MXPA02007500A - Un proceso para producir lamina de espuma termoformable usando un agente fisico de soplado. - Google Patents

Abstract

La presente invencion es un proceso para producir una lamina de espuma termoplastica que comprende poner en contacto un polimero aromatico de monovinilideno u olefinico fundido con un agente fisico de soplado para formar una mezcla de polimero/agente de soplado, y espumar la mezcla en una region de presion inferior dentro de una linea de extrusion de lamina, en donde el extruido se jala y se comprime para formar una lamina de espuma termoplastica que tiene un espesor uniforme de menos de 3 mm.

Description

UN PROCESO PARA PRODUCIR LAMINA DE ESPUMA TERMOFORMABLE USANDO UN AGENTE FÍSICO DE SOPLADO La presente invención se refiere a procesos para producir* espumas usando un agente físico para soplado tal como dióxido de carbono, agua y/o nitrógeno Los polímeros estíremeos y olefínicos han sido utilizad®! en aplicaciones de empaque de alimentos tal como lámina termoformable no espumada usada en contenedores para producto» lácteos. Este tipo de lámina termoformable ha sido producida típicamente usando una línea de extrusión convencional, en donde el polímero se extruye a partir de un dado plano para lámina sobre una pila de tres rodillos de pulido y ya sea enrollada o alimentada directamente a un proceso de termoformado. Sin embargo, las influencias ecológicas están llevando a la industria de empaque para alimentos a producir materiales de empaque más ligeros, debido a los pagos con base en el peso del empaque que se aplican a los procesadores de alimentos empacados. Una manera de reducir el peso de una lámina termoformable es incorporar un agente de soplado para producir una lámina de espuma de alta densidad. La máquina de espuma de este tipo se produce típicamente usando una línea convencional de extrusión de lámina y un agente químico para soplado, éin embargo, los agentes químicos para soplado son caros y no proporcionan espumado consistente o uniforme, lo que resulta en variación de calibre y densraad de la espuma en la lámina de espuma producida. Por lo tanto, subsiste una necesidad de iin proceso pé producir materiales de empaque espumados d# alta densidad, particularmente lámina de espuma termofopft*bfe que te ^ densidad y calibre consistente, que se pueda usar en aplicaciones» no espumadas tradicionales tales como contenedores para lácteos. La presente invención es un proceso para producir una tártira de espuma termoplástica que comprende poner en contacto un polímero aromático u olefínico de monovinilideno fundido con un agente físico de soplado para formar una mezcla de polímero/agente de soplado, espumar ia mezcla en una región de presión menor, extruir la mezcla espumada para formar una lámina de espuma, jalar y comprimir fa lámina para formar una lámina de espuma que t n® un espesor uniforme de menos de 3 mm. La presente invención incluye también la lámina de éspumf termoplástica hecha mediante el proceso antes descrito, así e ® artículos termoformados producidos a partir de la misma. El proceso de la presente invención es adecuado especialmente para producir materiales de empaque espumados de alta densidad, particularmente lámina de espuma termoformable que tiene calibre y densidad consistentes, los cuales se pueden usar en aplicaciones tradicionales termoformadas no espumadas tales como contenedores para lácteos. La Figura 1 es una representación esquemática de una modalidad de una línea de extrusión de lámina usada en el proceso de la presente invención. Resina y nucleador (II) opcional se alimenta al extrusor (I) que tiene una cabeza (lll) de mezclado, mezcladores estáticos (IX), bomba de engranes (VIH) y dado (X), n donde se inyecta un agente físico de soplado, desde un tanque (VI) de almacenamiento conectado a una bomba (IV) de desplazamiento positivo que tiene un dispositivo (V) de alivio, a través de la válvul® (Vil) de inyección del extrusor. La lámina de espuma se Jala y comprime en la pila (XI) de tres rodillos de pulido y enrollada par# formar un bloque de lámina espumada (XII). Los polímeros termoplásticos útiles en la presente invención incluyen poliolefinas tales como polietileno, polipropileno, polietileno lineal de baja densidad, polietileno de baja densidad, polietileno de alta densidad, copolímeros olefínicos tales como copolímeros de etileno-octeno; polímeros, copolímeros e interpolímeros que tienen por lo menos 70% en peso de monómero aromático de vmilo incorporado a la resina final como las unidades monoméricas repetidas Los monómeros aromáticos de vinil© incluyen, pero no están limitados a aquellos descritos en laF Patentes de E. U. 4,666,987, 4,572,819 y 4,585,825. De preferencia, el monómero es de la fórmula: R' Ar-C=CH2 en donde R' es hidrógeno o metilo, Ar es una estructura de anillos aromáticos que tiene de 1 a 3 anillos aromáticos con o sin substitución con alquilo, halo o haloalquilo, en donde cualquier grupo alquilo contiene de 1 a 6 átomos de carbono y haloalqoito se refiere a un grupo alquilo substituido con halo. De preferencia, Ar es fenilo o alquilfenilo, en donde alquilfenilo se refiere a un grupo fenilo substituido con alquilo, siendo fenilo el más preferido. Los monómeros aromáticos de vinilo típicos que se pueden usar incluyen: estireno, alfa-metilestireno, todos los isómeros de vinii toluenno, especialmente paraviniltolueno, todos los isómeros de etli estireno, propil estireno, vinil bifenilo, vinil naftaleno, vinH antraceno y mezclas de los mismos. Los monómeros aromátiaos de vinilo pueden estar combinados también con otros monómeros copolimerizables Ejemplos de tales monómeros incluyen, pero n® están limitados a monómeros acrílicos tales como acrílonitrilo, metacrilonitrilo, ácido metacrílico, metil metacrilato, ácido acp'lico y acrílato de metilo; maleimida, femlmaleimida, y anhídrido maléico. Además, la polimerización del monómero aromático de vinilo se puede conducir en la presencia de elastómero predisuelto para preparar productos que contienen hule o injertados, modificado* para impacto, ejemplos de los cuales se describen en las Patentes de E. U. Nos. 3, 123,655, 3,346,520, 3,639,522 y 4,409,369. Específicamente, el polímero puede ser una resina de poliestireno de alto impacto. Adicionalmente, el proceso de la presente invención puede utilizar mezclas o combinaciones de cualesquiera de los pol ímeros antes mencionados El agente de soplado a ser usado en el proceso de la presente invención incluye cualquier agente físico de soplado, incluyendo pero no limitado a, dióxido de carbono (CO2), nitrógeno (N2), agua (H2O) o combinaciones de los mismos Para los propósitos de esta especificación, tal agentes físico de soplado estará definido como 5 substancialmente 100% de agente físico de soplado, en la ausencia de un agente químico de soplado, aún cuando el agente físico de soplado puede contener impurezas menores o cantidades menores de otros compuestos. De preferencia, el agente de soplado es 100% dióxido de carbono 10 El agente físico de soplado puede estar en cualquier forma es de preferencia un gas o líquido. El dióxido de carbono se agreda de preferencia a un polímero fundido como un líquido, aunque sería aceptable también el uso de gas de dióxido de carbono en la práctica de la presente invención El nitrógeno se agrega de 1S preferencia a un polímero fundido como un gas, mientras que ei agua se agrega típicamente como un líquido, aunque es aceptable cualquier forma Típicamente, en casos de combinaciones o mezclas de agentes de soplado, se utilizan sistemas de medición separados, en donde corrientes múltiples se unen antes del punto 2§ de inyección del proceso de moldeado-extrusión. Sin embargo, los agentes de soplado pueden mezclarse también previamente e inyectarse usando un solo sistema de medición. Los aditivos, tales como pigmentos y/o agentes de nucieación, se pueden usar también en el proceso de la presente invención. La 25 adición de un atente de nucleación se prefiere generalmente y se sS*-* ~ ! agrega de preferencia en una cantidad desde O 001 a 10% en peso del polímero total Más preferiblemente la cantidad de agente de nucleación está entre 0.02 a 2% . El agente de nucleación se agrega típicamente con el polímero en el extrusor. En una 5 modalidad, el agente de nucleación es talco. El proceso de la presente invención puede utilizar también posibilidades de co-extrusión para producir láminas de espuma de capas múltiples. Estas láminas de capas múltiples pueden comprender una o más capas de núcleo espumadas o capas 10 espumadas con piel si es deseable. En algunas aplicaciones, puede ser deseable tener una combinación de una o más capas espumadas de núcleo o capas de piel con capas de núcleo no espumadas o capas de piel también. Por ejemplo, en una modalidad, una lámina co-extruida de capas múltiples comprende una capa de núcleo de 15 políestireno espumado que tiene capas de piel externas que comprenden un poliestireno de alto impacto no espumado o una mezcla no espumada de una resina de poliestireno con una resina de poliestireno de alto impacto. Los métodos de co-extrusión son bien conocidos en la técnica. 20 La extrusión de láminas es bien conocida en la técnica y se describe en Plastics Extrusión Technology de F. Hensen, Hanser Publishers. New York, 1988, Capítulo 7, páginas 203-251 y en Modern Plastics de mediados de octubre 1989 Encyclopedia' Issue, Volumen 66, Número 1 1 , páginas 256-257. 25 Un proceso de extrusión de lámina usado en el proceso de la presente invención comprende alimentar y fundir un polímero en un extrusor de lámina, en donde el fundido viaja a un bloque de alimentación opcional y a través de un dado para formar un extruido de una capa o de capas múltiples (lámina) de espesor uniforme en la salida del dado. La temperatura de espumado en el dado en ei proceso de la presente invención, depende del polímero que se va a espumar y es típicamente mayor que 150° C y de preferencia esté entre 170 y 300° C . La mezcla de polímero/agente de soplado se extruye y espuma en una zona de presión inferior de preferencia aire a presión atmosférica. La lámina de espuma extruida se lleva a un mecanismo para jalar y comprimir el extruido de espuma de manera que se obtiene un espesor uniforme de ia lámina. Tai mecanismo incluye una pila de pulido de tres rodillos de temperatura controlada, giratorios En esta modalidad, el calibre de ia lámina se determina mediante el régimen de extrusión, espacio de la pila de rodillos, velocidad de línea, y régimen de extracción. El espacio de la pila de rodillos es el claro entre rodillos superior e intermedio de la pila de pulido de tres rodillos cuando se usa una configuración de pila inferior. El régimen de extracción es la relación de la velocidad del fundido en la salida del dado a la velocidad de la pila de pulido de tres rodillos. El calibre de la lámina se supervisa mediante un instrumento montado sobre un caro que se mueve perpendicular a la dirección de la lámina, llevando el instrumento de calibración a través de la lámina. Tales instrumentos de calibración son bien conocidos en la técnica. La lámina sale de la estación de calibración y se mueve sobre una serie de rodillos de guía a la estación de corte opcional o a uu proceso de enrollado o directamente a un proceso de termoformado. El proceso de la presente invención está caracterizado además porque el agente físico de soplado se introduce al fundido de polímero en una ubicación antes del dado del extrusor de iémina. De preferencia, el agente de soplado se inyecta a través de una válvula de un sentido colocada en la zona de descompresión (orificio de venteo) del husillo de extrusión dentro de la línea de extrusión de la lámina. Opcionalmente, se puede proporcionar un mezclador estático antes del dado para mezclar el polímero con eJ (ios) agente(s) de soplado y el agente de nucleación, si se utiliza. El espumado ocurre en una región de presión inferior justo aníes de la salida del dado y continúa una vez que sale la mezcla de fundido de polímero desde el dado. Típicamente, los procesos de extrusión de lámina se utilizan para excluir materiales no espumados © lámina de espuma de alta densidad soplada químicamente. Se ha descubierto que utilizando un agente físico de soplado y una línea de extrusión de lámina como se describió, se puede obtener una lámina de espuma de alta densidad que tiene uniformidad de calibre y densidad mejorados. La lámina de espuma' producida tendrá típicamente una densidad en el rango de 400 a 1 ,050 gramos por litro (g/L) de preferencia de 725 a 890 g/L, y se usan de 0.04 a 1 por ciento en peso, de preferencia 0.04 a 0 5 por ciento en peso de agente físico de soplado, con base en el peso del polímero Debe notarse que cuando se usa agua en el proceso de la presente invención en cantidades menores a 0.2 por ciento en peso con base en el peso del polímero, el agua actúa como un refrigerante y no proporciona expansión del polímero. El efecto refrigerante es ventajoso para controlar el régimen de expansión de la estructura del espumado. En cantidades mayores de 0.2 por ciento en peso de agua, se observa una expansión incrementada de la mezcla fundida de polímero. El tamaño de las celdas de la lámina espumada en todas las direcciones es menor de 1 milímetro (mm), y de preferencia menor de 0.5 mm. El espesor de la lámina de espuma es de preferencia de 0.1 mm a 3 mm La lámina de espuma producida tiene uniformidad de calibre y densidad mejorada. El calibre uniforme se puede determinar comparando el espesor de la lámina terminada en cualquier ubicación con el espesor promedio de la lámina terminada. Los dos espesores, cuando se comparan tendrán una diferencia de menos de 6 por ciento. La densidad uniforme se puede determinar comparando la densidad de la lámina terminada en cualquier ubicación con la densidad promedio de la lámina. Las dos densidades, cuando se comparan tendrán una diferencia de meno® de 4 por ciento. En otras palabras, cualquier calibre medido en la ' lámina terminada no diferirá en más de 6 por ciento del calibre promedio de la lámina y cualquier densidad en la lámina terminada |^| y£^ ^y^ no diferirá en más de 4 por ciento de la densidad promedio dé la lámina terminada Los siguientes ejemplos se proporcionan para ilustrar f presente invención. Los ejemplos no tienen la intención de limitar el alcance de la presente invención y no deben ser interpretados de esa manera. Las cantidades están en porcentajes en peso a menos que se indique otra cosa EJEMPLOS Eiemolo \ Una resina de poliestireno de propósito general, que tiene un Pm de 320,000 se alimenta a una línea de co-extrusión de lámina que tiene una bomba de pistón de alta presión en la ubicación dei orificio de venteo, en donde se mide CO2 al 100 por ciento al barril de extrusión como un agente de soplado. El extremo del extrusor está eqwfpado también con mezcladores estáticos para mejorar ai mezclado de la mezcla polímero/agente de soplado. Simultáneamente, se alimenta una mezcla de 50/50 de la resina ú poliestireno con una resina de poliestireno modificada para impacto a otra línea de extrusión de lámina sin agente de soplado, para producción de las capas de piel sólida co-extruidas. La resina de poliestireno se espuma y co-extruye con la mezcia del poliestíreno no éspt$mado/HIPS para formar la lámina que tiene una resina de núcleo espumada con dos capas de piel sólida adheridas a ambos lados de la capa de resina de núcleo. La lámina se jala y comprime medíante una pila de tres rodillos de pulido. Las condiciones proceso y propiedades de la lámina se dan abajo-

Claims (1)

1. RE IVINDICACIONES 1 Un proceso para producir lámina de espuma termoplástic^ que comprende- poner en contacto un polímero aromático de monovinilideno u olefínico fundido con un agente físico de soplado para formar una < mezcla de polímero/agente de soplado dentro de una línea de extrusión de lámina, espumar la mezcla en una región de presión inferior para formar un extruido espumado, y jalar y comprimir el extruido espumado para formar una lámina de espuma que tiene un espesor uniforme de menos de 3 mm. 2. El proceso de la reivindicación 1 , en donde se usa un polímero aromático de monovinilideno fundido. 3 El proceso de la reivindicación 2, en donde el polímero aromático de monovinílideno fundido comprende y un polímero aromático de vinilo. 4. El proceso de la reivindicación 1 , en donde se usa un polímero olefínico fundido. 5. El proceso de la reivindicación 4, en donde el polímero olefínice* fundido comprende un polietileno, polipropileno, polietileno lineal de baja densidad, polietileno de baja densidad, polietileno de alta densidad, un copolimero de etileno-octeno, o un copolímero o interpolímero olefiníco que tiene por lo menos 70 por ciento en peso de monómero aromático de vinilo incorporado en la resina final como las unidades monoméricas repetidas. 6. El proceso de la reivindicación 5 en donde el polímero olefínico fundido comprende polipropileno 7. El proceso de la reivindicación 5 en donde el polímero olefínico fundido comprende polietileno. 8. El proceso de la reivindicación 1 en donde el agente físico de sopiado es dióxido de carbono , nitrógeno, agua o una combinación de los mismos. 9. El proceso de la reivindicación 1 en donde la densidad de la espuma es de 400 a 1 ,050 g/L. 10. El proceso de la reivindicación 9 en donde la densidad de la espuma es de 725 a 890 g/L. 1 1. Una lámina de espuma producida mediante el proceso de la reivindicación 1 . 12. Una lámina de espuma co-extruida de capas múltiples producida medíante el proceso de la reivindicación 1. 13. La lámina de espuma co-extruida de capas múltiples de la reivindicación 12 que comprende una capa de espuma y por lo menos una capa de piel de polímero no espumado. 14. La lámina de espuma co-extruida de capas múltiples de la reivindicación 13, en donde la capa de espuma comprende µn poliestireno espumado y la capa de piel de polímero no espumado comprende una mezcla de una resina de poliestireno con una resina de poilies'tireno para alto impacto. 15. Un artículo termoformado producido a partir de la lámina de espuma de la reivindicación 1 1 .