MXPA01002729A - Particulas porosas de polimero - Google Patents

Abstract

Partículas porosas de polivinilareno que tienen una densidad aparente do de 600 a 200kg/m3, cuyas partículas contienen un agente nucleante y 2.0%en peso o menos, con base en la cantidad de polivinilareno, de un agente de soplado orgánico volátil. La invención también se relaciona con un proceso para la preparación de estás partículas asícomo para el uso de estás partículas en la preparación de partículas expandidas y artículos de espuma.

Description

PARTÍCULAS POROSAS DE POLÍMERO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con partículas porosas de polímero y un proceso para su preparación. En particular, la invención se relaciona con partículas porosas de polivinilareno, que pueden extenderse en artículos de espuma. Por muchos años se ha conocido que las partículas de polivinilarenos , tales como poliestireno, pueden volverse expandibles y que las partículas obtenidas así pueden utilizarse en la preparación de artículos de espuma. A este respecto, se hace referencia a, por ejemplo, la patente de los Estados Unidos No. 2,681,321 que describe un proceso en donde las partículas de poliestireno están expuestas a hidrocarburos líquidos y tratadas de tal manera que el hidrocarburo líquido se dispersa en las partículas de poliestireno. De esta forma las partículas preparadas contienen por lo general de 4 a 8 % en peso de tal agente de soplado de hidrocarburo líquido, tal como butano, n-pentano o mezclas de pentanos. Estas partículas pueden entonces ser expandidas en forma de burbujas con una densidad reducida. Densidades aparentes para partículas de empaquetamiento típicamente son de Ref: 127626 20 a 60 kg/m3. Una vez expandidas, las partículas se fusionan en un molde calentado a vapor para producir un artículo espumoso de una forma deseada. Uno de los factores que influencia la expansión de las partículas de poliestireno es la cantidad de agente de soplado de hidrocarburo. A partir de Kirk Othmer, Enciclopedia of Chemical Technology, tercera edición, Volumen 21, página 838, 'puede leerse que la densidad de partículas que contienen 5.7 % en peso de n-pentano es típicamente 1080 kg/m3, comparada a un valor de 1050 kg/m3 por burbujas de poliestireno puro y comparada con una densidad calculada de 1020 kg/m3 para una mezcla sencilla en donde el n-pentano se disuelve en poliestireno. Si todo el pentano estuviera en vacíos la densidad sería 1120 kg/m3. De esta forma se ha sugerido que parte del agente de soplado de hidrocarburo está presente en pequeños vacíos en el poliestireno. La persona experta apreciará que las densidades anteriores son densidades de partícula, que pueden ser recalculadas a densidades aparentes. Una densidad de partícula de 1080 kg/m3 corresponde a una densidad aparente de alrededor de 720 kg/m3. Una desventaja de la práctica presente es que durante el transporte y almacenaje de las partículas no expandidas el agente de soplado orgánico volátil puede evaporarse de las partículas, en particular de los vacíos. Cuando las partículas son transportadas y/o almacenadas a temperaturas de variación y/o duración, las cantidades de por ejemplo pentano retenidas pueden variar significativamente. Aparte de las medidas de seguridad extra que tienen que ser tomadas durante el transporte, envasado hermético similar al gas, se apreciará que tal variación puede tener un efecto en la espuma resultante obtenida después de la expansión. Además, el proceso de expansión por sí mismo también provoca que los agentes de soplado orgánicos originalmente presentes en las partículas no expandidas se emiten en el medio ambiente. Para reducir las emisiones, se ha desarrollado un equipo complicado para recolectar el agente de soplado emitido para otro manejo, por ejemplo combustión. Este equipo es para ser instalado para las facilidades del usuario final de las partículas, es decir el cliente quién produce los artículos de espuma. Esto requiere pericia adicional e inversiones con estos clientes. Por lo tanto llega a ser un objetivo de esta invención preparar partículas de polivinilareno que puedan ser expandidas salvo que no tenga problemas de seguridad, ambiental y relacionadas con la espuma.

A partir de la patente de Gran Bretaña No. 1,106,143 y la solicitud del PCT No. WO 98/01489 las partículas expandibles son conocidas en donde se utiliza agua como agente de soplado. Aunque tales partículas evitan algunos de los problemas mencionados, una de las desventajas de tales partículas es que el agua es menos volátil que los agentes de soplado más convencionales. Por lo tanto, las medidas específicas necesarias que son tomadas para estimular la evaporación de agua para llegar a una capacidad de expansión adecuada. En la patente de la Gran Bretaña No. 1,106,143 se hace referencia específica al hecho de que un agente de soplado orgánico, volátil adicional necesita ser agregado para obtener una capacidad de expansión satisfactoria. De esta forma el concepto inventivo surge para preparar partículas de polivinilareno expandibles de alta densidad, que podrían entonces ser expandidas utilizando un agente de soplado inocuo. Sin embargo, las partículas de alta densidad conocidas aún contienen una cantidad relativamente alta de agente de soplado orgánico volátil. A este respecto, se hace referencia a la patente de los Estados Unidos No. 3,973,884 que describe burbujas de polímero con una densidad relativamente alta. La patente específicamente describe que para la producción de partículas de poliestireno para aplicaciones de densidad más alta es posible utilizar menos pentano u otro agente de soplado que ha sido utilizado en partículas para aplicaciones de baja densidad. Sin embargo, la patente mantiene que la diferencia es pequeña y que en las partículas para aplicaciones de baja densidad el contenido de pentano puede ser 6-7.2% en peso, mientras para las aplicaciones de alta densidad las partículas de poliestireno contienen 5.8 a 7.0% en peso de pentano. Cuando estas partículas son expandidas a densidades relativamente altas, solo una pequeña cantidad de pentano será necesaria para la expansión. Por consiguiente, las partículas de alta densidad resultantes aún contendrán aproximadamente 4.3 a 5.5% en peso de pentano. La invención actual ahora proporciona una partícula que evita todas las desventajas mencionadas en lo anterior. Por consiguiente, la presente invención proporciona partículas porosas de polivinilareno que tienen una densidad aparente d0 de 600 a 200 kg/m3, cuyas partículas contienen un agente nucleante y 2.0% en peso o menos, con base en la cantidad de polivinilareno, de un agente de soplado orgánico volátil. Será evidente que estas partículas tengan erradicados todos los problemas mencionados en lo anterior. Debido a que la cantidad de agente de soplado orgánico volátil es de 2.0% en peso o menos, la mayoría, si no toda, de la misma está disuelta en la matriz polimérica, de tal manera que no se evapora fácilmente. Las partículas porosas de polivinilareno de acuerdo con la presente invención son partículas típicamente pre-expandidas . Esto supone la ventaja que las partículas ya tienen una estructura de cierto poro (célula) . Debido a que la pre-expansión ha sido conducida de tal manera que la densidad aparente varía de 600 a 200 kg/m3, los poros son relativamente pequeños y el volumen aumentado comparado con la partícula no expandible es muy pequeño de tal manera que los costos de transportación no llegan a ser prohibitivos. Adecuadamente, la densidad aparente do varía de 530 a 250 kg/m3. Típicamente, esto significa que el volumen de la partícula pre-expandida pudo haberse incrementado por desde aproximadamente 1.5 a menos de 3 veces comparado con el volumen de la partícula no expandida original. De esta forma, el incremento del volumen no ha llegado a ser tal que los costos de transportación valen más que las ventajas. Más adecuadamente, la densidad aparente d0 varía de 450 a 350 kg/m3. Los poros son adecuadamente tales que el tamaño de poro promedio es de 5 a 100 µm, de preferencia de 5 a 60, de mayor preferencia de 10 a 40 µm . El tamaño de poro promedio se mide cortando la mitad de las partículas por y formando imágenes las muestras con un Microscopio Electrónico con Barrido JEOL JSM T220A, utilizando un haz de energía de 10 keV, una distancia de trabajo de manera continua de 8-38 mm, una formación de imágenes electrónicas secundarias, y una resolución de 5 nm (JEOL es una marca comercial) . La presencia de una cierta estructura de poro en las partículas de la presente invención permitiéndoles ser impregnadas por un agente de soplado inocuo. Las partículas de la presente invención contienen un agente nucleante, que es un compuesto que promueve la formación de células. Los agentes nucleantes adecuadamente existen como una fase separada en el sistema de poliestireno/agente de soplado/agente nucleante a una temperatura de transición vitrea de la mezcla de poliestireno/agente de soplado. Ventajosamente, homogéneamente están distribuidas por toda la matriz de polivinilareno. De preferencia, un agente nucleante tiene un tamaño de partícula promedio de 100 nm a 10 µm, medido por microscopía electrónica, de más preferencia de 120 nm a 5 µm, de mayor preferencia de 140 nm a 1 µm. Los agentes nucleantes son adecuadamente utilizados en una cantidad de 0.01 a 3% en peso, con base en vinilareno, de preferencia en una cantidad de 0.05 a 2% en peso. Ejemplos de agentes nucleantes son compuestos inorgánicos, compuestos orgánicos y partículas de polímero finamente dispersados. Ejemplos son compuestos de carbonato tales como carbonato de calcio, compuestos de sulfato tales como sulfato de bario y sulfato de calcio, compuestos de silicato tales como talco, arcilla, silicato de magnesio, partículas de sílice amorfa, zeolitas, tierra diatomácea, óxidos tales como óxido de magnesio y óxido de titanio, mezclas de bicarbonato de sodio con ácido cítrico, compuestos que contienen bromo orgánico, compuestos de naftaleno, hidrocarburos aromáticos policíclicos, negro de carbón, coques, carbones de leña, grafito y polvo de diamante, derivados de parafina y ácido graso tales como compuestos de estearato y palmitato. Ejemplos de partículas de polímero adecuadas son cloruro de polivinilo, polipropileno, polietileno, hule butadieno-estireno de acrilonitrilo, hule de estireno-butadieno, copolímero de estireno/anhídrido maleico, celulosa. Ejemplos adicionales incluyen polímeros polares como se describió en, por ejemplo, WO 98/01501 que comprende por ejemplo almidón, y almidón modificado por esterificación o eterificación, emulsificadores como se describió por ejemplo en, WO 98/01488 y WO 98/01489 que comprenden bisalquilsulfosuccinatos , sorbitol-C8-C20-carboxilatos , y sulfonatos de alquil-xileno de Cß-C2o. Particularmente adecuado como agente nucleante son ceras de polietileno que tienen un peso molecular promedio en peso de 500 a 5,000, que son normalmente divididos finamente a través de la matriz polimérica en una cantidad de 0.01-1.0% en peso, con base en la cantidad de vinilareno, de preferencia de 0.1 a 0.5% en peso . La cantidad de agente de soplado orgánico volátil en la partícula de acuerdo con esta invención es 2.0% en peso o menos, con base en la cantidad de polivinilareno. De preferencia, la cantidad de agente de soplado orgánico es menos del 1.5% en peso. De más preferencia la cantidad del agente de soplado orgánico volátil es tan bajo como sea posible, por ejemplo menos del 1.0% en peso. Los agentes de soplado orgánicos volátiles son bien conocidos en la técnica y son típicamente agentes de soplado orgánicos alifáticos de C2-Ce, tales como propano, butano, pentano, hexano, ciciohexano o agentes de soplado orgánico halogenados. De más preferencia, las partículas son libres de un agente de soplado orgánico.

Ventajosamente, las partículas de polímero de acuerdo con la presente invención contendrán menos del 3.0% en peso, con base en la cantidad de polivinilareno, de agua. Esta cantidad de agua es típicamente exacta a la cantidad máxima que permanece después de una polimerización de suspensión convencional. Contrario a las enseñanzas de la patente de la Gran Bretaña No. 1,106,143 y la solicitud del PCT No. WO 98/01489, medidas específicas no han sido tomadas para retener agua adicional en las partículas. De preferencia, la cantidad de agua es menos del 1.5% en peso, de más preferencia menos del 0.5% en peso. Las partículas porosas de acuerdo con la presente invención se pueden preparar en diversas formas. Una forma posible sería pre-expandir partículas de polivinilareno expandibles convencionales a una densidad aparente de entre 600-200 kg/m3 y para someter éstas a vacío y/o calentar para evaporar el exceso (relativamente grande) del agente de soplado. Sin embargo, es deseable pre-expandir el agente de soplado que contiene menos partículas de polivinilareno expandibles. Por consiguiente, se prefiere preparar las partículas porosas de acuerdo con la invención utilizando un proceso en donde las partículas de polivinilareno expandibles contienen un agente nucleante y de 0.5 a 4.0% en peso de un agente de soplado orgánico de C2-C6, con base en polivinilareno, se pre-expanden a una densidad aparente de 600 a 200 kg/m3. De más preferencia, las partículas porosas de acuerdo con la invención se preparan utilizando un proceso en donde las partículas de polivinilareno expandibles contienen de 0.5 a 2.0% en peso de un agente de soplado orgánico volátil, con base en polivinilareno, se pre-expanden a una densidad aparente de 600 a 200 kg/m3. Alternativamente, se ha encontrado que las partículas porosas de polímero pueden también ser preparadas por expansión de las partículas obtenidas mediante un proceso como se describió en la solicitud No. 98203098.3 co-pendiente del Solicitante. En la presente, se impregnan partículas poliméricas de polivinilareno compactas por un gas que contiene N2-y/o 02 inorgánico a una temperatura por debajo de 95°C y a una presión manométrica de 100 a 2,000 kPa, para producir partículas de polivinilareno expandibles. Otra posibilidad es preparar la partícula porosa de la presente invención " in - si tu" . A esto, el estireno es polimerizado a granel en un extrusor en presencia de un agente de soplado. Cuando la fusión de polímero caliente existe en el extrusor, el agente de soplado será liberado para efecto de pre-expansión a una densidad de 600-200 kg/m3. Las hebras ligeramente expandidas de polímero se cortan entonces para obtener las partículas de la presente invención. En esta técnica, se preferirá utilizar dióxido de carbono como agente de soplado o agentes de soplado químicos así llamados. Los agentes de soplado químicos son compuestos que liberan componentes gaseosos bajo calentamiento. Los últimos compuestos son usualmente sólidos y son particularmente utilizados en técnicas de polimerización a granel. Ejemplos son compuestos sólidos que liberan el dióxido de carbono o nitrógeno tal como azodicarbonamida. Las partículas de polivinilareno expandibles a partir de las cuales pueden obtener las partículas porosas de acuerdo con la presente invención, se pueden preparar por diversos métodos. Esto incluye técnicas de polimerización a granel, polimerización de solución y polimerización de suspensión. La reacción de polimerización por sí misma puede ser iniciada térmicamente, por vía una polimerización libre de radicales o por vía una polimerización aniónica. El agente de soplado se puede agregar antes, durante o después de la polimerización. Aparte de hidrocarburos, por ejemplo, hidrocarburos de C2-C6 o hidrocarburos halogenados, y agua, distintos agentes de soplado pueden también ser utilizados. Ejemplos son agentes de soplado inorgánico, tales como dióxido de carbono o, en el caso de la solicitud No. 98203098.3 co-pendiente de los Solicitantes, gases que contienen N2 y/o 02 inorgánicos. Otros ejemplos son agentes de soplado químicos. En las técnicas a granel, se lleva a cabo la polimerización en una forma convencional para obtener partículas pequeñas (puntas) que han sido impregnadas con un agente de soplado. En la presente invención, esta impregnación es de preferencia llevada a cabo con 0.5 a 4% en peso de un agente de soplado orgánico de C2_s, de más preferencia con 0.5 a 2.5% en peso de un agente de soplado orgánico de C2_ß. Puede ser agregado un agente nucleante antes o durante la polimerización a granel . Ventajosamente, se preparan las partículas expandibles en un proceso de polimerización de suspensión en donde se polimeriza vinilareno en una suspensión acuosa en presencia de un agente nucleante y de 0.1 a 1% en peso de un iniciador de radicales libres, en donde se agrega un agente de soplado orgánico de C2-6 antes, durante o después de la polimerización, en donde la cantidad de agente de soplado es de 0.5 a 4% en peso, con base en la cantidad total de vinilareno, para producir partículas de polivinilareno expandibles. Puede ser agregado el agente nucleante antes o durante la polimerización, de preferencia antes. De más preferencia, se preparan las partículas expandibles en tal proceso, en donde la cantidad de agente de soplado es de 0.5 a 2.5% en peso, con base en la cantidad de vinilareno. Para la polimerización de suspensión muchos métodos e iniciadores son conocidos. A este respecto, se hace referencia a, por ejemplo, la patentes de los Estados Unidos Nos. 2,656,334 y 3,817,965, y la solicitud de patente Europea No. 488,040. Los iniciadores mencionados en la presente son también aplicables en la preparación de las partículas de la presente invención. Particularmente adecuados son compuestos peroxi orgánicos, tales como peróxidos, carbonatos de peroxi y perésteres. Ejemplos típicos de estos compuestos peroxi son peróxidos de acilo de Ce-zo t tales como peróxido de decanoilo, peróxido de benzoilo, peróxido de octanoilo, peróxido de estearilo, perésteres tales como perbenzoato de t-butilo, peracetato de t-butilo, perisobutirato de t-butilo, hidroperóxidos y peróxidos de dihidrocarbilo, tales como aquellos que contienen porciones hidrocarbilo de C3_?o, incluyendo hidroperóxido de di-isopropilbenceno, peróxido de di-t-butilo, t-butilperoxi- (2-etilhexil ) -carbonato, peróxido de dicumilo o combinaciones de los mismos. Otros iniciadores diferentes de compuestos peroxi son también posibles, por ejemplo a,a'-azobis-isobutironitrilo . La polimerización de suspensión se lleva a cabo adecuadamente en presencia de estabilizadores de suspensión. Los estabilizadores de suspensión adecuados son bien conocidos en la técnica y comprenden poli (alcohol vinílico), gelatina, agar, polivinilpirrolidona, poliacrilamida, estabilizadores inorgánicos tales como alúmina, bentonita, silicato de magnesio o fosfatos como fosfato tricálcico y/o fosfato ácido disódico, opcionalmente en combinación con cualquiera de los compuestos estabilizantes mencionados anteriormente. La cantidad de estabilizador puede variar adecuadamente de 0.1 a 0.9 % en peso, con base en el peso de la fase acuosa . La polimerización de suspensión se lleva a cabo adecuadamente en dos etapas de temperatura, en donde la temperatura en la primera etapa es de 85 a 1I0°C y en la segunda etapa es de 115 a 140°C. Las partículas de polivinilareno expandibles adecuados tienen un tamaño de partícula promedio de 0.2-3.0 mm. Para pre-expandirlas, estas partículas pueden ser expuestas a una temperatura donde el polivinilareno pías tificará , y provocará la evaporación del agente de soplado. Esto resultará en una pequeña pre-expansión de las partículas de polivinilareno expandibles en las partículas de la presente invención. Se puede llevar a cabo esta pre-expansión por diversos métodos. Los métodos adecuados bien conocidos incluyen el uso de baños de aceite, infrarrojos o microondas o vapor. Se puede utilizar el vapor de temperaturas de 100 a 168°C a presiones manométricas de 0 a 600 kPa, dependiendo de la presencia de aditivos y/o otros polímeros en la partícula de polivinilareno expandible. En el caso de poliestireno, se prefiere utilizar vapor saturado de una temperatura de 100-125°C a presiones manométricas de 0 a 230 kPa. Las partículas expandibles pueden también ser pre-expandidas exponiéndolas a agua caliente. Se prefiere este método. En esta modalidad el agua adecuadamente tiene una temperatura desde 60 a 100°C y la exposición tiene una duración de 5 a 120 minutos. El método más preferido para la pre-expansión en la presente invención es el uso de aire caliente, que tiene una temperatura desde 90-200°C, de preferencia de 95-160°C y de mayos preferencia de 100-140°C. La exposición de preferencia tiene una duración de hasta 3 horas .

El vinilareno comprendido en las partículas porosas de polímero de la presente invención consisten de preferencia principalmente de estireno. El polivinilareno puede contener hasta 10% en moles de otro monómero que contiene un grupo vinilo, tal como acrilonitrilo, ácido acrílico o metacrílico o esteres, estireno sustituido, tal como cloroes tireno , o a-metilestireno, o divinilbenceno. Sin embargo, de preferencia el vinilareno en el polivinilareno consiste por más del 99% en moles de estireno. De más preferencia, el polivinilareno es poliestireno. Puede ser ventajoso polimerizar el vinilareno en presencia de otros polímeros tales como óxido de polifenileno. Estos otros polímeros se pueden agregar antes o durante la reacción de polimerización, o se pueden formar in -si t ? previo al comienzo de la polimerización de vinilareno. Han sido descritos óxidos de polifenileno adecuados en la EP-A-350137, EP-A-403023 y EP-A-391499. El óxido de polifenileno está presente de preferencia en una cantidad entre 1 y 30 % en peso, con base en la cantidad de vinilareno, y puede mejorar la rigidez del polímero de polivinilareno. Las partículas de polivinilareno expandibles y/o porosas pueden contener diversos aditivos convencionales. Tales aditivos incluyen agentes de transferencia de cadena y agentes de reticulación. Ejemplos adecuados de agentes de transferencia de cadena son alquil mercaptanos de C2_?5 tales como n-dodecil _ mercaptano, t-dodecil mercaptano, t-butil mercaptano y n-butil mercaptano. Otros agentes son pentafenil etano y el dímero de un a-metil estireno. Ejemplos de agentes de reticulación son butadieno y divinilbenceno . Las partículas expandibles y/o pre-expandidas puede también contener aditivos anti-estát icos , pirorretardantes tales como hexabromociclododecano, tintes, material de relleno, estabilizadores, plastificantes tales como aceite blanco, y lubricantes. Las partículas son cubiertas adecuadamente con composiciones de recubrimiento que comprenden silicones, silicatos de metal o carboxilatos de glicerol. Los carboxilatos adecuados son mono-, di- y tri-estearato de glicerol, estearato de zinc, y mezclas de los mismos. Ejemplos de tales composiciones han sido descritos en la patente de la Gran Bretaña No. 1,409,285. En lugar de estearato, puede también utilizarse un citrato o palmitato. Las composiciones de recubrimiento han sido aplicadas a las partículas por vía recubrimiento en seco en un mezclador de cinta o por vía una suspensión o solución en un líquido que se evapora fácilmente.

Contrario a las partículas de polivinilareno de alta densidad convencionales, las partículas de acuerdo con la presente invención son prácticamente no expandibles. Esto significa que cuando se exponen a condiciones de expansión convencionales, es decir, expuestas a vapor saturado sobre presión atmosférica para alcanzar una temperatura final de 105°C por 30 segundos, las partículas de la presente invención expandidas a una densidad aparente que es a lo más tres veces inferior que d0. De preferencia, las partículas de acuerdo con la presente invención expandidas bajo estas condiciones a una densidad de a lo más dos veces inferior que d0. Para proporcionar las partículas de la presente invención suficientemente expandibles, se impregnan por un agente de soplado. Por consiguiente, la presente invención también proporciona el uso de las partículas porosas de acuerdo con esta invención en la preparación de partículas expandidas y artículos de espuma. De preferencia, el agente de soplado que es impregnado es un gas inorgánico. Como ya se explicó en lo anterior, el volumen de la partícula pre-expandida puede haber incrementado por aproximadamente 1.5 a menos de 3 veces comparado con el volumen de la partícula no expandida original. Esto asegura que los poros en la partícula pre-expandida son de tal tamaño que una cantidad razonable de gas inorgánico puede ser impregnada en los vacíos de las partículas. Significa "inorgánico" que los gases impregnantes puede contener a lo más 1% en volumen, con base en el volumen del gas, de compuestos orgánicos, de preferencia a lo más 0.5% en volumen. De más preferencia, los gases inorgánicos no contienen ninguno de los compuestos orgánicos. Un ejemplo de un gas inorgánico adecuado es dióxido de carbono. Sin embargo, esto interfiere con la matriz de polivinilareno. Como muchos agentes de soplado comerciales se disuelven hasta cierto punto dentro de la matriz polimérica. Esto significa que para algunas solicitudes tendrá que se eliminada con esfuerzo en vista de los efectos negativos potenciales, por ejemplo en el campo de seguridad, salud o toxicología. Dióxido de carbono, que es también un gas de estufa bien conocido, por lo tanto no es preferido. Se prefieren gases inorgánicos que no tengan tal efecto negativo y que muestran menos interacción con la matriz polimérica. Ejemplos de tales gases son gases que contienen N2 y/o 02 inorgánicos, helio, neón y argón. De más preferencia, el gas inorgánico utilizado para la impregnación se selecciona de gases que contienen N2 y/o 02 inorgánicos. Estos gases adecuadamente contienen más del 90% en volumen, con base en el volumen del gas, de N2 y/o 02, más adecuadamente del 95% en volumen. De mayor preferencia, el gas es nitrógeno o aire. No solo estos gases interfieren apenas con la matriz polimérica, pero también son efectivos y baratos y no tienen ambiente negativo o impacto a la salud. La impregnación puede ser conducida en muchas formas. Sin embargo, se prefiere impregnar las partículas de acuerdo con esta invención por medio de un gas inorgánico exponiendo las partículas al gas a temperaturas que varían de 0 a 95°C. De esta forma los vacíos en las partículas son rellenados con el gas sin el polivinilareno que se calienta de tal manera que se deforma. Tal deformación puede tener un efecto nocivo en la estructura y propiedades de los vacíos y de ese modo tendría un impacto negativo en su capacidad para expandirse de las partículas impregnadas resultantes. Además, la baja temperatura asegura que las partículas permanecen libres de fluido y no se peguen entre sí, lo cual puede ocurrir si la impregnación se conduciría a temperaturas más altas. Los intervalos de temperatura preferidos son de 0 a 50°C, de más preferencia de 10 a 30°C. De mayor preferencia, la temperatura utilizada es temperatura ambiente.

La impregnación es adecuadamente tal que en los poros de la partícula porosa se logra una presión manométrica de 100 a 1,500 kPa. Las presiones manométricas preferidas en los poros están entre 200 y 1,000 kPa, de más preferencia entre presiones manométricas de 300 y 800 kPa . Las presiones manométricas inferiores de 100 kPa significarían que los vacíos serían principalmente rellenados con gas, por ejemplo nitrógeno o aire, a aproximadamente la presión atmosférica'. Tal reemplazo resultaría en una expansión insuficiente, si lo hay. Presiones manométricas más altas de 1,500 kPa son posibles, pero estas son indeseables por razones económicas y de seguridad. La presión externa aplicada, requerida para establecer la presión deseada en los poros, es de preferencia de 100 a 2,000 kPa. Aunque es posible utilizar presiones externas más altas, esto requeriría mejores recipientes de presión equipados y harían muestras más difíciles. De preferencia, la presión externa máxima empleada es de 1,500 kPa. Adecuadamente, la presión externa aplicada es la misma que la presión deseada en los poros de la partícula porosa. Después de la impregnación con un agente de soplado, las partículas impregnadas obtenidas son adecuadamente expandidas a una densidad aparente de al menos tres veces inferior que d0. De preferencia, las partículas impregnadas son expandidas a una densidad de al menos 5 veces inferior que d0. Aunque la expansión puede ser conducida a cualquier densidad aparente deseada, es práctico conducir la expansión a una densidad aparente que es hasta 20 veces, de más preferencia hasta 40 veces inferior que d0 • La expansión puede llevarse a cabo por los mismos métodos descritos para la pre-expansión. El uso de vapor es preferido como método de expansión. Las partículas expandidas son subsecuentemente fusionadas juntas en un molde para producir artículos de espuma. La presente invención será además ilustrada por los siguientes ejemplos, no limitantes.

EJEMPLOS Todas las densidades aparentes se miden de acuerdo con el siguiente método: Una copa cilindrica de capacidad de 1000 cm3 + /- 2 cm3, que tiene un diámetro interior de 66 mm y una altura de 293 mm se pesó lo más próximo a 0.1 gramo (presión atmosférica, temperatura ambiente). De manera subsecuente, la copa se rellenó con partículas de polivinilareno. Se utilizó un raspador metálico perfectamente liso para golpear ligeramente tres veces contra el lado de la copa y subsecuentemente remueve raspando el exceso de material en la parte superior de la copa, sin agitar la copa. El material en la copa se pesó lo más próximo a 0.1 gramo de las partículas de polivinilareno en gramos de 1 cm3 se calculó y convirtió a kg/m3. Todos los contenidos de pentano se midieron con cromatografía de gas utilizando N-hexano como el estándar interno. Todos los contenidos de agua se midieron de acuerdo con el método de Karl Fischer.

Ejemplo 1 Preparación de partículas EPS Se prepararon partículas de poliestireno por medio de un proceso de polimerización de suspensión. A esto, se mezclaron 4,000 gramos de agua desmineralizada (4 litros), 3680 gramos de estireno (4 litros), estabilizadores de suspensión convencionales, 0.25 % en peso, con base en el peso de estireno, de una cera de polietileno, y 0.25 % en peso de aceite blanco a una velocidad de agitación de 475 rpm. La polimerización se inició aumentando la temperatura a 86°C y por adición de iniciadores de peróxido (0.65 % en peso) . Además, se agregó 0.05 % en peso de dímero de a-metilestireno. Después de alrededor de 6 horas, se agregó 81 gramos de pentano (mezcla de 75 % en peso de n-pentano y 25 % en peso de iso-pentano) y la temperatura se elevó alrededor de 120°C donde se mantuvo durante 2 horas. Después de terminar la polimerización, se enfrió la mezcla de reacción. Las partículas de poliestireno resultantes contuvieron 2.1% en peso de pentano, con base en el peso del poliestireno, teniendo un tamaño de partícula en el intervalo de 0.4-0.7 mm, y un contenido de cera de polietileno de 0.25% en peso, con base en el peso de poliestireno.

Pre-expansión Se colocaron las partículas de poliestireno en un baño de agua a 100°C por 900 segundos.

Subsecuentemente, se secaron a 60°C por 15 minutos.

Las partículas pre-expandidas resultantes tuvieron una densidad a granel d0 de 500 kg/m3, un contenido de pentano de 1.77% en peso, con base en el peso de poliestireno, y un contenido de agua de 0.2% en peso.

Expansión Las partículas de poliestireno pre-expandidas se colocaron en un expansor de vapor de lote KURTZ KV450, utilizando vapor saturado sobre presión atmosférica para alcanzar una temperatura final de 105°C (KURTZ es una marca comercial) . El tiempo de expansión fue de 30 segundos. Las partículas se expandieron a una densidad a granel d de 362 kg/m3. La relación calculada d0/d fue de 1.4.

Ejemplo 2 El procedimiento de acuerdo con el Ejemplo 1 se repitió con la excepción de que las partículas de poliestireno se pre-expandieron en un pre-expansor de lote KURTZ KV450, utilizando una presión manométrica de vapor de 80 kPa a una temperatura de 117 °C por 15 segundos. Las partículas pre-expandidas resultantes tuvieron una densidad a granel d0 de 536 g/1, un contenido de pentano de 1.92% en peso, con base en el peso de poliestireno, y un contenido de agua de 0.1% en peso. Después que se colocaron en el expansor de vapor de lote KURTZ KV450 las partículas pre-expandidas se expanden a una densidad a granel d de 427 kg/m3. La relación calculada dQ/d fue de 1.3.

Ejemplo 3 El procedimiento de acuerdo con el Ejemplo 1 se repitió con la excepción de que las partículas de poliestireno se pre-expandieron en un pre-expansor de lote KURTZ KV450, utilizando una presión manométrica de vapor de 80 kPa a una temperatura de 117°C por 45 segundos. Las partículas pre-expandidas resultantes tuvieron una densidad a granel d0 de 256 kg/m3, un contenido de pentano de 1.77% en peso, con base en el peso de poliestireno, y un contenido de agua de 0.1% en peso. Después que se colocaron en el expansor de vapor de lote KURTZ KV450 las partículas pre-expandidas se expanden a una densidad a granel d de 124 kg/m3. La relación calculada d0/d fue de 2.1.

Ejemplo 4 El procedimiento de acuerdo con el Ejemplo 1 se repitió con la excepción de que se utilizó 62 gramos de pentano en suspensión. Las partículas de poliestireno resultantes contuvieron 1.6% en peso de pentano y tuvieron un tamaño de partícula en el intervalo de 0.7-0.9 mm . La cantidad de cera de polietileno fue de 0.25% en peso. Subsecuentemente, las partículas de poliestireno se pre-expandieron en un pre-expansor de lote KURTZ KV450, bajo una presión manométrica de 40 kPa a una temperatura de 109°C por 20 segundos. Las partículas pre-expandidas resultantes tuvieron una densidad a granel d0 de 350 kg/m3, un contenido de pentano de 1.1% en peso, con base en el peso de poliestireno, y un contenido de agua de 0.1% en peso. Subsecuentemente, las partículas pre-expandidas se colocaron en un expansor de vapor de lote KURTZ KV450 por 30 segundos utilizando vapor saturado sobre presión atmosférica para alcanzar una temperatura final de 115°C en lugar de 105°C. Las partículas se expandieron a una densidad a granel d de 125 kg/m3. La relación calculada d0/d fue de 2.8.

Ejemplo 5 Preparación de partículas EPS Se prepararon partículas de poliestireno por medio de un proceso de polimerización de suspensión. A esto, se mezclaron 67.7 kilogramos de agua desmineralizada (67.7 litros), 79.34 kilogramos de estireno (86.4 litros), estabilizadores de suspensión convencionales, 0.5 % en peso, con base en el peso de estireno, de una cera de polietileno a una velocidad de agitación de 170 rpm. La polimerización se inició aumentando la temperatura a 86°C y por adición de iniciadores de peróxido (0.57 % en peso) . Después de alrededor de 4.5 horas, se agregó 2.5 litros de pentano (mezcla de 75 % en peso de n-pentano y 25 % en peso de iso-pentano) y la temperatura se elevó alrededor de 120°C donde se mantuvo durante 2 horas. Después de terminar la polimerización, se enfrió la mezcla de reacción. Las partículas de poliestireno resultantes contuvieron 1.66% en peso de pentano, con base en el peso del poliestireno, teniendo un tamaño de partícula en el intervalo de 0.4-0.7 mm, y un contenido de cera de polietileno de 0.5% en peso, con base en el peso de poliestireno.

Pre-expansión Se pre-expandieron las partículas de poliestireno sometiéndolas en aire caliente teniendo una temperatura de 97-100°C por 2700 segundos. Las partículas pre-expandidas resultantes tuvieron una densidad a granel d0 de 428 kg/m3, un contenido de pentano de 1.29% en peso, con base en el peso de poliestireno, y un contenido de agua de 0.2% en peso.

Expansión Las partículas de poliestireno pre-expandidas se colocaron en un expansor de vapor de lote KURTZ KV450, utilizando vapor saturado sobre presión atmosférica para alcanzar una temperatura final de 105°C. El tiempo de expansión fue de 30 segundos. Las partículas se expandieron a una densidad a granel d de 316 kg/m3. La relación calculada d0/d fue de 1.4.

Ejemplo 6 Preparación de partículas EPS Se prepararon partículas de poliestireno por medio de un proceso de polimerización a granel seguido por un proceso de polimerización de suspensión. A esto, se mezclaron 69 litros de estireno, 354 gramos de anhídrido maleico y 1000 g de almidón en un agitador a una velocidad de 175 rpm. La polimerización se inició aumentando la temperatura a 120°C y por la adición de iniciadores de peróxido (0.025 % en peso) . Después de 90 minutos, la mezcla se enfrió a 60°C y se transfirió a otro recipiente. Aquí, 91 kilogramos de agua desmineralizada (91 litros), la mezcla de polimerización a granel obtenida y estabilizadores de suspensión convencionales, se mezclaron a una velocidad de agitación de 175 rpm. La polimerización se inició aumentando la temperatura a 86°C y por adición de iniciadores de peróxido (0.30 % en peso) . Después alrededor de 5 horas, la temperatura se elevó a alrededor de 120°C donde se mantuvo durante 1.5 horas. Después de terminar la polimerización, se enfrió la mezcla de reacción.

Las partículas de poliestireno resultantes contuvieron 2.6% en peso de agua, con base en el peso del poliestireno, tuvieron un tamaño de partícula en el intervalo de 0.9-1.6 mm.

Pre-expansión Las partículas de poliestireno sometidas a aire caliente tuvieron una temperatura de 127°C por 100 segundos. Las partículas pre-expandidas resultantes tuvieron una densidad a granel d0 de 330 kg/m3.

Expansión Las partículas de poliestireno pre-expandidas se colocaron en un expansor de vapor de lote KURTZ KV450, utilizando vapor saturado sobre presión atmosférica para alcanzar una temperatura final de 117°C en lugar de 105°C. El tiempo de expansión fue de 30 segundos. Las partículas se expandieron a una densidad a granel d de 298 kg/m3. La relación calculada d0/d fue de 1.1.

Experimento Comparativo Se prepararon partículas de poliestireno expandibles de acuerdo con el método del Ejemplo 1, con la excepción que se utilicen 267 gramos de pentano en lugar de 81 gramos. Las partículas de poliestireno resultantes contuvieron 6.2% en peso de pentano, tuvieron un tamaño de partícula en el intervalo de 0.4-0.7 mm y contuvieron 0.25% en peso de una cera de polietileno. Subsecuentemente, se pre-expandieron las partículas de poliestireno colocándolas en un baño de agua con una temperatura de 70°C por 600 segundos. Las partículas pre-expandidas resultantes tuvieron una densidad a granel d0 de 520 kg/m3, un contenido de pentano de 5.9% en base en la cantidad de vinilareno y un contenido de agua de 0.15% en peso. Después que se colocaron en el expansor de vapor de lote KURTZ KV450 bajo las condiciones del ejemplo 1, las partículas se expandieron a una densidad a granel d de 14.9 kg/m3. La relación calculada d0/d fue de 34.9. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención .

Claims (11)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Partículas porosas de polivinilareno que tienen una densidad aparente d0 de 600 a 200 kg/m3, caracterizadas porque las partículas contienen un agente nucleante y 2.0% en peso o menos, con base en la cantidad de polivinilareno, de un agente de soplado orgánico volátil.

2. Partículas de conformidad con la reivindicación 1, caracterizadas porque tienen una densidad aparente de 530 a 250 kg/m3.

3 . Partículas de conformidad con la reivindicación 1 6 2 , caracteri zadas porque conti enen menos del 3 . 0 % en peso , con base en la cantidad de polivinil areno , de agua .

4. Partículas de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizadas porque cuando se exponen a vapor saturado sobre presión atmosférica para alcanzar una temperatura final de 105°C por 30 segundos, se expanden a una densidad aparente que es a lo más tres veces inferior que d0 •

5. Partículas de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizadas porque tienen poros con un tamaño de poro promedio de 5 a 100 µm.

6. Partículas de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizadas porque el polivinilareno es poliestireno.

7. Proceso para la preparación de partículas porosas de polivinilareno, caracterizado porque las partículas de polivinilareno expandibles contienen un agente nucleante y de 0.5 a 4% en peso de un agente de soplado orgánico de C2_6, con base en polivinilareno, se pre-expanden a una densidad aparente de 600 a 200 kg/m3.

8. Proceso de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque las partículas de polivinilareno expandibles se preparan en un proceso de polimerización de suspensión en donde se polimeriza vinilareno en suspensión acuosa en presencia de un agente nucleante y de 0.1 a 1% en peso de un iniciador de radicales libres, en donde se agrega un agente de soplado orgánico de C2_6 antes, durante o después de la polimerización, en donde la cantidad de agente de soplado es de 0.5 a 4% en peso, con base en la cantidad de vinilareno, para producir partículas de polivinilareno expandibles.

9. Proceso de conformidad con las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque la pre-expansión de las partículas de polivinilareno expandibles se efectúe exponiéndolas en aire caliente.

10. Proceso de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el aire caliente tiene una temperatura desde 90 a 200°C.

11. Uso de las partículas de las reivindicaciones 1 a 7 en la preparación de partículas expandidas y artículos de espuma.