MX2014000279A

MX2014000279A - Espumas compostables o de base biologica, metodo de fabricacion y uso.

Info

Publication number: MX2014000279A
Application number: MX2014000279A
Authority: MX
Inventors: Kent Kaske; Garrett Van Gorden; Adam Pawloski; Jeffrey Cernohous
Original assignee: Lifoam Ind Llc
Priority date: 2011-07-07
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2014-09-01
Also published as: WO2013006781A3; EP2729521A2; JP2013018959A; EP2729521A4; ZA201400868B; MX2012003108A; WO2013006781A9; CA2841130A1; AU2012278774A1; CN103890066A; WO2013006781A2; CA2778580A1

Abstract

La presente invención describe perlas espumadas compostables o de ase biológica producidas por el corte de la tira espumada en la cara del troquel de extrusión y la perla espumada o tira se enfría subsecuentemente. Las perlas espumadas se producen usando un compuesto que comprende un poliéster compostable o de base biológica y un agente de expansión. Los aditivos que incluyen plastificantes y extensores de cadena son opcionalmente incluidos en la composición compostable o de base biológica.

Description

ESPUMAS COMPOSTABLES O DE BASE BIOLÓGICA, MÉTODO DE FABRICACIÓN Y USO CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona de manera general con composiciones compostables (que se pueden hacer composta) o de base biológica y con métodos novedosos para producir espumas compostables o de base biológica, ligeras, y en particular, con métodos para producir espumas usando técnicas de proceso de fusión para mezclar materiales compostables o de base biológica y agentes espumantes que, en ciertas modalidades particularmente preferidas, no contienen ningún componente orgánico volátil (COVs) tal como pentano . Las composiciones y procesos son útiles para la producción de una variedad de productos .

DESCRIPCIÓN DE LOS ANTECEDENTES Las espumas poliméricas incluyen una pluralidad de huecos, también llamadas células, en una matriz de polímero. Al reemplazar el plástico sólido con huecos, las espumas poliméricas usan menos materia prima que los plásticos sólidos para un volumen dado. Por lo tanto, al usar espumas poliméricas en vez de plásticos sólidos, los costos del material se pueden reducir en muchas aplicaciones. Adicionalmente, las espumas son muy buenos aislantes que pueden sellar las estructuras de los edificios de la intrusión del aire y la humedad, ahorrar en las facturas de servicios, y añadir fuerza al edificio.

Las espumas microcelulares tienen tamaños de células más pequeños y densidades celulares más altas que las espumas poliméricas convencionales. Los procesos de espumas, en algunos casos, incorporan agentes nucleantes, algunos de los cuales son partículas sólidas inorgánicas, en la fusión del polímero durante el proceso. Estos agentes pueden ser de una variedad de composiciones, tales como talco y carbonato de calcio, y se incorporan en la fusión de polímero típicamente para promover la nucleación. La dispersión de agentes nucleantes dentro de la mezcla de polímero es frecuentemente crítica para la formación de una estructura celular uniforme.

El material usado para poliestireno expandible (EPS) es típicamente un polímero amorfo que muestra una temperatura de transición vitrea de alrededor de 95°C y una temperatura de fusión de alrededor de 240°C. El proceso de conversión de las resinas de EPS en artículos de espuma de poliestireno expandible requiere de tres etapas principales: pre-expansión, maduración y moldeo. Se hacen perlas expandibles producidas de poliestireno y un agente espumante, y después se expanden por vapor en un pre-expansor. El propósito de la pre-expansión es producir partículas de espuma de la densidad deseada para una aplicación específica. Durante la pre-expansión, las perlas de EPS se alimentan en un recipiente de pre-expansor que contiene un agitador y suministros de vapor y aire controlados. La introducción del vapor en el pre-expansor arroja dos efectos: las perlas de EPS se suavizan y el agente espumante que se dispersa dentro de las perlas de EPS , típicamente pentano, se calienta a una temperatura mayor a su punto de ebullición. Estas dos condiciones provocan que las perlas de EPS expandan su volumen. El diámetro de las partículas aumenta mientras la densidad de la resina disminuye. La densidad de los gránulos pre-expandidos es de alrededor de 1000 kg/cm3, y la de las perlas expandidas se encuentra en el rango de 20 a 200 kg/m3; dependiendo del proceso, se puede lograr una reducción de 5 a 50 veces en densidad.

La maduración sirve para varios propósitos. Permite que el vacío que se creó dentro de las células de las partículas de espuma durante la pre-expansión alcance el equilibrio con la presión atmosférica circundante. Permite que la humedad residual en la superficie de las partículas de espuma se evapore. Y, proporciona la disipación del exceso de agentes espumantes residuales. El tiempo de maduración depende de varios factores, incluyendo el contenido de agente espumante de la resina original, densidad pre-expandida, y factores ambientales. Las perlas pre-expandidas que no están maduradas adecuadamente son sensibles a choque físico y térmico. El moldeo de dichas perlas antes de la maduración puede provocar que las células dentro de las partículas se rompan, produciendo así una parte de espuma moldeada indeseable.

Una vez que las perlas pre-expandidas han madurado, son transferidas a una máquina de moldeo que contiene una o más cavidades que tienen la forma para el (los) artículo (s) de espuma moldeada deseados. El propósito del moldeo es fusionar las partículas de espuma juntas en una sola parte de espuma. El moldeo de EPS puede seguir una simple secuencia: primero, llenar la cavidad del molde con perlas pre-expandidas; calentar el molde introduciendo vapor; enfriar el artículo de espuma moldeada dentro de la cavidad del molde; y expulsar la parte terminada de la cavidad del molde. El vapor que es introducido a la máquina de moldeo provoca que las perlas se suavicen y se expandan aún más, debido al agente espumante residual, tal como pentano o CO2 impregnado. La combinación de estos dos efectos en una cavidad contenida permite que las partículas individuales se fusionen entre sí en una sola parte de espuma sólida.

Existe una creciente demanda para que muchos productos plásticos que se usan en embalajes sean compostables , por ejemplo, charolas en empaques de galletas y dulces. Las películas de almidón se han propuesto como alternativas compostables algunas veces. La patente estadounidense No. 3,949,145 describe una composición de almidón/polivinilo alcohol/glicerol para su uso como una lámina de mantillo vegetal agrícola compostable.

Un enfoque común para crear productos compostables es el de combinar ácido poliláctico (PLA) con almidón para crear una composición hidrolíticamente degradable. Se han encontrado dificultades para la producción de polímeros a base de almidón particularmente por extrusión de fusión en caliente. La estructura molecular del almidón es afectada adversamente por las tensiones de corte y las condiciones de temperatura necesarias para plastificar el almidón y pasarlo a través de un troquel de extrusión.

Los agentes espumantes se introducen típicamente en material polimérico para hacer espumas de polímero en una de dos maneras. De acuerdo con una técnica, un agente espumante químico se mezcla con el polímero. El agente espumante químico es sometido a una reacción química en el material polimérico, típicamente bajo condiciones en las que el polímero es fundido, provocando la formación de un gas . Los agentes espumantes químicos son generalmente compuestos orgánicos de bajo peso molecular que se descomponen a una temperatura en particular y liberan un gas tal como un nitrógeno, dióxido de carbono o monóxido de carbono. De acuerdo con otra técnica, un agente espumante físico, por ejemplo, un fluido que es un gas bajo condiciones ambientales, se inyecta en una corriente polimérica fundida para formar una mezcla. La mezcla se somete a una caída de presión, provocando que el agente espumante se expanda y forme burbujas (células) en el polímero. Diversas patentes y publicaciones de patente describen los aspectos de materiales microcelulares y procesos microcelulares.

La patente estadounidense No. 6,593,384 de Anderson et al., describe partículas expandibles producidas usando amplios materiales de polímero y un agente espumante físico. La patente estadounidense No. 7,226,615 de Yuksel et al., describe una espuma expandible basada en la amplia divulgación de biomateriales combinados con un agente espumante de bicarbonato. La solicitud de patente estadounidense publicada No. 2006/0167122 de Haraguchi et al., describe partículas expandibles derivadas de la combinación de PLA, un agente espumante, y cera de poliolefina. La solicitud de patente estadounidense publicada No. 2010/0029793 de Witt et al., describe un método para la producción de espuma PLA al impregnar perlas de resina con dióxido de carbono (C02) .

La patente estadounidense No. 4,473,665 de artini-Vedensky et al., describe un proceso para hacer un polímero espumado que tiene células de menos de alrededor de 100 mícrones de diámetro. En la técnica descrita, un precursor de material es saturado con un agente espumante, el material se coloca bajo alta presión, y la presión se baja rápidamente para nuclear el agente espumante para permitir la formación de células. El material se congela después rápidamente para mantener la distribución de microcélulas deseada.

La patente es adounidense No. 5,158,986 de Cha et al., describe la formación de material polimérico microcelular usando un fluido súper crítico como un agente espumante. Usando un proceso intermitente, la patente describe varios procesos para crear sitios de nucleacion.

La patente estadounidense No. 5,866,053 de Park et al., describe un proceso continuo para formar espuma microcelular. La presión en una solución de una sola fase de agente espumante y polímero cae rápidamente para nuclear el material . La velocidad de nucleacion es lo suficientemente alta para formar una estructura microcelular en el producto final .

La publicación de patente internacional No. WO 98/08667 de Burnham et al., proporciona métodos y sistemas para la producción de material microcelular, y artículos microcelulares . En un método, una solución de fluido, de una sola fase, de un precursor de material polimérico espumado y un agente espumante es nucleado continuamente al dividir la corriente en porciones separadas y la nucleación separada de cada una de las porciones separadas, después recom inar las corrientes. La corriente recombinada puede moldearse en la forma deseada, por ejemplo, por un troquel de moldeo.

En el campo se acepta generalmente que la creación de suficientes sitios de nucleación para formar espumas microcelulares, se usa una combinación de suficiente agente espumante para crear una fuerza impulsora para la nucleación y una velocidad de caída de presión lo suficientemente alta para prevenir que el crecimiento celular domine el evento de nucleación. A medida que se disminuyen los niveles de agente espumante, la fuerza impulsora para nucleación se reduce. Aún, mientras que los niveles de agentes espumantes más altos pueden llevar a células más pequeñas (un resultado generalmente deseable en el campo de las espumas microcelulares) , de acuerdo con el pensamiento tradicional, los niveles de agentes espumantes más altos también pueden causar interconexión celular (que por definición incrementa el tamaño celular y puede comprometer las propiedades estructurales y otras propiedades del material) y propiedades superficiales menores a las óptimas (las propiedades superficiales comprometidas a niveles de gas más altos pueden resultar de la tendencia natural del agente espumante a difuminarse fuera del material) .

En otras palabras, se acepta generalmente que hay un intercambio entre el tamaño pequeño de células y las propiedades óptimas del material ya que los niveles del agente espumante en el material polimérico microcelular son alterados .

BREVE DESCRIPCIÓN De conformidad, un objeto de la presente invención es proporcionar una espuma compostable o de base biológica que evite las desventajas de la técnica previa.

Un objeto de la presente invención es proporcionar una composición de materia, que comprende una perla espumada compostable o de base biológica que tiene una estructura celular sustancialmente cerrada. Otro objeto de la presente invención es proporcionar una perla espumada que además comprende un agente espumante, en donde el agente espumante es un agente espumante físico. El agente espumante físico en algunas modalidades preferidas es C02 súper crítico. En algunas modalidades, la composición es polímero de ácido poliláctico. En algunas modalidades, el contenido de D-isómero en el polímero de ácido poliláctico es menor al 6%. En otras modalidades, el contenido de D-isómero en el polímero de ácido poliláctico es menor a 2%. En aún otra modalidad, la perla comprende un agente nucleante y aditivos para mejorar la reología y la viscosidad de fusión. En algunas modalidades preferidas, los aditivos se seleccionan del grupo que consiste de antioxidantes; otoestabilizantes ; fibras; aditivos espumantes; aditivos eléctricamente conductores; agentes antibloqueo; agentes antiestática; estabilizadores de calor; modificadores de impacto; biocidas; compatibilizadores ; taquificantes ; colorantes; agentes de acoplamiento; y pigmentos. En otra modalidad más, las perlas espumadas se producen de más de 50% de materiales compostables , preferentemente más de 80% de materiales compostables . En otras modalidades, las perlas espumadas tienen una composición polimérica mayor a 50% en peso de base biológica, preferentemente más del 80% en peso de base biológica. Las perlas espumadas tienen una estructura celular sustancialmente cerrada después del aglomeramiento del extrudado en la cara de un troquel de extrusión. Las perlas espumadas tienen una forma esférica o casi esférica y un diámetro en el rango de alrededor de 1 m a alrededor de 10 mm, preferentemente alrededor de 2 mm a alrededor de 5 mm, y más preferiblemente alrededor de 1 mm a alrededor de 4 mm. Las perlas espumadas tienen, además, una densidad menor a 0.045 g/cm3 y un diámetro de tamaño de célula en el rango de 50 um a 150 um.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método para producir espumas compostables o de base biológica usando técnicas de proceso de fusión. Un objeto relacionado de la presente invención es proporcionar un método para producir espumas compostables o de base biológica usando agentes espumantes, y preferiblemente que no contengan componentes orgánicos volátiles. Otro objeto más de la presente invención es proporcionar un método para la producción de espumas compostables o de base biológica que usen agentes espumantes que de preferencia no contengan pentano .

Otro objeto de la presente invención es proporcionar una perla espumada compostable o de base biológica que se pueda procesar usando equipo de moldeo convencional.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar una perla espumada que sea capaz de degradarse químicamente en materiales de menor peso molecular por el proceso de biodegradación .

Otro objeto más de la presente invención es proporcionar una perla espumada compostable o de base biológica que se pueda fabricar en una forma tridimensional .

Estos y otros objetos de la presente invención se logran proporcionando una composición y proceso para la producción de perlas espumadas a partir de un polímero compostable o de base biológica y para el uso de dichas perlas en la producción de una variedad de artículos. En una modalidad, las perlas ligeras se producen por proceso de fusión de un polímero compostable o de base biológica y un agente espumante. En otra modalidad, la composición procesable por fusión incluye aditivos adicionales que mejoran las características reológicas del polímero compostable o de base biológica, haciéndola más favorecedora para la producción de perlas espumadas ligeras. Las perlas espumadas de esta invención pueden ser aún más procesadas usando equipo de moldeo convencional para proporcionar un artículo espumado ligero, compostable o de base biológica. Los artículos de esta invención tienen utilidad en aplicaciones en donde se usa hoy en día poliestireno expandible (EPS) , incluyendo aquellas aplicaciones relacionadas con embalajes protectores, reducción acústica y aislamiento térmico.

Las composiciones de polímero se utilizan ampliamente en numerosas aplicaciones, incluyendo la automotriz, construcción de casas, productos electrónicos y de consumo. Los polímeros pueden estar compuestos de polímeros de base biológica o de polímeros a base de petróleo. Los polímeros compostables o de base biológica son preferidos para abordar las cuestiones ambientales asociadas con la disposición de los materiales una vez que ya no son útiles para sus fines pretendidos y para minimizar el uso del petróleo. Sin embargo, los polímeros deben cumplir con ciertas características físicas y químicas para que sean adecuados para la aplicación que se pretende. En las espumas expandibles, la composición de polímero debe poderse fabricar en una forma tridimensional que sea ligera y proporcione resistencia o protección a impactos, a sonido y térmica. La invención aquí descrita divulga espumas compostables o de base biológica que tienen atributos que son requeridos para formar productos que posean estos atributos .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las anteriores y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se consideran a mayor detalle con relación a la siguiente descripción de modalidades de la misma mostradas en los dibujos que se acompañan, en los cuales: La Figura 1 muestra un esquema del proceso general para la producción de perlas espumadas por proceso de espumado por extrusión de acuerdo con la presente invención .

La Figura 2 muestra una sección transversal de una perla espumada producida por un proceso ejemplar de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La Figura 3 muestra un diagrama de flujo en resumen que ilustra el proceso de flujo para la producción de artículos espumados de acuerdo con la presente invención .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE MODALIDADES EJEMPLARES La invención resumida anteriormente y definida por las reivindicaciones enumeradas se puede entender mejor haciendo referencia a la siguiente descripción. Esta descripción de una modalidad expuesta a continuación para permitir a uno construir y usar una implementación de la invención, no pretende limitar la invención, sino servir como un ejemplo particular de la misma. Los expertos en la técnica deben apreciar que pueden usar fácilmente la concepción y las modalidades específicas dadas a conocer como una base para modificar o diseñar otros métodos y sistemas para llevar a cabo los mismos fines de la presente invención. Los expertos en la técnica también deberían darse cuenta de que tales conjuntos equivalentes no se apartan del espíritu y alcance de la invención en su forma más amplia.

Para los propósitos de la presente invención, los siguientes términos utilizados en esta solicitud se definen como sigue: "Biodegradabilidad" se refiere a un compuesto que está sujeto a descomposición enzimática, por ejemplo, por microorganismos, o un compuesto, cuyas porciones están sujetas a la descomposición enzimática, tales como por microorganismos. En un caso, por ejemplo, un polímero tal como ácido poliláctico puede ser degradado por hidrólisis a moléculas de ácido láctico individuales que están sujetas a descomposición enzimática por una amplia variedad de microorganismos. Los microorganismos pueden consumir típicamente oligómeros que contienen ácido carboxílico con pesos moleculares de hasta aproximadamente 1000 daltones, y preferiblemente hasta aproximadamente 600 daltones, dependiendo de las características químicas y físicas del oligómero .

"Polímero biodegradable" significa un material polimérico o resina que es capaz de degradarse químicamente en materiales de menor peso molecular.

"Base biológica" significa materiales que están compuestos, en su totalidad o en parte significativa, de productos biológicos o materiales agrícolas renovables, incluyendo plantas, animales, y materiales marinos. Los productos de base biológica se sintetizan a partir de fuentes biológicas y se refieren a los ingredientes que reducen el uso de recursos no renovables mediante la integración de ingredientes renovables como un reemplazo de al menos una parte de los materiales en un producto, por ejemplo, la sustitución del petróleo utilizado en la fabricación de EPS. Los ingredientes de base biológica se pueden utilizar en muchos productos sin obstaculizar su rendimiento .

"Extensor de Cadena" se refiere a un material que, cuando se procesa por fusión con un polímero, aumenta el peso molecular mediante el acoplamiento de forma reactiva de los extremos de la cadena.

"Compostable" significa capaz de experimentar descomposición biológica, tal que el material no es visualmente distinguible y se descompone en dióxido de carbono, agua, compuestos inorgánicos, y biomasa.

"Composta e" es el proceso biológico de descomposición de los residuos orgánicos en una sustancia útil por diversos microorganismos en presencia de oxígeno.

"Extrudado" es el material semisólido que se ha extruido al forzar el material a través de una abertura de troquel .

"Composición procesable por fusión" significa una formulación que se procesa por fusión, típicamente a temperaturas elevadas, por medio de una técnica de procesamiento de polímero convencional, tal como extrusión o moldeo por inyección como un ejemplo.

"Técnicas de proceso de fusión" significa extrusión, moldeo por inyección, moldeo por soplado, rotomoldeo, o mezcla intermitente.

"Agente nucleante" significa un material que se añade a una fusión de polímero que proporciona sitios para la formación de cristales. Por ejemplo, un mayor grado de cristalinidad y estructura cristalina más uniforme se pueden obtener mediante la adición de un agente nucleante.

"Plastificante" significa un material que es compatible con un polímero compostable o de base biológica tras el proceso de fusión. La adición de un plastificante a un polímero compostable o de base biológica tiene el efecto de reducir el módulo de la composición de película.

La presente invención también se dirige a una variedad de productos que están hechos de materiales compostables o de base biológica. Los materiales compostables o de base biológica pueden incluir cualquiera o ambas de una forma externa o una composición de polímero modificado internamente, como se describen esos términos a continuación .

Preferiblemente, el polímero en los presentes materiales se descompone por compostaje. Las características de degradación del polímero en los presentes materiales dependen en gran parte del tipo de material que está siendo hecho con el polímero. Por lo tanto, el polímero tiene que tener características de degradación adecuadas de manera que cuando se procesa y produce en un material final, el material no experimente una degradación significativa hasta después de la vida útil del material .

El polímero de los presentes materiales se caracteriza además por ser compostable dentro de un marco de tiempo en el que los productos hechos de los materiales se descomponen después de su uso. Los materiales de esta invención se degradan en un periodo de tiempo de unas pocas semanas a unos pocos años, mientras que la producción masiva de productos no degradables similares suelen requerir decenios o siglos para descomponerse de forma natural. En algunas modalidades preferidas, el material compostable se degrada en menos de 180 días.

La presente invención describe perlas de espuma compostables o de base biológica que son útiles para la fabricación de artículos espumados. Las espumas de esta invención se producen usando un compuesto que comprende un polímero termoplástico compostable o de base biológica y un agente de expansión. Dicho material de polímero termoplástico compostable puede ser usado para reemplazar el poliestireno expandible (EPS) con una perla espumada producida a partir de la resina de polímero compostable o de base biológica en la construcción de artículos espumados. Lo ideal sería sustituir el poliestireno con un polímero compostable o de base biológica de las mismas propiedades químicas y físicas.

Los aditivos que incluyen plastificantes y extensores de cadena se incluyen opcionalmente en la composición compostable o de base biológica. Preferiblemente, el polímero tiene más de 50 % de contenido de base biológica, más de 80 % de base biológica. Estas espumas se pueden producir usando técnicas de proceso de fusión convencionales, tales como procesos de extrusión de tornillo único y doble. En una modalidad, las perlas espumadas son producidas por el corte del extrudado en la cara del troquel de extrusión. La perla espumada se enfría posteriormente opcionalmente por contacto con agua, vapor de agua, aire, dióxido de carbono, o gas de nitrógeno. Después de que la perla se corta en la cara del troquel, la perla sigue espumando, formando así una estructura de espuma de células cerradas con una piel de superficie continua, es decir, no hay una estructura celular abierta en la superficie de la perla. En una modalidad, la perla espumada compostable o de base biológica resultante tiene una densidad de menos de 0.15 g/cm3. En otra modalidad, la perla espumada compostable o de base biológica tiene una densidad de preferiblemente menos de 0.075 g/cm3, y más preferiblemente menos de 0.05 g/cm3. En otra modalidad, más de 50 % en peso de la espuma se produce a partir de materiales compostables, según lo determinado por ASTM D6400. En una modalidad preferida, más de 80% en peso de la espuma es un material compostable. En una modalidad más preferida, más del 95 % en peso de la espuma es un material compostable .

Los polímeros compostables o de base biológica de esta invención se producen por el proceso de fusión de polímeros compostables o de base biológica con un agente de expansión y, opcionalmente, aditivos que modifican la reología del polímero compostable o de base biológica, incluyendo extensores de cadena y plastificantes . Los polímeros compostables o de base biológica pueden incluir aquellos polímeros generalmente reconocidos por un experto normal en la técnica como que se descomponen en compuestos que tienen pesos moleculares más bajos. Los ejemplos no limitantes de polímeros compostables o de base biológica adecuados para la práctica de la presente invención incluyen polisacáridos , péptidos, poliésteres, poliaminoácidos , alcohol de polivinilo, poliamidas, glicoles de polialquileno , y copolímeros de los mismos.

En un aspecto, el polímero compostable o de base biológica es un poliéster. Los ejemplos no limitantes de poliésteres incluyen ácidos poliláctico, ácido poli-L-láctico (PLLA) , ácido poli-D-láctico (PDLA) y copolímeros aleatorios o estereorregulares de ácido L-láctico y ácido D-láctico, y derivados de los mismos. Otros ejemplos no limitativos de poliésteres incluyen policaprolactona, ácido polihidroxibutírico, ácido polihidroxivalérico , succinato de polietileno, succinato de polibutileno, adipato de polibutileno , ácido polimálico, ácido poliglicólico, polisuccinato, polioxalato, diglicolato de polibutileno, y polidioxanona .

Las resinas de polímeros preferidas para esta invención incluyen materiales compostables conocidos derivados de fuentes biológicas (por ejemplo, resinas de biopolímeros compostables) , pero los polímeros sintéticos que pueden convertirse en composta también se pueden usar. El biopolímero de ácido poliláctico (PLA) es el ejemplo más preferido debido a su compostabilidad conocida y sus orígenes de base biológica de materias primas agrícolas (por ejemplo, maíz) . Ambos polímeros PLA amorfos y semi-cristalinos se pueden utilizar. Ejemplos de polímeros compostables o de base biológica incluyen plásticos de grado Ingeo 2002D e Ingeo 4060D y espuma de grado Ingeo 8051D de Nature Works, LLC, y Cereplast Compostable 5001.

En una modalidad de la presente invención, un polímero compostable o de base biológica se procesa por fusión con un agente de expansión para producir un perla espumada de peso ligero. Los agentes de expansión son materiales que se pueden incorporar en la composición procesable por fusión (por ejemplo, la mezcla previa de los aditivos, matriz polimérica, y/o rellenadores opcionales, ya sea en forma fundida o sólida) para producir células a través de la liberación de un gas en el momento apropiado durante el procesamiento. La cantidad y tipos de agentes de expansión influyen en la densidad del producto terminado por su estructura celular. Cualquier agente de expansión adecuado puede ser utilizado para producir el material espumado .

Hay dos tipos principales de agentes de expansión: físicos y químicos. Los agentes de expansión físicos tienden a ser líquidos volátiles o gases comprimidos que cambian de estado durante el procesamiento por fusión para formar una estructura celular. En una modalidad preferida, el agente de expansión físico es dióxido de carbono. En la modalidad más preferida, el agente de expansión físico de dióxido de carbono en su estado supercrítico se mezcla con la fusión de polímero.

Los agentes de expansión químicos tienden a ser sólidos que se descomponen (por ejemplo, térmicamente, por reacción con otros productos, y así sucesivamente) para formar productos de descomposición gaseosa. Los gases producidos se distribuyen finamente en la composición procesable por fusión para proporcionar una estructura celular.

Los agentes de expansión químicos se pueden dividir en dos clasificaciones principales: orgánicos e inorgánicos. Los agentes de expansión orgánicos están disponibles en una amplia gama de diferentes formas composiciones y modificaciones químicas, físicas, tales como, por ejemplo, la azodicarbonamida . Los agentes de expansión inorgánicos tienden a ser más limitados. Un agente de expansión inorgánico puede incluir una o más sales de carbonato tales como sales de carbonato de sodio, calcio, potasio, y/o magnesio. Preferiblemente, se utiliza el bicarbonato de sodio porque es barato y se descompone fácilmente para formar gas de dióxido de carbono. El bicarbonato de sodio se descompone gradualmente cuando se calienta por encima de aproximadamente 120°C, con descomposición significativa que se produce entre aproximadamente 150°C y 200°C. En general, cuanto mayor sea la temperatura, más rápidamente se descompone el bicarbonato de sodio. Un ácido, tal como ácido cítrico, también se puede incluir en el aditivo espumante, o añadirse por separado a la composición procesable por fusión, para facilitar la descomposición del agente de expansión. Los agentes de expansión químicos se suministran normalmente en forma de polvo o de gránulos . La elección concreta del agente de expansión estará relacionada con el costo, el desarrollo deseado de células y el rendimiento de gas y las propiedades deseadas del material espumado.

Ejemplos adecuados de agentes de expansión incluyen agua, sales de carbonato y/o bicarbonato y otros materiales de liberación de dióxido de carbono, compuestos diazo y otros materiales de producción de nitrógeno, dióxido de carbono, materiales poliméricos que se descomponen tales como poli ( t-butilmetacrilato) y ácido poliacrílico, gases alcano y cicloalcano tales como pentano y butano, gases inertes tales como nitrógeno, y similares. El agente de expansión puede ser hidrófilo o hidrófobo. En una modalidad, el agente de expansión puede ser un agente de expansión sólido. En otra modalidad, el agente de expansión puede incluir uno o más de sales de carbonato y/o bicarbonato tales como sales de sodio, potasio, calcio, y/o carbonato de magnesio y/o bicarbonato. El agente de expansión puede incluir también carbonato de sodio y bicarbonato de sodio, o, alternativamente, bicarbonato de sodio solo. En aún otra modalidad, el agente de expansión puede ser inorgánico.

Aunque la composición del agente de expansión puede incluir sólo el agente de expansión, una situación más típica es en donde el agente de expansión incluye un vehículo polimérico que se utiliza para transportar o retener el agente de expansión. Este concentrado de agente de expansión puede ser dispersado en el vehículo polimérico para propósitos de transporte y/o manipulación. El vehículo polimérico también puede ser usado para retener o transportar cualquiera de los otros materiales o aditivos que se desean añadir a la composición procesable por fusión .

Los niveles de inclusión del agente de expansión en el concentrado pueden variar ampliamente. En algunas modalidades, el aditivo espumante incluye al menos aproximadamente 2.5 % en peso de agente de expansión, al menos aproximadamente 5 % en peso de agente de expansión, o, adecuadamente, al menos aproximadamente 10 % en peso de agente de expansión. En otras modalidades, el aditivo espumante puede incluir alrededor de 10 a 60 % en peso del agente de expansión, aproximadamente 15 a 50% en peso de agente de expansión, o, adecuadamente, alrededor de 20 a 45% en peso de agente de expansión. En aún otras modalidades, el aditivo espumante puede incluir de aproximadamente 0.05 a 90% en peso de agente de expansión, aproximadamente 0.1 a 50 % en peso de agente de expansión, o alrededor de 1 a 26 % en peso de agente de expansión.

Como se mencionó anteriormente, el concentrado de agente de expansión también puede incluir un vehículo o material polimérico que se utiliza para mantener los otros aditivos para formar un solo aditivo. El vehículo polimérico o componente polimérico puede ser cualquier material polimérico adecuado, tal como polímeros hidrocarbonados o no hidrocarbonados . El vehículo polimérico debe ser capaz de ser fundido o procesado por fusión a temperaturas inferiores a la temperatura de activación del agente de expansión. En algunos casos, sin embargo, un componente polimérico que tiene un punto de fusión superior a la temperatura de activación del agente de expansión puede ser utilizado siempre y cuando se procese con la suficiente rapidez para que permanezca una cantidad adecuada de agente de expansión activo. En una modalidad, el vehículo polimérico tiene un punto de fusión de no más de aproximadamente 150°C, no más de aproximadamente 125°C, no más de aproximadamente 100°C, o, adecuadamente, no más de aproximadamente 80°C. En una modalidad preferida, el concentrado de agente de expansión contiene un polímero compostable o de base biológica.

En otra modalidad, un plastificante se puede añadir o incorporar en la composición para abordar las características físicas deseadas de la composición procesable por fusión. Los ejemplos no limitantes de plastificantes incluyen polialquilenglicoles y aceites de origen natural funcionalizados . Los ejemplos no limitantes de polialquilenglicoles incluyen polietilenglicoles vendidos bajo el nombre comercial Carbowax (Dow Chemical Co . , Midland, MI) . Los ejemplos no limitantes de aceites de origen natural funcionalizados incluyen aceites de soya, semillas de lino, o girasol malinados o epoxidados, que están disponibles comercialmente de Cargill Inc.

En otra modalidad, la composición compostable o de base biológica puede incluir un extensor de cadena para aumentar el peso molecular del polímero compostable o de base biológica durante el procesamiento por fusión. Esto también tiene el efecto de aumentar la viscosidad y la resistencia por fusión, lo que puede mejorar la capacidad de formar espuma del polímero compostable o de base biológica. Un ejemplo de extensores de cadena útiles en esta invención incluyen los comercializados bajo el nombre comercial de extensor CESA de Clariant, y los comercializados bajo el nombre comercial Johncryl de BASF.

En la composición de la presente invención, la capacidad de moldeo se puede mejorar mediante la adición de un agente nucleante. La dispersión de un agente nucleante dentro de la mezcla de polímero ayuda en la formación de una estructura celular uniforme. Ejemplos de agentes de nucleación incluyen polvo inorgánico tal como talco, caolín, mica, sílice, carbonato de calcio, sulfato de bario, óxido de titanio, óxido de aluminio, arcilla, bentoni a, y tierra de diatomeas, y agentes de expansión químicos conocidos tales como azodicarbodiamida . Entre ellos, se prefiere el talco, ya que facilita el control del diámetro celular. El contenido del agente nucleante varía dependiendo del tipo de agente nucleante y el diámetro celular deseado.

En otro aspecto de la invención, la composición procesable por fusión compostable o de base biológica, puede contener otros aditivos. Los ejemplos no limitantes de aditivos incluyen plastificantes , extensores de cadena, antioxidantes, fotoestabilizantes , fibras, agentes de expansión, aditivos espumantes, agentes antibloqueo, estabilizadores de calor, modificadores de impacto, biocidas, compatibilizadores, taquificantes , colorantes, agentes de acoplamiento, agentes antiestática, rellenadores conductores de la electricidad, y pigmentos. Los aditivos se pueden incorporar en la composición procesable por fusión en forma de polvos, aglomerados, gránulos, o en cualquier otra forma extruible. La cantidad y tipo de aditivos en la composición procesable por fusión puede variar dependiendo de la matriz polimérica y las propiedades físicas deseadas de la composición terminada.

Los expertos en la técnica de procesamiento por fusión son capaces de seleccionar cantidades y tipos de aditivos apropiados para que coincidan con una matriz polimérica específica con el fin de lograr las propiedades físicas deseadas del material terminado.

La cantidad de componentes en la composición de espuma procesable por fusión, compostable o de base biológica puede variar dependiendo de la aplicación de uso final prevista. El polímero compostable o de base biológica puede comprender de aproximadamente 40 a aproximadamente 99 por ciento en peso de la composición final. El agente de expansión puede ser incluido en un nivel de hasta 20 por ciento en peso. El plastificante compostable o de base biológica puede comprender de aproximadamente 1 a 50 por ciento en peso de la composición final, preferentemente entre 1 y 20 por ciento en peso de la composición final. El extensor de cadena puede comprender de aproximadamente 0.1 a 10 por ciento en peso de la composición final, preferiblemente de aproximadamente 0.1 a 0.5 por ciento en peso. Los agentes de nucleación (tales como talco) se pueden incluir hasta aproximadamente 5 % en peso, más preferiblemente menos de 1 % en peso, más preferiblemente 0.5 % en peso .

El agente de expansión físico, tal como C02 supercrítico, se combina con la fusión temprano en el proceso de mezclado por extrusor. Entonces, a medida que la mezcla sale del extrusor y se corta, el C02 supercrítico se expande para formar las perlas espumadas . Los procesos que se encuentran en la técnica anterior requieren la mitigación del PLA antes de cortar. Como resultado, los procesos de la técnica anterior no crean una perla espumada en el extrusor, sin las perlas que se espuman posteriormente resultan en un tipo físicamente diferentes de perlas que deben ser recubiertas con el fin de trabajar en una aplicación de moldeo. Opcionalmente, el calentamiento de las perlas durante un proceso de expansión secundario permite la expansión del material a una menor densidad.

En algunas modalidades, las perlas espumadas pueden ser opcionalmente presurizadas con un gas que va a permitir la expansión adicional de la perla en la operación de moldeo para el producto final deseado. La presurización opcional se utiliza para hacer la presión interna de las células dentro de la espuma mayor que la presión atmosférica. El hecho de que la espuma tenga una estructura celular cerrada permite que la perla mantenga una presión interna superior a la presión atmosférica después de la etapa de impregnación. Cuando las perlas se calientan durante el moldeo, esta presión interna permite una mayor expansión de la perla espumada. Tal presurización o impregnación de las perlas espumadas típicamente se realizará con un gas tal como aire, CO2, N2, hidrocarburos, etc. Entonces, las perlas se ponen en un molde para formar un producto seleccionado.

En el proceso de espumado por extrusión, el perfil de temperatura del extrusor debe ser cuidadosamente controlado para permitir la fusión y mezcla de los sólidos, la reacción con el agente de extensión de cadena (opcional), la mezcla con el agente de expansión, (por ejemplo C02 supercrítico) , y el enfriamiento de la mezcla de fusión antes de la extrusión a través del troquel. Las temperaturas de las secciones iniciales del cilindro permiten la fusión y mezcla de los sólidos, incluyendo la dispersión del agente nucleante dentro de la fusión. Al mismo tiempo, el agente de extensión de cadena opcional reacciona con los extremos de cadena del polímero, aumentando la ramificación y el peso molecular, lo que aumenta la viscosidad de fusión y mejora la resistencia a la fusión del plástico. Antes de la inyección del agente de expansión, un sello de fusión se crea dentro del extrusor por un diseño cuidadoso de los elementos internos de tornillo para evitar que el flujo del agente de expansión salga de la garganta de alimentación. El sello de fusión mantiene la presión dentro del extrusor permitiendo que el agente de expansión permanezca soluble en el plástico fundido. Después de la inyección del agente de expansión, se utilizan elementos de mezclado para mezclar el agente de expansión con la fusión. El agente de expansión soluble dentro de la fusión plastifica la fusión drásticamente, reduciendo en gran medida su viscosidad. El efecto de plastificación permite el enfriamiento de la fusión por debajo de la temperatura de fusión normal del polímero compostable o de base biológica en las secciones finales del extrusor. Es necesario el enfriamiento para aumentar la viscosidad de la fusión plastificada, lo que permite la retención de una estructura celular cerrada durante la formación de espuma en el troquel.

Los agentes de nucleación sirven como sitios de nucleación para la evolución del agente de expansión durante la formación de espuma. Cuando se produce la despresurización en el troquel, el agente de expansión disuelto en la fusión de plástico sale de la solución en la fase de gas. Al entrar en la fase de gas, el volumen ocupado por el agente de expansión aumenta dramáticamente, produciendo una estructura espumada. Por la dispersión del agente nucleante en la fusión, el agente de expansión evolucionará uniformemente a partir de su estado soluble dentro de la fusión a su forma gaseosa durante la despresurización, produciendo de este modo una espuma celular fina. Sin sitios de nucleación adecuadamente dispersos, la formación de espuma puede ser desigual, produciendo grandes huecos o una estructura celular abierta, donde las paredes celulares son fracturadas e interconectadas . Los grandes huecos y la estructura celular abierta crean una espuma más frágil, más dura. Las espumas de muy baja densidad con estructura celular cerrada pueden ser descritas como esponjosas, que tienen una buena recuperación elástica después de una compresión significativa .

A medida que el material extruido sale del troquel y se espuma, los cuchillos giratorios de la granuladora cortan el grano en la cara del troquel. Cuando se corta, la espuma no está completamente establecida. El proceso de formación de espuma continúa para dar forma a la estructura de la perla después de que ha sido cortada. El agente de expansión continúa evolucionando, expandiendo la partícula. La piel exterior de la partícula de permanece con textura de caucho durante el corte, permitiendo que la superficie de la perla espumada fluya y reforme una superficie lisa y sólida.

La composición de espuma procesable por fusión, compostable o de base biológica de la invención se puede preparar por cualquiera de una variedad de maneras. Por ejemplo, el polímero compostable o de base biológica, agente de expansión, agente nucleante, y aditivos opcionales se pueden combinar entre sí por cualquiera de los medios de mezclado que se usan generalmente en la industria del plástico, tal como con un extrusor de mezcla. Los materiales pueden, por ejemplo, ser utilizados en forma de un polvo, un aglomerado, o un producto granular. La operación de mezclado se lleva a cabo más convenientemente a una temperatura mayor al punto de fusión o punto de ablandamiento del polímero. La mezcla mezclada por fusión resultante se puede procesar en perlas espumadas mediante el corte de la mezcla extrudado de polímero y el agente de expansión en la cara del troquel de extrusión. Al cortar el extrudado en la cara del troquel de extrusión, se forma una perla antes de que la expansión completa de la espuma se haya producido. Después de la granulación, una perla espumada se forma a partir de la expansión del extrudado por el agente de expansión. La perla espumada se enfría por la liberación del agente de expansión, pero el enfriamiento posterior puede ser aplicado por contacto con agua, vapor de agua, aire, dióxido de carbono, o gas de nitrógeno. Las perlas espumadas resultantes pueden ser moldeadas en una parte tridimensional usando un equipo convencional utilizado en el moldeo de poliestireno expandible. En una modalidad, las perlas espumadas contienen agente de expansión residual y pueden ser expandidas posteriormente en el proceso de moldeo. En otra modalidad, las perlas espumadas se presurizan con un gas, tal como aire o dióxido de carbono, antes del moldeo para permitir la expansión durante el moldeo .

El proceso de fusión típicamente se realiza a una temperatura de aproximadamente 80° a 300 °C, aunque se seleccionan temperaturas de funcionamiento óptimas dependiendo del punto de fusión, viscosidad de fusión, y la estabilidad térmica de la composición. Los diferentes tipos de equipos de procesamiento de fusión, tales como extrusores, se pueden usar para procesar las composiciones procesables por fusión de esta invención. Los extrusores adecuados para su uso con la presente invención se describen, por ejemplo, por Rauwendaal, C, "Polymer Extrusión", Hansen Editores, p. 11-33, 2001.

En una modalidad, la perla espumada compostable o de base biológica resultante tiene un peso específico menor que 0.15 g/cm3. En otra modalidad, la perla espumada compostable o de base biológica tiene una gravedad específica de preferentemente menos de 0.075 g/cm3, y más preferiblemente menos de 0.05 g/cm3.

Preferiblemente, el polímero para la fabricación de la perla espumada es mayor a 50% de contenido de base biológica, más preferiblemente mayor a 80 % en peso de base biológica. En una modalidad, más del 50 % en peso de la espuma es compostable, según lo determinado por ASTM D6400.

En una modalidad preferida, más del 80 % en peso de la espuma es compostable. En una modalidad más preferida, más del 95 % en peso de la espuma es compostable.

Los tres primeros ejemplos siguientes utilizan un solo tipo de resina de PLA. Se sabe, sin embargo, que el grado de cristalinidad en PLA es controlado por dos aspectos generales, primero por la composición, y segundo por el proceso. El polímero de PLA se compone de monómeros de ácido láctico, pero hay dos tipos de monómeros de ácido láctico. Aunque están compuestos por los mismos elementos, grupos funcionales, y enlaces químicos, la estereoquímica de los monómeros es diferente. Los dos isómeros de ácido láctico, los denominados 1 y d-isómeros, tienen un "uso de manos" tridimensional diferente. El resultado es que el tipo de isómero puede afectar la posición de los grupos metilo colgantes a lo largo del troncal de la cadena de polímero de PLA. Las cadenas de PLA que están 100 % compuestas por isómeros 1 o D- serán altamente cristalinas porque las cadenas de polímero pueden empacar firmemente una contra otra. Mediante la introducción de pequeñas concentraciones del otro isómero, la cristalinidad comienza a disminuir debido a que la posición de los grupos metilo colgantes comienza a romper la estructura de orden superior de cristalinidad. El PLA con mezclas de casi 50/50 de 1 y D-isómeros resulta en un polímero completamente amorfo. El 1-isómero de ácido láctico es la forma natural predominante del ácido láctico, por lo que los PLA más semi-cristalinos están compuestos predominantemente de 1-isómero con impurezas aleatorias del d-isómero. Es muy difícil producir PLA a partir de 100% de ya sea 1 o d-isómero, por lo que todos los materiales semicristalinos disponibles en cantidades a granel contendrán un pequeño contenido de d-isómero. La resina 8051D tiene un contenido de d-isómero de alrededor de 3.7 a 4.6 %, mientras que la resina 4032D tiene un contenido de d-isómero menor a 2 % (entre 1.2 y 1.6 %) .

Un segundo aspecto de la estabilidad térmica en el PLA es el proceso y la historia térmica del plástico. El PLA es lento para cristalizar. Aunque el contenido de d-isómero puede estar dentro de un rango apropiado para soportar la cristalinidad, esto no ocurre necesariamente si el material se enfría demasiado rápidamente. Toda la cristalinidad se pierde cuando el plástico se calienta por encima de su punto de fusión, y se requiere de un recocido térmico lento para inducir la cristalización. Los rellenadores , tales como talcos de alto rendimiento, se utilizan a menudo para promover una cristalización más rápida, pero la mayoría de las aplicaciones de extrusión que esperan sacar provecho de la alta cristalinidad para la estabilidad térmica requieren una etapa de recocido de entre 100° y 130°C, para cristalizar suficientemente el PLA. Sin embargo, en la aplicación de espuma de extrusión, hay suficiente cizallamiento y elongación durante la generación de la espuma para inducir cristalinidad dentro de las películas muy delgadas de plástico que separan las células cerradas de la espuma. Además, los agentes de nucleación usados para promover la dispersión y la nucleación del C02 disuelto en la fusión durante el proceso de espumado, también mejoran la cinética de cristalización. Por lo tanto, el proceso de espumado por extrusión induce la rápida cristalización del PLA. Desde la perspectiva de la estabilidad térmica, esto es fortuito porque no se requiere ninguna etapa de recocido.

La figura 1 muestra un esquema del proceso pax~a la producción de perlas por un proceso de espumado por extrusión. El extrusor usado para el proceso de mezcla en los ejemplos siguientes fue un extrusor de doble tornillo de co-rotación Leistritz ZSE 27 MAXX que tiene diez etapas en el cilindro. El cilindro del extrusor fue equipado con un puerto de inyección para suministrar dióxido de carbono (C02) supercrítico en la fusión de plástico en la cuarta sección del cilindro. El C02 en estado supercrítico se produce mediante la presurización de C02 líquido de un cilindro presurizado con una bomba de alta presión TharSFC P-50 a una presión de 27.6 MPa (4000 psi) . Toda la tubería presurizada fue encamisada para el enfriamiento con una mezcla de etilenglicol-agua a un punto de fijación de 2°C (35°F) .

En otro aspecto de la presente invención, se describe una mejora en la producción de perlas espumadas de peso ligero. En el proceso mejorado, tanto un agente de expansión físico como un agente de expansión químico se combinan durante los procesos de extrusión para la producción de perlas espumadas de peso ligero. El agente de expansión físico, preferiblemente C02 supercrítico, se utiliza como la fuente primaria del agente de expansión durante la producción de perlas ligeras por extrusión y granulación en la cara caliente. Mediante la adición de un agente de expansión químico al proceso de extrusión, de tal manera que el agente de expansión químico no se degrade por completo durante la extrusión, las perlas de peso ligero que se producen conservarán algunos agentes de expansión químicos en su composición.

El agente de expansión secundario se puede incorporar en una de tres maneras. En el primer caso, el agente de expansión secundario se puede incorporar hacia arriba del agente de expansión primario. En el segundo caso, el agente de expansión secundario se puede incorporar hacia abajo del agente de expansión primario. Y, en el tercer caso, el agente de expansión secundario se puede incorporar de forma simultánea con el agente de expansión primario. Preferiblemente, para todos los casos, el agente de expansión primario es un agente de expansión físico como C02 supercrítico . Este agente de expansión primario se utiliza para proporcionar la mayor parte de la expansión durante la extrusión para producir las perlas espumadas. El objetivo del agente de expansión secundario es permanecer en estado latente en gran medida durante la extrusión y formación de perlas espumadas, de modo que pueda ser activado durante el procesamiento posterior de la perla espumada a fin de permitir una mayor expansión de la perla. El proceso de la presente invención está cuidadosamente diseñado de manera que el agente de expansión secundario no se consuma completamente durante el proceso de espumado por extrusión. El proceso de la presente invención permite que el agente de expansión secundario permanezca en gran parte intacto a través del proceso de espumado por extrusión, permitiendo que el agente de expansión secundario sea incorporado en la perla espumada.

Se contempla que los agentes de expansión químicos sean los más apropiados para su uso como agentes de expansión secundarios. Para los casos uno y dos, el agente de expansión químico se añade en la fusión de polímero del extrusor antes o después de que se inyecta el agente de expansión primario en la fusión. Debido a las elevadas temperaturas de fusión, es posible que el agente de expansión químico empiece a descomponerse y a contribuir con un gas que puede espumar el polímero. Mediante el control de la temperatura de la fusión y el tiempo de residencia de la mezcla de polímero/agente de expansión en el extrusor, la medida de la descomposición del agente de expansión puede ser controlada. Puede ocurrir algo de descomposición para liberar el gas, pero siempre y cuando algo del agente de expansión permanezca en el extrudado, las perlas espumadas lo contendrán.

Para el caso de tres, el agente de expansión secundario se mezcla con el agente de expansión primario y se inyecta en la fusión de polímero al mismo tiempo. Se contempla que el CO2 supercrítico es el agente de expansión primario y un agente de expansión químico se usa como agente de expansión secundario. El agente de expansión químico puede ser un líquido o un sólido. En una modalidad preferida, el C02 supercrítico puede ser utilizado como una fase de vehículo para disolver el agente de expansión químico para formar una mezcla. La mezcla se inyecta entonces en el cilindro del extrusor para mezclarse con la fusión de polímero. Se contempla que en algunas modalidades preferidas, la concentración del agente de expansión secundario esté presente en el rango de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 5 % en peso en la perla espumada.

Ejemplo # 1 Una mezcla seca de plásticos fue producida consistente de aproximadamente 97 % en peso de ácido poliláctico (PLA) Ingeo 8051D de NatureWorks, aproximadamente 2 % en peso de extensor reactivo oligomérico multifuncional de estireno-acrílico CESA de Clariant OMAN698498, y aproximadamente el 1 % en peso de talco de lote principal Cereplast ECA- 023. La mezcla seca de gránulos se alimentó gravimétricamente en la sección de la garganta de alimentación del extrusor de doble tornillo. La velocidad de alimentación para los sólidos fue ajustada a 3.5 kg/h (7.7 libras/h) , y los tornillos se giraron a 40 rpm. Dióxido de carbono (C02) supercrítico se inyectó en la fusión de plástico en la cuarta sección de cilindro a 10 g/min. Un troquel de una sola tira con una abertura de 3 mm se atornilló al extremo del extrusor.

Inicialmente se utilizó un perfil de temperatura plano a 210°C. Tras la puesta en marcha, el extrudado estaba más caliente que 200°C, sin embargo, a esta alta temperatura, el material extruido fue mal espumado, mostró una baja resistencia por fusión, y carecía de la viscosidad para retener el agente de expansión. La estructura celular colapso rápidamente debido a que el C02 escapó rápidamente dejando una estructura celular abierta con sólo una pequeña reducción de la densidad. El perfil de temperatura durante los diez secciones de cilindro desde alimentación hasta la salida se ajustó sistemáticamente para alcanzar 210°C, 199°C, 177°C, 155°C, 122°C, 111 C, 100°C, 102°C, 101°C, y 85°C a través del extrusor. En estas condiciones, la presión de fusión en el troquel fue de 11.7 MPa (1700 psi). El extrudado se convirtió en espuma a una densidad menor a 0.04 g/cm3 (2.5 lb/ft3) con una estructura celular cerrada. La temperatura de la superficie del extrudado de la tira fue menor a 40°C.

Ejemplo # 2 El proceso descrito en el Ejemplo # 1 fue seguido y mejorado para incluir una operación de granulación en la cara del troquel. Un granulador fuera de eje, de dos palas se montó al extrusor y el montaje de troquel. Las perlas espumadas se cortaron en la cara del troquel con un granulador en funcionamiento a 1500 rpm. Las perlas espumadas fluían libremente y no se pegaron. La superficie de las perlas espumadas estuvo completa y no mostró células abiertas o rotas. La densidad de las perlas espumadas fue menor a 0.04 g/cm3 (2.5 lb/ft3), y el diámetro de la perla fue de aproximadamente 10 mm.

Ejemplo # 3 El proceso descrito en el Ejemplo # 1 fue modificado para reemplazar el troquel de una sola tira de 3 mm, con un troquel de ocho agujeros que tiene aberturas de troquel de 0.8 mm. El nuevo troquel incluía una sección de adaptador que añadió una zona de calentamiento antes del troquel. El sistema de granulación fue cambiado a un sistema de corte de dos palas de un eje, operando a 2500 rpm. La velocidad de alimentación de la mezcla seca de resina, extensor de cadena, y mezcla principal de talco se redujo a 2.3 kg/h (5 libras/h) . El perfil de temperatura del proceso final durante la producción de espuma de baja densidad se ajustó a 210°C, 199°C, 177°C, 155°C, 115°C, 115°C, 115°C, 115°C, 115°C, 130°C, y 135°C a través del extrusor y el troquel. Los tornillos del extrusor operado a 25 rpm. La velocidad de alimentación de C02 supercrítico fue de 7.0 g/min a una presión de aproximadamente 10.3 MPa (1500 psi) . La presión de la fusión durante el funcionamiento del extrusor fue de aproximadamente 15.8 MPa (2300 psi) detrás del troquel. Las perlas espumadas producidas tenían un diámetro en el rango de 2 mm a 5 mm con una densidad de menos de 0.045 g/cm3 (2.8 lb/ft3) . La Figura 2 muestra una micrografía tomada por el escaneo de electro-microscopía de una sección transversal en forma de cuña de una perla espumada, que muestra una estructura celular cerrada con tamaño de célula en el rango de 50 a 150 um.

Ejemplo # 4 El proceso descrito en el Ejemplo # 3 se modificó para producir perlas espumadas con un diámetro de perla más pequeño y una composición diferente. El troquel fue reemplazado con un troquel de doce orificios que tiene aberturas de troquel de 0.6 mm. La composición de alimentación se pre-compuso en un extrusor de co -rotación de 38 mm de doble tornillo SHJ- 38 de Lantai Plastics Machinery Company con un perfil de temperatura fijo de 180°C. Para esta operación, una mezcla seca se preparó a partir de aproximadamente el 87 % en peso de PLA Ingeo 8051D de NatureWorks, aproximadamente 10 % en peso de PLA Ingeo 4032D de NatureWorks, aproximadamente 2 % en peso de extensor de reactivo oligomérico muítifuncional de estireno-acrílico de CESA de Clariant OMAN698498, y aproximadamente el 1 % en peso de mezcla principal de talco ECA- 023 de Cereplast . La formulación compuesta se alimentó a continuación en la garganta de alimentación del extrusor Leistritz ZSE 27 MAXX a 2.3 kg/h (5.0 libras/h) con una velocidad de tornillo de 25 rpm. La velocidad de alimentación de C02 supercrítico fue de 7 g/min, y el perfil de temperatura seguido fue 210°C, 199°C, 177°C, 155°C, 115°C, 115°C, 1 15°C, 1 15°C, 115°C, 150°C, y 150 2 C. El granulador operó a 1920 rpm, cortando el extrudado en la cara del troquel de extrusión. La presión de fusión detrás del troquel fue de aproximadamente 15.2 MPa (2200 psi) . Las perlas espumadas producidas tenían un diámetro en el rango de 1 mm a 4 mm con una densidad de menos de 0.045 g/cm3 (2.8 lb/ft3). Las perlas espumadas producidas en este proceso se compararon para estabilidad al calor con relación a las perlas espumadas producidas en el Ejemplo # 3. Se colocaron de lado a lado en una placa caliente y se calentaron con una rampa de aumento de temperatura, las perlas espumadas se ablandaron a una temperatura más alta que las perlas espumadas del Ejemplo # 3.

Ejemplo # 5 Las perlas espumadas del Ejemplo # 4 fueron presionadas en un recipiente sellado a 0.45 MPa (65 psi) durante menos de 30 minutos. Se realizó una rápida despresurización del recipiente para retirar las perlas. La superficie de las perlas se tensó de la presión interna superior a la presión atmosférica. Las perlas se introdujeron en la cavidad de una prensa de moldeo de pecho de vapor (Hirsch SA 1400 D) a 1 minuto de la salida del recipiente de presión. La temperatura inicial de la cavidad del molde durante el llenado fue de aproximadamente 25 - C. Un molde de aluminio convencional para poliestireno expandible (EPS) se utilizó en forma de una caja. Un proceso de cuatro pasos se utilizó para el moldeo de un producto final. El ciclo de purga se fijó a 1 segundo a 0.55 bares de presión de vapor y una apertura de la válvula del 30%. El primer proceso cruzado de vapor se estableció durante 20 segundos a 0.55 bares de presión de vapor y una apertura de la válvula del 90%. Un segundo proceso cruzado de vapor, invirtiendo la dirección del flujo de vapor, se utilizó durante 20 segundos a una presión de vapor de 0.65 bares y una apertura de la válvula de 90 %. El agua de refrigeración se aplicó durante 15 segundos a ambos lados del molde, seguido por 30 segundos de aire de refrigeración a 4 bares de presión. Después del aire de refrigeración, se aplicaron 5 segundos de vacío. El cuadro de moldeado se retiró de la prensa. Las formas de las perlas después del moldeo demostraron claramente expansión secundaria de las perlas espumadas dentro del molde. Las depresiones de la superficie y las texturas de la cavidad del molde se replicaron en la superficie del artículo. Con base en el peso y la geometría de la caja, la densidad del artículo moldeado fue inferior a 0.03 g/cm3 (2,0 lb/ft3) .

La invención descrita en el presente documento permite la conversión de una planta de fabricación de EPS existente para producir un artículo de espuma basado en un polímero compostable o de base biológica. La figura 3 muestra un resumen de los pasos para la creación de un artículo acabado usando la composición y el procedimiento descritos en los ejemplos anteriores. En primer lugar, se componen las materias primas de los polímeros de PLA, el agente nucleante, y otros aditivos. En algunas modalidades, tales como las descritas en el Ejemplo # 4, las materias primas se pueden componer en un extrusor separado. A continuación, un agente de expansión, preferiblemente CO2 supercrítico, se añade a la mezcla. Pequeñas perlas espumadas de peso ligero son producidas por la cara caliente de granulación de tiras espumadas extruidas en la cara del troquel de extrusión. En algunas modalidades, las perlas espumadas se pueden enfriar usando un baño de agua u otro método apropiado. Las perlas espumadas se presurizan después para promover la expansión secundaria en la máquina de moldeo para el producto final deseado. Tal presurización de las perlas espumadas típicamente se realizará con un gas tal como aire, C02, N2, hidrocarburos, etc. Después, las perlas se ponen en un molde para formar un producto seleccionado. Como se ha descrito en el Ejemplo # 5, una prensa de vapor se puede utilizar para el moldeo. Las perlas se expanden en el molde para crear un producto terminado .

El agente de expansión físico, tal como C02 supercrítico , se combina con la fusión temprano en el proceso de mezclado por extrusión. En una modalidad, se añade el agente de expansión químico después del agente de expansión físico, y en una porción relativamente más fría del extrusor. En otra modalidad, se añade el agente de expansión químico antes que el agente de expansión físico, de nuevo en una porción relativamente más fría del extrusor. Después, a medida que la mezcla sale del extrusor y se corta, el CO2 supercrítico se expande para formar los granos iniciales. A diferencia de los procesos de la técnica anterior, la mezcla no necesita ser apagada antes de que sea cortada o impedir la expansión a medida que sale del extrusor. Estas perlas tienen el agente de expansión químico ya impregnado en ellas durante el proceso de extrusión. El proceso se controla cuidadosamente de modo que el agente de expansión secundario no se consuma completamente durante el proceso de espumado por extrusión. Debido a la baja temperatura usada en el proceso de extrusión en el punto de adición del agente de expansión químico, puede permanecer latente durante el proceso de extrusión. Posteriormente, el calentamiento de las perlas durante un proceso de expansión secundario se liberan gases por la descomposición térmica del agente de expansión químico y por lo tanto, cuando se combina con la temperatura adecuada para ablandar el plástico, permite la expansión del material de menor densidad. Durante el moldeo, por ejemplo, las perlas se calientan para que se derritan juntas y el agente de expansión químico se activa causando una expansión secundaria. Es decir, la degradación térmica del agente de expansión podría ser activada durante el moldeo para permitir la fusión de las perlas o una operación tradicional de pre-expansión para promover menor densidad.

En una modalidad preferida, el agente de expansión químico se incorpora en el proceso de extrusión hacia abajo de la inyección y mezclado del agente de expansión físico. Sin embargo, como se describió anteriormente, el agente de expansión secundario se puede incorporar en la fusión hacia arriba de la inyección y el mezclado del agente de expansión físico o simultáneamente con el agente de expansión físico. Típicamente, es necesario enfriar la mezcla de extrusión antes de que salga del troquel con el fin de mantener la resistencia a la fusión adecuada y permitir una buena estructura celular de la espuma. Al añadir el agente de expansión químico en la región más fría del extrusor, hay menos energía térmica para la descomposición del agente de expansión químico y el tiempo de resonancia del material en el extrusor es disminuido. Los materiales (polímero biodegradable, agente de expansión, plastificantes biodegradables , y aditivos opcionales) se pueden utilizar en la forma, por ejemplo, de un polvo, un aglomerado, o un producto granular. La operación de mezclado se lleva a cabo más convenientemente a una temperatura por encima del punto de fusión o punto de ablandamiento del polímero. La mezcla por fusión resultante se puede procesar en tiras ligeras y posteriormente cortarse en perlas usando un granulador de tiras. En otra modalidad, las perlas espumadas son producidas por el corte de la tira de espuma en la cara del troquel de extrusión. Al cortar el extrudado en la cara del troquel de extrusión, se forma una perla antes de completar la expansión de la espuma que se ha producido. Después de la granulación, una perla espumada se forma a partir de la expansión del extrudado por el agente de expansión físico. La perla espumada se enfría por la liberación del agente de expansión, pero el posterior enfriamiento puede ser aplicado por el contacto con agua, vapor de agua, aire, dióxido de carbono, o gas de nitrógeno. Las perlas resultantes pueden ser moldeadas en una parte tridimensional usando un equipo convencional utilizado en el moldeo de poliestireno expandible. El objetivo del agente de expansión secundario es permanecer en estado latente en gran medida de manera que pueda ser activado durante el posterior procesamiento de la perla espumada para permitir una mayor expansión de la perla. Preferiblemente, las perlas espumadas contienen un agente de expansión químico residual y pueden ser expandidas posteriormente en el proceso de moldeo.

En una modalidad, más del 50 % en peso de la espuma contiene materiales que son compostables , según lo determinado por ASTM D6400. En una modalidad preferida, más del 80 % en peso de la espuma contiene materiales que son compostables. En una modalidad más preferida, más del 95 % en peso de la espuma contiene materiales que son compostables .

Las perlas expandibles de un aspecto de la presente invención se producen usando un compuesto que comprende un poliéster compostable o de base biológica y un agente de expansión.

Los aditivos que incluyen plastificantes y extensores de cadena se incluyen opcionalmente en la composición de base biológica o compostable. Las perlas expandibles se pueden producir usando técnicas de proceso de fusión convencionales, tales como procesos de extrusión única y de doble tornillo. En una modalidad, el polímero compostable o de base biológica se mezcla con un aditivo hidrófobo por tratamiento en fusión para producir aglomerados. Estos aglomerados se impregnan con un agente de expansión para hacer perlas expandibles. Las perlas expandibles se calientan después para causar la formación de espuma, produciendo perlas espumadas. Las perlas espumadas se moldean en artículos. En otra modalidad, el proceso por fusión se utiliza para mezclar polímero compostable o de base biológica, aditivo hidrófobo, y agente de expansión para producir perlas expandibles directamente de la operación de proceso por fusión. En este caso, el troquel de extrusión debe ser enfriado rápidamente para bloquear el agente de expansión de manera que no se escape y no se produzca formación de espuma. Se desea que la formación de espuma se produzca en un tiempo controlado en una operación de pre-expansor por calentamiento de las perlas expandibles para producir perlas espumadas. Las perlas espumadas se moldean. Preferiblemente, la perla espumada resultante tiene una densidad de menos de 0.15 g/cm3. Más preferentemente, la perla espumada tiene una densidad de menos de 0.075 g/cm3, y lo más preferiblemente menos de 0.05 g/cm3. En una modalidad preferida, más del 50 % en peso de la espuma es compostable, según lo determinado por ASTM D6400. Más preferiblemente, más del 80 % de la espuma es compostable. En una modalidad más preferida, más del 95 % de la espuma es compostable.

En algunas modalidades, la formulación de plástico de interés puede ser compuesta, como se requiere, en un material homogéneo para extrusión. Según sea apropiado, el plástico se granula y opcionalmente se muele y se divide en partículas de un tamaño predeterminado, por ejemplo de 0.25 mm de diámetro. Los gránulos de polímero se pueden añadir en un tanque de presión agitado con agua para producir una suspensión. Los estabilizadores de soluciones, tales como surfactantes o sales, se pueden añadir para inhibir la coagulación de los gránulos y para promover la difusión del agente de expansión hidrocarbonado en las partículas de polímero. En algunas modalidades, se añade el agente de expansión hidrocarbonado a la suspensión como un líquido. Preferiblemente, la cantidad de agente de expansión hidrocarbonado añadido al sistema se predetermina con base en el grado deseado de agente de expansión hidrocarbonado en las perlas expandibles. El tanque de presión puede ser de temperatura controlada, por ejemplo, por un baño de agua caliente circulante. En algunas modalidades, el tanque de presión se sella y se presuriza mecánicamente con gas comprimido, tal como nitrógeno.

Se concibió que este invento pudiera sustituir materiales de EPS en los equipos existentes de las plantas de producción. La materia prima de EPS sería reemplazada por una materia prima que consiste en la perla expansible compostable o de base biológica. Los agentes espumantes hidrocarbonados fueron concebidos como agentes espumantes, porque estos ya se utilizan en la fabricación de EPS, y existen procesos para capturar y quemar los hidrocarburos volátiles del combustible. Se desea minimizar los costos necesarios para convertir una planta existente de EPS al nuevo material compostable o de base biológica.

Un aspecto clave de en la modalidad de la presente invención es la capacidad de incorporar una cantidad suficiente de agente de expansión hidrocarbonado, cuando se utiliza, en la matriz del polímero compostable o de base biológica tal como PLA. Por ejemplo, el PLA no presenta la afinidad para la absorción de pentano que el poliestireno muestra para la producción EPS. A temperatura ambiente, el pentano se absorbe fácilmente en poliestireno sólido, pero esto no ocurre con el PLA. Por lo tanto, es necesario producir una composición de polímero compostable o de base biológica que permita la impregnación del agente de expansión hidrocarbonado. Para ello, se añaden aditivos anfifílicos o hidrófobos a la formulación, aunque no todos los aditivos anfifílicos o hidrófobos son favorables. Se prefieren los aditivos anfifílicos o hidrófobos con números hidrófilos-lipófilos (HLB) de bajo balance. Ejemplos de aditivos de números hidrófobos de bajo HLB incluyen Span 60 (monoestearato de sorbitán, HLB = 4,7), Span 80 (oleato de sorbitán, HLB = 4), y Span 85 (trioleato de sorbitán, HLB = 1.8). Los emulsionantes no iónicos de copolímeros de bloque también se pueden usar como aditivos hidrófobos para mejorar la solubilidad del agente de expansión hidrocarbonado . Un ejemplo de un emulsionante no iónico adecuado es etoxilato Unithox 420 (HLB = 4) de Baker Petrolite, que es un copolímero de bloque de bajo peso molecular de polietileno y polietilenglicol . Los aceites de origen biológico, tales como aceite de soya o monoglicérido acetilado derivado de aceite de ricino hidrogenado, se pueden utilizar adicionalmente para ayudar en la solubilidad del agente de expansión hidrcarbonado.

La composición de la formulación de polímero compostable o de base biológica puede ser modificada adicionalmente por el uso de plastificantes convencionales, agentes extensores de cadena, agentes de reticulación, y mezclas con otros termoplásticos para mejorar otros aspectos de la procesabilidad y capacidades de formación de espuma de la resina.

Por ejemplo, las composiciones de los materiales listados en la Tabla 1 más adelante fueron producidas usando el proceso de fusión por extrusión de doble tornillo. El ácido poliláctico (PLA) de NatureWorks 2002D, un polímero compostable y de base biológica, fue el componente principal de todas las formulaciones . Las materias primas adicionales incluyen éster de ácido cítrico {Citroflex A- 2, Vertellus Performance Materials) , elastómero de copoliéster {Neostar Fn.007, Eastman Chemical) , carbonato de calcio con superficie tratada con ácido esteárico {Omyacarb FT, Omya North America) , monoestearato de sorbitán {Span 60, Sigma-Aldrich) , polietilenglicol (Carbowax 8000, Dow Chemical) , monoglicérido acetilado derivado de aceite de ricino hidrogenado Grindsted (Soft-N -Safe, Danisco) , peróxido de dicumilo (Sigma-Aldrich) , emulsionante no iónico etoxilado (Unithox 450, Baker Petrolite) y un PLA moldeado personalizado. El PLA maleado se produce como un precursor de las formulaciones por el proceso por fusión de 3 % en masa de anhídrido maleico, 0.5 % en masa de peróxido de dicumilo, y 96.5 % en masa de PLA 2002D de NatureWorks en un extrusor utilizando un perfil de temperatura constante de 180°C.

Tabla 1. Composiciones y Porcentaje de Contenido de Pentano después de la impregnación Las materias primas se alimentaron en la garganta de alimentación de un extrusor de doble tornillo de co-rotación de 26 mm, (modelo LTF 26-40 de LabTech Engineering Company, LTD) . Se utilizó un perfil de temperatura constante de 180°C. El material extruido se pasó a través de una boquilla para producir una tira, se refrigeró por agua o por aire, y se granuló. Para impregnar las composiciones con agente de expansión de pentano, una muestra previamente pesada de granulos se selló en un recipiente de presión en contacto con pentano líquido a temperatura ambiente. Los recipientes de muestras se calentaron a 80°C mientras se sumergieron en un baño de agua durante 2 horas. Después de dos horas, las muestras se retiraron y se dejaron enfriar. Los gránulos se retiraron, se secaron con papel secante para eliminar cualquier recubrimiento de la superficie de pentano líquido, y se pesaron. La masa de pentano impregnada en los gránulos se calculó por la diferencia en masa final e inicial, y se expresa como un porcentaje de la masa de la muestra en la Tabla 1. Las muestras de control de PLA Nature Works PLA 2002D y PLA maleado se incluyen como referencia. Se midieron las muestras de control para contener menos de 2.5 % de pentano en masa después de la impregnación, mientras que los materiales que contienen los aditivos hidrófobos aumentaron en gran medida la masa de pentano incorporada por el proceso de impregnación. Los materiales listados en la Tabla 1 fueron posteriormente expandidos para producir gránulos espumados por calentamiento en una placa caliente, lo que permite la liberación del agente de expansión de pentano a la fase de gas.

La invención se ha descrito con referencia a modalidades específicas. Mientras que los valores, las relaciones, los materiales y los pasos particulares se han expuesto para fines de la descripción de los conceptos de la invención, se apreciará por las personas expertas en la técnica que numerosas variaciones y/o modificaciones se pueden hacer a la invención como se muestra en las modalidades divulgadas sin apartarse del espíritu o el alcance de los conceptos y principios básicos de funcionamiento de la invención descritos ampliamente. Se debe reconocer que, a la luz de las enseñanzas anteriores, los expertos en la técnica podrían modificar los detalles sin apartarse de la invención enseñada en el presente documento. Habiendo ahora establecido completamente determinadas modalidades y modificaciones del concepto subyacente de la presente invención, diversas otras modalidades, así como variaciones y modificaciones de las modalidades potenciales que se muestran y describen en el presente documento, obviamente, se les ocurrirán a los expertos en la técnica después de familiarizarse con dicho concepto subyacente. Se pretende incluir todas estas modificaciones, alternativas y otras modalidades en la medida en que estén dentro del alcance de la invención. Se debe entender, por lo tanto, que la invención puede ser practicada de otro modo al que se establece específicamente en el presente documento. En consecuencia, las presentes modalidades deben considerarse en todos los aspectos como ilustrativas y no restrictivas.

APLICABILIDAD INDUSTRIAL La presente solicitud se relaciona con la fabricación y uso de perlas espumadas compostables o de base biológica. Las perlas espumadas de la presente invención se usan en la industria de la fabricación de contenedores y otros artículos de material compostable o de base biológica.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una composición de materia, que comprende: una perla espumada compostable o de base biológica que tiene una estructura celular sustancialmente cerrada .

2. La composición de la reivindicación 1, comprendiendo, además, un agente de expansión.

3. La composición de la reivindicación 1, caracterizada porque dicho agente de expansión comprende un agente de expansión físico.

4. La composición de la reivindicación 1, caracterizada porque dicho agente de expansión comprende C02 supercrítico .

5. La composición de la reivindicación 1, dicho polímero compostable comprendiendo un polímero de ácido poliláctico .

6. La composición de la reivindicación 5, caracterizada porque el contenido de D-isómero en dicho polímero de ácido poliláctico es menor al 6%.

7. La composición de la reivindicación 5, caracterizada porque el contenido del D-isómero en dicho polímero de ácido poliláctico es menor al 2%.

8. La composición de la reivindicación 1, comprendiendo, además, un agente nucleante.

9. La composición de la reivindicación 1, comprendiendo, además, aditivos para mejorar la reología y la viscosidad de fusión.

10. La composición de la reivindicación 1, comprendiendo, además, aditivos seleccionados del grupo que consiste de: antioxidantes; fotoestabilizant.es; fibras; aditivos espumantes; aditivos eléctricamente conductores; agentes antibloqueo; agentes antiestática; estabilizadores de calor; modificadores de impacto; biocidas; compatibilizadores ; taquificantes ; colorantes; agentes de acoplamiento y pigmentos .

11. La composición de la reivindicación 1, caracterizada porque la composición se produce de más del 50% de materiales compostables.

12. La composición de la reivindicación 1, caracterizada porque la composición se produce de más del 80% de materiales compostables.

13. La composición de la reivindicación 1, caracterizada porque el polímero es de más del 50% de base biológica .

14. La composición de la reivindicación 1, caracterizada porque el polímero es de más del 80% de base biológica .

15. La composición de la reivindicación 1, caracterizada porque dicha perla espumada tiene una estructura celular sustancialmente cerrada después de la granulación del extrudado en la cara de un troquel de extrusión .

16. La composición de la reivindicación 1, caracterizada porque dicha perla espumada tiene una forma esférica o casi esférica.

17. La composición de la reivindicación 1, caracterizada porque dicha perla espumada tiene un diámetro en el rango de alrededor de 1 mm a alrededor de 10 mm, preferiblemente de alrededor de 2 mm a alrededor de 5 mm, más preferiblemente de alrededor de 1 mm a alrededor de 4 mm.

18. La composición de la reivindicación 1, caracterizada porque dicha perla espumada tiene una densidad de menos de 0.045 g/cm3.

19. La composición de la reivindicación 1, caracterizada porque dicha perla espumada tiene un diámetro de tamaño celular en el rango de 50 um a 150 um.

20. Una composición de materia, que comprende: polímero compostable o de base biológica procesado por fusión con al menos un agente de expansión en una mezcla que se forma en perlas espumadas con una estructura celular sustancialmente cerrada, en donde dichas perlas espumadas se forman en la cara de un troquel a medida que el extrudado espumado sale de un extrusor.

21. La composición de la reivindicación 20, caracterizada porque dicho agente de expansión comprende un agente de expansión físico.

22. La composición de la reivindicación 20, caracterizada porque dicho agente de expansión comprende C02 supercrítico .

23. La composición de la reivindicación 20, dicho polímero compostable comprendiendo un polímero de ácido poliláctico.

24. La composición de la reivindicación 20, caracterizada porque dicha perla tiene una forma esférica o casi esférica.

25. La composición de la reivindicación 20, caracterizada porqué dicha perla es capaz de retener una presión interna de exceso de gas de condiciones ambientales dentro de la estructura celular cerrada de la espuma.

26. La composición de la reivindicación 20, caracterizada porque dichas perlas tienen un diámetro en el rango de alrededor de 1 mm a alrededor de 10 mm, preferiblemente de alrededor de 2 mm a alrededor de 5 mm, más preferiblemente de alrededor de 1 mm a alrededor de 4 mm.

27. La composición de la reivindicación 20, caracterizada porque dichas perlas espumadas tienen una densidad menor a 0.045 g/cm3.

28. La composición de la reivindicación 20, caracterizada porque las perlas espumadas tienen un diámetro de tamaño celular en el rango de alrededor de 50 pm a alrededor de 150 um.

29. Un método que comprende: procesar por fusión una composición que comprende un polímero compostable o de base biológica con un agente de expansión en un extrusor para formar un extrudado; en donde el extrudado comprende una perla de estructura celular sustancialmente cerrada formada en perlas espumadas con células sustancialmente cerradas.

30. El método de la reivindicación 29, dicha composición comprendiendo, además, un agente de nucleación.

31. El método de la reivindicación 29, comprendiendo, además, extruir el extrudado a través de una boquilla fijada a un extremo del extrusor.

32. El método de la reivindicación 31, caracterizado porque las perlas espumadas se forman en una cara del troquel a medida que el extrudado sale del troquel .

33. El método de la reivindicación 32, comprendiendo, además, cortar el extrudado con un cuchillo giratorio en contacto en la superficie de extremo frontal de la boquilla mientras permite que el extrudado espume para producir perlas espumadas .

34. El método de la reivindicación 33, caracterizado porque la peletización del extrudado en la cara del troquel de extrusión sucede antes de completar la expansión de la espuma extrudada.

35. El método de la reivindicación 29, caracterizado porque la composición comprende, además, un aditivo.

36. El método de la reivindicación 29, caracterizado porque dicho agente de expansión comprende un agente de expansión físico.

37. El método de la reivindicación 29, caracterizado porque dicho agente de expansión comprende C02 supercrítico .

38. El método de la reivindicación 29, dicho polímero compostable comprendiendo un polímero de ácido poliláctico .

39. El método de la reivindicación 29, comprendiendo, además, presurizar la perla con un agente de expansión líquido o gaseoso.

40. El método de la reivindicación 33, caracterizado porque dicho gas se selecciona del grupo que consiste de: aire; C02; N2 e hidrocarbono .

41. El método de la reivindicación 33, caracterizado porque el espumado de la perla sucede después de la peletizacion de la mezcla de extrudado de polímero y agente de expansión.

42. El método de la reivindicación 29, comprendiendo, además: mover las perlas en un molde; y expandir y fusionar aún más las perlas en el molde mediante aplicación de calor.

43. El método de la reivindicación 29, caracterizado porque la perla es capaz de retener una presión interna dentro de la estructura celular cerrada proporcionando expansión volumétrica de la perla espumada durante el calentamiento.

44. Un método para la producción de un producto espumado moldeado, comprendiendo los pasos de: crear perlas espumadas de acuerdo con el método de la reivindicación 29; llevar las perlas espumadas bajo condiciones de temperatura y presión para que se obtenga un producto espumado moldeado.

45. El método de la reivindicación 44, caracterizado porque el método usa gas caliente para promover la fusión de las perlas espumadas.

46. El método de la reivindicación 45, caracterizado porque el método usa vapor.

47. El método de la reivindicación 40, caracterizado porque el método usa aire o una mezcla de aire y vapor.

48. El método de la reivindicación 35, caracterizado porque el aditivo se selecciona del grupo que consiste de antioxidantes, fotoestabilizantes , fibras, agentes de expansión, aditivos espumantes, agentes antibloqueo, estabilizadores de calor, modificadores de impacto, biocidas, compatibilizadores , taquificantes , colorantes, agentes de acoplamiento, agentes antiestática, rellenadores conductores de la electricidad, y pigmentos .