser de 5.0 a 7.0. En al menos una modalidad, el valor R por 2.54 cm (in) es de 5.0 a 6.0. Además, el tamaño de celda promedio de la espuma y productos espumados de la invención es aproximadamente 0.1 mm a aproximadamente 0.2 mm, o de aproximadamente 0.14 mm a aproximadamente 0.16 mm. En algunas modalidades, el tamaño de celda promedio es de aproximadamente 0.12 mm a aproximadamente 0.16 mm. La espuma de la invención extrudida puede formarse en un producto de aislamiento tal como tableros de aislamiento rígidos, espuma de aislamiento, productos de empacado y aislamiento de construcción o aislamiento subterráneo (por ejemplo carreteras, pistas de aeropuertos, ferrovías y aislamiento de servicios públicos subterráneos) .

Otro aspecto de las espumas de la invención extrudidas es que poseen un alto nivel de estabilidad dimensional. Por ejemplo, el cambio en dimensión en cualquier dimensión es aproximadamente 5% o menos. Además, la espuma formada por la composición de la invención es convenientemente monomodal y las celdas tienen un tamaño de celdas promedio relativamente uniforme. Como se emplea aquí, el tamaño de celdas promedio es un promedio de los tamaños de celdas como se determina en las direcciones X, Y y Z . En particular, la dirección "X" es la dirección de extrusión, la dirección "Y" es la dirección transversal a la máquina y la dirección "Z" es el espesor. En la presente invención, el más alto impacto en agrandamiento de celdas es en las direcciones X e Y, que es conveniente desde una perspectiva de orientación y valor R. Además, adicionales modificaciones de proceso permitirán incrementar la orientación Z para mejorar las propiedades mecánicas mientras que todavía se logra una propiedad térmica aceptable. La espuma de la invención extrudida puede emplearse para producir productos de aislamiento tales como tableros de aislamiento rígidos, espuma aislante y productos de empacado.

Hay numerosas ventajas para utilizar la composición de la presente invención para formar productos de espuma. Por ejemplo, el agente de soplado utilizado en la formulación de la invención no tiene un menor potencial de calentamiento global que el actual HFC-142b y tiene un potencial de agotamiento de ozono bajo o cero. Además, el agente de atenuación de infrarrojo y el copolímero de anhídrido estiren maléico injertado con polietilen óxido puede agregarse al polímero de fusión en una forma convencional. Por lo tanto, en al menos algunas modalidades ejemplares, no hay necesidad por modificar equipo existente o cambiar las líneas de fabricación para acomodar ya sea el agente de atenuación de infrarrojo o el polímero de anhídrido estiren maléico injertado con polietilen óxido. Además, la mezcla de polietilen óxido etoxilado y el copolímero de anhídrido estiren/maléico es ambientalmente amigable y no crea ningunas consideraciones ambientales negativas. Además, la mezcla de polietilen óxido etoxilado y el copolímero de anhídrido estiren/maléico aumenta la permeabilidad al vapor de agua y aumenta el tamaño de celdas promedio del producto espumado sin afectar en forma nociva las propiedades físicas o térmicas del producto. Adicionalmente, el añadir la mezcla de polietilen óxido etoxilado y el copolímero de anhídrido estiren/maléico mejora la calidad superficial total de la espuma.

Adicionalmente, la mezcla de polietilen óxido etoxilado y el copolímero de anhídrido estiren/maléico mejora la solubilidad de los agentes de soplado HFC en la composición espumable. La mezcla de polietilen óxido etoxilado y el copolímero de anhídrido estiren/maléico actúa como un plastificante para reducir la viscosidad de fusión y producir las presiones de extrusión. También, la presencia de anhídrido maléico así como porciones polietilen óxido proporciona polaridad a través de enlaces C—CO--C y C—0--C en la matriz, resultando en mejorada solubilidad en los agentes de soplado tales como HFC-134a, HFC-152a, y C02. Adicionalmente, a través de la plastificación, las porciones de polietilen óxido crean volumen libre en la matriz, lo que resulta en superior solubilidad de agente de soplado y menor viscosidad en fusión. En total, la mezcla de polietilen óxido etoxilado y el copolimero de anhídrido estiren/maléico actúa como auxiliar de proceso y, como se demuestra en los siguientes ejemplos, reduce la presión de extrusión.

Habiendo descrito generalmente esta invención, una comprensión adicional puede obtenerse por referencia a ciertos ejemplos específicos ilustrados a continuación que se proporcionan para propósitos de ilustración solamente y no se pretenden todos incluyentes o limitantes a menos de que de otra forma se especifique.

Ejemplos Permeabilidad al Vapor de Agua Composiciones que contienen poliestireno, una mezcla de HFC-134a/HFC-152a como agentes de soplado, grafito y una mezcla de polietilen óxido etoxilado y copolimero de anhídrido estiren/maléico (Mezcla Aditiva) como se ilustra en la Tabla 1, se formaron y utilizaron para generar muestras de tablero de espuma. En particular, el nanografito se formuló a 20% activo en poliestireno de propósitos generales con las siguientes características; Mw 253000, Mn 61300, z 532500, Mw/Mn (polidispersidad) 3.44. La Mezcla Aditiva se formuló en poliestireno de propósitos generales a 0.5%, 1/0%, 1.5%, 2.0%, 4%, 6%, 8%, 10%, y 12% activo. El agente de soplado utilizado fue una mezcla 50:50 de HFC-134a/HFC-152a a 7.5% en peso con base en el peso de resina. Tableros de espuma se formaron de la composición en un extrusor de línea piloto horizontal Owens Corning a una velocidad de producción seca de 160 kg/hora.

TABLA 1 TABLA 1 Continuación Una vez que los tableros de espuma se elaboraron, la permeabilidad al vapor de agua de los tableros se probó de acuerdo con el procedimiento establecido en AST E-96 (Método de Prueba Estándar para Transmisión de Vapor de Agua de Materiales (Método Desecante) ) . El método de prueba involucra el llenar un plato de prueba no permeable con desecante dentro de 0.635 cm { in) del espécimen. El perímetro del plato se sella para evitar difusión de vapor ya sea dentro o fuera del plato. El plato que contiene el espécimen y el desecante después se coloca en una habitación de temperatura y humedad controladas y se pesan periódicamente hasta que se logra una ganancia en peso de estado estable. La permeabilidad al vapor de agua después se calcula a partir de los datos obtenidos. Los resultados se ilustran en la FIGURA 2.

Como se muestra en la FIGURA 2, la adición de la mezcla de polietilen óxido etoxilado y copolímero de anhídrido estiren/maléico en cantidades tan bajas como 1.0% provocó un aumento significante en la permeabilidad al vapor de agua de los tableros espumados. Cantidades desde aproximadamente 1.0% a aproximadamente 3.0% de la mezcla de polietilen óxido etoxilado y copolímero de anhídrido estiren/maléico tuvieron una mejora significante en la permeabilidad al vapor de agua. También se notó que no hay incremento significante en la permeabilidad al vapor de agua a medida que se agrega adicional polietilen óxido etoxilado y copolímero de anhídrido estiren/maléico a la mezcla de polímero sobre aproximadamente 3%.

Inclusión de una mezcla de polietilen óxido etoxilado y copolímero de anhídrido estiren/maléico en un tablero de espuma de poliestireno extrudido Composiciones que contienen poliestireno, una mezcla de HFC-134a/HFC-152a como agentes de soplado, grafito y una mezcla de polietilen óxido etoxilado y copolimero de anhídrido estiren/maléico (Mezcla Aditiva) como se ilustra en la Tabla 2 se formaron y utilizaron para generar muestras de tablero de espuma. En particular, nanografito se formuló a 20% activo en poliestirenc de propósitos generales con las siguientes características: Mw 201800, Mn 53900, Mz 407600, Mw/Mn (polidispersidad) 3.4 e índice de flujo de fusión de 10.7 (como se determina utilizando ASTM D1238 condición G) . La mezcla de polietilen óxido etoxilado y copolimero de anhídrido estiren/maléico se formuló a 25% activo en poliestireno de propósitos generales. El agente de soplado utilizado fue una mezcla de 50:50 de HFC-134a/HFC-152a a 7.0% en peso con base en el peso de resina. Tableros de espuma se formaron de la composición en un aparato de extrusión Owens Corning hydrovac horizontal de línea piloto a una velocidad de rendimiento de 60 kg/hora.

TABLA 2 Cont .

Lo siguiente se anotó y/o concluyó de la Tabla 2: • El Control 1 tuvo 0.5% actual de grafito en la composición espumable. Además, el Control 1 no contiene ninguna Mezcla Aditiva. El tamaño de celda promedio para el Control 1 fue 0.117 mm.

Las muestras 1, 2, 3, y 4 contienen la misma carga de grafito e incrementados niveles de la Mezcla Aditiva, incrementando el tamaño celular o de celda. Cuando 3.0% de Mezcla Aditiva actual se agregó como se ilustra en las Muestras 3 y 4, las celdas promedio aumentaron a 0.146 mm y 0.161 mm respectivamente. Se determinó que esto fue un aumento aproximado de 38% en el tamaño de célula promedio (sobre el control) cuando se agrega 3.0% de Mezcla Aditiva. Se notó que la Muestra 3 tuvo una muy superior densidad (es decir 30.92 kg/m3 (1.93 pcf ) ) , y se considera que esta superior densidad explica por qué la celda promedio para la Muestra 3 fue 0.148 mm, y no más cercano a 0.161 mm como en el Ejemplo 4.

· La Muestra 1 que contiene 1.0% de Mezcla Aditiva, esencialmente no tuvo efecto en el tamaño de celda promedio sobre la muestra de control . Se notó que la Muestra 1 fue mucho más cercana en densidad a la Muestra 4 y por lo tanto se consideró que explica porqué superiores niveles de Mezcla Aditiva en la composición espumable actuaron incrementando el tamaño de celdas a densidades comparables.

• Hay un mayor efecto de Mezcla Aditiva en los tamaños de celdas promedio en la presencia de 0.5% en peso de grafito como se ilustra gráficamente en las Figuras 3 y 4.

TABLA 3 siguiente se notó y/o concluyó de la Tabla 3: Comparando el Control que tiene 0% de aditivo PEO con la Muestra 3 que tiene 1.5% de Mezcla Aditiva, puede verse que hay 13% y 8% de reducción en extrusión y presiones de mezcla estática, respectivamente. El efecto de Mezcla Aditiva en la presente extrusión fue más pronunciado en la presencia de 1.0% en peso de grafito como se muestra en la Tabla 2 e ilustra en la Figura 5. La presión de extrusión fue 232.6 y 202.30 bars a 0.0 y 1.5% en peso de Mezcla Aditiva, respectivamente. La menor presión de extrusión total se igualó a mejor procesabilidad y una más amplia ventana de proceso. Se concluyó que la polaridad e hidrofilicidad de Mezcla Aditiva mejoró la solubilidad de HFC-134a y HFC- 152a en la fusión de poliestireno, redujo viscosidad y reduce las presiones totales del proceso de extrusión.

• Se notó que no hubo ningún impacto adverso y/o negativo en las propiedades generales físicas y térmicas del tablero de espuma extrudido cuando la Mezcla Aditiva se empleó en la composición espumable .

Microscopía de Barrido de Electrones (SEM = Scanning Electron Microscopy) La morfología celular del tablero de espuma formado anteriormente también se estudió utilizando microscopía de barrido de electrones (SEM). Esta metodología (es decir, la SEM) muestra el impacto de la Mezcla Aditiva en los tamaños promedios de celdas se ilustra tanto en la Tabla 4 como en la Figura 6. Los tamaños de celdas promedio fueron 0.113 mm y 0.203 mm en la presencia de 0.0 y 3.0% en peso de Mezcla Aditiva, respectivamente. Esto se calculó de un aumento aproximado del 80% en tamaño de celdas.

TABLA 4 Tamaños de Celdas Promedio Medidos por SEM El análisis SEM de los tableros extrudidos mostró que a medida que las celdas se vuelven más grandes, el espesor de pared celular y el diámetro de puntal generalmente se vuelve más pequeño como se muestra en la Tabla 7.

TABLA 5 Cont .

El impacto de la Mezcla Aditiva en morfología celular en la presencia de 0.5 y 1.0% en peso de grafito, se ilustra en las micrografías SEM que se muestran en las Figuras 7-10.

La invención de esta solicitud se ha descrito anteriormente tanto en forma genérica como respecto a modalidades específicas. Aunque la invención se haya establecido en lo que se considera las modalidades preferidas, una amplia variedad de alternativas conocidas para aquellos con destreza en la especialidad pueden seleccionarse dentro de la descripción genérica. La invención no se limita de otra forma, excepto por la redacción de las reivindicaciones establecidas a continuación .

Claims (18)

REIVINDICACIONES

1. Una composición para formar una espuma de polímero termoplástico rígido de celdas cerradas, caracterizada porque comprende: un material de polímero espumable; al menos un agente de soplado; y una mezcla aditiva que incluye polietilen óxido que tiene la fórmula Fórmula I en donde n=5-50 y R y R' son independientemente H, CH3, C2H5, C3H7, u otros homólogos y un copolímero de anhídrido estiren maléico que tiene la fórmula en donde m= 100-2500 y n= 100-2500.

2. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el polietilen óxido es un polietilen óxido etoxilado que tiene la fórmula en donde n=5-50.

3. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque además comprende un agente de atenuación de infrarrojo.

4. La composición de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque uno o más agentes de atenuación de infrarrojo se eligen de nanografito, negro de carbón, carbón amorfo en polvo, carbón activado, asfalto, asfalto granulado, vidrio triturado o molido, hebras de fibra de vidrio, mica, óxido de hierro negro, lentejuelas de metal, óxido de metal, nanotubos de carbón, plaquetas de nanografeno, nanofibras de carbón, carbón activado, dióxido de titanio y sus combinaciones.

5. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el agente de soplado como mínimo se elige de hidrofluorocarburos, hidrocarburos alifáticos Ci a C9, alcoholes alifáticos Ci a C3, dióxido de carbono, acetona, gases naturales, aire, agua, cetonas, éteres, metil fo'rmiato, peróxido de hidrógeno y sus combinaciones.

6. La composición de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque: el material de polímero espumable está presente en la composición en una cantidad de aproximadamente 60% a aproximadamente 95% en peso del total de componentes secos de la composición; el agente de soplado como mínimo está presente en la composición en una cantidad de aproximadamente 4.0% a aproximadamente 10.0% en peso del total de componentes secos de la composición; la mezcla aditiva está presente en la composición en una cantidad desde aproximadamente 0.5% a aproximadamente 5.0% en peso del total de componentes secos de la composición; y el agente de atenuación de infrarrojo está presente en la composición en una cantidad desde aproximadamente 0.01% a aproximadamente 5.0% en peso del total de componentes secos de la composición .

7. Un producto de espuma de polímero termoplástico rígido caracterizado comprende: una composición espumable extrudida, la composición espumable incluye: un material de polímero espumable; al menos un agente de soplado; y una mezcla aditiva que incluye polietilen óxido que tiene la fórmula (I) Fórmula I en donde n=5-50 y R y R 1 son independientemente H, CH3, C2H5, C3H7, u otros homólogos y un copolímero de anhídrido estiren maléico que tiene la fórmula Fórmula II en donde m= 100-2500 y n= 100-2500.

8. El producto de espuma de polímero termoplástico de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el polietilen óxido es un polietilen óxido etoxilado que tiene la fórmula (III) en donde n=5-50.

9. El producto de espuma de polímero termoplástico de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la mezcla aditiva proporciona un tamaño de celdas de aproximadamente 0.1 mm a aproximadamente 0.2 mm en el producto de espuma de polímero.

10. Un método para formar un producto de espuma de celdas cerradas rígido, caracterizado porque comprende: calentar al menos un material de polímero alquenil aromático y una mezcla aditiva que incluye polietilen óxido que tiene la fórmula en donde n=5-50 y R y R' independientemente son H, CH3, C2H5, C3H7, u otros homólogos y un copolimero de anhídrido estiren maléico que tiene la fórmula en donde m=100-2500 y n=100-2500, a una primer temperatura suficiente para fundir el material de polímero como mínimo y formar una fusión de polímero; incorporar uno o más agentes de soplado en la fusión de polímero a una primer presión para formar un gel espumable; enfriar el gel espumable a una segunda temperatura, la segunda temperatura es menor que la primer temperatura; y extrudir la fusión de polímero enfriada a una presión suficiente para formar un producto de espuma extrudido de celdas cerradas rígido que tiene una permeabilidad al vapor de agua de al menos 1.60522 x 10"12 kg/Pa-m-s (1.1 perm-in) .

11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el polietilen óxido es un polietilen óxido etoxilado que tiene la fórmula en donde n=5-50.

12. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la etapa de calentamiento además comprende calentar un agente de atenuación de infrarrojo para incorporar el agente de atenuación de infrarrojo en la fusión de polímero.

13. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la mezcla aditiva y el auxiliar de procesamiento como mínimo se agregan en forma simultánea o sustancialmente simultánea a la fusión de polímero.

14. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque además comprende: formular la mezcla aditiva en un portador; granular la mezcla aditiva formulada para formar un gránulo; y agregar el gránulo a la fusión de polímero.

15. Una composición para formar una espuma de polímero termoplástico rígido de celdas cerradas, caracterizada porque comprende: un copolímero de anhídrido estiren maléico que tiene la fórmula en donde m=l 00-2500 y n=100-2500; un agente para mejora permeable al agua y de tamaño de celdas que consiste de polietilen óxido que tiene la fórmula en donde n=5-50 y R "yWR' son independientemente H, CH3, C2H5, C3H7, u otros homólogos; y al menos un agente de soplado .

16. La composición de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada porque el polietilen óxido es un polietilen óxido etoxilado que tiene la fórmula en donde n=5-50.

17. La composición de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada porque la composición está libre de poliestireno agregado.

18. La composición de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada porque una proporción de estireno a anhídrido maléico en la proporción de copolímero de anhídrido estiren/maléico (S:MA) está en el intervalo de 70:30 (S:MA) a 99:1 (S:MA) .