MXPA02003510A

MXPA02003510A - Material en espuma que comprende polimeros isotacticos lineales.

Info

Publication number: MXPA02003510A
Application number: MXPA02003510A
Authority: MX
Inventors: Bernhard Hanke
Original assignee: Procter & Gamble
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 2000-10-02
Publication date: 2002-08-20
Also published as: AU778074B2; AU7746600A; CN1378572A; JP2003511534A; BR0014580A; KR20020042708A; WO2001027191A1; EP1237994A1; CA2386900A1; EP1090949A1; KR100480210B1; CN1193063C

Abstract

La presente invencion se refiere a materiales en espuma que comprenden material polimerico en los cuales la estructura del material polimerico contiene areas amorfas elasticas de tamano de nano escala reforzadas con dominios cristalinos auto dispuestos de nano cristales.

Description

MATERIAL EN ESPUMA QUE COMPRENDE POLÍMEROS ISOTACTICOS LINEALES CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a materiales en espuma que se utilizan por ejemplo en aislamiento, absorción de impactos, amortiguamiento, empaque, sellado, lubricación, absorción de líquidos, conducción de líquidos, filtración de líquidos, aislamiento de calor y gas, proveer sustentación hidráulica, empaque de absorción y almacenamiento de gas. La invención se refiere a materiales en espuma con poros abiertos así como a materiales en espuma con poros cerrados. Específicamente, la presente invención se refiere a materiales en espuma elásticos.

ANTECEDENTES Los materiales en espuma y en particular los materiales en espuma que comprenden polímeros olefínicos son bien conocidos en la técnica y disfrutan de uso extendido a través de la industria. Las áreas típicas de aplicación de tal matepal en espuma ¡ncluyen artículos higiénicos y en particular artículos absorbentes desechables, materiales de empaque. Los materiales en espuma elaborados a partir de poliolefinas de uso común tales como PP, PE, PS, PIB, tienen un número de propiedades útiles. Son materiales bio-compatibles y compatibles con alimentos, estables químicamente, inertes, no tóxicos. Sin embargo, la mayoría de ellos tienen propiedades mecánicas deficientes, incluyendo fuerza/resistencia al desgarre insuficiente, capacidad de estiramiento/elasticidad insuficiente, y similares. Se han propuesto varios métodos en la técnica anterior para proveer propiedades elásticas a tales materiales en espuma. El método utilizado más comúnmente se basa en cambiar la estructura química del polímero introduciendo porciones/uniones articuladas en la cadena principal del polímero. Estos grupos laterales o cadenas laterales proveen más flexibilidad a la estructura de base polimérica evitando la cristalización del polímero, disminuyendo la temperatura de transición de vidrio (Tg) y mejorando la elasticidad del material resultante. Normalmente, los grupos articulados contienen heteroátomos que proveen flexibilidad tales como oxígeno, nitrógeno o cloro colocados en la cadena principal o en grupos laterales voluminosos. Otro método es la masticación del polímero combinando con agentes de plastificación especiales. Sin embargo, ambos métodos requieren que se introduzcan heteroátomos en la molécula o en el volumen del material de recubrimiento. El tercer método propuesto por la técnica anterior para proveer propiedades elásticas a tales materiales en espuma, el cual se acerca más a la presente invención, es explotar la formación de hetero-fases que refuerzan el material volumétrico formando una red física. Para hacer esto se ha utilizado la co-polimerización de bloque de dos o más monómeros diferentes lo que conduce a estructuras de base poliméricas que comprenden bloques con diferentes Tg. Esto resulta en separación de micro-fase en el volumen con formación de dominios cristalinos de refuerzo de un co-polímero enlazados uno con otro mediante cadenas flexibles del segundo co-polímero. En esencia, los materiales en espuma convencionales llevan una amplia variedad de desventajas inherentes incluyendo pero no estando limitadas a fuerza/resistencia al desgarre insuficiente, capacidad de estiramiento/elasticidad insuficiente, no ser biocompatibles, no ser compatibles con alimentos, que comprenden heteroátomos tales como cloro y por consiguiente conducen a residuos tóxicos cuando se queman, y similares. Es un objeto de la presente invención proveer materiales en espuma que superan las desventajas de los materiales en espuma de la técnica anterior. Es un objeto adicional de la presente invención proveer artículos que comprenden materiales en espuma elásticos. Es un objeto adicional de la presente invención proveer un método para fabricar material en espuma de la presente invención. Es un objeto adicional de la presente invención proveer un material en espuma que se puede fabricar con baja variabilidad entre diferentes lotes de material.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención provee un material en espuma polimérico. El material en espuma comprende un homopolímero poliolefíníco que tiene una ¡sotacticidad de menos de 60% de [mmmm] concentración de pentada. La presente invención provee además un método para fabricar el material en espuma polimérico de la presente invención que comprende un paso de procesar el material polimérico, dicho paso de procesamiento seleccionado del grupo consistente de expansión de gas inerte, expansión de solvente evaporado, expansión reactiva de gas reactivo, emulsión de alta fase interna, expansión de esfera, y combinaciones de las mismas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención provee materiales en espuma que comprenden un homopolímero poliolefíníco. El término "homopolímero poliolefínico" como se utiliza en la presente, se refiere a aquellas poliolefinas que comprenden únicamente una fase de moléculas todas las cuales exhiben una configuración estereoquímica similar. Por ejemplo, las combinaciones de polímeros atácticos e isotácticos en donde las dos fases se han polimerizado simultáneamente se excluyen cuando se utiliza este término. El término homopolímero incluye copolímeros en donde todas las moléculas exhiben una configuración estereoquímica similar. El homopolímero poliolefínico de la presente invención puede comprender polímeros ¡sotácticos lineales que tienen una estructura de uno o varios monómeros olefínicos de C3 a C2o, que tienen una isotacticidad de menos de 60%, preferiblemente menos de 55%, más preferiblemente menos de 50%, y más preferiblemente menos de 45% de [mmmm] concentración de pentada, y que tienen una isotacticidad de más de 10%, preferiblemente más de 15%, más preferiblemente más de 20%, y más preferiblemente más de 25% de [mmmm] concentración de pentada. Preferiblemente, el homopolímero políolefínico es polipropileno. La isotacticidad de los homopolímeros se puede reducir comparada con los polipropilenos isotácticos de la técnica anterior debido a distribución estadística de errores estereoscópicos en la cadena de polímero. El término "error estereoscópico" se refiere a una secuencia estereoscópica caracterizada por una pentada [mrrm]. En este caso, el monómero central tiene una configuración estéreo opuesta a los otros cuatro monómeros en esta pentada. La concentración de pentada [mrrm] de este polímero por lo tanto está por arriba de la probabilidad estadística de p2 (1-p)2 en donde p = [m] y por consiguiente 1-p = [r] y p4 = [mmmm]. Preferiblemente, la concentración de pentada es de al menos [p (1-p)]q p (1-p) con q siendo 0.8, más preferiblemente q siendo 0.6, aún más preferiblemente q siendo 0.4, más preferiblemente q siendo 0.2, más preferiblemente q siendo 0.1.

En algunas modalidades del homopolímero y en particular en aquellas modalidades en donde la cristalinidad se reduce por medio de errores estéreo sencillos, se ha probado que es benéfico un bajo contenido de secuencias atácticas para las propiedades de la espuma de la presente invención. Preferiblemente, la concentración de pentada [rmrm] está por debajo de 6%, más preferiblemente por debajo de 5%, aún más preferiblemente por debajo de 4%, más preferiblemente por debajo de 3%, más preferiblemente por debajo de 2.5%. En algunas modalidades del homopolímero y en particular en aquellas modalidades en donde la cristalinidad se reduce por medio de errores estéreo sencillos, se ha probado que es benéfico un bajo contenido de secuencias sindiotácticas para las propiedades de la espuma de la presente invención. Preferiblemente, la concentración de pentada [rrrr] está por debajo de 6%, más preferiblemente por debajo de 5%, aún más preferiblemente por debajo de 4%, más preferiblemente por debajo de 3%, más preferiblemente por debajo de 2.5%. De manera alternativa, el homopolímero de la presente invención puede incluir secuencias de bloques de polímero atácticas e isotácticas. Preferiblemente, el peso molecular PMp medio del polímero está por arriba de 100000 g/mol, más preferiblemente por arriba de 200000 g/mol, aún más preferiblemente por arriba de 250000 g/mol, aún más preferiblemente por arriba de 300000 g/mol, más preferiblemente por arriba de 350000 g/mol. . .¿¿ ¡,ít?¡¿j&.:¿.„ La temperatura de vidrio Tg es de entre -50 y +30°C. Preferiblemente la temperatura de vidrio está por debajo de 10°C, más preferiblemente por debajo de 5°C, aún más preferiblemente por debajo de 0°C, más preferiblemente por debajo de -6°C. La temperatura de fusión del polímero se obtiene después de calentar la muestra a 150°C y enfriando de manera subsecuente el polímero a -50°C. Sin desear estar limitados por esta teoría, los polímeros poliolefínicos exhiben una estructura semi cristalina. La estructura contiene áreas amorfas elásticas de tamaño de nano escala reforzadas con dominios cristalinos auto dispuestos de nano cristales. La formación de material macro- cristalino quebradizo a partir del polímero se logra introduciendo los defectos en la estructura de base polimérica. Las unidades de monómero aisladas con configuración estéreo opuesta se han utilizado como los defectos, es decir, errores estéreo sencillos. Los polímeros adecuados y un procedimiento para fabricar dichos polímeros se describen en la solicitud de patente PCT EP99/02379, incorporada a la presente por referencia. Una combinación de catalizador adecuada para la preparación de tales polímeros se describe en la solicitud de patente PCT EP99/02378, incorporada a la presente por referencia. Preferiblemente, el procedimiento de la solicitud de patente PCT EP99/02378 se lleva a cabo por temperaturas de menos de 30°C, más preferiblemente menos de 25°C, aún más preferiblemente menos de 20°C, más preferiblemente menos de 15°C, para incrementar el peso molecular del polímero resultante. Con el fin de incrementar el peso molecular, la polimerización se lleva a cabo preferiblemente en monómero líquido tal como en propeno líquido. Con el fin de incrementar el peso molecular, el catalizador se utiliza preferiblemente en combinación con los activadores de boro mencionados en la solicitud de patente PCT EP99/02378. Otros polímeros adecuados y un procedimiento para fabricar dichos polímeros se describe en WO99/20664, incorporada a la presente por referencia. Se prefiere utilizar homopolímeros para las espumas de la presente invención debido a que durante la fabricación de homopolímeros la variabilidad de lote a lote se reduce enormemente en comparación a polímeros de fase múltiple en donde las fases se polimerizan en una sola reacción. Preferiblemente, los polímeros que se utilizan en la fabricación de los materiales en espuma de la presente invención tienen un plano goma- elástico distintivo en sus curvas de tensión-esfuerzo. Los polímeros que se utilizan para la espuma de la presente invención son bio-compatibles, se pueden quemar sin residuos tóxicos debido a que no contienen heteroátomos tales como cloro. Adicionalmente no contienen residuos de monómero tóxicos. Los materiales en espuma de la presente invención pueden tener poros abiertos o pueden tener poros cerrados. La formación de espuma de gas a alta presión rinde espumas de poro abierto mientras que la formación de espuma a baja presión rinde espumas de celda cerrada. Se ha descubierto que los materiales de espuma de la presente invención pueden exhibir suavidad superior. Preferiblemente, el material de espuma tiene una dureza Shore sobre la escala A de menos de 30, más preferiblemente, de menos de 25, aún más preferiblemente de menos de 20, más preferiblemente de menos de 15, más preferiblemente de menos de 10. La suavidad del material en espuma de la presente invención se puede incrementar fabricando la espuma mediante formación de espuma de baja densidad y reduciendo la isotacticidad (concentración de pentada [mmmm]). Se ha encontrado que el material en espuma exhibe estabilidad de temperatura incrementada comparado con materiales en espuma de la técnica anterior. Esto es debido en parte al hecho de que para las espumas de la presente invención se utiliza un homopolímero y es parcialmente debido al alto peso molecular del homopolímero. Preferiblemente, el material en espuma de la presente invención tiene un punto de fusión de al menos 100°C, más preferiblemente de al menos 110°C, más preferiblemente de al menos 120°C, más preferiblemente de al menos 130°C. La temperatura de fusión del polímero se obtiene después de calentar la muestra a 150°C y enfriando después el polímero a -50°C. Se puede lograr un punto de fusión mas alto combinando el homopolímero por ejemplo con polímero isotáctico convencional tal como polipropileno.

Se ha encontrado que la espuma de la presente invención es estirable así como elástica. La capacidad de estiramiento de la espuma contra su comportamiento elástico se puede ajustar por medio de la tacticidad del homopolímero de la presente invención. Se ha encontrado que el material en espuma de la presente invención es estirable sin desgarramiento a al menos 500% de su longitud original, más preferiblemente 1000% de su longitud original, aún más preferiblemente a al menos 1500% de su longitud original, más preferiblemente a al menos 2000% de su longitud original. Además, el material en espuma de la presente invención se recupera preferiblemente dentro de 10 minutos después de estirarse y sostenerse durante 1 minuto a 500% de su longitud original de regreso a menos de 300% de su longitud original, preferiblemente menos de 200% de su longitud original, más preferiblemente menos de 150% de su longitud original. Adicionalmente, se ha encontrado que la espuma de la presente invención exhibe una baja fijación compresiva. La espuma de la presente invención se recupera dentro de 10 minutos después de una compresión a 50% de su grosor original durante 1 minuto a al menos 60% de su grosor original, más preferiblemente al menos 70% de su grosor original, aún más preferiblemente a al menos 80% de su grosor original, aún más preferiblemente al menos 90% de su grosor original, más preferiblemente al menos 95% de su grosor original. La capacidad de compresión de la espuma de la presente invención se puede ajustar incrementando la tacticidad del homopolímero o combinando el homopolímero de baja tacticidad con polímero isotáctico convencional tal como polipropileno.

Se ha encontrado que 4a espuma de la presente invención exhibe una pegajosidad relativamente baja a temperatura ambiente debido al alto peso molecular del polímero. Se pueden añadir varios aditivos al homopolímero de la presente invención para cambiar las propiedades del polímero tal como es bien sabido en la técnica. Opcionalmente, se pueden utilizar aditivos tales como agentes tensioactivos para cambiar las propiedades de superficie de la espuma de la presente invención. En la técnica anterior, se conoce una amplia variedad de técnicas adecuadas para fabricar materiales en espuma incluyendo pero no estando limitadas a expansión de gas inerte, expansión de solvente evaporado, expansión reactiva de gas reactivo, emulsión de fase interna alta, expansión de esfera, y combinaciones de las mismas. Los métodos mencionados anteriormente para fabricar materiales en espuma tienen todos ventajas específicas que son conocidas para el experto en la técnica. Por consiguiente, el experto en la técnica podrá seleccionar un método adecuado para fabricar el material en espuma de la presente invención dependiendo del requerimiento específico de la aplicación respectiva del material en espuma. Los gases adecuados o solventes evaporados para expandir las espumas de la presente invención incluyen pero no están limitados a C02, N2, propeno, pentano, y similares. Se ha encontrado que debido a la baja toxicidad del polímero, se ha mejorado enormemente la capacidad de procesamiento del polímero durante la fabricación de la espuma. El material en espuma de acuerdo con la presente invención también se puede utilizar como un elemento de construcción en un artículo. Por lo tanto, las funcionalidades del material en espuma incluyen pero no están limitadas a aislamiento de calor, aislamiento eléctrico, absorción de impactos, amortiguamiento, amortiguación de ondas acústicas, protección de otros elementos del artículo, sellado, empaque, almacenamiento, proveer estabilidad hidráulica, y similares. Tales artículos incluyen pero no están limitados a juguetes, muebles, ropa de cama, alfombras, ropas, zapatos, equipo deportivo, construcciones complejas tales como edificios (cubiertas de pisos, aisladores domésticos, y similares), carros, aparatos domésticos, y similares. Teniendo en consideración las ventajas específicas de los polímeros que se utilizan para los artículos de la presente invención, será fácilmente evidente para el experto en la técnica aplicar y opcionalmente modificar los materiales en espuma de acuerdo con la presente invención como elementos de construcción en los artículos anteriores y similares. Se prefiere en particular combinar el material en espuma con un material de polipropileno convencional para formar el artículo. En este caso, el reciclado del material no requiere la separación de los diferentes materiales. El material en espuma de la presente invención puede ser absorbente de aceite y se puede volver absorbente de agua mediante modificadores de energía de superficie adecuados. Los modificadores de energía de superficie adecuados son bien conocidos en la técnica. En el caso de que el material en espuma de la presente invención sea absorbente, el material en espuma se puede utilizar en instancias que incluyen pero no están limitadas a absorción de aceite, absorción de solvente, absorción de derrames, distribución de líquidos, transportación de líquidos, y similares. Para mejorar la capacidad absorbente de la espuma de la presente invención, se pueden añadir varios aditivos tales como aquellos que se conocen en la técnica a las superficies externas e internas de la espuma de la presente invención. El material en espuma de la presente invención se puede utilizar adicionalmente para suministrar líquidos absorbidos tales como por ejemplo adhesivo, pulidor de calzado, tinta, lubricantes y similares con la compresión del material en espuma. ?Á.? Í Á .Í.,L*S... I

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un material en espuma polimérico caracterizado porque dicho material en espuma polimérico comprende un homopolímero poliolefínico que tiene una isotacticidad de menos de 60% de [mmmm] concentración de pentada.

2.- El material en espuma polimérico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el homopolímero tiene un peso molecular PMp medio de al menos 100000 g/mol.

3.- El material en espuma polimérico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el material en espuma polimérico es estirable.

4.- El material en espuma polimérico de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque dicho material en espuma es expandible elásticamente.

5.- El material en espuma de la presente invención de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta la 3, caracterizado además porque dicho material en espuma es absorbente de aceite.

6.- El material en espuma de la presente invención de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta la 3, caracterizado además porque dicho material en espuma es absorbente de agua. £AáÉ- =nt;¡. -^~s-'.A*.-^M??i*^^? i..

7.- El material en espuma polimérico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque dicho polímero poliolefínico es polipropileno.

8.- Un artículo que comprende el material en espuma de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque dicho artículo comprende el material en espuma como un elemento de construcción.

9.- Un método para fabricar un material en espuma polimérico que comprende un paso de procesar un material polimérico, dicho paso de procesamiento seleccionado del grupo consistente de expansión de gas inerte, expansión de solvente evaporado, expansión reactiva de gas reactivo, emulsión de fase interna alta, expansión de esfera, y combinaciones de los mismos, caracterizado además porque el material polimérico comprende un homopolímero poliolefínico que tiene una isotacticidad de menos de 60% de concentración de pentada [mmmm].